【技术实现步骤摘要】
一种冷热电联供系统容量优化配置的方法
[0001]本专利技术的技术方案属于电力系统
，具体地说是一种基于改进多目标多元宇宙算法的冷热电联供系统容量优化配置的方法。
技术介绍
[0002]冷热电联供(CCHP)系统是一种将冷、热、电等多种能源耦合起来的联产系统，它能够实现能源的梯级利用，提高能源的利用效率。冷热电联供(CCHP)系统主要以一次能源驱动的燃气内燃机和可再生能源驱动的分布式电源作为动力设备提供电能，再通过余热利用装置对产生的多余热量进行回收利用，以达到能源充分利用的目的。冷热电联供(CCHP)系统具有能源消耗小、供电可靠性高的特点，可以有效缓解环境污染问题，促进能源的可持续发展。冷热电联供(CCHP)系统因其低排放、低能耗的特点被广泛应用于酒店、医院、商场和办公楼等建筑中。冷热电联供(CCHP)系统中分布式电源出力一般具有间歇性和不确定性，需利用蓄电池等储能装置对分布式电源出力进行平抑，这样不仅能够缓解冷热电联供(CCHP)系统并网运行时因联络线波动对电力系统造成的冲击，也能提高清洁能源的消纳能力。
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种冷热电联供系统容量优化配置的方法，其特征在于，该方法基于改进多目标多元宇宙算法(IMOMVO)进行冷热电联供(CCHP)系统容量优化配置，具体步骤是：步骤一，建立一种集成光伏发电装置和储能装置的冷热电联供(CCHP)系统模型建立冷热电联供(CCHP)系统中各个装置出力的数学模型；冷热电联供(CCHP)系统具体包括光伏发电装置、微型燃气轮机与余热回收装置、电制冷机与吸附式制冷机、储能装置、辅助供能设备、热交换装置；其中，储能装置包括蓄电池和储热罐，辅助供能设备包括电网和燃气锅炉；记光伏发电装置的电能输出功率为E
PV
，微型燃气轮机与余热回收装置的电能输出功率和热能输出功率为E
mt
、H
hr
，电制冷机与吸附式制冷机的制冷量为C
ec
、C
ac
，蓄电池t时刻储存的电能为E
tbat
，储热罐t时刻储存的热能为H
ttst
，电网的电能输出功率为E
grid,out
，燃气锅炉的热能输出功率为H
gb
，热交换装置输出的热能为H
he
；(1.1)光伏发电装置因其清洁的特点被引入冷热电联供(CCHP)系统中，其输出功率受到环境温度和辐射强度的影响，光伏发电装置电能输出功率的数学模型表示为：式中，N
PV
为光伏发电装置安装容量，G
PV
和G
STC
为光伏板在实际条件和标准测试条件下接受的辐射强度，T
PV
和T
STC
为光伏板在实际条件和标准测试条件下接受的环境温度，α为温度系数；(1.2)微型燃气轮机在发电过程中产生的高温蒸汽可以为冷热电联供(CCHP)系统中其他设备提供热能，微型燃气轮机电能输出功率的数学模型和余热回收装置热能输出功率的数学模型分别表示为：式中，F
mt
为微型燃气轮机消耗燃料，η
mt
为微型燃气轮机的发电效率，η
hr
为余热回收装置的余热回收效率，用三阶多项式描述为：式中，f
mt
为部分负荷率，E
rate
为微型燃气轮机的额定功率，当f
mt
<0.2时E
mt
＝0，当0.2<f
mt
≤1时f
mt
＝E
mt
，当f
mt
>1时E
mt
＝E
rate
；(1.3)电制冷机和吸附式制冷机为用户供冷，根据冷热电联供(CCHP)系统中能量剩余情况确定两种设备的出力，电制冷机和吸附式制冷机制冷量的数学模型分别表示为：式中，E
ec
为电制冷机消耗电能，H
ac
为吸附式制冷机消耗热能，COP
ec
和COP
ac
分别为电制冷机和吸附式制冷机的能效系数；(1.4)蓄电池和储热罐作为储能设备根据冷热电联供(CCHP)系统中能量平衡需要吸收
或释放能量从而提高冷热电联供(CCHP)系统的能源利用率；储热罐t时刻储存热能的数学模型和蓄电池t时刻储存电能的数学模型分别表示为：式中，和为蓄电池和储热罐t
‑
1时刻储存的电能和热能，和表示t时刻蓄电池吸收、释放的电能，和表示t时刻储热罐吸收、释放的热能，η
bat,loss
、η
bat,in
和η
bat,out
表示蓄电池电损率、充电效率和放电效率，η
tes,loss
、η
tes,in
和η
tes,out
分别表示储热罐的热损率、充热效率和放热效率，μ和ρ为控制系数，控制储能设备充能、放能行为不能同时发生；(1.5)电网和燃气锅炉作为辅助供能设备在冷热电联供(CCHP)系统需要电能和热能时工作，以保证能量的可靠供应；电网电能输出功率的数学模型和燃气锅炉热能输出功率的数学模型分别可表示为：式中，F
