基于分布式清洁采暖的工业园区微网电热联合调度方法技术

一种基于分布式清洁采暖的工业园区微网电热联合调度方法：建立基于分布式采暖的园区微网整体架构，包括建筑级电热供应系统和园区级协同供电系统；构建工业园区微网仿真模型，包括建筑热平衡模型、空气源热泵模型、储热设备模型；构建工业园区微网日前经济调度模型，包括目标函数、电功率平衡约束条件、室内温度约束条件、空气源热泵制热功率约束条件、储能容量约束条件、储能装置功率约束条件、光伏上网功率约束条件和电力潮流约束条件；提出基于遗传算法的微网调度求解方法，包括个体筛选修正和遗传算法部分寻优。本发明专利技术能够为以分布式清洁供暖为主的工业园区调度提供技术支撑，有利于提升能源综合利用和管理水平，促进工业园区微能源网的合理发展。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式清洁采暖的工业园区微网电热联合调度方法
本专利技术涉及一种微网调度方法。特别是涉及一种适用于工业园区能源供应商的日前调度工作的基于分布式清洁采暖的工业园区微网电热联合调度方法。
技术介绍
随着能源互联网的发展，电/热/气协同供应成为未来能源供应的必然趋势。由于其清洁、高效的能源供应特点，电/热/气联合供应在新型工业园区中拥有较多应用，但也带来了一系列问题。一方面，园区拥有建设大量光伏等新能源发电设备的空间资源且负荷相对集中，有利于解决长距离供电带来的投资效益差和能量损耗高等问题，但增大了新能源消纳的压力。另一方面，由于传统燃煤采暖带来的一系列空气污染问题，采用分布式清洁采暖设备已成为供暖行业的重要趋势，电热能源间的联系进一步加深，如何制定合理的调度方法，有效调度微网中的能量供应单元，以提高经济效益、减小环境污染、促进新能源消纳，成为目前亟待解决的重要技术问题。电热联合调度方法的相关求取方法目前主要体现出以下特点：第一，供热设备主要以热电联产机组或电锅炉为主，主要通过在源、网、荷侧加设储热或分布式采暖装置来辅助热电机组供暖，从而达到消纳新能源的目的；第二，在调度方法的优化中，热需求为固定值，对热需求的满足体现为热负荷的实时平衡，即热量供给等于固定的热需求值。然而，目前常用的电热联合调度消纳新能源的调度方法存在一定的局限性。第一，调度方法主要适用于以热电联产机组为主的能源供应系统，主要利用解耦电热联系的思路扩大对新能源的消纳空间，但难以适用于利用分布式清洁供暖设备进行热力供应的系统，分布式供暖和储热装置分布于每个具有供暖需求的建筑中，可针对建筑特点灵活调节，本身可参与新能源消纳；第二，热需求以一条固定的曲线来表示难以体现出对室内温度的考虑，事实上室内温度的变化是供热体系的重要参数，能够体现供热的质量和用户的舒适性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够更大地发挥微能源网的资源利用效能，提升微网运行经济性的基于分布式清洁采暖的工业园区微网电热联合调度方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于分布式清洁采暖的工业园区微网电热联合调度方法，包括如下步骤：1)建立基于分布式采暖的园区微网整体架构，包括建筑级电热供应系统和园区级协同供电系统；2)构建工业园区微网仿真模型，包括：建筑热平衡模型、空气源热泵模型、储热设备模型；3)构建工业园区微网日前经济调度模型，包括：目标函数、电功率平衡约束条件、室内温度约束条件、空气源热泵制热功率约束条件、储能容量约束条件、储能装置功率约束条件、光伏上网功率约束条件和电力潮流约束条件；4)提出基于遗传算法的微网调度求解方法，包括两个方面：个体筛选修正和遗传算法部分寻优。步骤1)所述的建筑级电热供应系统包括：空气源热泵、储热装置和屋顶光伏；所述的园区级协同供电系统包括：外部电网、配电线路和集中式光伏走廊。