一种综合能源微网的规划模型构建方法技术

本发明专利技术公开了一种综合能源微网的规划模型构建方法，包括：获取基础参数；通过多目标最优规划理论建立计及能源供应者和农业生产的综合能源微网的规划模型；将基础参数代入至第一模型中，以综合能源微网自治成本最小化为目标，对第一模型进行求解，输出在各设备自治成本最小时综合能源微网中各设备的容量配置方案；将基础参数代入至第二模型中，以综合能源微网二氧化碳减排量最大化为目标，对第二模型进行求解，输出在碳减排量最大时综合能源微网中各设备的容量配置方案。可见，本发明专利技术通过充分将农业生产中产生的大量生物质能作为能源供应者产能动力，实现了农业生产和能源供应者之间的更加合理的生产和消费互补性，降低系统的自治成本和碳排放量。的自治成本和碳排放量。的自治成本和碳排放量。

【技术实现步骤摘要】
一种综合能源微网的规划模型构建方法


[0001]本专利技术涉及电力系统领域，尤其涉及一种综合能源微网的规划模型构建方法、装置和计算设备。

技术介绍

[0002]能源供应者，可以理解为可再生能源供应者，为能源消费者提供能源。能源消费者，可以理解为从能源供应者购买能源并使用的用户，能源消费者包括种植业、畜牧业和居民用户。
[0003]近年来，在农业活动中，天气条件影响农业生产和能源生产，能源供应者向农业供电来解决农业生产动力不足的问题，而农业系统(即消费者)的农作物秸秆和畜禽粪便可以作为能源系统生产利用的原料，这使得包括农业系统和能源供应者的综合能源微网具有“源”和“负荷”的双重作用。一方面，能源供应者向农业系统输入电、气、热等不同形式的能源，农业系统可以生产农业生物质能，生物质能例如包括农作物秸秆(如稻草)和牲畜粪便。另一方面，生物质能可作为原料用于能源设备的生产能力，例如，通过生物质能为热电联产机组提供产能动力，输出的热力和电力可以维持农业系统的运行。通过这种方式，实现将传统单向能量流动模式转化为能源循环流动模式。
[0004]随着我国乡村规模化、集约化的发展，乡村畜牧产业迅速发展起来，乡村能源结构仍以化石能源为主，难以支撑快速发展。统计数据显示，我国年产生畜禽粪污高达38.18亿t，其可产生的沼气潜力达1226.47 亿m3，约合天然气690.78亿m3，可代替煤炭0.933亿t，减少CO2排放量 4.646亿t。我国畜禽粪便的沼气潜力高达963.77亿～2876.09亿m3，能源供给潜力巨大。r/>[0005]因此，针对包括农业系统和能源供应者的综合能源微网的规划研究，是十分必要的。

