利用列车再生制动能量的高铁站综合能源系统调度方法技术方案

本发明专利技术涉及利用列车再生制动能量的高铁站综合能源系统调度方法，属于高铁站综合能源系统电热联合调度技术领域。本发明专利技术建立包含列车再生制动能量、光伏发电设备、热电联供机组、市政电网等的冷、热、电一体化综合能源系统，从而提升列车可再生制动能量的利用和促进光伏发电的消纳。以运行成本最小化、能源消耗最小化和二氧化碳排放最小化为主要目标，结合各机组的运行约束条件以及系统冷、热、电供需平衡约束条件。本发明专利技术可作为所述考虑列车再生制动能量回馈的高铁站冷、热、电一体化综合能源系统的实施方案，促进列车再生制动能量的利用和太阳能光伏发电的消纳，提高能源利用效率，减少对环境造成的危害。

【技术实现步骤摘要】
利用列车再生制动能量的高铁站综合能源系统调度方法
本专利技术涉及利用列车再生制动能量的高铁站综合能源系统调度方法，属于高铁站综合能源系统电热联合调度

技术介绍
随着一次能源的消耗逐渐增长和环境污染的日益加剧，如何降低能源消耗和提高能源的利用效率已越来越引起世界各国的重视。而高速铁路作为出行最高效的交通工具，提高客运站的能源利用率日益重要。采用分布式综合能源系统建设智能客运站，一方面可以利用冷热电三联供装置，实现化石能源的梯级利用，满足电、热、冷负荷需求的同时提高能源利用效率；另一方面可以利用光伏发电等装置，促进可再生能源消纳。更重要的是，可以利用精细化的综合能量管理系统，实现多种形式能量在输运和转换过程的协同，在实现系统内能源高效利用的基础上，实现需求侧响应，为电网调峰、调频等提供辅助服务，解决“并网不上网”的难题，是未来能源系统的发展趋势。当高铁列车和地铁进站时，都会存在再生制动的现象。目前，再生制动的能量的利用方式有以下两种。一种是通过能量存储装置将再生制动能量进行储存，但这会增加储能装置投资建设的成本。另一种是将再生制动能量反馈至牵引网供给其他列车，但是这要求再生制动工况下的列车需要与牵引工况下的列车在同一供电臂上。因此，如果把地铁和高铁的牵引网与高铁站内的综合能源系统相互连通，把再生制动回馈的能量传输到高铁站内，就能很好地解决再生制动能量回馈的利用问题。现有的高铁站冷热电综合能源系统未充分考虑列车的再生制动能量，造成能源的大量浪费。本专利技术结合冷热电综合能源系统的优势，供能侧引入列车再生制动能量，可促进列车再生制动能量的利用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决列车再生制动能量利用不足的问题，提供利用列车再生制动能量的高铁站综合能源系统调度方法，该方法一方面促进可再生能源的消纳，另一方面提高轨道列车再生制动能量的利用。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。利用列车再生制动能量的高铁站综合能源系统调度方法，包括如下步骤：步骤1：建立包含列车再生制动能量、光伏发电设备、热电联供机组、市政电网、电制冷机组、蓄热电锅炉以及吸收式制冷机组的冷、热、电一体化综合能源系统，从而提升列车可再生制动能量的利用和促进光伏发电的消纳。具体实现方式为：通过冷热电联供机组用以满足高铁站主要用电需求，列车再生制动能量和太阳能光伏发电作为辅助供电设备满足高铁站部分用电需求，多余的电量通过蓄热电锅炉将电量转化为热量储存，为高铁站供热，同时起到削峰填谷平滑负荷的作用。在冷热电联供机组和辅助供电设备不能满足高铁站用电需求时，通过电网购电。热电联供机组的动力余热用以驱动吸收式制冷机组以满足高铁站冷负荷，或通过供热换热管网满足车站热负荷需求。电制冷机组提供的制冷量与吸收式制冷机组提供的制冷量之和与高铁站冷负荷保持平衡；热电联供回收的余热不足以满足车站热负荷时，不足的量由蓄热电锅炉补充。步骤2：以运行成本最小化、能源消耗最小化和二氧化碳排放最小化为主要目标，建立能源系统模型；步骤2.1：系统的运行成本F1由下式计算：F1＝Fng+Fgrid(1)其中，Fng为购气成本，Fgrid为向电网购电成本，计算公式为：式中a、b、c、d、e、f分别表示燃气轮机的成本系数；Cbuy,t表示电网电价；Ppgu,t、Hpgu,t分别表示t时刻燃气轮机产电量、产热量；Pgrid,t表示t时刻电网供电量。步骤2.2：系统的燃料消耗量主要包括燃气轮机燃料消耗量和电网发电所消耗的燃料量，由下式计算：式中ηe、ηgrid分别为电网传输率和发电率；ηpgu为燃气轮机发电率。