一种离网型综合能源系统双层规划方法技术方案

本发明专利技术涉及一种离网型综合能源系统双层规划方法，获取综合能源系统可再生能源典型日数据，冷、热、电负荷历史数据、综合能源系统内设备参数、运行参数和运行条件；构建综合能源系统内部各供能设备的数学模型；根据综合能源系统结构，构建综合能源系统双层优化模型，上层优化模型以离网型综合能源系统总成本最低为目标对系统设备容量进行规划，下层优化模型以系统缺负荷最低为目标对系统运行状态进行优化；对双层优化模型求解，得到综合能源系统最优容量配置结果。本发明专利技术将电转气装置应用于离网型综合能源系统规划中，提升电‑气耦合性，降低系统成本，提升系统的经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种离网型综合能源系统双层规划方法
本专利技术涉及综合能源
，尤其涉及一种离网型综合能源系统双层规划方法。
技术介绍
由分布式电源、储能装置、能量转换装置与负荷等部分组成微电网因其分布式电源的灵活性以及较高的能量利用率而得到了广泛的应用。但是随着能源的日益枯竭与人们对能源质量的要求逐步提高，传统的微电网将不在适用。包含了冷热电联供的综合能源系统能有效的解决上述问题。与传统微电网相比，综合能源系统集成了冷热联供系统，能同时满足用户对冷能、热能与电能的需求，且不同形式能量之间可以相互转换，可以有效的提升能源利用效率，降低系统运行成本。综合能源系统的规划需对经济、环境与现有技术条件等多方面因素进行考量，才能得到最优的设备容量，从而取得最大的经济效益。现有综合能源系统规划首先确定系统的结构，之后选取系统中所需的设备类型与单体容量。根据可再生能源的历史典型数据与负荷的历史典型数据，以系统收益最大或成本最低等作为优化目标构建优化模型，采用数学规划方法或智能算法对模型进行求解，得出最优综合能源系统设备容量。现有的规划方法往往只考虑了并网运行的综合能源系统设备容量规划，并未考虑离网型综合能源系统设备容量规划。离网型综合能源系统无大电网支撑，多余的电能只能靠储能电池进行存储，储能成本高。电-气之间耦合性较差，运行成本较高。
技术实现思路
为了解决离网型综合能源系统的设备容量规划问题，本专利技术提供一种离网型综合能源系统双层规划方法，在规划时加入电转气设备以提高离网型综合能源系统电-气耦合性，降低系统运行成本。为达到上述目的，本专利技术提供了一种离网型综合能源系统双层规划方法，包括：获取综合能源系统可再生能源典型日数据，冷、热、电负荷历史数据、综合能源系统内设备参数和运行参数；构建综合能源系统内部各供能设备的数学模型；根据综合能源系统结构，构建综合能源系统双层优化模型，上层优化模型以离网型综合能源系统总成本最低为目标对系统设备容量进行规划，下层优化模型以系统缺负荷最低为目标对系统运行状态进行优化；基于已获取的可再生能源典型日数据、负荷历史数据、设备参数与运行参数对双层优化模型求解，得到综合能源系统最优容量配置结果。进一步的，构建综合能源系统内部各供能设备的数学模型包括构建风力发电机、光伏发电机组、微型燃气轮机、燃气锅炉、余热锅炉、电制冷机、溴化锂吸收式制冷机、电转气装置以及储能设备的数学模型。进一步的，风力发电机数学模型如下：PWT是风力发电机输出功率，Pwtr是风力发电机额定输出功率，vci是风力发电机切入风速，vco是风力发电机切出风速，vr是风力发电机额定风速；光伏发电机组数学模型如下：PPV＝ηPVPstcG/Gstc(1+ηT(T-Tstc))PPV是光伏发电机组输出功率，ηPV是光伏发电机组发电效率，Pstc是额定条件下光伏发电机组输出功率，G是光伏面板上实际光照辐射强度，Gstc是额定光照强度，T是光伏发电机组实际所处温度，Tstc是光伏发电机组额定温度，ηT是光伏发电机组的温度变化系数；微型燃气轮机数学模型如下：是t时刻微型燃气轮机发电功率，是t时刻微型燃气轮机输入天然气等效功率，是微型燃气轮机发电效率，kgas是天然气热值，一般取值为9.8kWh/m3，是微型燃气轮机天然气消耗量，是t时刻微型燃气轮机产生的高温余热功率，是微型燃气轮机热损失效率；燃气锅炉数学模型如下：PGB是燃气锅炉输出功率，ηGB是燃气锅炉的转换效率，是燃气锅炉天然气输入功率，kgas是天然气等效热值，Qgas是天然气消耗量；余热锅炉数学模型如下：PRB是余热锅炉输出功率，ηRB是余热转化效率；电制冷机数学模型如下：PEC是溴化锂吸收式制冷机输出冷量，KEC是能效比，是消耗的电能。