一种电-冷-热综合能源系统配置优化方法技术方案

一种电‑冷‑热综合能源系统配置优化方法，包括建立电‑冷‑热综合能源系统中的设备模型，包括风力、光伏发电模型、CCHP模型、蓄电池储能装置模型、并网输出模型；建立考虑综合能源系统经济性成本与可靠性成本的目标函数；建立综合能源系统运行约束条件；制定综合能源系统各组成部分的出力策略；按照所述目标函数、约束条件和出力策略，建立电‑冷‑热综合能源容量配置优化模型；对模型求解得出系统配置结果，并输出系统经济性成本、系统可靠性成本、光伏风力发电占比、CCHP发电占比，风光消纳量作为综合能源系统评价指标。本方法实现了综合能源系统容量配置优化，并分析系统内各设备出力情况，能够保证系统的可靠和经济运行，具有较大的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种电-冷-热综合能源系统配置优化方法
本专利技术涉及综合能源
，特别是一种电-冷-热综合能源系统配置优化方法。
技术介绍
随着能源需求和能源种类的日益增加，快速变化的能源消费方式不断冲击着现有的能源系统结构，现有的能源系统亟需改善。综合能源系统是指在一定区域内可以同时满足用户的多元化用能需求，可以包容多种能源资源输入的能源系统。现阶段的能源系统优化配置方法大多只单纯的考虑独立系统，且没有考虑网络互联以及网络约束对于优化配置问题的影响，未充分利用多能源的互补特性。综合能源系统通过整合区域内多种输入能源，使其形成互补关系，通过能源间的多能耦合和梯级利用，降低化石燃料的消耗，减少能源浪费和环境污染，弥补可再生能源的间歇性和随机波动性问题，缓解大电网负荷压力，推进电力行业进一步向绿色低碳发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种电-冷-热综合能源系统配置优化方法，实现综合能源系统容量配置，并输出系统成本，风机、光伏、CCHP发电占比，风光消纳量等作为综合能源系统评价指标，并分析系统内各设备出力情况，可以保证系统的可靠和经济运行。本专利技术的技术方案是：一种电-冷-热综合能源系统配置优化方法，包括如下步骤，步骤一，建立电-冷-热综合能源系统中的设备模型。步骤二，建立同时考虑综合能源系统经济性成本与可靠性成本的目标函数。步骤三，建立综合能源系统运行约束条件。步骤四，制定综合能源系统各组成部分的出力策略。步骤五，按照所述目标函数、约束条件和出力策略，建立电-冷-热综合能源容量配置优化模型。步骤六，对模型求解得出系统配置结果，并输出系统经济性成本、系统可靠性成本、光伏风力发电占比、CCHP发电占比，风光消纳量，作为综合能源系统评价指标。本专利技术进一步的技术方案是：步骤一中电-冷-热综合能源系统中的设备模型包括风力发电模型、光伏发电模型、CCHP模型、储能装置模型和并网输出模型，具体地，(1)基于风速V对风力发电的模型为：式中：Vi、Vo、Vr分别为风力发电机的切入风速、切出风速、额定风速，Pr为额定输出功率。(2)光伏发电模型为：Ppv＝Vpv*Ipv(2)式中：Ppv是光伏板的输出功率，Vpv是最佳工作点电压，Ipv是最佳工作点电流。(3)由微型燃气轮机，余热锅炉和吸收式制冷机组成，同时提供电、冷、热多种能源的CCHP模型为：式中：HMT_HL(t)为t时刻微燃机发电后的余热功率；PMT(t)、ηMT_e(t)为t时刻微燃机的发电功率和发电效率；ηloss为微燃机的热损失系数；HMT(t)、ηhex(t)为t时刻余热锅炉的制热功率和热效率；LMT(t)、ηcop(t)为t时刻吸收式制冷机的制冷功率和制冷效率；VMT(t)为微燃机运行时间段内消耗的天然气量，ΔT为微燃机运行时间；QLHV为天然气的低位热值。(4)建立储能装置模型，所述储能装置包括蓄电池、蓄热装置和蓄冷装置，所述蓄电池的模型为：式中：Csoc(t)和Csoc(t-1)为t时刻和t-1时刻蓄电池电量；Pc(t)为蓄电池t时刻的充放电功率，蓄电池充电时，Pc(t)≤0；蓄电池放电时，Pc(t)≥0。；ηc、ηd分别为蓄电池的充、放电效率；δ为蓄电池自身放电率。