考虑供能侧和需求侧的冷热电联合供需平衡优化调度方法技术

本发明专利技术涉及考虑供能侧和需求侧的冷热电联合供需平衡优化调度方法，包括：S1、根据冷热电联合系统运行状态建立供能侧模型；S2、根据用户负荷特性建立需求侧需求响应控制模型；S3、获得供能灵活性指标和用能灵活性指标；S4、建立冷热电联合供需平衡优化调度模型；该模型以微网和外电网电能交互成本、燃气成本和设备维护成本为总运行成本；以电能和冷/热能量灵活性指标的均方根为系统综合灵活性指标；S5、运用多目标粒子群算法对建立的冷热电联合供需平衡优化调度模型进行求解，并根据实际情况选择最合适的解。本发明专利技术综合考虑供能侧和需求侧两类灵活性资源，从供需互补以及多能互补的角度，构建灵活性供需平衡，降低了微网的运行费用。

Optimal scheduling method of combined cooling and heating power supply and demand balance considering supply side and demand side

【技术实现步骤摘要】
考虑供能侧和需求侧的冷热电联合供需平衡优化调度方法
本专利技术属于电力系统源网荷调度优化
，尤其涉及考虑供能侧和需求侧的冷热电联合供需平衡优化调度方法。
技术介绍
随着能源结构调整的推进，可再生能源渗透率持续提高，随之而来的新能源间歇性和不确定性会给直接参与并网的传统电力系统安全经济运行造成影响。微电网作为一种可控系统，结合冷热电联供技术，可整合分布式可再生能源出力，降低运行成本，提升环境效益。由于微网包含了冷热电三种能源需求，能源供给结构复杂，且各类负荷峰谷差较大，导致能量供需难以匹配，如果能充分调度供能侧和需求侧各种灵活性资源，使多种能源保持“协调兼容”，对于实现系统经济稳定运行，提高能源利用率有重要意义。目前，对于冷热电联供型微网规划和调度的研究取得了一定进展。但大部分研究未详细考虑联供系统调度过程中的供需灵活性问题，当CCHP机组采用“以热定电”模式运行，电源出力被动跟踪冷热负荷，可能造成电能浪费或供应不足，系统灵活性差，难以建立良好的供需平衡。同时，不少文献提出的方法未详细考虑冷热电多能之间的互补特性以及负荷侧对于系统灵活性的影响。因此，基于这些问题，提供一种综合考虑供能侧和需求侧两类灵活性资源，从供需互补以及多能互补的角度，构建灵活性供需平衡的冷热电联合优化调度方法，具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种综合考虑供能侧和需求侧两类灵活性资源，从供需互补以及多能互补的角度，构建灵活性供需平衡的冷热电联合优化调度方法。r>本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：考虑供能侧和需求侧的冷热电联合供需平衡优化调度方法，包括如下步骤：S1、根据冷热电联合系统运行状态建立供能侧模型；S2、根据用户负荷特性建立需求侧需求响应控制模型；S3、获得供能灵活性指标和用能灵活性指标；S4、建立冷热电联合供需平衡优化调度模型；所述优化调度模型以一个调度周期内系统运行成本最低和系统灵活性最高为目标，以微网和外电网电能交互成本、燃气成本和设备维护成本为总运行成本；以电能和冷/热能量灵活性指标的均方根为系统综合灵活性指标：式中：C1为系统总运行成本，C2为系统综合灵活性指标；T、M分别为调度的时间段以及电/热/冷能的种类，Δt为调度运行时间；PtGrid为t时段微网同外电网的交互功率，为t时段购入/售出的单位电价,τgas为天然气价格，τk为第k种设备输出单位功率所对应的运行维护费用；为燃气轮机电能生产效率，λgas为天然气的低热值；PtGT为t时段燃气轮机发电功率,，为t时段设备k输出的功率；Fk为第k种电/热/冷能的灵活性；n为负荷的种类；S5、运用多目标粒子群算法对建立的冷热电联合供需平衡优化调度模型进行求解，得到非劣解集合，并根据实际情况选择最合适的解。