一种冷热电联供系统多目标优化运行方法技术方案

本发明专利技术公开了一种冷热电联供系统多目标优化运行方法，先分别针对联供系统和分供系统的的设备建立数学模型；再针对各个设备分别计算联供和分供系统总运行成本、总碳排放量、总一次能源消耗量；再采用加权的方法建立多目标优化模型，再采用混合整数线性规划求解器对分供系统进行单目标优化求解，最后得到联供系统的优化运行策略与地源热泵耦合；本发明专利技术通能够有效提高终端用户的能源利用效率，缓解区域电网能源供需的矛盾，促进分布式可再生能源的就地消纳，最大程度实现联供系统的社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种冷热电联供系统多目标优化运行方法
本专利技术属于电力系统运行分析与控制
，具体涉及一种冷热电联供系统的多目标优化运行方法。
技术介绍
随着经济技术的不断发展以及世界人口的不断增长，能源问题正面临巨大的挑战，未来能源需求将不断上升，以化石能源为主导的一次能源消耗形式进一步加剧了能源供应的紧张形势。此外，化石能源的燃烧带来了巨大的环境问题，合理有效地能源利用将成为学术界研究的热点。目前，用能形式逐渐由单一化转向多元化，传统能源供应系统一般以分供的形式满足能源需求，由此带来了一些问题。对于发电系统，化石能源经燃烧产生热能，只有其中一小部分的能量转化为了电能，其余热能都耗散在空气中，因此能量损失严重，能源利用率极低。对于冷能，由于夏季冷能需求量较大，传统冷能都由电制冷空调来满足，大量的空调制冷负荷增加了电网调峰调谷压力。冷热电联供系统是在热电联供系统基础上发展起来的吗，用于直接向用户提供冷能、热能、电能等，满足用户多样化的能源需求。冷热电联供利用燃料产生的能量进行做功，高品质的能量发电，低品质的热量通过余热回收用来供热、提供生活热水和制冷，实现能量的梯级利用。天津中新生态城是致力于改善生态环境、建设生态文明的战略性工程，该工程是多种能源综合利用的能源示范项目。因此，如何制定合理的能源调度策略，以充分发挥能源站的社会效益，具有重要的研究意义。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种冷热电联供系统多目标优化运行方法，能够有效提高终端用户的能源利用效率，缓解区域电网能源供需的矛盾，促进分布式可再生能源的就地消纳，最大程度实现联供系统的社会效益。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种冷热电联供系统多目标优化运行方法，包括如下步骤：步骤一，根据能源站冷热电联供系统的设备及能源供应方式，建立数学模型，同时建立各设备的数学模型；采用的设备包括：燃气内燃机、电制冷机组、地源热泵机组、烟气热水型溴冷机、水蓄冷电锅炉、水蓄热电锅炉、连接于燃气内燃机的吸收式制冷机组、连接于燃气内燃机的吸收式制热机组、余热吸收机、蓄能槽；能源供应方式包括：电网、天然气；冷负荷主由冷地源热泵机组、吸收式制冷机组以及水蓄冷供应，缺额部分由电制冷机组供应；电制冷机组由市政电网供电，地源热泵机组由燃气内燃机或市政电网供应，燃气内燃发电同时产生余热，该部分余热回收后可被吸收式制冷机利用，产生需要的冷能；热负荷由地源热泵机组直接供热、余热吸收机供热以及蓄能槽释热；步骤二，根据能源站冷热电分供系统的的设备及能源供应方式，建立数学模型，同时建立各设备的数学模型；采用的设备包括：燃气内燃机、电制冷机组、地源热泵机组、烟气热水型溴冷机、水蓄冷电锅炉、水蓄热电锅炉、锅炉、连接于锅炉的吸收式制冷机、连接于锅炉的吸收式制热机；能源供应方式包括：电网、天然气；冷负荷由电制冷机、地源热泵机组、水蓄冷罐以及吸收式制冷机提供；热负荷由地源热泵、锅炉以及吸收式制热机提供热能，电制冷机和地源热泵机组由市政电网供电；步骤三，先针对各个设备分别计算联供和分供系统总运行成本，联供和分供系统总碳排放量，联供和分供系统总一次能源消耗量；再采用加权的方法建立多目标优化模型；步骤四，根据所建立的模型，先通过采用混合整数线性规划求解器，可以得到优化后的分供系统总运行成本f1SP、分供系统总碳排放量分供系统总一次能源消耗量再代入下式求解得到联供系统的优化运行策略；式中：β1，β2，β3为多目标权重系数。前述的一种冷热电联供系统多目标优化运行方法，联供系统、分供系统燃气内燃机组的数学模型如下所述：冷热电联供系统发电机组选用燃气内燃发电机，利用天然气燃烧产生的动力带动发电机发电，发出的电力不并入电网，只用于烟气热水型余热吸收式空调机及辅机和地源热泵机组及其辅机，可表示为：式中：为t时段燃气内燃机发电量；为第i台地源热泵机组耗电量；为吸收式制冷机耗电量。因烟气热水型余热吸收式制冷机主要利用热能，因而其耗电量主要用于给其辅机供电，相比于其值很小，可忽略不计；燃气内燃机消耗天然气量以及热回收量分别为：式中：为燃气内燃机消耗天然气量；ηpgu为燃气内燃机的效率；为热回收量；ηr为热回收效率。