一种冷热电综合能源系统优化运行方法技术方案

本发明专利技术提供了一种冷热电综合能源系统优化运行方法，所述方法包括如下步骤：1)以所述冷热电综合能源系统整体运行经济性最优为核心，考虑所述冷热电综合能源系统的多时间尺度特性构建系统运行总成本最小目标函数；2)考虑了所述冷热电综合能源系统的多时间尺度特性，建立设备约束模型和功率平衡约束模型，作为对所述系统运行总成本最小目标函数的约束条件；3)采用分支定界法，根据步骤2)中的约束条件对所述系统运行总成本最小目标函数进行求解。本发明专利技术的方法针对冷热电综合能源系统的复杂结构与运行机理，能够提高能源利用效率，降低了运行成本，实现了冷热电综合能源系统的优化运行。

An optimal operation method of comprehensive energy system of cooling and heating

【技术实现步骤摘要】
一种冷热电综合能源系统优化运行方法
本专利技术属于综合能源系统领域，特别涉及一种冷热电综合能源系统优化运行方法。
技术介绍
冷热电综合能源系统是一种建立在能量的梯级利用概念基础上，以天然气为一次能源，产生热能、电能、冷能的联产联供系统。它以天然气为燃料，利用小型燃气轮机、燃气内燃机、微燃机等设备将天然气燃烧后获得的高温烟气首先用于发电，然后利用余热在冬季供暖；在夏季通过驱动吸收式制冷机供冷；同时还可提供生活热水,充分利用了排气热量。一次能源利用率可提高到80％左右，大量节省了一次能源。燃气冷热电三联供系统按照供应范围，可以分为区域型和楼宇型两种。区域型系统主要是针对各种工业、商业或科技园区等较大的区域所建设的冷热电能源供应中心。设备一般采用容量较大的机组，往往需要建设独立的能源供应中心，还要考虑冷热电供应的外网设备。楼宇型系统则是针对具有特定功能的建筑物，如写字楼、商厦、医院及某些综合性建筑所建设的冷热电供应系统，一般仅需容量较小的机组，机房往往布置在建筑物内部，不需要考虑外网建设。与传统的集中式发电、远程送电模式比较，燃气热电冷三联供可以大大提高能源利用效率：大型发电厂的发电效率一般为30％～40％；而冷热电综合能源系统能源利用效率提高到80～90％，且没有输电损耗。冷热电综合能源系统本质上是一个冷热电多种能量耦合系统，结构与运行机理复杂，多种规律并存且相互作用，具有参数变量繁多、非线性、不确定、多层次等特点，因此其系统结构和工作流程复杂多样。目前，关于如何参考冷热电多种能量耦合系统的多时间尺度特性，充分梯级利用各种能源，实现冷、热、电等多种能量的高效互补供给，提高能源利用效率，降低运行成本，仍然是运行过程所面临的一大难题。因此，针对上述问题，需要提出一套具体的解决方案，来完善冷热电综合能源系统的优化运行。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种冷热电综合能源系统优化运行方法，所述方法包括如下步骤：1)以所述冷热电综合能源系统整体运行经济性的最优化为核心，基于所述冷热电综合能源系统的多时间尺度特性构建系统运行总成本最小目标函数；2)基于所述冷热电综合能源系统的多时间尺度特性，建立设备约束模型和功率平衡约束模型，作为对所述系统运行总成本最小目标函数的约束条件；3)采用分支定界法，根据所述步骤2)中的约束条件对所述系统运行总成本最小目标函数进行求解。其中，所述步骤1)中系统运行总成本最小目标函数如下：其中，t1代表热能和冷能的调节周期；t2,i代表第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期；Fgrid(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期内的系统购电费用；Fgas(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期内的系统购买天然气费用；Fmain(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期内的系统设备维护费用；Fpoll(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期内的污染气体排放治理费用。所述系统运行总成本最小目标函数中所述系统购电费用Fgrid(t1,t2,i)具体表示如下：Fgrid(t1,t2,i)＝Pgrid(t1,t2,i)·Δt2·fgrid(t1,t2,i)其中，Δt2为电能调节周期的时间间隔；Pgrid(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期内的系统的购电功率；fgrid(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期内的电网的实时电价；所述系统运行总成本最小目标函数中所述系统购买天然气费用Fgas(t1,t2,i)具体表示如下：Fgas(t1,t2,i)＝Vgas(t1,t2,i)·Δt2·fgas(t1,t2,i)其中，Vgas(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的系统消耗天然气体积；Δt2为电能调节周期的时间间隔；fgas(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的天然气价格；所述系统运行总成本最小目标函数中所述系统设备维护费用Fmain(t1,t2,i)具体表示如下：Fmain(t1,t2,i)＝kGE[PGE(t1,t2,i)]·Δt2·PGE(t1,t2,i)+kAP.cool[QAP.cool(t1,t2,i)]·Δt2·QAP.cool(t1,t2,i)+kAP.heat[QAP.heat(t1,t2,i)]·Δt2·QAP.heat(t1,t2,i)+kAC.heat[QAC.heat(t1,t2,i)]·Δt2·QAC.heat(t1,t2,i)其中，kGE[PGE(t1,t2,i)]为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的燃气内燃机在不同输出功率下的维护系数；PGE(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的燃气内燃机输出电功率；kAP.cool[QAP.cool(t1,t2,i)]为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的烟气吸收热泵设备的冷功率维护系数；QAP.cool(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的烟气吸收热泵输出冷功率；kAP.heat[QAP.heat(t1,t2,i)]为