进一步的,所述供能侧模型包括光伏电池模型、CCHP机组模型、地源热泵模型、储能设备模型，所述供能侧模型建立方法如下：S101、建立光伏电池模型，如式(1)：式中：PtPv为光伏电池t时段发电功率；为在标准测试条件下的输出功率；Gt为t时段太阳辐射强度；γ为功率-温度系数；Tt为t时段光伏电池表面的温度；TStc为参考温度；S102、建立CCHP发电机组模型，如式(2)、(3)、(4)：其中，CCHP发电机组由燃气轮机消耗天然气进行发电，产生的余热由余热锅炉回收，吸收式制冷机利用余热制冷；式中：PtGT、分别为t时段燃气轮机发电功率和余热锅炉回收的热功率；分别为燃气轮机电能生产效率和余热锅炉热能回收效率；VtGT为t时段输入燃气轮机的天然气量；λgas为天然气的低热值；为吸收式制冷机t时段制冷功率；为t时段余热锅炉回收热功率输入到吸收式制冷机的比例；Ic为制冷能效比；S103、建立地源热泵模型，如式(5)、(6)：地源热泵可以弥补CCHP机组热电耦合紧密灵活性差的不足，通过消耗电能输出冷热能量，改变系统热电比。式中：分别为地源热泵在t时段的制热、制冷功率；PtHP为t时段输入热泵的电功率；COPh、COPc分别为地源热泵制热、制冷时的能效系数；S104、建立储能设备模型，如式(7)：式中：为第i种储能设备在t时段的剩余容量；和ηch,i、ηdis,i分别为储能设备i在t时段充、放功率和效率；σi为储能设备i的自损耗系数；Δt为储能设备的充、放电的时间；进一步的,所述需求响应控制模型包括调用可平移负荷模型、冷热负荷削减之后的冷热负荷模型；所述需求响应控制模型建立方法如下：S201、建立调用可平移负荷模型；电负荷中的可平移负荷可根据系统运行状态灵活调整用能时间，将原本运行于高峰用能时段的负荷转移至低谷时段运行；调用可平移负荷后的负荷表达式为式中：为t时段调用可平移负荷后新的负荷值；为t时段原负荷预测值；分别为t时段可平移负荷转入、转出值；其中分别为表示t时段可平移负荷转入、转出的二进制变量；并且：根据可平移负荷运行特性，每个运行周期内总的负荷转入量与转出量应相等。式中：λin，max、λout,max分别为转入、转出负荷在原始负荷中的最大占比；S202、建立冷热负荷削减之后的冷热负荷模型；由于热惯性，当冷热能量供给适当改变，室内温度不会骤变，因此将冷热负荷考虑为可削减性负荷，在冷热负荷高峰削减冷热负荷，同时利用电、热负荷的互补性，在电负荷供应不足时，减少用于制冷、制热的电能，冷热负荷削减之后的负荷表达式为式中：为t时段冷、热负荷i削减后新的负荷值，为t时段原冷、热负荷i的预测值，为t时段冷、热负荷削减值；其中，式中：为第i类冷、热负荷最大可削减的负荷量。进一步的,受实际运行中不确定因素的影响，日前调度时要留有可调节裕度应对功率波动，剩余允许调度的灵活性资源占净负荷的比例越高，系统灵活性越高，允许新能源出力以及负荷波动的能力也越好，采用净负荷允许波动率作为灵活性指标，上调灵活性和下调灵活性分别反映系统应对净负荷增多和减少的能力；t时段电能的上调、下调灵活性指标如下：式中，Ftup,e、Ftdown,e分别为t时段电能的上调、下调灵活性指标；分别为CCHP发电机组在t时段可提供的电能上调、下调灵活性；分别为第i类冷/热/电储能设备所能提供的电热冷上调、下调灵活性；分别为可转移负荷所能提供的电能上调、下调灵活性；分别为冷热负荷、热泵能为电能提供的上调、下调灵活性；其中：式中：分别为燃气轮机最大、最小输出电功率；分别为燃气轮机向上、向下爬坡速率；别为第i种储能设备的最大、最小储能容量；为t时段内的实际储能；分别为第i种储能设备的最大充、放电速率；为热泵在t时段输出的i种冷/热能的量，COPi为热泵制冷/制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑供能侧和需求侧的冷热电联合供需平衡优化调度方法，其特征在于：包括如下步骤：/nS1、根据冷热电联合系统运行状态建立供能侧模型；/nS2、根据用户负荷特性建立需求侧需求响应控制模型；/nS3、获得供能灵活性指标和用能灵活性指标；/nS4、建立冷热电联合供需平衡优化调度模型；/n所述优化调度模型以一个调度周期内系统运行成本最低和系统灵活性最高为目标，以微网和外电网电能交互成本、燃气成本和设备维护成本为总运行成本；以电能和冷/热能量灵活性指标的均方根为系统综合灵活性指标：/n

【技术特征摘要】
1.考虑供能侧和需求侧的冷热电联合供需平衡优化调度方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、根据冷热电联合系统运行状态建立供能侧模型；
S2、根据用户负荷特性建立需求侧需求响应控制模型；
S3、获得供能灵活性指标和用能灵活性指标；
S4、建立冷热电联合供需平衡优化调度模型；
所述优化调度模型以一个调度周期内系统运行成本最低和系统灵活性最高为目标，以微网和外电网电能交互成本、燃气成本和设备维护成本为总运行成本；以电能和冷/热能量灵活性指标的均方根为系统综合灵活性指标：






