一种电热综合能源系统双层规划方法技术方案

本发明专利技术公开的一种电热综合能源系统双层规划方法，属于清洁供暖和制冷、能源系统容量规划、运行调度技术领域。基于电热综合能源系统包含的各机组运行原理，依据电热冷负荷供需关系，以冷热双蓄式热泵的新建成本和电热综合能源系统运行成本最小为上层目标，以用电费用最低为下层目标建立容量规划和运行调度策略的双层规划模型。通过智能算法求解双层规划模型，对火电机组、冷热电联产机组、热泵机组、冷热双蓄装置的容量及冷热双蓄式热泵的安装地点进行规划。基于上层求出的容量规划与机组运行约束，以用电费用最低进行下层运行调度。本发明专利技术能够降低系统的投资成本、运行成本以及减小系统的弃风电量，降低用户用电费用。降低用户用电费用。降低用户用电费用。

【技术实现步骤摘要】
一种电热综合能源系统双层规划方法


[0001]本专利技术涉及一种电热综合能源系统双层规划方法，适用于电热综合能源系统，属于清洁供暖和制冷、能源系统容量规划、运行调度


技术介绍

[0002]为了逐步解决我国北方地区的冬季雾霾问题，热电联产机组集中供热是目前较为清洁且高效的主要供热手段，但受限于城市规划建设、投资改造成本等若干因素的影响，部分地区(例如城镇等)并不适合采用这种传统的供热方式，导致热电联产机组集中供热无法实现全部区域的覆盖。
[0003]为了实现清洁供热的全面覆盖，清洁电供热在未来可作为主要的清洁供热手段。而清洁电供热的实现方式中，热泵清洁供热方式具有能源利用效率高，安全性高的优点。热泵能改变传统供热形式，解耦以往只有热电联产机组出现的热电强联关系，又能利用原本的弃风电量产生热能，既可提升系统弃风消纳的能力又可减少燃煤消耗。从电网运行和风电利用的角度出发，在电热综合能源系统中通过增设冷热双蓄式热泵和冷热电机组协调配合，进行联合供冷/供热，实现增强电网调峰能力和风电消纳空间的效果。
[0004]然而大规模应用热泵时，矛盾也同样十分突出：1)热泵装置设备投资和耗电功率较大，用户的经济负担较重，为了解决这个问题，目前我国普遍采用政府补贴加上电网让利的方式。然而随着供热规模的不断扩大，如果缺乏合理供热方案规划，导致清洁电供热成本比传统供热方式过高，政府补贴将难以为继、供电供热企业效益恶化，也将无法维持清洁电供热的良性循环与运行。2)热泵清洁供热负荷对电网原有负荷的时空分布将产生较大影响，需要在电网规划和运行方面进行专题分析，以提高电网的安全性和经济性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中热泵并网后对原有负荷时空分布影响较大以及风电规模化使用产生的弃风问题，本专利技术公开的一种电热综合能源系统双层规划方法要解决的技术问题是：基于电热综合能源系统包含的各机组运行原理，建立各机组容量规划和运行策略的双层规划模型，利用双层规划模型求解出的结果对电热综合能源系统进行电热冷负荷调度，降低电热综合能源系统的新建和运行成本，减小系统的弃风电量，降低用户用电费用。
[0006]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0007]本专利技术公开的一种电热综合能源系统双层规划方法，基于电热综合能源系统包含的各机组运行原理，依据电热冷负荷供需关系，以冷热双蓄式热泵的新建成本和电热综合能源系统运行成本最小为上层目标，以用电费用最低为下层目标建立容量规划和运行调度策略的双层规划模型。通过智能算法求解双层规划模型，对火电机组、冷热电联产机组、热泵机组、冷热双蓄装置的容量及冷热双蓄式热泵的安装地点进行规划。基于上层求出的容量规划与机组运行约束，以用电费用最低进行下层运行调度。本专利技术能够降低系统的投资成本、运行成本以及减小系统的弃风电量，降低用户用电费用。
[0008]本专利技术公开的一种电热综合能源系统双层规划方法，包括如下步骤：
[0009]步骤一：根据风电机组、火电机组、冷热电联产机组、热泵机组、冷热双蓄装置的运行原理，建立电热综合能源系统中各机组的运行约束条件以及电热综合能源系统的电热冷供需平衡关系。
[0010]步骤1.1：建立风电机组的运行约束。
[0011]风电机组的运行需受式(1)风电机组最大出力特性来约束：
[0012][0013]式中，p
i,tWP
为风电机组可用的发电功率，MW；P
i,tWP
为风电机组可用的最大发电功率，MW。
[0014]步骤1.2：建立火电机组的运行约束。
[0015]火电机组的运行需受式(2)火电发电最大出力约束、最小出力约束以及式(3)火电发电爬坡约束：
[0016][0017][0018]式中，P
i,tTP
为火电机组的发电功率，MW；P
i,maxTP
、P
i,minTP
为火电机组出力值的上下限，MW；RU
iTP
、RD
iTP
为火电机组出力的变化速率上下限，MW/h；ΔT为变化时间。
[0019]步骤1.3：建立冷热电联产机组的运行约束。
[0020]冷热电联产机组的运行出力特性均由式(4)和(5)表示。
[0021][0022][0023]0≤α
i,t
≤1
[0024]式中，P
i,tCCHP
为冷热电联产机组的发电功率，MW；Q
i,tCCHP
为冷热电联产机组的供冷/热功率，MW；P
iCCHP
，Q
iCCHP
为冷热电联产机组的额定电、冷/热功率，MW；α
i,t
为冷热电联产机组出力系数。
[0025]另外，冷热电联产机组的运行需受式(6)冷热电联产发电最大出力约束、最小出力约束以及式(7)冷热电联产发电爬坡约束：
[0026][0027][0028]式中，P