溴化锂吸收式制冷机数学模型如下：PAC是溴化锂吸收式制冷机输出冷量，KAC是能效比，是吸收的热量；电转气装置数学模型如下：是P2G在t时间段装置输出功率；是P2G装置在t时间段消耗电能；ηP2G是P2G装置转换效率；QP2G(t)是t时间段输出天然气流量；HG是天然气热值，取9.8kWh/m3；储能设备数学模型如下：i表示第i种储能设备，共有四种储能设备：储电设备、储热设备、储冷设备和储气设备；Si(t)是第i种储能装置t时刻储能状态；Ki,c和Ki,d分别是一组互斥的0-1状态变量，分别代表储能装置的充能与放能状态；ηi,c表示充能效率，ηi,d表示放能效率，PS,i,c(t)表示充能功率，PS,i,d(t)表示放能功率，Cbat是储能电池总容量。进一步的，上层优化模型的优化目标为：minF1＝Cga+Csa+Copt；Copt＝Cop+Cgas+CwgCga是综合能源系统产能设备的日等效成本；Csa是储能设备日等效成本；Copt为综合能源系统日运行成本；n1是供能设备种类；mg,i是第i种供能设备的单位购置成本，Pg,i表示第i种供能设备配置容量，Yg,i为第i种供能设备使用寿命；n2是储能设备种类；r0是贴现率；mps,j与mes,i是表示第j种储能设备的单位功率成本和单位容量成本，Ps,j与Es,j表示第j种储能设备配置的功率与容量，Ys,j表示第j种储能设备的使用寿命，储能设备包括储冷、储热、储电与储气设备，Cop是综合能源系统设备日运行成本，Cgas综合能源系统天然气购买成本，Cwg是综合能源系统环境污染成本；pk是第k种供能季所占全年比例，mopg,i是第i种供能设备单位运行维护成本，Pg,i(t)是第i种供能设备在t时间段所传输的能量，mng是购入天然气的单位成本；Png(t)是t时间段内综合能源系统购入的天然气量；与分别是微型燃气轮机单位碳排放量与燃气锅炉单位碳排放量；PGT(t)是微型燃气轮机输出功率，PGB(t)是燃气锅炉输出功率。进一步的，上层模型约束条件包括：供能设备功率配置约束：表示第i种供能设备的配置容量，表示第i种供能设备允许配置的最大容量；储能设备安装功率约束：Psj表示第j种储能设备配置功率，表示第j种储能设备最大允许配置功率；储能设备安装容量约束：表示第j种储能设备配置容量，表示第j种储能设备最大允许配置容量。进一步的，下层优化模型优化目标为：minF2＝ClmClm是系统缺负荷；Plmh(t)是第t时间段内热负荷的缺负荷值；Plmc(t)是t时间段内冷负荷的缺负荷值；Plme(t)是t时间段内电负荷的缺负荷值。进一步的，下层优化模型约束条件包括：电功率平衡约束：式中，Le为综合能源系统电负荷；P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离网型综合能源系统双层规划方法，其特征在于，包括：/n获取综合能源系统可再生能源典型日数据，冷、热、电负荷历史数据、综合能源系统内设备参数和运行参数；/n构建综合能源系统内部各供能设备的数学模型；/n根据综合能源系统结构，构建综合能源系统双层优化模型，上层优化模型以离网型综合能源系统总成本最低为目标对系统设备容量进行规划，下层优化模型以系统缺负荷最低为目标对系统运行状态进行优化；/n基于已获取的可再生能源典型日数据、负荷历史数据、设备参数与运行参数对双层优化模型求解，得到综合能源系统最优容量配置结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种离网型综合能源系统双层规划方法，其特征在于，包括：
获取综合能源系统可再生能源典型日数据，冷、热、电负荷历史数据、综合能源系统内设备参数和运行参数；
构建综合能源系统内部各供能设备的数学模型；
根据综合能源系统结构，构建综合能源系统双层优化模型，上层优化模型以离网型综合能源系统总成本最低为目标对系统设备容量进行规划，下层优化模型以系统缺负荷最低为目标对系统运行状态进行优化；
基于已获取的可再生能源典型日数据、负荷历史数据、设备参数与运行参数对双层优化模型求解，得到综合能源系统最优容量配置结果。