前述的一种冷热电联供系统多目标优化运行方法，联供系统、分供系统电制冷机组的数学模型如下所述：电制冷机组的制冷量与其电能输入量成正比：式中：为电制冷机产生的冷能；为电网向电制冷机的供电量；COPec为电制冷机的性能系数。前述的一种冷热电联供系统多目标优化运行方法，联供系统、分供系统地源热泵机组的数学模型如下所述：地源热泵机组将低品位的电能转化为高品位的冷能或热能，其产生的能量可用于直接供应冷/热负荷，也可用于储存，表示为：式中：为第i台地源热泵机组供冷量；为蓄冷量；为由市政电网向地源热泵机组的供电量；为由燃气内燃机向地源热泵供电量；COPgshp,c为地源热泵制冷性能系数；为表示地源热泵供冷的状态量，为0-1变量，表示地源热泵供冷；为地源热泵供冷上限。此外，变量下标中“c”代表供冷，当冬季供热时，变量下标可用“h”代替。前述的一种冷热电联供系统多目标优化运行方法，联供系统、分供系统水蓄冷电锅炉、水蓄热电锅炉的数学模型如下所述：能量来源于地源热泵机组，考虑到蓄能设备热量损失，其蓄能量可表示为：式中：为t时段蓄冷设备的蓄冷量；ηST为热损失系数；为蓄冷设备释放的冷能；为表示蓄冷设备的运行状态的0-1变量，表示水蓄冷设备处于蓄冷状态，表示水蓄冷设备处于释放冷能状态。前述的一种冷热电联供系统多目标优化运行方法，联供系统、分供系统吸收式制冷机组的数学模型如下所述：当发电机组运行时，首先利用发电机组的余热作为吸收机的热源，供应部分冷能；吸收式制冷机组的制冷量与其热能输入量成正比：式中：为吸收式制冷机的供冷量；COPam,c为吸收式制冷机性能系数。前述的一种冷热电联供系统多目标优化运行方法，锅炉用于补充冷能或热能的能量缺额，分供系统锅炉的数学模型如下所述：式中：ηb为锅炉效率。前述的一种冷热电联供系统多目标优化运行方法，步骤三，先针对各个设备分别计算联供和分供系统总运行成本，联供和分供系统总碳排放量，联供和分供系统总一次能源消耗量；再采用加权的方法建立多目标优化模型；联供系统总运行成本可表示为：分供系统总运行成本可表示为：式中：T为能源站调度周期；πe为峰谷电价；πg为天然气单价；为分供系统天然气需求量，CCHP表示冷热电联供系统，SP表示冷热电分供系统。联供系统总碳排放量可表示为：分供系统总碳排放量可表示为：式中：μe，μg为电力和天然气的碳排放转换系数。联供系统总一次能源消耗量可表示为：分供系统总一次能源消耗量可表示为：式中：ke，kg为电力和天然气的一次能源转换系数；ηgrid为电网传输效率。联供系统可表达为如下形式：即：式中：β1，β2，β3为多目标权重系数。前述的一种冷热电联供系统多目标优化运行方法，冷热电联供系统约束包括两类：一是冷、热、电能量的平衡约束；二是能源站各设备的物理约束；电能平衡约束可表示为：式中：为能源站电能负荷。冷负荷平衡约束可表示为：式中：为能源站冷负荷。热负荷平衡约束可表示为：式中：为能源站热负荷。本专利技术的有益之处在于：本专利技术提供一种冷热电联供系统多目标优化运行方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷热电联供系统多目标优化运行方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，根据能源站冷热电联供系统的设备及能源供应方式，建立数学模型，同时建立各设备的数学模型；采用的设备包括：燃气内燃机、电制冷机组、地源热泵机组、烟气热水型溴冷机、水蓄冷电锅炉、水蓄热电锅炉、连接于燃气内燃机的吸收式制冷机组、连接于燃气内燃机的吸收式制热机组、余热吸收机、蓄能槽；能源供应方式包括：电网、天然气；冷负荷由冷地源热泵机组、吸收式制冷机组以及水蓄冷供应，缺额部分由电制冷机组供应；电制冷机组由市政电网供电，地源热泵机组由燃气内燃机或市政电网供应，燃气内燃发电同时产生余热，该部分余热回收后可被吸收式制冷机利用，产生需要的冷能；热负荷由地源热泵机组直接供热、余热吸收机供热以及蓄能槽释热；步骤二，根据能源站冷热电分供系统的设备及能源供应方式，建立数学模型，同时建立各设备的数学模型；采用的设备包括：燃气内燃机、电制冷机组、地源热泵机组、烟气热水型溴冷机、水蓄冷电锅炉、水蓄热电锅炉、锅炉、连接于锅炉的吸收式制冷机、连接于锅炉的吸收式制热机；能源供应方式包括：电网、天然气；冷负荷由电制冷机、地源热泵机组、水蓄冷罐以及吸收式制冷机提供；热负荷由地源热泵、锅炉以及吸收式制热机提供热能，电制冷机和地源热泵机组由市政电网供电；步骤三，先针对各个设备分别计算联供和分供系统总运行成本，联供和分供系统总碳排放量，联供和分供系统总一次能源消耗量；再采用加权的方法建立多目标优化模型；步骤四，根据所建立的模型，先采用混合整数线性规划求解器对分供系统进行单目标优化求解，可以得到优化后的分供系统总运行成本f1...