技术实现思路

[0006]为此，本专利技术提供一种综合能源微网的规划模型构建方法，以力图解决或者至少缓解上面存在的问题。
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供了一种综合能源微网的规划模型构建方法，适于在计算设备中执行，所述综合能源微网包括能源供应者和能源消费者，所述能源消费者包括种植业、畜牧业和居民，种植业和所述畜牧业产出生物质能，所述方法包括：获取基础参数；通过多目标最优规划理论建立计及能源供应者和农业生产的综合能源微网的规划模型，模型包括第一模型和第二模型，所述第一模型包括第一目标函数和第一约束条件，第二模型包括第二目标函数和第二约束条件；将基础参数代入至所述第一模型中，以综合能源微网自治成本最小化为目标，对第一模型进行求解，输出在各设备自治成本最小时综合能源微网中各设备的容量配置方案；将基础参数代入至所述第二模型中，以综合能源微网二氧化碳减排量最大化为目标，对第二模型进行求解，输出在碳减排量最大时综合能源微网中各
设备的容量配置方案；
[0008]其中，第一目标函数包括：min F1＝C
inv
+C
opt
+C
DR
‑
C
BT
，式中，F1表示综合能源微网的自治成本，C
inv
表示系统初始投资成本，C
opt
表示系统运行维护成本， C
DR
表示能源供应者针对能源消费者的需求响应成本，C
BT
表示生物质能处理成本；其中，第二目标函数包括：式中，F2表示综合能源微网碳减排量，
△
t表示时间间隔，T表示周期，E
C02
表示处理农作物秸秆和畜禽粪便后减少的碳排放量，表示沼气碳排放系数，表示每时刻沼气机组产生的沼气。
[0009]可选地，第一目标函数包括：
[0010][0011][0012][0013]式中，M
i
表示设备容量，表示设备i的单位容量年固定维护成本，μ表示设备年折现率，y表示项目寿命年，表示设备i的单位容量年固定维护成本，表示第j种农作物秸秆或畜禽补贴金额，Y
j
表示第j种农作物秸秆或畜禽总量。
[0014]可选地，农业系统包括种植业和畜牧业，第一约束条件包括能源功率平衡约束、能源生产设备出力约束、储能约束、储能设备充放能源功率约束、能源消费者负荷补偿成本约束、沼气产出率约束、进入沼气机组的物料约束、沼气机组热平衡约束、种植业用能约束、畜牧业用能约束和各能源的负荷约束中的一种或多种。
[0015]可选地，能源功率平衡约束包括电功率平衡约束、热功率平衡约束和气功率平衡约束；
[0016]电功率平衡约束包括：P
tWT
+P
tPV
+P
tCHP
+P
tES,dch
＝P
tload
+P
tEB
+P
tES,ch
[0017]热功率平衡约束包括：
[0018]气功率平衡约束包括：
[0019]式中，P
tWT
表示分布式风电机组输出功率，P
tPV
表示分布式光伏发电机组输出功率，P
tCHP
表示热电联产机组输出电功率，P
tES,dch
表示电储能放电功率，P
tload
表示为t时刻各类用户电负荷，P
tEB
表示电锅炉需要的电功率，P
tES,ch
表示电储能设备充电功率，表示热电联产机组输出热功率，表示电锅炉输出电功率，表示热储能设备放热功率，表示供给沼气机组的热功率，表示为t时刻综合能源微网各类用户热负荷，表示热储能充热功率，表示沼气机组产生沼气功率，表示气储能设备放气功率，表示热电联产机组需要的热功率，表示为t时刻综合能源微网各类用户气负荷，表示气储能设备充气功率。
[0020]可选地，能源生产设备出力约束包括热电联产系统出力约束和电锅炉出力约束；
热电联产系统出力约束包括：
[0021][0022][0023]电锅炉出力约束包括：
[0024]式中，u
t
表示时刻热电联产机组处于开启或关闭状态的0
‑
1变量，1变量，分别表示热电联产机组电输出功率的上、下限，P
tCHP
表示热电联产机组电功率，分别表示热电联产机组热输出功率的上、下限，表示热电联产机组热功率，Q
EB,min
表示电锅炉的最小输入量，表示电锅炉放热功率，Q
EB,max
表示电锅炉的最大输入量。
[0025]可选地，储能约束包括：
[0026][0027][0028][0029]式中，M
ES,min
、M
ES,max
分别表示电储能的最大配置容量和最小配置容量，表示电储能设备容量，M
HS,min
、M
HS,max
表示气储能的最大配置容量和最小配置容量，表示热储能设备容量，M
QS,min
、M
QS,max
分别表示气储能的最大配置容量和最小配置容量，表示气储能设备容量。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种综合能源微网的规划模型构建方法，适于在计算设备中执行，所述综合能源微网包括能源供应者和能源消费者，所述能源消费者包括种植业、畜牧业和居民，所述种植业和所述畜牧业产出生物质能，所述方法包括：获取基础参数；通过多目标最优规划理论建立计及能源供应者和农业生产的综合能源微网的规划模型，所述模型包括第一模型和第二模型，所述第一模型包括第一目标函数和第一约束条件，所述第二模型包括第二目标函数和第二约束条件；将所述基础参数代入至所述第一模型中，以综合能源微网自治成本最小化为目标，对所述第一模型进行求解，输出在各设备自治成本最小时综合能源微网中各设备的容量配置方案；将所述基础参数代入至所述第二模型中，以综合能源微网二氧化碳减排量最大化为目标，对所述第二模型进行求解，输出在碳减排量最大时综合能源微网中各设备的容量配置方案；其中，所述第一目标函数包括：min F1＝C
inv
+C
opt
+C
DR
‑
C
BT
，式中，F1表示综合能源微网的自治成本，C
inv
表示系统初始投资成本，C
opt
表示系统运行维护成本，C
DR
表示能源供应者针对能源消费者的需求响应成本，C
BT
表示生物质能处理成本；其中，所述第二目标函数包括：式中，F2表示综合能源微网碳减排量，
△
t表示时间间隔，T表示周期，E
C02
表示处理农作物秸秆和畜禽粪便后减少的碳排放量，表示沼气碳排放系数，表示每时刻沼气机组产生的沼气。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一目标函数包括：2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一目标函数包括：2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一目标函数包括：式中，M
i
表示设备容量，表示设备i的单位容量年固定维护成本，μ表示设备年折现率，y表示项目寿命年，表示设备i的单位容量年固定维护成本，表示第j种农作物秸秆或畜禽补贴金额，Y
j
表示第j种农作物秸秆或畜禽总量。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述农业系统包括种植业和畜牧业，所述第一约束条件包括能源功率平衡约束、能源生产设备出力约束、储能约束、储能设备充放能源功率约束、能源消费者负荷补偿成本约束、沼气产出率约束、进入沼气机组的物料约束、沼气机组热平衡约束、种植业用能约束、畜牧业用能约束和各能源的负荷约束中的一种或多种。4.如权利要求3所述的方法，其中，所述能源功率平衡约束包括电功率平衡约束、热功率平衡约束和气功率平衡约束；电功率平衡约束包括：P
tWT
+P
tPV
+P
tCHP
+P
tES,dch
＝P
tload
+P
tEB
+P
tES,ch
热功率平衡约束包括：
气功率平衡约束包括：式中，P
tWT
表示分布式风电机组输出功率，P
tPV
表示分布式光伏发电机组输出功率，P
tCHP
表示热电联产机组输出电功率，P
tES,dch
表示电储能放电功率，P
tload
表示为t时刻各类用户电负荷，P
tEB
表示电锅炉需要的电功率，P
tES,ch
表示电储能设备充电功率，表示热电联产机组输出热功率，表示电锅炉输出电功率，表示热储能设备放热功率，表示供给沼气机组的热功率，表示为t时刻综合能源微网各类用户热负荷，表示热储能充热功率，表示沼气机组产生沼气功率，表示气储能设备放气功率，表示热电联产机组需要的热功率，表示为t时刻综合能源微网各类用户气负荷，表示气储能设备充气功率。5.如权利要求3或4所述的方法，其中，所述能源生产设备出力约束包括热电联产系统出力约束和电锅炉出力约束；热电联产系统出力约束包括：热电联产系统出力约束包括：电锅炉出力约束包括：式中，u
t
表示时刻热电联产机组处于开启或关闭状态的0
‑
1变量，1变量，分别表示热电联产机组电输出功率的上、下限，P
tCHP
表示热电联...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾博，李伟康，张常昊，穆宏伟，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：