[發明專利]考慮時間特性和調度周期匹配的時間尺度自適應調度模型

在審

• 申請號: 202211267003.2
• 申請日: 2022-10-17
• 公開（公告）號: CN115685750A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 王曉靜;韓麗;于曉嬌;喻洪波;王沖
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

1.考慮時間特性和調度周期匹配的時間尺度自適應調度模型，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立各能源系統的響應延時數學模型，并根據響應延時數學模型分析響應延時時間；

2)建立風電多步預測子模型；

3)建立綜合能源系統優化調度子模型；

4)同時考慮步驟1)-3)中建立的多個模型，建立綜合能源系統的時間尺度自適應調度模型，并以綜合能源系統運行成本為目標驗證該調度模型的可行性和優越性。

2.如權利要求1所述的考慮時間特性和調度周期匹配的時間尺度自適應調度模型，其特征在于，步驟1)的實現過程如下：

1.1)：求解熱力系統響應延時數學模型，所述熱力系統響應延時數學模型包括供熱管網延時特性和供熱區域熱慣性，其中所述供熱管網延時特性為：

式中：τ_i表示熱能流經管道i的傳輸延遲時間，單位為h；ρ為熱水的密度，單位是t/m³；L_i為管道i的長度，單位為m；d_i為管道i的內徑，單位為m；m_i為管道i的流量，單位為t/h；

所述供熱區域熱慣性為：

式中：k₁、k₂、k₃為系數；表示供熱區域在t時刻的室內溫度，單位為℃；為散熱區域內所有散熱器在t時刻的總散熱量，單位為MW；T_t^o為t時刻的環境溫度；Δt為調度間隔時間；C'為單位供熱面積下的熱容，單位為GJ/m²·℃；S為供熱區域面積，單位為m²；μ為室內熱損失系數。

1.2)：獲取氫儲能系統響應延時：

由于氫燃料電池HFC在室溫啟動至最佳工作狀態時，必需經過一個升溫過程，所以輸出電壓及功率也將有一個變化過程，根據能量守恒定律，建立電堆的動態熱傳輸響應延時模型如下：

式中：C_t為電堆熱容；I為電流；P_total、P_elec、Q_cool、Q_loss分別為電堆總功率、電堆輸出電功率、單位時間冷卻物質帶走的熱量和單位時間電堆向外輻射的熱量；F為法拉第常數；ΔH為氫氣的焓值；V_cell為單個燃料電池的電壓；h_cond、h_conv分別表示描述熱交換器熱傳導和對流特性的參數；T_in、T_out分別為冷卻物質入口和出口溫度；T、T_amb分別電堆溫度和環境溫度；R_t為電堆熱阻；

通過求解電堆的動態熱傳輸響應延時模型得到氫儲能系統響應延時；

采取氫燃料電池HFC的最優溫度控制方法，控制功率輸出；電堆工作在對應負載電流下的最優溫度表示如下：

式中：T_target為電堆工作在對應負載電流下的最優溫度；T_min為最小工作溫度；T_max為最高工作溫度；I_max為最大電流；

當氫燃料電池HFC啟動時，電堆工作溫度隨時間的關系簡化如下式：

式中：D為氫燃料電池動態響應的延遲系數；i是電流密度；

故當負載電流突變時氫燃料電池HFC的輸出功率P_FC表示為：

式中：N為燃料電池單體數量，V為單電池的輸出電壓；

1.3)：獲取碳捕集電廠響應延時時間：

碳捕集電廠的能量時移特性是通過隨時增大或減小碳捕集設備能耗，將碳捕集設備變化的能耗用于調節碳捕集電廠凈出力，首先，碳捕集電廠數學模型表達如下：

式中：P_CON,k,t為t時刻火電機組k的電出力，P_CONJ,k,t為火電機組k在t時段的凈輸出功率；P_D,t為碳捕集固定能耗；P_Y,k,t為火電機組k在t時刻的碳捕集運行能耗；為火電機組k在t時段的CO₂處理量；λ為處理單位CO₂所需能耗；e_g,k為火電機組k的碳排放強度；β為碳捕集效率；η為再生塔和壓縮機最大工作狀態系數；為火電機組k的最大輸出功率；δ_k,t為火電機組k在t時段的煙氣分流比；E_G,k,t為火電機組k在t時段的CO₂總排放量；E_CG,k,t為火電機組k所配的儲液罐在t時段的供給CO₂量；E_GJ,k,t為火電機組k在t時段的CO₂凈排放量；

由上式可得到火電機組凈輸出功率和總功率的關系如下：

P_CONJ,k,t＝(1-λδ_k,tβe_g,k)P_CON,k,t-P_D,t-λE_CG,k,t

根據對碳捕集電廠的研究及分析，碳捕集電廠更快的調節速度與碳捕集設備能源獲取方式有關；碳捕集設備可以通過調節抽取蒸汽速率或利用廠用電改變碳捕集設備運行狀態，從而改變碳捕集電廠凈出力，相比于常規火電廠備用響應需5～10min，碳捕集電廠響應延時時間在5min以內。