计及多种储能的分布式冷热电联供系统的经济调度方法技术方案

本发明专利技术公开了一种计及多种储能的分布式冷热电联供系统的经济调度方法，将地源热泵和冷、热、电储能引入到冷热电联产系统的调度中，建立了含光伏、CCHP系统、地源热泵和多种储能装置的分布式冷热电联供系统，以调度周期内的总成本最小为目标函数，采用yalmip进行建模，用cplex求解器对模型进行求解，从而得到各个设备的最优出力。本发明专利技术能够实现CCHP型微网内冷、热、电3种能量之间的协调调度和转换，降低了能量耦合作用的不利影响，增强了系统的灵活调节能力，具有显著的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
计及多种储能的分布式冷热电联供系统的经济调度方法
本专利技术涉及综合能源互联系统的规划与运行领域，具体地说，是一种计及多种储能的分布式冷热电联供系统的经济调度方法。
技术介绍
降低污染物排放水平和提高能源的利用效率已被视为世界各国的重要目标。与传统的供能方式相比，冷热电联产可以实现对不同品质的能量进行梯级利用，将制冷、制热及发电过程一体化的总能系统，具有良好的经济性和节能性。目前对能源系统的储能已有较多研究，文献1(李刚,李峰,孔亮,宋宗勋.不同电价下含储能系统的微电网经济调度[J].中国电力,2018,51(02):125-132)建立了不同电价下含电储能的经济调度模型，证明了储能在电价的引导下具有削峰填谷和降低运行成本的作用；文献2(姜子卿,郝然,艾芊.基于冷热电多能互补的工业园区互动机制研究[J].电力自动化设备,2017,37(06):260-267.)针对工厂综合能源系统提出了一种考虑冰蓄冷空调多种工作模式的多能协同优化模型，有利于增加工厂系统调节的灵活性；文献3(陈磊,徐飞,王晓,等.储热提升风电消纳能力的实施方式及效果分析[J].中国电机工程学报,2015,35(17):4283-4290)将储热纳入包含风电的电力系统有功调度体系，通过仿真分析了储热提升风电消纳能力的效果。以上对储能在能源系统的经济调度方面做了大量研究，但对能量耦合复杂的冷热电联供系统的供能方式缺乏研究。为了降低冷热电联供系统中能量耦合作用的不利影响，在建立冷热电联产系统中设备模型的基础上，引入热泵和储能装置改善系统中的冷热电三者的能量耦合，使系统的调节更灵活。采用混合整数规划法对模型进行求解，得到各个设备的最优运行情况以及调度周期的总成本费用，通过仿真对比验证了此模型具有经济性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种计及多种储能的分布式冷热电联供系统的经济调度方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种计及多种储能的分布式冷热电联供系统的经济调度方法，在建立冷热电联产系统设备模型的基础上，引入地源热泵和储能装置改善系统中冷热电三者的能量耦合，得到各个设备的最优运行情况以及调度周期的总成本费用，具体步骤如下：步骤1、建立冷热电联产系统设备的数学模型，包括燃气内燃机、余热锅炉、燃气锅炉、吸收式制冷机、电制冷机的数学模型；步骤2、建立地源热泵的数学模型；步骤3、建立储能装置的数学模型，包括蓄电池、冷储能装置和热储能装置的数学模型；步骤4、以系统的投资成本、生产运维成本，购电成本、燃料成本构成的总的费用最小为优化目标建立经济调度模型的目标函数；步骤5、建立经济调度模型的约束条件，满足冷热电功率平衡约束、可控机组运行约束、储能装置约束和电网联络线功率约束；步骤6、求解经济调度模型，得到各设备的出力情况以及全天的总成本。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)本专利技术引入热泵和储能，有利于CCHP中的冷热电三者能量的解耦，使得各设备可以更加自主参与到负荷调度之中，从而增加了调度的灵活性和调节力；2)本专利技术计及热泵和储能装置的优化模型可以减少净负荷的变化率，起到削峰填谷的作用，并且大大降低了机组的燃料消耗，节约了资源，给CCHP带来较为显著的经济效益，具有合理性和经济性。