一种用户端综合能源网络优化控制方法技术

本发明专利技术公开一种用户端综合能源网络优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立用户端综合能源系统模型：步骤2、建立用户端综合能源网络优化管理模型；步骤3、对优化管理模型中的优化目标函数进行优化求解，得到综合能源网络优化控制策略。本发明专利技术在传统电力及燃气所构成的综合能源系统基础上，引入用户端负荷数据，对负荷进行DR响应优化策略，共同构成用户端综合能源系统优化模型，基于该模型，建立能耗成本、气体排放量综合多目标优化函数，并取得最优解，实现满足用户端负荷需求的同时，降低能耗成本及气体排放量。

【技术实现步骤摘要】
一种用户端综合能源网络优化控制方法
本专利技术涉及能源控制领域，具体的是一种用户端综合能源网络优化控制方法。
技术介绍
随着综合能源系统控制技术的逐渐提升，接近用户端的综合能源系统的应用逐渐成为可能并得到推广。其中，以燃气及电力为主要能源输入的用户端综合能源系统较为典型。用户端综合能源系统中，热电冷联供机组(Combinedcoolingheatingandpower，CCHP)消耗燃气同时，实现电力发电、制热、制冷功能，越来越受到人们的青睐。用户端综合能源系统中电力发电单元除从传统电网购电之外，可以借助于自家屋顶光伏发电进行电力输出，为用户负荷提供电力服务。CCHP与光伏发电系统配套使用，可以提高综合能源系统的整体性能，尤其是用户端的住宅能源系统。尽管光伏发电的优势已经得到验证，但其发电输出的不稳定性对能源系统的运行提出较大的挑战。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中提到的不足，本专利技术的目的在于提供一种用户端综合能源网络优化控制方法，在传统电力及燃气所构成的综合能源系统基础上，引入用户端负荷数据，对负荷进行DR响应优化策略，共同构成用户端综合能源系统优化模型。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种用户端综合能源网络优化控制方法，包括以下步骤：步骤1、建立用户端综合能源系统模型：步骤101、建立发电单元数学模型：步骤1011、建立冷热电联供单元模型；步骤1012、建立光伏发电单元模型；步骤102、建立用户终端负荷数学模型：步骤1021、建立可转移负荷模型；步骤1022、建立可削减负荷模型；步骤1023、建立柔性制热制冷负荷模型；步骤1024、建立热储能负荷模型；步骤1025、建立电储能负荷模型；步骤2、建立用户端综合能源网络优化管理模型；步骤3、对优化管理模型中的优化目标函数进行优化求解，得到综合能源网络优化控制策略。优选地，步骤1011中，冷热电联供单元包括燃气发电单元PGU、热回收单元HRU、制热及制冷单元，燃气送入PGU进行发电，HRU利用PGU发电产生的余热实现制冷与制热，同时系统中配备热储能单元TES储存多余的热能，联供系统中制冷分为吸收式制冷机和电制冷机；步骤1011中建立的热电冷联供单元机组的运行模型为：式(1)中：表示时间t时的CCHP电力输出；表示时间t时从PGU回收的热量；ηth，ηe分别为冷热电联产机组的热效率、电效率；联供单元燃气消耗量为：式(2)中：β为单位功率与燃气的转换系数；表示时间t时CCHP机组燃气消耗量；联供单元运行约束为：式(3)-(6)中：表示时间t时的CCHP开/停状态；和代表CCHP机组功率的最小和最大值；和代表PGU回收热量的最大和最小值；rre代表热电联供机组爬坡系数。优选地，步骤1011中采用确定性光伏输出模型，并利用时间序列模型收集太阳辐射预测的历史数据，光伏发电单元输出功率表达式：式(7)中：表示光伏发电t时刻的输出功率；ηpv代表光伏的工作效率；代表时间t的室外温度；S表示光伏板面积；I表示光照辐射度。