i,tCCHP
为冷热电联产机组的发电功率，MW；P
i,maxCCHP
、P
i,minCCHP
为冷热电联产机组出力值的上下限，MW；RU
iCCHP
、RD
iCCHP
为冷热电联产机组出力的变化速率上下限，MW/h；ΔT为变化时间。
[0029]步骤1.4：建立热泵机组的运行约束。
[0030]热泵供冷/热功率表达式如式(8)所示。
[0031][0032]式中，Q
i,tEHP
为热泵制冷/制热功率，MW；P
i,tEHP
为热泵耗电功率，MW；COP为热泵能效系数。
[0033]此外，热泵机组的运行需受式(9)热泵制冷/制热最大出力约束、最小出力约束：
[0034][0035]式中，Q
i,tEHP
为热泵制冷/制热功率，MW；Q
i,maxEHP
、Q
i,minEHP
为热泵制冷/制热功率的上下限，MW。
[0036]步骤1.5：建立冷热双蓄装置的运行约束。
[0037]冷热双蓄装置的运行需受式(10)～(12)冷热双蓄装置的容量约束以及蓄、放能力约束：
[0038][0039][0040][0041]式中，S
i,tHIS
为冷热双蓄装置容量，MW
·
h；S
i,maxHIS
、S
i,minHIS
为冷热双蓄装置容量的上下限，MW
·
h；Q
i,t,cHIS
、Q
i,t,fHIS
为冷热双蓄装置的蓄、放功率，MW；Q
i,c,maxHIS
、Q
i,f,maxHIS
为冷热双蓄装置的最大极限蓄、放功率，MW。
[0042]步骤1.6：建立电热综合能源系统的电热冷负荷供需平衡关系。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电热综合能源系统双层规划方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：根据风电机组、火电机组、冷热电联产机组、热泵机组、冷热双蓄装置的运行原理，建立电热综合能源系统中各机组的运行约束条件以及电热综合能源系统的电热冷供需平衡关系；步骤二：在满足步骤一电热综合能源系统中各机组的运行约束和电热冷供需平衡的条件下，以冷热双蓄式热泵的新建成本和电热综合能源系统运行成本最小为目标建立上层规划模型；步骤三：在满足步骤一电热综合能源系统中各机组的运行约束条件下，根据地区的分时电价政策，建立以用电费用最低为目标的下层调度模型；步骤四：综合上述三个步骤，电热综合能源系统的双层规划过程描述为在满足风电机组、火电机组、冷热电联产机组、热泵机组、冷热双蓄装置运行原理以及系统电热冷供需平衡约束条件下，通过步骤二上层模型合理规划出各机组的容量和热泵、冷热双蓄装置的安装地点；基于上层规划求出的机组容量进行下层运行调度，同时满足减小系统的弃风电量和用户用电费用最低的要求。2.如权利要求1所述的一种电热综合能源系统双层规划方法，其特征在于：步骤一实现方法为，步骤1.1：建立风电机组的运行约束；风电机组的运行需受式(1)风电机组最大出力特性来约束：式中，p
i,tWP
为风电机组可用的发电功率，MW；P
i,tWP
为风电机组可用的最大发电功率，MW；步骤1.2：建立火电机组的运行约束；火电机组的运行需受式(2)火电发电最大出力约束、最小出力约束以及式(3)火电发电爬坡约束：爬坡约束：式中，P
i,tTP
为火电机组的发电功率，MW；P
i,maxTP
、P
i,minTP
为火电机组出力值的上下限，MW；RU
iTP
、RD
iTP
为火电机组出力的变化速率上下限，MW/h；ΔT为变化时间；步骤1.3：建立冷热电联产机组的运行约束；冷热电联产机组的运行出力特性均由式(4)和(5)表示；冷热电联产机组的运行出力特性均由式(4)和(5)表示；0≤α
i,t
≤1式中，P
i,tCCHP
为冷热电联产机组的发电功率，MW；Q
i,tCCHP
为冷热电联产机组的供冷/热功率，MW；P
iCCHP
，Q
iCCHP
为冷热电联产机组的额定电、冷/热功率，MW；α
i,t
为冷热电联产机组出力系数；另外，冷热电联产机组的运行需受式(6)冷热电联产发电最大出力约束、最小出力约束以及式(7)冷热电联产发电爬坡约束：
式中，P
i,tCCHP
为冷热电联产机组的发电功率，MW；P
i,maxCCHP
、P
i,minCCHP
为冷热电联产机组出力值的上下限，MW；RU
iCCHP
、RD
iCCHP
为冷热电联产机组出力的变化速率上下限，MW/h；ΔT为变化时间；步骤1.4：建立热泵机组的运行约束；热泵供冷/热功率表达式如式(8)所示；式中，为热泵制冷/制热功率，MW；为热泵耗电功率，MW；COP为热泵能效系数；此外，热泵机组的运行需受式(9)热泵制冷/制热最大出力约束、最小出力约束：式中，为热泵制冷/制热功率，MW；Q
i,maxEHP
、Q
i,minEHP
为热泵制冷/制热功率的上下限，MW；步骤1.5：建立冷热双蓄装置的运行约束；冷热双蓄装置的运行需受式(10)～(12)冷热双蓄装置的容量约束以及蓄、放能力约束：束：束：式中，为冷热双蓄装置容量，MW
·
h；S
i,maxHIS
、S
i,minHIS
为冷热双蓄装置容量的上下限，MW
·
h；...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴健，吴定宸，白晓春，杨彬，徐飞，宋盼盼，魏名山，张宇萱，程特，王绿，耿明昕，吕平海，鱼小兵，
申请(专利权)人：清华大学北京理工大学国网西安环保技术中心有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：