步骤2.3：系统的二氧化碳排放主要包括冷、热、电联供机组燃气的二氧化碳排放量和电网发电消耗燃料的二氧化碳排放量，由下式计算：式中δf、δg分别表示燃气和电的二氧化碳转化因子。步骤2.4：以运行成本最小化、能源消耗最小化和二氧化碳排放最小化为主要目标，建立考虑列车再生制动能量回馈的高铁站冷、热、电一体化综合能源系统联合调度模型：min(F)＝F1+F2+F3(6)其中F1为系统运行成本，F2为系统燃料消耗量，F3为二氧化碳排放量。步骤2中系统所对应的约束条件为：1、等式约束车站的电力需求包括耗电设备的用电量、电制冷空调耗电量以及蓄热电锅炉的电量。电力需求主要由燃气轮机、列车再生制动能量和太阳能光伏发电供给，不足的部分由市政电网补充。则电量平衡约束为：Pgrid,t+Ptrain,t+Pv,t+Ppgu,t＝Pl,t+Pec,t+Pph,t(7)式中Ptrain,t、Pv,t分别表示列车再生制动能量和光伏发电量；Pl,t表示车站t时刻电负荷用电量；Pec,t表示车站t时刻电制冷用电量；Pph,t为t时刻电加热所需电量。车站的热负荷由燃气轮机的余热供给，若回收的余热无法满足用户需求，不足的热量则由电加热锅炉补充。冷负荷由吸收式制冷机和电制冷机混合供给。则热量需求约束为：式中Hl,t、Hhx,t、Hph,t分别表示t时刻的车站热负荷、换热器换热量和电加热量；Hre,t为t时刻余热回收的热量；ηre为余热回收率；ηhx为换热器率；Ql,t、Qec,t、Qac,t分别表示t时刻车站冷负荷、电制冷量和吸收式制冷量；n为吸收式制冷量占比；COPec、COPac分别表示电制冷机组制冷系数和吸收式制冷机组制冷系数。所述系统燃气轮机的电量与热量的比值为定值：Ppgu,t＝εHpgu,t(9)式中ε为燃气轮机电热比。2、不等式约束考虑各个部件在运行过程中的容量和运行特性，有如下表示；1)电网供电量约束和爬坡约束为：Pgrid,min≤Pgrid,t≤Pgrid,max(10)式中Pgrid,min、Pgrid,max为电网出力最大值和最小值；Kgrid,min为最小爬坡率。Kgrid,max为最大爬坡率；Pgrid,t+1表示t+1时刻电网供电量。2)燃气轮机的发电量极限和爬坡率为：Ppgu,min≤Ppgu,t≤Ppgu,max(12)式中Ppgu,min、Ppgu,max为燃气轮机电出力最大值和最小值；Kpgu,min为燃气轮机最小爬坡率。Kpgu,max为燃气轮机最小爬坡率。Ppgu,t+1表示t+1时刻燃气轮机发电量。3)光伏机组和列车再生制动能量的发电量也存在最大值Pv,max、Ptrain,max：0≤Pv,t≤Pv,max(14)0≤Ptrain,t≤Ptrain,max(15)3、蓄热电锅炉约束Pph,t为t时刻电加热所需电量，计算公式为：式中M和Cp为蓄热电锅炉中水的质量和比热容；c为电热转化系数，即转化的热功率同消耗的电功率比值；Tu,t、Tt分别表示t时刻车站回水温度和蓄热电锅炉中水的温度；Tmax为保证蓄热电锅炉中工质水不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.利用列车再生制动能量的高铁站综合能源系统调度方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤1：建立包含列车再生制动能量、光伏发电设备、热电联供机组、市政电网、电制冷机组、蓄热电锅炉以及吸收式制冷机组的冷、热、电一体化综合能源系统，从而提升列车可再生制动能量的利用和促进光伏发电的消纳；具体实现方式为：/n通过冷热电联供机组用以满足高铁站主要用电需求，列车再生制动能量和太阳能光伏发电作为辅助供电设备满足高铁站部分用电需求，多余的电量通过蓄热电锅炉将电量转化为热量储存，为高铁站供热，同时起到削峰填谷平滑负荷的作用；在冷热电联供机组和辅助供电设备不能满足高铁站用电需求时，通过电网购电；热电联供机组的动力余热用以驱动吸收式制冷机组以满足高铁站冷负荷，或通过供热换热管网满足车站热负荷需求；电制冷机组提供的制冷量与吸收式制冷机组提供的制冷量之和与高铁站冷负荷保持平衡；热电联供回收的余热不足以满足车站热负荷时，不足的量由蓄热电锅炉补充；/n步骤2：以运行成本最小化、能源消耗最小化和二氧化碳排放最小化为主要目标，建立能源系统模型；/n步骤2.1：系统的运行成本F