优选地，步骤1021中，可转移负荷包括用户终端个别电器在满足用户基本使用要求的情况下，可根据用户端综合能源网络能源价格的波动变化安排其运行时间，此类负荷设备具有可转移特性，可转移负荷运行限制为：式(8)-(10)中：分别代表设备i的开/停、启动及停止状态；等式(11)表示可转移负荷首选运行时间窗口；MRHi代表设备的总开启时间；等式(12)和(13)分别表示一天当中负荷的总运行小时数及用户使用所需的最短时间。优选地，步骤1022中，可削减负荷定义为综合能源网络的照明负荷，在能源高价时段，可降低亮度到预定水平，本专利技术引入光照度数据来模拟可削减照明负荷的大小，同时，将高峰时段照明削减20％，建立的可削减负荷运行约束表达式为：式(14)中：0≤ρt≤1是电价的线性函数，高峰时段等于1，非高峰时段等于0；表示时间t时室内光照度；表示时间t时室外光照度；表示时间t所需光照。优选地，步骤1023中对制热制冷进行建模，热水、冷水进行等量循环，水温控制按式下式计算：式(15)中：表示时间t及t+1时的水温；是时间t时与储水器的换热；V代表蓄水量；Cw表示水的比热系数；Tcw表示冷水温度；表示进入的冷水量；对于单一夏季时间段，依据热力学定律，单位时间间隔内，通过用户建筑内传递的热量Qt可表示为：式(16)中：R是用户建筑的热阻系数；代表室外温度；代表室内温度；用户端温控所需热能计算依据为：式(17)、(18)中：Cair为空热比系数；表示在时间t时达到温度设定值所需的热能；式(18)的单位小时离散模型为：同时，改模型中综合能源网络制热制冷负荷工作温度不应局限于固定温度值，其约束条件如下：式(21)中：代表最小和最大水温偏差；表示最小和最大室温偏差。优选地，步骤1024中建立的热储能负荷模型为：式(22)-(26)中：表示时间t时TES的注入热量；代表TES注入热量的最大值；ηin表示热效率；表示时间t时TES的储热状态；代表时间t时TES的释放热量；代表TES释放热量的最大值；代表时间t时TES的放热状态；ηdr代表释放热量的效率；表示时间t的TES能量含量；和代表TES储能的最小和最大值。优选地，步骤1025中将用户端综合能源网络面对的用户充电电动汽车PHEV充当电储能负荷进行优化管理，对其充发电过程进行建模如下：式(27)-(29)中：代表时间t时PHEV的电量；代表t时间PHEV充电和放电的功率；代表充电桩的最大功率；ηG2V及ηV2G表示PHEV的电池充电和放电效率；表示PHEV电池充放电状态；PHEV运行窗口时间及电池充放电约束的上下限表示为：式(30)-(32)中：Cap表示电池容量；代表时间t时PHEV的荷电状态；SOCmin和SOCmax代表PHEV荷电状态的最大和最小值；充电、放电同时执行时的约束：优选地，步骤2中，建立用户端综合能源网络优化管理模型的过程为：步骤201、建立优化模型的能源功率平衡模型：未考虑需求响应的电功率平衡公式：式(34)中：为t时与电网之间交换的功率；为PHEV电池充电功率；为PHEV电池放电功率；表示时间t时的总电力需求；Pli代表负荷额定功率；代表时间t时向电力供应的功率；考虑需求响应的电功率平衡公式：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用户端综合能源网络优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、建立用户端综合能源系统模型：/n步骤101、建立发电单元数学模型：/n步骤1011、建立冷热电联供单元模型；/n步骤1012、建立光伏发电单元模型；/n步骤102、建立用户终端负荷数学模型：/n步骤1021、建立可转移负荷模型；/n步骤1022、建立可削减负荷模型；/n步骤1023、建立柔性制热制冷负荷模型；/n步骤1024、建立热储能负荷模型；/n步骤1025、建立电储能负荷模型；/n步骤2、建立用户端综合能源网络优化管理模型；/n步骤3、对优化管理模型中的优化目标函数进行优化求解，得到综合能源网络优化控制策略。/n

