一种综合能源规划与运行联合优化模型建立方法技术

本发明专利技术公开了一种综合能源规划与运行联合优化模型建立方法：将园区设备选型和运行调度优化统一起来，进行联合优化，以年综合成本最小为目标函数，选取经济性较好的投资规划方案。在规划阶段进行设备选型，不同设备不同类型互相组合形成不同的规划方案，以满足园区最大负荷需求为硬性条件筛选出满足负荷标准的备选规划方案；在运行优化阶段，针对每个备选规划方案，根据不同设备容量配置进行优化计算；最后，综合考虑规划和运行过程中成本支出情况，以年综合成本最小为目标函数，选取经济性较好的投资规划方案。本发明专利技术将综合能源系统规划与运行控制关联起来，使得园区运行优化更加全面合理，从而得到经济性指标较优的规划运行方案。

【技术实现步骤摘要】
一种综合能源规划与运行联合优化模型建立方法
本专利技术属于电力能源综合系统
，更具体地，涉及一种综合能源规划与运行联合优化模型建立方法。
技术介绍
电力市场化背景下，供电企业不能仅仅通过购售电价格差获取盈利进行运营，其他竞争对手的存在导致用户会出现分流。电力企业为了吸引用户并增加用户粘度，还需要提供与电力消费密切相关的增值服务。国家能源局发布的《管理办法》对电力企业提供的增值服务明确的范围，主要包括但不限于节能规划、个性账单、能源设备运维、综合能源服务等。综合能源服务作为电网企业增值服务重点开发的领域，其园区规划和运行优化工作的好坏将直接影响综合能源服务投资的经济性。目前，综合能源系统园区的规划和运行方面的研究大多是相互独立的。在规划方面，大多数研究侧重于综合能源系统设备的选型及容量配置，一般规划出的结果满足园区最大负荷即可。国内外学者通常设立能效类、成本类、环保类等目标函数来确定综合能源系统的规划方案，具体内容包括设备的类型和容量配置情况。而在运行优化方面，研究的重点是优化各机组的实时出力，以满足不同时刻的负荷需求。这往往导致园区的设备类型被提前确定，无法从整体使得园区的运行经济性达到最优。因此，综合能源服务作为未来电网企业增值服务重点开发的领域，围绕其开展综合能源系统园区规划和运行联合优化研究，制定并优选合理的投资方案，进而提高综合能源服务的经济性是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术为解决目前综合能源系统园区的规划和运行方面的研究大多是相互独立的，无法使得园区运行优化更加全面合理，从而得到经济性指标较优的投资规划方案的问题，提出了一种综合能源规划与运行联合优化模型建立方法，将园区设备选型、供能网络优化和运行调度优化统一起来，进行联合优化。所述的综合能源规划与运行联合优化模型基于全寿命周期理念，以年综合成本最小为目标函数进行优化，具体目标函数公式如下：minCoverall＝Cinv+Cmt+Coper+Cdep公式1其中，Coverall为年综合成本，Cinv为投资成本，Cmt为系统维护成本，Coper为系统运行成本，Cdep为折旧成本；约束条件包含规划类约束和运行类约束两大类约束条件。其中运行类约束条件又由功率运行约束、设备运行约束和供能网络运行约束组成。规划约束指园区内各种能源的生产应该保证满足园区各类负荷最大负荷时的需要，规划期从能源设备库内初步筛选能源设备的规划约束如下：其中，Te为可以产电为园区电负荷供给的所有设备的集合，Th为可以产热为园区热负荷供给的所有设备的集合，Tc为可以制冷为园区冷负荷供给的所有设备的集合，且Te、Th、Tc均为集合Τ的子集；βi为选型系数，βi∈{0,1}，表示设备i是否被选择，0表示该设备类型未被选择，1表示该设备类型被选择，Wi为设备i在额定工作方式下产出相应能源的能量，分别为该园区电、热、冷最大需求负荷；功率运行约束指园区电、热、冷的功率平衡约束。在任一时刻t，系统电功率满足Pe(t)+Pchp(t)＝Peb(t)+Php(t)+Pec(t)+∑Ppj(t)+Le(t)公式3其中，Pe(t)为t时刻园区从外部购入电能，Pchp(t)为t时刻CHP机组的电出力，Peb(t)、Php(t)、Pec(t)依次为t时刻EB、HP和EC消耗的电能，Ppj(t)为t时刻循环水泵消耗的电功率，Lh(t)为园区t时刻的电负荷(kW)。在任一时刻t，系统热功率满足Hcb(t)+Hgb(t)+Hchp(t)+Heb(t)+Hhp(t)＝Hac(t)+Lh(t)公式4其中，Hchp(t)为t时刻CHP机组的电出力，Hcb(t)、Hgb(t)、Heb(t)、Hhp(t)依次为t时刻CB、GB、EB和HP的热出力，Hac(t)为t时刻AC消耗的电功率，Lh(t)为园区t时刻的热负荷。在任一时刻t，系统冷功率满足Cec(t)+Cac(t)＝Lc(t)公式5其中，Cec(t)和Cac(t)分别为t时刻EC和AC的冷出力，Lc(t)为园区t时刻的冷负荷。设备运行约束园区内每个设备都有其运行特性，出力存在上下限。设备运行约束如下：Wimin≤Wi(t)≤Wimax公式6其中，Wi(t)为t时刻设备i的出力，Wimin为设备i的出力下限，Wimax为设备i的出力上限。供能网络约束指园区供电网络、供热网络及供冷网络存在网络传输约束。对于电能传输网络在运行过程中，计算各个电负荷节点消耗的电功率时，需要将循环水泵工作时消耗的电功率考虑进去，因此各节点的有功和无功约束方程为：其中，Psit和Qsit分别为t时刻注入节点的有功和无动，PLit和QLit分别为负荷节点i在t时刻不考虑循环水泵时的有功和无功，Ppcit和Pphit分别为冷网和热网的循环水泵消耗电功率。供热网络的运行约束包括供热负荷节点的换热器的负荷功率模型，供水管道的温度约束和流量约束以及循环水泵的工作特性约束：其中，为换热器的负荷功率，cw为水的比热容，为流过换热器的热水流量，Twj和Trj分别为换热器的进水温度和回水温度，Top为管道出水温度，Tip为管道进水温度，Ta为环境温度，λ为管道单位长度传热系数，L为管道长度，mj为管道流量，min和mout分别为流入和流出节点的流体流量，Tin和Tout分别为混合前流入节点的各流体温度和混合后流出节点的流体温度。供冷网络的运行特性约束包括供冷负荷节点的风机盘管的负荷功率模型，供水管道的温度约束和流量约束以及循环水泵的工作特性约束：在园区同时满足公式2、公式3、公式4、公式5、公式6、公式7、公式8和公式9的约束时，以公式1作为目标函数可对园区进行联合优化，求解出经济性最优的规划方案。对于综合能源规划与运行联合优化模型包含的优化变量众多，既有设备选型系数这样的0-1离散变量，也有机组出力这样的连续型变量。因此该优化问题本质上是混合整数线性规划问题。对于混合整数线性规划问题的求解算法，所述的综合能源规划与运行联合优化模型建立方法采用解耦算法求解，模型求解过程被依次解耦为规划求解和运行求解两部分。规划求解部分主要求解整个问题中的离散变量，本文通过初筛形成满足负荷标准的备选规划方案，完成对设备选型系数的初步求解。运行求解是将规划求解得到的设备选型初步求解结果作为参数输入，针对每个候选方案依次进行运行优化计算。由于整个优化问题的离散变量在规划部分求解并作为参数输入到优化求解部分，所以第二阶段的运行优化计算已被成功地化解为基本的线性规划问题进行求解。最后，综合规划求解和运行求解的结果，筛选出经济性最优的方案，实现综合能源系统园区的联合优化。所述的综合能源规划与运行联合优化模型建立方法，将综合能源系统规划与运行控制紧密关联起来，进行规划运行联合优化，可以使得园区运行优化更加全面合理，从而得到经济性指标较优的投资规划方案。附图说明为了更清楚地说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种综合能源规划与运行联合优化模型建立方法，其特征在于，包括：/n针对综合能源系统园区，将园区设备选型和运行调度优化统一起来，进行联合优化；/n所述联合优化模型基于全寿命周期理念，以年综合成本最小为目标函数，选取经济性较好的投资规划方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种综合能源规划与运行联合优化模型建立方法，其特征在于，包括：
针对综合能源系统园区，将园区设备选型和运行调度优化统一起来，进行联合优化；
所述联合优化模型基于全寿命周期理念，以年综合成本最小为目标函数，选取经济性较好的投资规划方案。