【技术特征摘要】
20200603 CN 20201049510541.利用列车再生制动能量的高铁站综合能源系统调度方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：建立包含列车再生制动能量、光伏发电设备、热电联供机组、市政电网、电制冷机组、蓄热电锅炉以及吸收式制冷机组的冷、热、电一体化综合能源系统，从而提升列车可再生制动能量的利用和促进光伏发电的消纳；具体实现方式为：
通过冷热电联供机组用以满足高铁站主要用电需求，列车再生制动能量和太阳能光伏发电作为辅助供电设备满足高铁站部分用电需求，多余的电量通过蓄热电锅炉将电量转化为热量储存，为高铁站供热，同时起到削峰填谷平滑负荷的作用；在冷热电联供机组和辅助供电设备不能满足高铁站用电需求时，通过电网购电；热电联供机组的动力余热用以驱动吸收式制冷机组以满足高铁站冷负荷，或通过供热换热管网满足车站热负荷需求；电制冷机组提供的制冷量与吸收式制冷机组提供的制冷量之和与高铁站冷负荷保持平衡；热电联供回收的余热不足以满足车站热负荷时，不足的量由蓄热电锅炉补充；
步骤2：以运行成本最小化、能源消耗最小化和二氧化碳排放最小化为主要目标，建立能源系统模型；
步骤2.1：系统的运行成本F1由下式计算：
F1＝Fng+Fgrid(1)
其中，Fng为购气成本，Fgrid为向电网购电成本，计算公式为：






式中a、b、c、d、e、f分别表示燃气轮机的成本系数；Cbuy,t表示电网电价；Ppgu,t、Hpgu,t分别表示t时刻燃气轮机产电量、产热量；Pgrid,t表示t时刻电网供电量；
步骤2.2：系统的燃料消耗量主要包括燃气轮机燃料消耗量和电网发电所消耗的燃料量，由下式计算：



式中ηe、ηgrid分别为电网传输率和发电率；ηpgu为燃气轮机发电率；
步骤2.3：系统的二氧化碳排放主要包括冷、热、电联供机组燃气的二氧化碳排放量和电网发电消耗燃料的二氧化碳排放量，由下式计算：



式中δf、δg分别表示燃气和电的二氧化碳转化因子；
步骤2.4：以运行成本最小化、能源消耗最小化和二氧化碳排放最小化为主要目标，建立考虑列车再生制动能量回馈的高铁站冷、热、电一体化综合能源系统联合调度模型：
min(F)＝F1+F2+F3(6)
其中F1为系统运行成本，F2为系统燃料消耗量，F3为二氧化碳排放量；
步骤2中系统所对应的约束条件为：
1、等式约束
车站的电力需求包括耗电设备的用电量、电制冷空调耗电量以及蓄热电锅炉的电量；电力需求主要由燃气轮机、列车再生制动能量和太阳能光伏发电供给，不足的部分由市政电网补充；则电量平衡约束为：
Pgrid,t+Ptrain,t+Pv,t+Ppgu,t＝Pl,t+Pec,t+Pph,t(7)
式中Ptrain,t、...

【专利技术属性】
技术研发人员：田冉，李要红，魏名山，徐飞，宋盼盼，杨斌，
申请(专利权)人：北京理工大学，清华大学，中国国家铁路集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11