一种清洁能源驱动多能互补系统运营优化方法技术方案

本发明专利技术一种清洁能源驱动多能互补系统运营优化方法属于发电技术领域，尤其涉及需对多能互补系统进行运营优化的情况。包括步骤：1）构建多能互补系统，通过对能源的生产、传输、转换、分配、存储、利用环节进行协调优化后形成一体化多能互补系统；2）构建多能互补系统运营优化模型，根据步骤（1）的多能互补系统的基本结构以及能量流动模式，以促进清洁能源消纳为主要目标，建立多能互补系统运行优化模型。本发明专利技术方法的优点是形成了多种能源有机整合、集成互补能源体系的运营优化方法，该方法基于多能互补系统，能替代单一发电及单一采暖模式，减少一次能源，特别是化石能源的消费比例，实现电能替代，实现节能减排的目标。

OPERATION OPTIMIZATION METHOD OF CLEAN ENERGY DRIVEN MULTIPLE ENERGY COMPLEMENTARY SYSTEM

The invention relates to a clean energy driven multi-energy complementary system operation optimization method, belonging to the field of power generation technology, in particular to the need for multi-energy complementary system operation optimization. Including steps: 1) building a multi-energy complementary system, through the coordinated optimization of energy production, transmission, conversion, distribution, storage and utilization links to form an integrated multi-energy complementary system; 2) building a multi-energy complementary system operation optimization model, according to step (1) of the basic structure of the multi-energy complementary system and energy flow mode, to promote the absorption of clean energy as the main objective. In this paper, a multi-energy complementary system operation optimization model is established. The advantages of the method of the invention are to form an operation optimization method of multiple energy organic integration and integrated complementary energy system. The method is based on the multi-energy complementary system, which can replace a single power generation and a single heating mode, reduce the consumption ratio of primary energy, especially fossil energy, realize the substitution of electric energy and realize the goal of energy saving and emission reduction.

