综合能源系统的优化调度方法技术方案

本发明专利技术提供一种综合能源系统的优化调度方法，所述综合能源系统包括电力子系统、氢储能子系统、天然气子系统和耦合单元，所述耦合单元包括设置于所述氢储能子系统与所述天然气子系统之间的氢转天然气单元、设置于所述天然气子系统与所述电力子系统之间的燃气机发电单元、设置于所述电力子系统与所述氢储能子系统之间的电解制氢单元和燃料电池单元，所述优化调度方法包括以下步骤：构建以所述综合能源系统的综合运行成本最小为目标的目标函数，构建调度模型；确定约束条件，其中，所述约束条件包括所述氢储能子系统约束、天然气子系统约束和耦合单元约束；根据所述约束条件求解所述目标函数，并以求解结果对所述综合能源系统进行优化调度。行优化调度。行优化调度。

【技术实现步骤摘要】
综合能源系统的优化调度方法


[0001]本专利技术涉及综合能源系统
，具体涉及一种综合能源系统的优化调度方法。

技术介绍

[0002]综合能源服务业务已逐渐成为功能企业的主营业务。氢是一种清洁无碳的优质二次能源和重要的工业过程清洁原料，过去工商业用户大多自行电解制氢，成本较高。相对于供热，电网企业供氢的经济效益更好。在电网负荷低谷时段或利用高渗透风/光待消纳电量，进行电解制氢，所得氢气可直接供应用户，也可进行氢存储在电网高峰时段发电。因此，氢能对于电网企业不仅是极具竞争优势的能源供给形式，而且氢储能对于电网的调峰和风光清洁能源消纳亦具有重要作用。
[0003]对于包含氢储能的综合能源系统，如何对系统中的各个环节进行运行调度成为目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决上述技术问题，提供了一种综合能源系统的优化调度方法，能够大大降低综合能源系统的综合运行成本。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种综合能源系统的优化调度方法，所述综合能源系统包括电力子系统、氢储能子系统、天然气子系统和耦合单元，所述耦合单元包括设置于所述氢储能子系统与所述天然气子系统之间的氢转天然气单元、设置于所述天然气子系统与所述电力子系统之间的燃气机发电单元、设置于所述电力子系统与所述氢储能子系统之间的电解制氢单元和燃料电池单元，所述优化调度方法包括以下步骤：构建以所述综合能源系统的综合运行成本最小为目标的目标函数，构建调度模型；确定约束条件，其中，所述约束条件包括所述氢储能子系统约束、天然气子系统约束和耦合单元约束；根据所述约束条件求解所述目标函数，并以求解结果对所述综合能源系统进行优化调度。
[0007]所述目标函数为：
[0008][0009]其中，f为所述综合能源系统的综合运行成本，f1、f2分别为所述综合能源系统的系统运行成本、环境成本；f
1max
、f
2max
分别为系统运行成本、环境成本的设计最大值；ω1、ω2分别为系统运行成本、环境成本的权重系数，且满足ω1+ω2＝1,0≤ω1,ω2≤1。
[0010]所述综合能源系统的系统运行成本为：
[0011]f1＝f
11
+f
12
[0012]其中，f
11
为电运行成本；f
12
为氢运行成本，
[0013]其中，所述电运行成本为：
[0014][0015]其中，f
11MT
为所述燃气机发电单元的发电成本，f
11G
为所述电力子系统的购电成本，
[0016]其中，所述燃气机发电单元的发电成本为：
[0017][0018]其中，T为调度周期的总时间段数；C
n1
为天然气购买价格；H为天然气高热值；η为所述燃气机发电单元中燃气机组发电效率；N
MT
为所述燃气机发电单元中燃气机组总数；为第i台燃气机组在第t时刻的有功出力；Δt为时间步长，
[0019]所述电力子系统的购电成本为：
[0020][0021]其中，λ
t
为第t时刻所述电力子系统中主网分时电价；P
tG
为第t时刻所述电力子系统中微网向主网购售电有功功率，大于0表示购电，小于0表示售电，
[0022]所述氢运行成本为：
[0023][0024]其中，f
12LOSS
为所述燃料电池单元充电、放电及所述氢转天然气单元在合成天然气过程中的能量损失成本，f
12CH4
为所述氢转天然气单元合成的天然气带来的收益，
[0025]其中，所述氢储能子系统充电、放电及所述氢转天然气单元在合成天然气过程中的能量损失成本为：
[0026][0027]其中，α
E2H
为所述电解制氢单元的电解制氢效率；β
H2E
为所述燃料电池单元的发电效率；α
H2G
为所述氢转天然气单元的转化效率；N
EL
为所述电解制氢单元中的电解槽总数；为第i台电解槽在t时刻消耗的有功功率；N
FC
为所述燃料电池单元中的氢燃料电池总数；为第i台氢燃料电池在t时刻的有功出力，
[0028]所述氢转天然气单元合成的天然气带来的收益为：
[0029][0030]其中，C
n2
为天然气出售价格；N
H2G
为氢转天然气单元中的转换装置总数；为第i台转换装置在第t时刻注入天然气子系统中天然气有功功率值。