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的烟气吸收热泵设备的热功率维护系数；QAP.heat(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的烟气吸收热泵输出热功率；kAC.heat[QAC.heat(t1,t2,i)]为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的吸收式制冷机的维护系数；QAC.heat(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的吸收式制冷机吸收的热功率；所述系统运行总成本最小目标函数中所述污染气体排放治理费用Fpoll(t1,t2,i)具体表示如下：其中，t1代表热能和冷能的调节周期；t2,i代表第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期；Δt2为电能调节周期的时间间隔；λ为系统的污染排放物种类数，包括：CO2、SO2、NOx；δλ为包括CO2、SO2、NOx在内的不同排放物的治理费用；αgrid.λ为电网功率对不同排放物的排放系数；Pgrid(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的系统与电网的购电功率；αGE.λ为燃气内燃机电功率对不同排放物的排放系数；PGE(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的燃气内燃机的发电功率。所述步骤2)中所述设备约束模型包括燃气内燃机约束模型、缸套水换热器约束模型、吸收式制冷机约束模型、电锅炉约束模型、电制冷机约束模型、烟气吸收热泵设备约束模型、储电设备约束模型、储热设备约束模型以及光伏发电机组约束模型中的一个或多个模型。所述燃气内燃机约束模型如下：其中，t1代表热能和冷能的调节周期；t2,i代表第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期；Δt2为电能调节周期的时间间隔；PGE(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的燃气内燃机的发电功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷热电综合能源系统优化运行方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)以所述冷热电综合能源系统整体运行经济性的最优化为核心，基于所述冷热电综合能源系统的多时间尺度特性构建系统运行总成本最小目标函数；2)基于所述冷热电综合能源系统的多时间尺度特性，建立设备约束模型和功率平衡约束模型，作为对所述系统运行总成本最小目标函数的约束条件；3)采用分支定界法，根据所述步骤2)中的约束条件对所述系统运行总成本最小目标函数进行求解。

【技术特征摘要】
1.一种冷热电综合能源系统优化运行方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1)以所述冷热电综合能源系统整体运行经济性的最优化为核心，基于所述冷热电综合能源系统的多时间尺度特性构建系统运行总成本最小目标函数；2)基于所述冷热电综合能源系统的多时间尺度特性，建立设备约束模型和功率平衡约束模型，作为对所述系统运行总成本最小目标函数的约束条件；3)采用分支定界法，根据所述步骤2)中的约束条件对所述系统运行总成本最小目标函数进行求解。2.根据权利要求1所述的系统优化运行方法，其特征在于，所述步骤1)中系统运行总成本最小目标函数如下：其中，t1代表热能和冷能的调节周期；t2,i代表第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期；Fgrid(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期内的系统购电费用；Fgas(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期内的系统购买天然气费用；Fmain(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期内的系统设备维护费用；Fpoll(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期内的污染气体排放治理费用。3.根据权利要求2所述的系统优化运行方法，其特征在于，所述系统运行总成本最小目标函数中所述系统购电费用Fgrid(t1,t2,i)具体表示如下：Fgrid(t1,t2,i)＝Pgrid(t1,t2,i)·Δt2·fgrid(t1,t2,i)其中，Δt2为电能调节周期的时间间隔；Pgrid(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期内的系统的购电功率；fgrid(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期内的电网的实时电价；所述系统运行总成本最小目标函数中所述系统购买天然气费用Fgas(t1,t2,i)具体表示如下：Fgas(t1,t2,i)＝Vgas(t1,t2,i)·Δt2·fgas(t1,t2,i)其中，Vgas(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的系统消耗天然气体积；Δt2为电能调节周期的时间间隔；fgas(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的天然气价格；所述系统运行总成本最小目标函数中所述系统设备维护费用Fmain(t1,t2,i)具体表示如下：Fmain(t1,t2,i)＝kGE[PGE(t1,t2,i)]·Δt2·PGE(t1,t2,i)+kAP.cool[QAP.cool(t1,t2,i)]·Δt2·QAP.cool(t1,t2,i)+kAP.heat[QAP.heat(t1,t2,i)]·Δt2·QAP.heat(t1,t2,i)+kAC.heat[QAC.heat(t1,t2,i)]·Δt2·QAC.heat(t1,t2,i)其中，kGE[PGE(t1,t2,i)]为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的燃气内燃机在不同输出功率下的维护系数；PGE(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的燃气内燃机输出电功率；kAP.cool[QAP.cool(t1,t2,i