所述蓄热装置模型和蓄冷装置模型与蓄电池的模型相同。(5)并网输出模型为：式中：为ΔT时间段内向大电网购电的成本；Se分别为大电网输入功率和电网销售电价。本专利技术再进一步的技术方案是：步骤二中，同时考虑综合能源系统经济性成本与可靠性成本的目标函数为：min(Cinstall+Cope+Cfuel+Ctrans+Cpenalty)(6)式中：Cinstall为综合能源系统的总安装成本，Cope为综合能源系统的总运行维护成本，Cfuel为CCHP的燃料购买成本，Ctrans为电力交易成本，以上四项为经济性成本；Cpenalty为系统可靠性损失惩罚成本，此项为可靠性成本。其中，可靠性成本计算公式为：Cpenalty＝ρEENS(7)式中：EENS是系统能量未供应的期望值，ρ是失负荷惩罚系数，为给定值。其中，EENS计算公式为：式中：Pt′为t时刻系统未供应电能，Ht′为t时刻系统未供应热能，Lt′为t时刻系统未供应冷能。本专利技术更进一步的技术方案是：步骤三中建立的综合能源系统运行约束条件为：(1)综合能源系统的运行需要分别满足电负荷、冷负荷、热负荷的平衡约束。(2)各设备需要满足容量约束和充放电功率约束。(3)系统与大电网之间的交换需要满足交换功率约束。本专利技术更进一步的技术方案是：步骤四中制定的综合能源系统各组成部分的出力策略为：(1)首先由光伏和风力发电，最大程度的消纳可再生能源。(2)其次由CCHP出力满足负荷需求。(3)若光伏发电、风力发电和CCHP出力仍小于负荷需求，根据该时刻储能设备的容量，由储能设备满足负荷需求。(4)若储能设备仍无法满足，则从大电网购电，并设置电网联络线约束。(5)若大电网购电仍无法满足，则判定为出现负荷中断故障情况，依据失负荷惩罚系数计入综合能源系统可靠性损失惩罚成本。本专利技术更进一步的技术方案是：步骤五中建立的电-冷-热综合能源容量配置优化模型所有算法为差分进化算法。本专利技术更进一步的技术方案是：步骤六中综合能源系统评价指标包括：(1)可靠性成本占比：系统总成本＝系统经济性成本+系统可靠性成本，可靠性成本占比即系统可靠性成本与系统总成本的比值。(2)风机光伏发电占比：系统一年内系统供应总电量＝风机光伏发电量+CCHP发电量+电网购电量，风机光伏发电占比即系统一年内风机光伏发电量与系统一年内供应的总电量的比值。(3)风光消纳量占风光发电量比：即系统一年内风机光伏发电被使用量与一年内风机光伏发电量的比值。(4)电网购电占比：即系统一年内向大电网购电量与系统一年内供应的总电量的比值。本专利技术与现有技术相比具有如下特点：1.本专利技术同时考虑系统经济性与可靠性，以最低运行成本和最高可靠性为目标函数，考虑了各种负载平衡约束和设备运行约束，制定了系统中各设备的运行策略，建立了电-冷-热综合能源系统容量配置优化模型，保证系统的可靠和经济运行，提高了系统模型的优化效率。2.本专利技术建立的模型同时输出系统成本，风机光伏发电占比、CCHP发电占比，风光消纳量等，作为综合能源系统评价指标，为电网的安全和经济运行提供参考。以下结合附图和具体实施方式对本专利技术的详细结构作进一步描述。附图说明图1为本专利技术的优化流程图。图2为本专利技术蓄电池储能装置的出力结果图。图3为本专利技术蓄热装置的出力结果图。图4为本专利技术蓄冷装置的出力结果图。具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电-冷-热综合能源系统配置优化方法，其特征是：包括如下步骤，/n步骤一，建立电-冷-热综合能源系统中的设备模型；/n步骤二，建立同时考虑综合能源系统经济性成本与可靠性成本的目标函数；/n步骤三，建立综合能源系统运行约束条件；/n步骤四，制定综合能源系统各组成部分的出力策略；/n步骤五，按照所述目标函数、约束条件和出力策略，建立电-冷-热综合能源容量配置优化模型；/n步骤六，对模型求解得出系统配置结果，并输出系统经济性成本、系统可靠性成本、光伏风力发电占比、CCHP发电占比，风光消纳量，作为综合能源系统评价指标。/n