2.根据权利要求1所述的综合能源规划与运行联合优化模型建立方法，其特征在于，所述联合优化模型基于全寿命周期理念，以年综合成本最小为目标函数，选取经济性较好的投资规划方案，包括：
综合能源系统园区的全寿命周期成本统筹考虑了各能源设备或系统的规划、选型、运行、维护和退役在整个寿命周期内发生的直接费用和间接费用的总和，因此本文提出的年综合成本应包含投资成本、系统维护成本、系统运行成本和折旧成本，具体目标函数公式为：
minCoverall＝Cinv+Cmt+Coper+Cdep
其中，Coverall为年综合成本，Cinv为投资成本，Cmt为系统维护成本，Coper为系统运行成本，Cdep为折旧成本；
园区内各种能源的生产应该保证满足园区各类负荷最大负荷时的需要，规划期从能源设备库内初步筛选能源设备的规划约束如下：



其中，Te为可以产电为园区电负荷供给的所有设备的集合，Th为可以产热为园区热负荷供给的所有设备的集合，Tc为可以制冷为园区冷负荷供给的所有设备的集合，且Te、Th、Tc均为集合Τ的子集；βi为选型系数，βi∈{0,1}，表示设备i是否被选择，0表示该设备类型未被选择，1表示该设备类型被选择，Wi为设备i在额定工作方式下产出相应能源的能量，分别为该园区电、热、冷最大需求负荷；
园区运行阶段需要考虑功率平衡，任一时刻，园区内的电、热、冷的功率平衡约束如下：



其中，Pi(t)为t时刻设备i的电出力，Hi(t)为t时刻设备i的热出力，Ci(t)为t时刻设备i的冷出力，Le(t)为园区t时刻的电负荷，Lh(t)为园区t时刻的热负荷，Lc(t)为园区t时刻的冷负荷；
园区内每个设备都有其运行特性，出力存在上下限，设备运行约束如下：
Wimin≤Wi(t)≤Wimax
其中，Wi(t)为t时刻设备i的出力，Wimin为设备i的出力下限，Wimax为设备i的出力上限；
园区供能网络存在网络传输约束，园区的网架...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯昊，孙秋洁，叶玲节，杨云露，朱瑶琪，车佳辰，王迪忻，周涉宇，曾四秀，位星，胡婷，李松江，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司经济技术研究院，湖北泽电新能源科技有限公司，武汉泽电新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33