【技术特征摘要】
1.一种冷热电联供系统多目标优化运行方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，根据能源站冷热电联供系统的设备及能源供应方式，建立数学模型，同时建立各设备的数学模型；采用的设备包括：燃气内燃机、电制冷机组、地源热泵机组、烟气热水型溴冷机、水蓄冷电锅炉、水蓄热电锅炉、连接于燃气内燃机的吸收式制冷机组、连接于燃气内燃机的吸收式制热机组、余热吸收机、蓄能槽；能源供应方式包括：电网、天然气；冷负荷由冷地源热泵机组、吸收式制冷机组以及水蓄冷供应，缺额部分由电制冷机组供应；电制冷机组由市政电网供电，地源热泵机组由燃气内燃机或市政电网供应，燃气内燃发电同时产生余热，该部分余热回收后可被吸收式制冷机利用，产生需要的冷能；热负荷由地源热泵机组直接供热、余热吸收机供热以及蓄能槽释热；步骤二，根据能源站冷热电分供系统的设备及能源供应方式，建立数学模型，同时建立各设备的数学模型；采用的设备包括：燃气内燃机、电制冷机组、地源热泵机组、烟气热水型溴冷机、水蓄冷电锅炉、水蓄热电锅炉、锅炉、连接于锅炉的吸收式制冷机、连接于锅炉的吸收式制热机；能源供应方式包括：电网、天然气；冷负荷由电制冷机、地源热泵机组、水蓄冷罐以及吸收式制冷机提供；热负荷由地源热泵、锅炉以及吸收式制热机提供热能，电制冷机和地源热泵机组由市政电网供电；步骤三，先针对各个设备分别计算联供和分供系统总运行成本，联供和分供系统总碳排放量，联供和分供系统总一次能源消耗量；再采用加权的方法建立多目标优化模型；步骤四，根据所建立的模型，先采用混合整数线性规划求解器对分供系统进行单目标优化求解，可以得到优化后的分供系统总运行成本f1SP、分供系统总碳排放量分供系统总一次能源消耗量再代入下式求解得到联供系统的优化运行策略；式中：β1，β2，β3为多目标权重系数。2.根据权利要求1所述的一种冷热电联供系统多目标优化运行方法，其特征在于，联供系统、分供系统燃气内燃机组的数学模型如下所述：冷热电联供系统发电机组选用燃气内燃发电机，利用天然气燃烧产生的动力带动发电机发电，发出的电力不并入电网，只用于烟气热水型余热吸收式空调机及辅机和地源热泵机组及其辅机，可表示为：式中：为t时段燃气内燃机发电量；为第i台地源热泵机组耗电量；为吸收式制冷机耗电量；因烟气热水型余热吸收式制冷机主要利用热能，因而其耗电量主要用于给其辅机供电，相比于其值很小，可忽略不计；燃气内燃机消耗天然气量以及热回收量分别为：式中：为燃气内燃机消耗天然气量；ηpgu为燃气内燃机效率；为热回收量；ηr为热回收效率。3.根据权利要求1所述的一种冷热电联供系统多目标优化运行方法，其特征在于，联供系统、分供系统电制冷机组的数学模型如下所述：电制冷机组的制冷量与其电能输入量成正比：式中：为电制冷机组产生的冷能；为电网向电制冷机组的供电量；COPec为电制冷机组的性能系数。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超群，陈涛，孙云东，张昕，王雪生，张丹丹，张奇，宋玉鼎，张名博，王竑晟，王磊，石屾，霍现旭，宋杰，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司滨海供电分公司，国电南瑞科技股份有限公司，南瑞集团有限公司，国电南瑞南京控制系统有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：天津,12