【技术特征摘要】
1.一种电-冷-热综合能源系统配置优化方法，其特征是：包括如下步骤，
步骤一，建立电-冷-热综合能源系统中的设备模型；
步骤二，建立同时考虑综合能源系统经济性成本与可靠性成本的目标函数；
步骤三，建立综合能源系统运行约束条件；
步骤四，制定综合能源系统各组成部分的出力策略；
步骤五，按照所述目标函数、约束条件和出力策略，建立电-冷-热综合能源容量配置优化模型；
步骤六，对模型求解得出系统配置结果，并输出系统经济性成本、系统可靠性成本、光伏风力发电占比、CCHP发电占比，风光消纳量，作为综合能源系统评价指标。


2.如权利要求1所述的一种电-冷-热综合能源系统配置优化方法，其特征是：步骤一中电-冷-热综合能源系统中的设备模型包括风力发电模型、光伏发电模型、CCHP模型、储能装置模型和并网输出模型，具体地，
(1)基于风速V对风力发电的模型为：



式中：Vi、Vo、Vr分别为风力发电机的切入风速、切出风速、额定风速；Pr为额定输出功率；
(2)光伏发电模型为：
Ppv＝Vpv*Ipv(2)
式中：Ppv是光伏板的输出功率；Vpv是最佳工作点电压；Ipv是最佳工作点电流；
(3)由微型燃气轮机，余热锅炉和吸收式制冷机组成，同时提供电、冷、热多种能源的CCHP模型为：



式中：HMT_HL(t)为t时刻微燃机发电后的余热功率；PMT(t)、ηMT_e(t)为t时刻微燃机的发电功率和发电效率；ηloss为微燃机的热损失系数；HMT(t)、ηhex(t)为t时刻余热锅炉的制热功率和热效率；LMT(t)、ηcop(t)为t时刻吸收式制冷机的制冷功率和制冷效率；VMT(t)为微燃机运行时间段内消耗的天然气量，ΔT为微燃机运行时间；QLHV为天然气的低位热值；
(4)建立储能装置模型，所述储能装置包括蓄电池、蓄热装置和蓄冷装置，所述蓄电池的模型为：



式中：Csoc(t)和Csoc(t-1)为t时刻和t-1时刻蓄电池电量；Pc(t)为蓄电池t时刻的充放电功率，蓄电池充电时，Pc(t)≤0；蓄电池放电时，Pc(t)≥0；ηc、ηd分别为蓄电池的充、放电效率；δ为蓄电池自身放电率；
所述蓄热装置模型和蓄冷装置模型与蓄电池的模型相同；
(5)并网输出模型为：



式中：为ΔT时间段内向大电网购电的成本；Penet、Se分别为大电网输入功率和电网销售电价。


3.如权利要求2所述的一种电-冷-热综合能源系统配置优化方法，其特征是：步骤二中，同时考虑综合能源系统经济性成本与可靠性成本的目标函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘松，吴悠，燕蕾，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11