步骤2)所述的建筑热平衡模型由下式表示：Q1(t)+Q2(t)+Q3(t)＝Q4(t)+Q5(t)(1)式中，Q1(t)为建筑围护结构散热功率；Q2(t)为建筑门窗渗透散热功率；Q3(t)为室内温升耗热；Q4(t)为人体散热功率；Q5(t)为建筑内采暖设备的散热功率；其中：式中，Ni为房间不同围护结构内表面总数；Fk围护结构k内表面积，单位m2；αk为围护结构k的对流换热系数，单位W/m2·℃；Tn(t)为t时刻室内计算温度，单位℃；Tw(t)为t时刻室外温度，单位℃；n表示室内；w表示室外；Q2(t)＝0.278×cwmw[Tn(t)-Tw(t)](3)式中，0.278为单位换算系数；cw为室外空气比热，取1.004kJ/kg·℃；mw为室外空气温度下的空气质量；式中，cn为室内空气比热；mn室内空气温度下的空气质量；为室内空气温度变化率；Q4(t)＝3.8(5)Q5(t)＝ηQ(t)(6)式中，η为散热器出入口散热效率，取为0.9；Q(t)为t时刻热源设备输入的总制热功率。步骤2)所述的空气源热泵模型由下式表示：Q＝0.0274Tw4+0.6868×Tw3-0.8241×Tw2+140.4Tw+8465.3(7)COP＝5×10-6Tw4+0.0001Tw3-0.001Tw2+0.0596Tw+3.1984(8)式中，Q为空气源热泵的制热量；COP为制热性能系数，即空气源热泵的制热量与空气源热泵消耗电功率的比值；Tw(t)为t时刻室外温度，单位℃。步骤2)所述的储热设备模型表示为：St-St-1＝△t(Qst(t)-Qex(t)-KlossSt)(9)式中，St为储热设备在t时刻的剩余热量；Kloss为散热损失率，取1％/h；Qst(t)、Qex(t)分别为热储能在t时刻的能量存储、释放功率。步骤3)所述的目标函数如下：式中：F为电热能源供应运行收益；j为调度时段总数；CS(t)为t时刻微网向用户售电收益；CM(t)为t时刻微网送向外网的光伏售电收益；CE(t)为t时刻从外部电网购电成本。步骤3)所述的电功率平衡约束条件表达式为：PPV(t)+PEM(t)＝PLD(t)+PAR(t)+PVM(t)(11)式中，PPV(t)为t时刻光伏发电功率；PEM(t)为t时刻微网从上级电网购电功率；PLD(t)为t时刻工业负荷耗电功率；PAR(t)为t时刻空气源热泵电功率；PVM(t)为因达到光伏上网限制功率而放弃上网的功率。步骤3)所述的室内温度约束条件为：Tmin≤T(t)≤Tmax(12)式中，Tmin和Tmax分别是满足室内温度舒适度的最低温度和最高温度。因此，步骤4)所述的个体筛选修正，包括对随机产生的个体首先进行空气源热泵功率和储热设备容量约束的判定，不满足约束条件的个体需要重新产生；符合约束条件的个体代入搭建的建筑热平衡模型计算下一时刻的室内温度，对于不符合室内温度约束条件的个体，需要重新产生该时刻的控制变量值来替换原始值。步骤4)所述的遗传算法寻优是经过选择、交叉、变异和保留精英，得到最优的运行方案，其中，选择是从群体中随机遍历，按照室内温度约束条件对群体中的所有个体进行排序，选取最优个体，为后续的交叉操作提供基础数据；交叉是将种群中的两个个体随机地交换基因，从而产生新的基因组合用于繁殖下一代的个体中；变异是通过局部的随机搜索，对群体中的个体上的基因值作变动，引进新的遗传基因和恢复已经失去的遗传基因；保留精英是对变异后的个体按照室内温度约束条件进行排序，选取最优个体作为最优运行方案。本专利技术的基于分布式清洁采暖的工业园区微网电热联合调度方法，能够利用分布式清洁采暖设备的特点，通过灵活调节系统中的供热设备，促进新能源消纳，并且充分考虑用户对温度的舒适度要求，利用用户热需求的可调节性扩大新能源的消纳空间，发挥微能源网的资源利用效能，提升微网运行的经济性。本专利技术能够为以分布式清洁供暖为主的工业园区调度提供技术支撑，有利于提升能源综合利用和管理水平，促进工业园区微能源网的合理发展。能更加适应当前微网的运行特点，以提高经济效益、减小环境污染、促进新能源消纳，更大地发挥微能源网的资源利用效能，提升微网运行的经济性。