【技术特征摘要】
1.一种用户端综合能源网络优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、建立用户端综合能源系统模型：
步骤101、建立发电单元数学模型：
步骤1011、建立冷热电联供单元模型；
步骤1012、建立光伏发电单元模型；
步骤102、建立用户终端负荷数学模型：
步骤1021、建立可转移负荷模型；
步骤1022、建立可削减负荷模型；
步骤1023、建立柔性制热制冷负荷模型；
步骤1024、建立热储能负荷模型；
步骤1025、建立电储能负荷模型；
步骤2、建立用户端综合能源网络优化管理模型；
步骤3、对优化管理模型中的优化目标函数进行优化求解，得到综合能源网络优化控制策略。


2.根据权利要求1所述的用户端综合能源网络优化控制方法，其特征在于，所述步骤1011中，冷热电联供单元包括燃气发电单元PGU、热回收单元HRU、制热及制冷单元，燃气送入PGU进行发电，HRU利用PGU发电产生的余热实现制冷与制热，同时系统中配备热储能单元TES储存多余的热能，联供系统中制冷分为吸收式制冷机和电制冷机；
步骤1011中建立的热电冷联供单元机组的运行模型为：



式(1)中：表示时间t时的CCHP电力输出；表示时间t时从PGU回收的热量；ηth，ηe分别为冷热电联产机组的热效率、电效率；
联供单元燃气消耗量为：



式(2)中：β为单位功率与燃气的转换系数；表示时间t时CCHP机组燃气消耗量；
联供单元运行约束为：












式(3)-(6)中：表示时间t时的CCHP开/停状态；和代表CCHP机组功率的最小和最大值；和代表PGU回收热量的最大和最小值；rre代表热电联供机组爬坡系数。


3.根据权利要求1所述的用户端综合能源网络优化控制方法，其特征在于，所述步骤1011中采用确定性光伏输出模型，并利用时间序列模型收集太阳辐射预测的历史数据，光伏发电单元输出功率表达式：



式(7)中：表示光伏发电t时刻的输出功率；ηpv代表光伏的工作效率；代表时间t的室外温度；S表示光伏板面积；I表示光照辐射度。


4.根据权利要求1所述的用户端综合能源网络优化控制方法，其特征在于，所述步骤1021中，可转移负荷包括用户终端个别电器在满足用户基本使用要求的情况下，可根据用户端综合能源网络能源价格的波动变化安排其运行时间，此类负荷设备具有可转移特性，可转移负荷运行限制为：


















式(8)-(10)中：分别代表设备i的开/停、启动及停止状态；等式(11)表示可转移负荷首选运行时间窗口；MRHi代表设备的总开启时间；等式(12)和(13)分别表示一天当中负荷的总运行小时数及用户使用所需的最短时间。


5.根据权利要求1所述的用户端综合能源网络优化控制方法，其特征在于，所述步骤1022中，可削减负荷定义为综合能源网络的照明负荷，在能源高价时段，可降低亮度到预定水平，本发明引入光照度数据来模拟可削减照明负荷的大小，同时，将高峰时段照明削减20％，建立的可削减负荷运行约束表达式为：



式(14)中：0≤ρt≤1是电价的线性函数，高峰时段等于1，非高峰时段等于0；表示时间t时室内光照度；表示时间t时室外光照度；表示时间t所需光照。


6.根据权利要求1所述的用户端综合能源网络优化控制方法，其特征在于，所述步骤1023中对制热制冷进行建模，热水、冷水进行等量循环，水温控制按式下式计算：



式(15)中：表示时间t及t+1时的水温；是时间t时与储水器的换热；V代表蓄水量；Cw表示水的比热系数；Tcw表示冷水温度；表示进入的冷水量；
对于单一夏季时间段，依据热力学定律，单位...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽洁，王涛，张章，袁博，张菁，王颖，宋佳霖，刘洋，吴志，
申请(专利权)人：国网河北省电力有限公司经济技术研究院，国家电网有限公司，东南大学，
类型：发明
国别省市：河北;13