附图说明图1是分布式冷热电联供系统结构图。图2是夏季典型日的光伏和负荷出力曲线图。图3是未计及热泵和储能情况下的电力平衡优化调度结果图。图4是未计及热泵和储能情况下的冷功率平衡优化调度结果图。图5是计及热泵和储能情况下的电力平衡优化调度结果图。图6是计及热泵和储能情况下的冷功率平衡优化调度结果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步说明本专利技术方案。计及多种储能的分布式冷热电联供系统中的设备有光伏发电、CCHP系统、地源热泵和储能装置，负荷有电负荷、冷负荷和热负荷三种，所以系统的能量分为电传输、冷传输和热传输，当园区中的能源不足以向负荷供电时，则从大电网购电，若供电后有电量剩余，则可向电网反向供电，以获取收益，该系统的经济调度方法具体步骤如下：步骤1、建立CCHP设备的数学模型，CCHP中含燃气内燃机、余热锅炉、燃气锅炉、吸收式制冷机、电制冷机等设备，燃气内燃机一般以天然气为燃料，燃料燃烧后释放的高温蒸汽可通过动力设备进行发电，中、低温排烟通过余热锅炉供给热负荷或通过吸收式制冷机产生冷能，若余热无法满足冷、热负荷需求，则通过电制冷机、燃气锅炉产能，对以上设备建立数学模型。(1)燃气轮机(MicroTurbine，MT)式中：为燃气轮机在t时刻的发电功率；ηMT为燃气轮机的发电效率；λgas为天然气热值，这里取9.7kWh/m3；分别表示燃气轮机在时刻t的燃气消耗速率。(2)余热锅炉(HeatrecoveryBoiler，HB)式中：为燃气轮机在t时刻产生的烟气热量；为燃气轮机输出烟气在t时刻回收的热功率；ηHB为余热锅炉的热回收效率。(3)燃气锅炉(Gas-firedBoiler，GB)式中：为燃气锅炉在t时刻产生的热功率；ηGB为燃气锅炉的制热能效系数；为燃气锅炉在t时刻燃气消耗速率。(4)吸收式制冷剂(AbsorptionChiller，AC)式中：为吸收式制冷机在t时刻产生的冷功率；COPAC为吸收式制冷机的制冷能效比；为余热用于制冷的部分。(5)电制冷机(ElectricChiller，EC)式中：为电制冷机在t时刻的制冷功率；COPEC为电制冷机的制冷能效比；为电制冷机在t时刻用于制冷的电功率。步骤2、建立地源热泵的数学模型；目前CCHP系统中冷热电三者的能量耦合复杂，不利于能量的充分利用和系统的经济运行。而地源热泵供能灵活且便于控制，弥补了CCHP系统的不足之处，将两者配合使用可以更好的发挥优势互补，提高系统调度的协调性和经济性。地源热泵的制冷量和制热量的数学模型为式中：分别为地源热泵于时刻t的耗电功率、制冷和制热功率；COP,c、COP,h分别为地源热泵的制冷和制热系数。步骤3、建立储能装置的数学模型，包括蓄电池、冷储能、热储能；随着风电光伏等新能源的迅猛发展，大容量储能产业的发展得到了推动。储能技术实现了能量的生产和消耗在时间上的解耦，在很大程度上解决了新能源发电的随机性、波动性问题，可以实现新能源发电的平滑输出。本文中电储能采用蓄电池，冷储能采用水蓄冷和热储能采用蓄热槽设备，这三种储能设备具有相似的运行特征，在充放能量过程中，除了满足一定的转换效率外，储能自身还会随着时间的推移产生一定的损耗，储能装置的数学模型为式中：为储能装置在t时刻的输出和输入功率；为储能装置在t时刻的出力功率。储能在t时刻的容量与上一时段的容量有关，其能量模型为式中：分别表示第t和第t-1时段后储能装置的剩余能量，ηch、ηdis分别表示储能装置的充、放电效率，δ为储能装置自身放电系数，Δt为单位调度时长。步骤4、建立经济调度的目标函数；含热泵和储能的分布式CCHP系统经济调度模型总的费用Cs由投资成本Cinve、生产运维成本Copma，购电成本Cnetp、燃料成本Cfuel组成。