附图说明图1是本专利技术基于分布式清洁采暖的工业园区微网电热联合调度方法的流程图；图2是空气源热泵制热功率图；图3是储热设备功率及容量图；图4是微网向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分布式清洁采暖的工业园区微网电热联合调度方法，其特征在于，包括如下步骤：1)建立基于分布式采暖的园区微网整体架构，包括建筑级电热供应系统和园区级协同供电系统；2)构建工业园区微网仿真模型，包括：建筑热平衡模型、空气源热泵模型、储热设备模型；3)构建工业园区微网日前经济调度模型，包括：目标函数、电功率平衡约束条件、室内温度约束条件、空气源热泵制热功率约束条件、储能容量约束条件、储能装置功率约束条件、光伏上网功率约束条件和电力潮流约束条件；4)提出基于遗传算法的微网调度求解方法，包括两个方面：个体筛选修正和遗传算法部分寻优。

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式清洁采暖的工业园区微网电热联合调度方法，其特征在于，包括如下步骤：1)建立基于分布式采暖的园区微网整体架构，包括建筑级电热供应系统和园区级协同供电系统；2)构建工业园区微网仿真模型，包括：建筑热平衡模型、空气源热泵模型、储热设备模型；3)构建工业园区微网日前经济调度模型，包括：目标函数、电功率平衡约束条件、室内温度约束条件、空气源热泵制热功率约束条件、储能容量约束条件、储能装置功率约束条件、光伏上网功率约束条件和电力潮流约束条件；4)提出基于遗传算法的微网调度求解方法，包括两个方面：个体筛选修正和遗传算法部分寻优。2.根据权利要求1所述的基于分布式清洁采暖的工业园区微网电热联合调度方法，其特征在于，步骤1)所述的建筑级电热供应系统包括：空气源热泵、储热装置和屋顶光伏；所述的园区级协同供电系统包括：外部电网、配电线路和集中式光伏走廊。3.根据权利要求1所述的基于分布式清洁采暖的工业园区微网电热联合调度方法，其特征在于，步骤2)所述的建筑热平衡模型由下式表示：Q1(t)+Q2(t)+Q3(t)＝Q4(t)+Q5(t)(1)式中，Q1(t)为建筑围护结构散热功率；Q2(t)为建筑门窗渗透散热功率；Q3(t)为室内温升耗热；Q4(t)为人体散热功率；Q5(t)为建筑内采暖设备的散热功率；其中：式中，Ni为房间不同围护结构内表面总数；Fk围护结构k内表面积，单位m2；αk为围护结构k的对流换热系数，单位W/m2·℃；Tn(t)为t时刻室内计算温度，单位℃；Tw(t)为t时刻室外温度，单位℃；n表示室内；w表示室外；Q2(t)＝0.278×cwmw[Tn(t)-Tw(t)](3)式中，0.278为单位换算系数；cw为室外空气比热，取1.004kJ/kg·℃；mw为室外空气温度下的空气质量；式中，cn为室内空气比热；mn室内空气温度下的空气质量；为室内空气温度变化率；Q4(t)＝3.8(5)Q5(t)＝ηQ(t)(6)式中，η为散热器出入口散热效率，取为0.9；Q(t)为t时刻热源设备输入的总制热功率。4.根据权利要求1所述的基于分布式清洁采暖的工业园区微网电热联合调度方法，其特征在于，步骤2)所述的空气源热泵模型由下式表示：Q＝0.0274Tw4+0.6868×Tw3-0.8241×Tw2+140.4Tw+8465.3(7)COP＝5×10-6Tw4+0.0001Tw3-0.001Tw2+0.0596Tw+3.1984(8)式中，Q为空气源热泵的制热量；COP为制热性能系数，即空气源热泵的制热量与空气源热泵消耗电功率的比值；Tw(t)为t时刻室外温度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世举，徐晶，刘洪，李娟，张雪菲，张章，徐科，王哲，迟福建，王亦然，刘晓鸥，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，国家电网公司，天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12