[0031]所述综合能源系统的环境成本为：
[0032][0033]其中，为微网所在区域电网单位供电平均二氧化碳排放系数；为所述燃气机发电单元发电的CO2排放系数；为所述氢转天然气单元的CO2捕获系数。
[0034]所述氢储能子系统约束包括氢储能容量约束和充放电功率约束，其中，
[0035]所述氢储能容量约束为：
[0036][0037][0038]其中，分别为所述氢储能子系统t时刻和t
‑
1时刻末剩余电量；P
t1H
为所述氢储能子系统t时刻流入所述氢转天然气单元的氢能功率；P
t2H
为直接供应氢负荷功率；E
H
和为所述氢储能子系统的最小、最大容量限制，
[0039]所述充放电功率约束为：
[0040][0041][0042]其中，和P
EL
、和P
FC
、和P
H2G
分别表示所述电解制氢单元电解制氢功率、所述燃料电池单元中氢燃料电池放电功率、所述氢转天然气单元氢转天然气功率的上下限约束；B
EL
、B
FC
、B
H2G
分别为电解槽集合、氢燃料电池集合、转换装置集合；是0
‑
1变量，分别表示所述氢储能子系统的充电和放电状态。
[0043]所述天然气子系统约束包括气压约束、质量守恒约束和节点压强约束，其中，
[0044]所述气压约束为：
[0045][0046]其中，为所述天然气子系统中天然气管网第i个节点t时的气压；和分别为第i节点允许的最小、最大压力值；B
gas
表示管网节点集合，
[0047]所述质量守恒约束为：
[0048][0049]其中，分别表示第i节点在第t时刻气源流入量、转换装置气体注入量、燃气机组消耗量、天然气负荷消耗量；j∈i表示节点j与节点i直接相连；为节点j到节点i第t时刻的流量，规定流进节点i的方向为正方向，
[0050]所述节点压强约束为：
[0051][0052]其中，表示天然气管道流量；和分别表示管道上游和下游的压力；K
ij
是表示管道和天然气流体的综合参数；E
gas
表示管网支路集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种综合能源系统的优化调度方法，其特征在于，所述综合能源系统包括电力子系统、氢储能子系统、天然气子系统和耦合单元，所述耦合单元包括设置于所述氢储能子系统与所述天然气子系统之间的氢转天然气单元、设置于所述天然气子系统与所述电力子系统之间的燃气机发电单元、设置于所述电力子系统与所述氢储能子系统之间的电解制氢单元和燃料电池单元，所述优化调度方法包括以下步骤：构建以所述综合能源系统的综合运行成本最小为目标的目标函数，构建调度模型；确定约束条件，其中，所述约束条件包括所述氢储能子系统约束、天然气子系统约束和耦合单元约束；根据所述约束条件求解所述目标函数，并以求解结果对所述综合能源系统进行优化调度。2.根据权利要求1所述的综合能源系统的优化调度方法，其特征在于，所述目标函数为：其中，f为所述综合能源系统的综合运行成本，f1、f2分别为所述综合能源系统的系统运行成本、环境成本；f
1max
、f
2max
分别为系统运行成本、环境成本的设计最大值；ω1、ω2分别为系统运行成本、环境成本的权重系数，且满足ω1+ω2＝1,0≤ω1,ω2≤1。3.根据权利要求2所述的综合能源系统的优化调度方法，其特征在于，所述综合能源系统的系统运行成本为：f1＝f
11
+f
12
其中，f
11
为电运行成本；f
12
为氢运行成本，其中，所述电运行成本为：其中，f
11MT
为所述燃气机发电单元的发电成本，f
11G
为所述电力子系统的购电成本，其中，所述燃气机发电单元的发电成本为：其中，T为调度周期的总时间段数；C
n1
为天然气购买价格；H为天然气高热值；η为所述燃气机发电单元中燃气机组发电效率；N
MT
为所述燃气机发电单元中燃气机组总数；为第i台燃气机组在第t时刻的有功出力；Δt为时间步长，所述电力子系统的购电成本为：其中，λ
t
为第t时刻所述电力子系统中主网分时电价；P
tG
为第t时刻所述电力子系统中微网向主网购售电有功功率，大于0表示购电，小于0表示售电，所述氢运行成本为：
其中，f
12LOSS
为所述燃料电池单元充电、放电及所述氢转天然气单元在合成天然气过程中的能量损失成本，f
12CH4
为所述氢转天然气单元合成的天然气带来的收益，其中，所述氢储能子系统充电、放电及所述氢转天然气单元在合成天然气过程中的能量损失成本为：其中，α
E2H
为所述电解制氢单元的电解制氢效率；β
H2E
为所述燃料电池单元的发电效率；α
H2G
为所述氢转天然气单元的转化效率；N
EL
为所述电解制氢单元中的电解槽总数；为第i台电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁俊球，史如新，王迪，邓中诚，钱锋，曹健，黄黎明，张茜颖，
申请(专利权)人：常州金坛金能电力有限公司国网江苏省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：