)]为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的烟气吸收热泵设备的冷功率维护系数；QAP.cool(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的烟气吸收热泵输出冷功率；kAP.heat[QAP.heat(t1,t2,i)]为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的烟气吸收热泵设备的热功率维护系数；QAP.heat(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的烟气吸收热泵输出热功率；kAC.heat[QAC.heat(t1,t2,i)]为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的吸收式制冷机的维护系数；QAC.heat(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的吸收式制冷机吸收的热功率；所述系统运行总成本最小目标函数中所述污染气体排放治理费用Fpoll(t1,t2,i)具体表示如下：其中，t1代表热能和冷能的调节周期；t2,i代表第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期；Δt2为电能调节周期的时间间隔；λ为系统的污染排放物种类数，包括：CO2、SO2、NOx；δλ为包括CO2、SO2、NOx在内的不同排放物的治理费用；αgrid.λ为电网功率对不同排放物的排放系数；Pgrid(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的系统与电网的购电功率；αGE.λ为燃气内燃机电功率对不同排放物的排放系数；PGE(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的燃气内燃机的发电功率。4.根据权利要求1所述的系统优化运行方法，其特征在于，所述步骤2)中所述设备约束模型包括燃气内燃机约束模型、缸套水换热器约束模型、吸收式制冷机约束模型、电锅炉约束模型、电制冷机约束模型、烟气吸收热泵设备约束模型、储电设备约束模型、储热设备约束模型以及光伏发电机组约束模型中的一个或多个模型。5.根据权利要求4所述的系统优化运行方法，其特征在于，所述燃气内燃机约束模型如下：其中，t1代表热能和冷能的调节周期；t2,i代表第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期；Δt2为电能调节周期的时间间隔；PGE(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的燃气内燃机的发电功率；燃气内燃机的发电功率PGE(t1,t2,i)在第t1个热能和冷能的调节周期内的4个电能调节周期内恒定；ηGE.elec(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的燃气内燃机的发电效率；Pmax为燃气内燃机的额定发电功率；QGE.heat(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的燃气内燃机输出的热功率；燃气内燃机输出的热功率QGE.heat(t1,t2,i)在第t1个热能和冷能的调节周期内的4个电能调节周期内恒定；ηL为燃气内燃机的固有损耗率；PGE(t1,t2,i-1)为上一个电能调节周期的燃气内燃机的发电功率；PGE.max为燃气内燃机出力坡度约束；LHV为天然气的低位热值；ηgas为燃气内燃机的天然气利用率；a3、a2、a1、a0分别为拟合常数；所述烟气吸收热泵约束模型如下：其中，t1代表热能和冷能的调节周期；t2,i代表第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期；T(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期内的烟气吸收热泵的入口温度；PGE(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的燃气内燃机的发电功率；Pmax为燃气内燃机的额定发电功率；Cw(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期内的不同温度热水比热容；COPAP(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期内的烟气吸收式热泵的能效系数；QAP.heat(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期内的烟气吸收热泵的制热功率；QAP.cool(t1,t2,i)为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的烟气吸收热泵的制冷功率；QAP.heat(t1,t2,i-1)为上一个电能调节周期烟气吸收热泵的制热功率；QAP.cool(t1,t2,i-1)为上一个电能调节周期的烟气吸收热泵的制冷功率；烟气吸收热泵的制热功率QAP.heat(t1,t2,i)和制冷功率QAP.cool(t1,t2,i)在第t1个热能和冷能的调节周期内的4个电能调节周期内恒定；λheat(t1,t2,i)、λcool(t1,t2,i)分别为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的烟气吸收热泵的烟气制热比例和制冷比例；Theat、Tcool分别为热水出口温度和冷水出口温度；Lheat(t1,t2,i)、Lcool(t1,t2,i)分别为第t1个热能和冷能的调节周期内的第i个电能调节周期的烟气吸收热泵的热水和冷水流量；Lheat.max、Lcool.max分别为最大制热、制冷流量；ηAP.heat、ηAP.cool分别为烟气吸收热泵的制热和制冷效率；QAP.heat.max为烟气吸收热泵的制热功率出力坡度约束；QAP.cool.max为烟气吸收热泵的制冷功率出力坡度约束；b5、b4、b3、b2、b1、b0分别为拟合常数；所述缸套水换热器约束模型如下：QJW(t1,t2,i)＝ηJW·QGE.heat(t1,t2,i)其中，t1代表热能和冷能的调节周期；t2,i代表第t1个热能和冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁志昌，欧阳斌，屈鲁，郭佩乾，彭清文，魏应冬，李笑倩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11