grid
和F
gb
为电网和燃气锅炉消耗燃料，η
grid,e
和η
grid,t
为电网的电能生产效率和传输效率，η
gb
为燃气锅炉的效率；(1.6)热交换装置将冷热电联供(CCHP)系统中各设备提供的热能传输到用户侧，热交换装置输出热能的数学模型表示为：式中，H
load
为用户热负荷需求，η
he
为换热效率；步骤二，提出改进型以电定热策略(IFEL)和改进型以热定电策略(IFTL)(2.1)改进型以电定热策略(IFEL)优先满足用户的电负荷需求；为提高冷热电联供(CCHP)系统能源效率，改进型以电定热策略(IFEL)下储能装置出力先于微型燃气轮机；微型燃气轮机的发电量由光伏发电单元和蓄电池的输出功率决定，当微型燃气轮机无法满足电负荷需求时，再由电网填补电能缺额；冷热电联供(CCHP)系统中热负荷需求由储热罐、余热回收装置和燃气锅炉满足；当余热回收装置在微型燃气轮机发电过程中回收的热能高于用户热负荷需求时，多余热能由储热罐吸收，减少热能的浪费，当余热回收装置回收的热能不足时，再由储热罐和燃气锅炉填补热能缺额，并优先利用储热罐中储存的热能；(2.2)改进型以热定电策略(IFTL)优先满足用户的热负荷需求；改进型以热定电策略(IFTL)优先使用储能装置从而提高冷热电联供(CCHP)系统的能源利用效率；微型燃气轮机的发电量由用户热负荷需求以及储热罐输出的热量决定，当储热罐储存的热能无法满足热负荷需求时，再由余热回收装置、燃气锅炉填补热能缺额；冷热
电联供(CCHP)系统中电负荷需求由光伏发电单元、微型燃气轮机、蓄电池和电网满足；当光伏发电单元和微型燃气轮机产生的电能高于用户电负荷需求时，多余电能由蓄电池和电网吸收，并优先储存于蓄电池，当光伏发电单元和微型燃气轮机产生的电能不足时，再由蓄电池和电网填补电能缺额，并优先利用蓄电池中储存的电能；步骤三，建立冷热电联供(CCHP)系统的多目标优化模型记冷热电联供(CCHP)系统中的决策变量为X，经济目标函数为Econ，能源目标函数为Fuel，环境目标函数为Envir；(3.1)选取步骤一中建立的集成光伏发电装置和储能装置的冷热电联供(CCHP)系统中六种设备容量以及电制冷比作为决策变量，具体表示为：X＝[N
PV
,N
mt
,N
grid
,N
bat
,N
tst
,N
gb
,θ1,θ2,θ3,θ4]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)式中，N
PV
、N
mt
、N
bat
、N
tst
和N
gb
为光伏发电单元、微型燃气轮机、蓄电池、储热罐和燃气锅炉的安装容量，N
grid
为冷热电联供(CCHP)系统与电网交互上限，θ1、θ2、θ3和θ4为四个季节对应的电制冷比；(3.2)建立冷热电联供(CCHP)系统的多目标优化模型；经济、能源和环境目标函数是：经济、能源和环境目标函数是：经济、能源和环境目标函数是：式中，Econ、Fuel、Envir分别为冷热电联供(CCHP)系统的经济、能源和环境目标函数，o为冷热电联供(CCHP)系统运行时间，λ为惩罚系数，Cost
CCHP
为冷热电联供(CCHP)系统的经济成本，具体包括设备投资成本、冷热电联供(CCHP)系统运行成本、燃料费用和购电费用，详细表述为：式中，N
k
为第k台设备的安装容量，C
k
为第k台设备的单位容量投资成本，为第k台设备在t时刻消耗的燃料，为t时刻冷热电联供(CCHP)系统向电网购电量，C
f
和C
g
为燃料价格和电价；步骤四，定义冷热电联供(CCHP)系统正常运行的约束条件约束条件主要包括能量平衡约束、设备容量约束及输出功率约束；其中，能量平衡约束包括电平衡约束、热平衡约束和冷平衡约束；(4.1)定义能量平衡约束条件；电平衡约束条件定义为：式中，和分别表示t时刻电能的缺额和浪费，表示t时刻用户的电能需求；热平衡约束条件定义为：
式中，和分别表示t时刻热能的缺额和浪费，表示t时刻用户的热能需求；冷平衡约束条件定义为：式中，表示用户的冷负荷需求，分别为电制冷机、吸附式制冷机的制冷量；(4.2)根据不同实例定义设备容量约束条件及输出功率约束条件；步骤五，采用改进多目标多元宇宙算法(IMOMVO)优化冷热电联供(CCHP)系统的容量配置(5.1)引入反向学习机制生成冷热电联供(CCHP)系统容量优化问题的初始配置方案；为了获得冷热电联供(CCHP)系...
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