式中：C1为系统总运行成本，C2为系统综合灵活性指标；T、M分别为调度的时间段以及电/热/冷能的种类，Δt为调度运行时间；PtGrid为t时段微网同外电网的交互功率，为t时段购入/售出的单位电价,τgas为天然气价格，τk为第k种设备输出单位功率所对应的运行维护费用；为燃气轮机电能生产效率，λgas为天然气的低热值；PtGT为t时段燃气轮机发电功率,，为t时段设备k输出的功率；Fk为第k种电/热/冷能的灵活性；n为负荷的种类；
S5、运用多目标粒子群算法对建立的冷热电联合供需平衡优化调度模型进行求解，得到非劣解集合，并根据实际情况选择最合适的解。


2.根据权利要求1所述的考虑供能侧和需求侧的冷热电联合供需平衡优化调度方法，其特征在于：所述供能侧模型包括光伏电池模型、CCHP机组模型、地源热泵模型、储能设备模型，所述供能侧模型建立方法如下：
S101、建立光伏电池模型，如式(1)：



式中：PtPv为光伏电池t时段发电功率；为在标准测试条件下的输出功率；Gt为t时段太阳辐射强度；γ为功率-温度系数；Tt为t时段光伏电池表面的温度；TStc为参考温度；
S102、建立CCHP发电机组模型，如式(2)、(3)、(4)：
其中，CCHP发电机组由燃气轮机消耗天然气进行发电，产生的余热由余热锅炉回收，吸收式制冷机利用余热制冷；









式中：PtGT、HtGT分别为t时段燃气轮机发电功率和余热锅炉回收的热功率；分别为燃气轮机电能生产效率和余热锅炉热能回收效率；VtGT为t时段输入燃气轮机的天然气量；λgas为天然气的低热值；为吸收式制冷机t时段制冷功率；为t时段余热锅炉回收热功率输入到吸收式制冷机的比例；Ic为制冷能效比；
S103、建立地源热泵模型，如式(5)、(6)：






式中：分别为地源热泵在t时段的制热、制冷功率；PtHP为t时段输入热泵的电功率；COPh、COPc分别为地源热泵制热、制冷时的能效系数；
S104、建立储能设备模型，如式(7)：



式中：为第i种储能设备在t时段的剩余容量；和ηch,i、ηdis,i分别为储能设备i在t时段充、放功率和效率；σi为储能设备i的自损耗系数；Δt为储能设备的充、放电的时间。


3.根据权利要求2所述的考虑供能侧和需求侧的冷热电联合供需平衡优化调度方法，其特征在于：所述需求响应控制模型包括调用可平移负荷模型、冷热负荷削减之后的冷热负荷模型；所述需求响应控制模型建立方法如下：
S201、建立调用可平移负荷模型；
电负荷中的可平移负荷可根据系统运行状态灵活调整用能时间，将原本运行于高峰用能时段的负荷转移至低谷时段运行；调用可平移负荷后的负荷表达式为



式中：为t时段调用可平移负荷后新的负荷值；为t时段原负荷预测值；分别为t时段可平移负荷转入、转出值；其中分别为表示t时段可平移负荷转入、转出的二进制变量；
并且：



式中：λin，max、λout,max分别为转入、转出负荷在原始负荷中的最大占比；
S202、建立冷热负荷削减之后的冷热负荷模型；
冷热负荷削减之后的负荷表达式为



式中：为t时段冷、热负荷i削减后新的负荷值，为t时段原冷、热负荷i的预测值，为t时段冷、热负荷削减值；
其中，



式中：为第i类冷、热负荷最大可削减的负荷量。


4.根据权利要求3所述的考虑供能侧和需求侧的冷热电联合供需平衡优化调度方法，其特征在于：
t时段电能的上调、下调灵活性指标如下：



式中，Ftup,e、Ftdown,e分别为t时段电能的上调、下调灵活性指标；分别为CCHP发电机组在t时段可提供的电能上调、下调灵活性；分别为第i类冷/热/电储能设备所能提供的电热冷上调、下调灵活性；分别为可转移负荷所能提供的电能上调、下调灵活性；分别为冷热负荷、热泵能为电能提供的上调、下调灵活性；
其中：




...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾利虎，高毅，葛磊蛟，羡一鸣，张来，赵高帅，田庄，宋洋，田丹，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，国家电网有限公司，天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12