2.根据权利要求1所述的离网型综合能源系统双层规划方法，其特征在于，构建综合能源系统内部各供能设备的数学模型包括构建风力发电机、光伏发电机组、微型燃气轮机、燃气锅炉、余热锅炉、电制冷机、溴化锂吸收式制冷机、电转气装置以及储能设备的数学模型。


3.根据权利要求2所述的离网型综合能源系统双层规划方法，其特征在于，风力发电机数学模型如下：



PWT是风力发电机输出功率，Pwtr是风力发电机额定输出功率，vci是风力发电机切入风速，vco是风力发电机切出风速，vr是风力发电机额定风速；
光伏发电机组数学模型如下：
PPV＝ηPVPstcG/Gstc(1+ηT(T-Tstc))
PPV是光伏发电机组输出功率，ηPV是光伏发电机组发电效率，Pstc是额定条件下光伏发电机组输出功率，G是光伏面板上实际光照辐射强度，Gstc是额定光照强度，T是光伏发电机组实际所处温度，Tstc是光伏发电机组额定温度，ηT是光伏发电机组的温度变化系数；
微型燃气轮机数学模型如下：










是t时刻微型燃气轮机发电功率，是t时刻微型燃气轮机输入天然气等效功率，是微型燃气轮机发电效率，kgas是天然气热值，一般取值为9.8kWh/m3，是微型燃气轮机天然气消耗量，是t时刻微型燃气轮机产生的高温余热功率，是微型燃气轮机热损失效率；
燃气锅炉数学模型如下：






PGB是燃气锅炉输出功率，ηGB是燃气锅炉的转换效率，是燃气锅炉天然气输入功率，kgas是天然气等效热值，Qgas是天然气消耗量；
余热锅炉数学模型如下：



PRB是余热锅炉输出功率，ηRB是余热转化效率；
电制冷机数学模型如下：



PEC是溴化锂吸收式制冷机输出冷量，KEC是能效比，是消耗的电能。

溴化锂吸收式制冷机数学模型如下：
PAC是溴化锂吸收式制冷机输出冷量，KAC是能效比，是吸收的热量；
电转气装置数学模型如下：







是P2G在t时间段装置输出功率；是P2G装置在t时间段消耗电能；ηP2G是P2G装置转换效率；QP2G(t)是t时间段输出天然气流量；HG是天然气热值，取9.8kWh/m3；
储能设备数学模型如下：



i表示第i种储能设备，共有四种储能设备：储电设备、储热设备、储冷设备和储气设备；Si(t)是第i种储能装置t时刻储能状态；Ki,c和Ki,d分别是一组互斥的0-1状态变量，分别代表储能装置的充能与放能状态；ηi,c表示充能效率，ηi,d表示放能效率，PS,i,c(t)表示充能功率，PS,i,d(t)表示放能功率，Cbat是储能电池总容量。


4.根据权利要求1或2所述的离网型综合能源系统双层规划方法，其特征在于，上层优化模型的优化目标为：minF1＝Cga+Csa+Copt；






Copt＝Cop+Cgas+Cwg









Cga是综合能源系统产能设备的日等效成本；Csa是储能设备日等效成本；Copt为综合能源系统日运行成本；n1是供能设备种类；mg,i是第i种供能设备的单位购置成本，Pg,i表示第i种供能设备配置容量，Yg,i为第i种供能设备使用寿命；n2是储能设备种类；r0是贴现率；mps,j与mes,i是表示第j种储能设备的单位功率成本和单位容量成本，Ps,j与Es,j表示第j种储能设备配置的功率与容量，Ys,j表示第j种储能设备的使用寿命，储能设备包括储冷、储热、储电与储气设备，Cop是综合能源系统设备日运行成本，Cgas综合能源系统天然气购买成本，Cwg是综合能源系统环境污染成本；pk是第k种供能季所占全年比例，mopg,i是第i种供能设备单位运行维护成本，Pg,i(t)是第i种供能设备在t时间段所传输的能量，mng是购入天然气的单位成本；Png(t)是t时间段内综合能源系统购入的天然气量；与分别是微型燃气轮机单位碳排放量与燃气锅炉单位碳排放量；PGT(t)是微型燃气轮机输出功...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖曦，杨博文，田培根，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11