【技术实现步骤摘要】
一种清洁能源驱动多能互补系统运营优化方法
本专利技术一种清洁能源驱动多能互补系统运营优化方法属于发电
，尤其涉及需对多能互补系统进行运营优化的情况。
技术介绍
能源危机与温室效应正逐渐成为世界范围内越来越紧迫的问题，中国以化石能源为主的能源消费结构导致能源消耗与环境保护间的矛盾日益严峻，这使得以天然气、太阳能和风能为代表的清洁能源以其资源丰富、污染小等优点在能源格局中正扮演着越来越重要的决策；同时，随着非可再生一次能源大量开采带来的储量下降及大气污染的日益严重，使用清洁的新能源成为了能源改革的核心内容。在这一背景下，多能互补可以发挥各类电源优势，取长补短，促进风电、光伏电等的消纳，增加可再生能源比重，缓解能源供需的矛盾。多能互补系统强调：融合、优化、智慧、创新、服务，系统融合了多类型的能源，以优化能源结构为目标，采用创新、智能化的方式为用户提供良好的服务体验。多能互补系统能充分利用各类清洁能源，综合考虑终端用户的冷、热、电和气负荷需求，实现系统整体高效、节能、经济和环保运行。清洁能源集成多能互补系统，形成了多种能源有机整合、集成互补的能源体系，能替代单一发电及单一采暖模式，减少一次能源，特别是化石能源的消费比例，实现电能替代。多能互补系统能充分利用清洁能源，实现节能减排目标，降低发电成本，提高电能质量，保障电网安全、稳定、经济运行。目前已有的多能互补系统还存在一些弊端，不能很好地实现多种能源的有机整合和集成互补。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种清洁能源驱动多能互补系统运营优化方法，在发展清洁能源、多种能源系统耦合的背景下，为多能互补系统运营提供了优化模型。本专利技术是采取以下技术方案实现的：清洁能源驱动多能互补系统运营优化方法，包括如下步骤，1）构建多能互补系统，通过对能源的生产、传输、转换、分配、存储、利用等环节进行协调优化后形成一体化多能互补系统；2）构建多能互补系统运营优化模型，根据多能互补系统的基本结构以及能量流动模式，以促进清洁能源消纳为主要目标，建立多能互补系统运行优化模型。本专利技术方法的优点是形成了多种能源有机整合、集成互补能源体系的运营优化方法，该方法基于多能互补系统，能替代单一发电及单一采暖模式，减少一次能源，特别是化石能源的消费比例，实现电能替代，实现节能减排的目标。附图说明图1是本专利技术具体实施例的多能互补系统能量流动结构图；图2是本专利技术综合能源多能互补系统中各子系统的逻辑关系图。具体实施方式以下将结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。根据国内外多能互补系统定义，认为多能互补系统主要是指为了满足特定区域终端用户多种用能需求，通过对能源的生产、传输、转换、分配、存储、利用等环节进行协调优化后形成的一体化多能互补系统。参照附图1，本专利技术作为多能互补系统的主要网络，电网和热网处于相互独立的地位，为了清晰描述多能互补系统的能量流动情况，选用热电联产机组衔接电力系统和热力系统，跟踪电能与热能的生产及传输途径，以促进清洁能源消纳为目标，分别在供给侧和用户侧安装储热装置以及配备入网式电动汽车（VehicletoHome，V2H，家庭智能微电网）突出了常规的电热限制。图中，实线箭头为电能流动路径，虚线箭头表示热能流动路径。根据建立的多能互补系统的基本结构以及能量流动模式，以促进清洁能源消纳为主要目标，建立多能互补系统运行优化模型。根据图1中多能互补系统的能量流动情况，深入分析各子系统间的能量衔接关系，多能互补系统主要以电能和热能为主，两种能量通过热电联产机组在能量生产侧进行耦合联接，通过各子系统实现能量交互与流动，从而实现能量的综合利用。图2为多能互补系统中不同子系统的逻辑关系图。2-1）在建立的多能互补系统中，电能由常规火电机组、热电联产机组以及新能源发电机组提供，通过用户侧及V2H系统进行传递，具体电功率平衡表达式为，（1），式中：NG为火电机组总数；NC为热电联产机组总数；NW为风电机组总数；Nt为系统内电动汽车的数量；PGi，t为常规火电机组，在t时刻的出力，火电机组的取值为；Pcogi,t为热电联产机组在t时刻的出力，热电联产机组的取值为；PWi,t为风电机组在无任何约束情况下t时刻的极限出力，风电机组的取值为；PWcurti,t为风电机组在t时刻产生的弃风功率，风电机组的取值为；Pethi,t为第辆电动汽车在t时刻向家庭用户的放电功率，第辆电动汽车的取值为；PLd,t为t时刻系统的用电负荷；Petvi,t为t时刻家庭用户向第辆电动汽车的放电功率，其中第辆电动汽车的取值为。热能主要由热电联产机组提供，通过用户侧及储能系统进行传递与调节，综合系统内热功率平衡表达式为，，式中：Hds,t为t时刻热电联产机组输出的热功率中针对热负荷的直供热部分；Hex,t为t时刻综合系统中储热装置的放热功率；HLd,t为t时刻系统的热负荷。2-2）结合式（1）建立的电能平衡关系，建立目标函数；综合考虑电能与热能在能量生产侧的耦合关系，即可得到多能互补系统模型；具体是以各子系统模型作为联合调度优化模型的主要约束条件，以能够最大化消纳风电即弃风电量最小为目标，建立综合调度优化模型。所述目标函数如式（3），(3)式中：T为调度时段总数；ε为惩罚因子，取值介于(0,1)之间，加入惩罚项的目的在于如果某一时间段没有产生弃风现象，则优化问题可以转化为对机组的运行成本进行优化，保证优化过程的连续性；为火电机组的能量生产成本，通常用二次函数来表示；为热电联产机组的能量生产成本，热电联产机组的运行成本转化为标准煤耗量可表示为公式（4），，式中：为对应热负荷的标准煤耗量；为对应电负荷的标准煤耗量；为热电联产机组的发电功率；为热电联产机组的热功率；为供热效率；为发电效率。2-3）基于约束条件并综合考虑储热装置、热电联产机组、V2H子系统以及电网与热网的整体实际运行情况，以风力资源最大消纳为目标，构建地区能源综合系统调度优化模型。所述约束条件包括热电联产机组子系统约束、储热子系统约束、V2H子系统约束以及电力系统和热力系统网络约束。所述热电联产机组子系统约束包括热电生产关系约束、储热关联约束和供电出力区间约束。热电生产关系约束的约束条件主要针对热能与电能在热电联产机组中的耦合特性进行说明，假定热电联产机组电热比保持不变，则具体表达式为：，式中kcog为热电联产机组的电热比。储热关联约束的约束条件从热量流动的角度将热电联产机组中能量的生产与储存环节进行结合，具体表达式为：。供电出力区间约束的约束条件主要针对热电联产机组实际向用户侧输出的电功率区间进行约束，具体表达式为：，式中Pcog,min与Pcog,max分别为t时刻热电联产机组所能输出的最小与最大电功率，它们也决定了热电联产机组的运行区间。储热子系统中，以水作为储热介质，无需设置换热器，并且该储热装置主要是针对城市小区域进行供热。假定水在储热水箱内充分混合，水箱内水温均匀一致，以水箱为开口体系，忽略水箱进出口水动能与势能的变化，储热装置能量方程可表示为：，式中m为水箱的水量；cp为储热介质的比热容；m´为集热器水的流量；TG,0为水箱的进口温度（集热器的出口水温）；L为热负荷；kLoss为散热损失系数，通常与储热设备与传热介质相关；A为水箱的表面积；Ts为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种清洁能源驱动多能互补系统运营优化方法，其特征在于：包括如下步骤，1）构建多能互补系统，通过对能源的生产、传输、转换、分配、存储、利用环节进行协调优化后形成一体化多能互补系统；2）构建多能互补系统运营优化模型，根据步骤（1）的多能互补系统的基本结构以及能量流动模式，以促进清洁能源消纳为主要目标，建立多能互补系统运行优化模型。