Cs＝Cinve+Copma+Cnetp+Cfuel(1)投资成本式中：CRF表示折算到每年的年等值成本；Ri为每个设备的单位容量投资；Ccap,i为设备的容量；m为设备数；r为年通货膨胀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及多种储能的分布式冷热电联供系统的经济调度方法，其特征在于，在建立冷热电联产系统设备模型的基础上，引入地源热泵和储能装置改善系统中冷热电三者的能量耦合，得到各个设备的最优运行情况以及调度周期的总成本费用，具体步骤如下：步骤1、建立冷热电联产系统设备的数学模型，包括燃气内燃机、余热锅炉、燃气锅炉、吸收式制冷机、电制冷机的数学模型；步骤2、建立地源热泵的数学模型；步骤3、建立储能装置的数学模型，包括蓄电池、冷储能装置和热储能装置的数学模型；步骤4、以系统的投资成本、生产运维成本，购电成本、燃料成本构成的总的费用最小为优化目标建立经济调度模型的目标函数；步骤5、建立经济调度模型的约束条件，满足冷热电功率平衡约束、可控机组运行约束、储能装置约束和电网联络线功率约束；步骤6、求解经济调度模型，得到各设备的出力情况以及全天的总成本。

【技术特征摘要】
1.一种计及多种储能的分布式冷热电联供系统的经济调度方法，其特征在于，在建立冷热电联产系统设备模型的基础上，引入地源热泵和储能装置改善系统中冷热电三者的能量耦合，得到各个设备的最优运行情况以及调度周期的总成本费用，具体步骤如下：步骤1、建立冷热电联产系统设备的数学模型，包括燃气内燃机、余热锅炉、燃气锅炉、吸收式制冷机、电制冷机的数学模型；步骤2、建立地源热泵的数学模型；步骤3、建立储能装置的数学模型，包括蓄电池、冷储能装置和热储能装置的数学模型；步骤4、以系统的投资成本、生产运维成本，购电成本、燃料成本构成的总的费用最小为优化目标建立经济调度模型的目标函数；步骤5、建立经济调度模型的约束条件，满足冷热电功率平衡约束、可控机组运行约束、储能装置约束和电网联络线功率约束；步骤6、求解经济调度模型，得到各设备的出力情况以及全天的总成本。2.根据权利要求1所述的计及多种储能的分布式冷热电联供系统的经济调度方法，其特征在于，步骤1建立的冷热电联产系统设备的数学模型具体为：(1)燃气轮机模型式中：为燃气轮机在t时刻的发电功率，ηMT为燃气轮机的发电效率，λgas为天然气热值，分别表示燃气轮机在时刻t的燃气消耗速率；(2)余热锅炉模型式中：为燃气轮机在t时刻产生的烟气热量，为燃气轮机输出烟气在t时刻回收的热功率，ηHB为余热锅炉的热回收效率；(3)燃气锅炉模型式中：为燃气锅炉在t时刻产生的热功率，ηGB为燃气锅炉的制热能效系数，为燃气锅炉在t时刻燃气消耗速率；(4)吸收式制冷剂模型式中：为吸收式制冷机在t时刻产生的冷功率，COPAC为吸收式制冷机的制冷能效比，为余热用于制冷的部分；(5)电制冷机模型式中：为电制冷机在t时刻的制冷功率，COPEC为电制冷机的制冷能效比，为电制冷机在t时刻用于制冷的电功率。3.根据权利要求1所述的计及多种储能的分布式冷热电联供系统的经济调度方法，其特征在于，步骤2建立的地源热泵的数学模型具体为：式中：分别为地源热泵于时刻t的耗电功率、制冷和制热功率，COP,c、COP,h分别为地源热泵的制冷和制热系数。4.根据权利要求1所述的计及多种储能的分布式冷热电联供系统的经济调度方法，其特征在于，步骤3中电储能采用蓄电池，冷储能采用水蓄冷和热储能采用蓄热槽设备，这三种储能设备具有相似的运行特征，在充放能量过程中，除了满足一定的转换效率外，储能自身还会随着时间的推移产生一定的损耗...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑乃云，陈冲，王宝华，王振益，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32