【技术特征摘要】
1.一种清洁能源驱动多能互补系统运营优化方法，其特征在于：包括如下步骤，1）构建多能互补系统，通过对能源的生产、传输、转换、分配、存储、利用环节进行协调优化后形成一体化多能互补系统；2）构建多能互补系统运营优化模型，根据步骤（1）的多能互补系统的基本结构以及能量流动模式，以促进清洁能源消纳为主要目标，建立多能互补系统运行优化模型。2.根据权利要求1所述的清洁能源驱动多能互补系统运营优化方法，其特征在于：步骤（1）采用热电联产机组衔接电力系统和热力系统，跟踪电能与热能的生产及传输途径，以促进清洁能源消纳为目标，分别在供给侧和用户侧安装储热装置以及配备入网式电动汽车突出常规的电热限制。3.根据权利要求1或2所述的清洁能源驱动多能互补系统运营优化方法，其特征在于：步骤（1）所述的一体化多能互补系统中，电能由常规火电机组、热电联产机组以及新能源发电机组提供，通过用户侧及V2H系统进行传递；热能主要由热电联产机组提供，通过用户侧及储能系统进行传递与调节；所述一体化多能互补系统以电能和热能为主，两种能量通过热电联产机组在能量生产侧进行耦合联接，通过各子系统实现能量交互与流动，从而实现能量的综合利用。4.根据权利要求3所述的清洁能源驱动多能互补系统运营优化方法，其特征在于：综合考虑电能与热能在能量生产侧的耦合关系，即得到多能互补系统模型；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓彦，徐微微，仲寅峰，赵超，武晨晨，冯小宇，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司宿迁供电分公司，国网江苏省电力有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32