一种考虑管网动态时延的综合能源系统短期优化调度方法技术方案

本发明专利技术提出一种考虑管网动态时延的综合能源系统短期优化调度方法，通过考虑管网传输时延的影响，提升了系统短期调度的实时性、安全性和经济性。该发明专利技术采用节点法建立管网系统的动态模型，并分析动态特性对系统设备输出和系统调度的影响。采用0

【技术实现步骤摘要】
一种考虑管网动态时延的综合能源系统短期优化调度方法


[0001]本专利技术涉及管网系统运行优化
，具体涉及一种考虑管网动态时延的综合能源系统短期优化调度方法。

技术介绍

[0002]随着世界经济的发展，能源短缺和环境污染问题日益突出，节能降耗和减少碳排放已然成为未来能源发展的主要趋势。如何提升能源利用效率和减少碳排放成为世界各国未来发展的重点。以冷热电联供(CCHP)为核心的综合能源系统(IES)将冷热电气等多种能量统一调配，实现对能量的梯级利用，极大提升了能源利用率，减少碳排放，是未来能源系统的重要发展方向。如何对综合能源系统进行有效的能量管理，最大程度的实现能源利用是研究的关键。
[0003]目前针对综合能源系统的研究主要分为两类，分别为为系统运行优化和需求侧分析。针对综合能源系统的研究多从传统能源系统结构入手，建立各设备的数学模型。而忽略了系统的网络结构，将管网视作一个节点进行分析。实际系统中管网规模较大，能量传输较慢，存在较大延时，目前多数研究未考虑该部分影响，将导致优化结果与实际调度结果存在较大误差。而部分考虑管网结构的研究多针对管网模型自身所具有的储能能力，而忽略了管网自身动态特性，特别是管网动态运行的所带来的长延时。
[0004]综上所述，现阶段大多数研究多针对系统的长时间尺度调度，忽略了系统中的网络结构，未考虑动态时延的影响。随着当前对系统优化和系统经济性要求的提升，系统调度实时性的需求越来越高。在系统短期优化调度中忽略管网动态时延将对系统调度产生重大影响，导致系统优化结果与实际系统运行情况不符，无法满足用户需求，更甚者可能对系统安全性造成影响。

技术实现思路

[0005]基于上述的问题，本专利技术提供一种考虑管网动态时延的综合能源系统短期优化调度方法，包括以下步骤：
[0006]S10、建立管网系统动态传输模型，分析能量传输过程中存在的传输延时、能量损耗、节点功率、流量平衡和温度限制；
[0007]S20、基于多种能量之间的耦合关系，建立包括冷、热、电、气综合能源系统模型；
[0008]S30、以日收益最大为所述综合能源系统模型的目标函数，并分析构建所述综合能源系统模型的优化变量和约束条件；
[0009]S40、根据步骤S10所述管网系统动态传输模型，步骤S20所述综合能源系统模型和步骤S30所述目标函数、优化变量和约束条件，结合设定的分支定界算法优化算法对所述综合能源系统模型进行模型求解，得到综合能源系统最优调度方案。
[0010]进一步地，所述步骤S10具体包括：
[0011]S11、分析管网动态延时，所述管网为供水管道和回水管道，分析管道中水流流量、
流速和传输时间的关系，根据管道数据计算水流速度：
[0012][0013][0014]其中表示t时刻供、回水管道j的水流速度，表示t时刻供、回水管道j的流量，S
ps
、S
pr
为供、回水管道集合，D
j
表示管道j的直径，ρ为水的密度；
[0015]根据管网中水流速度计算管网中各段管道所导致的延时：
[0016][0017][0018]其中L
j
则为管道j的长度，表示t时刻管道j的延时时间；
[0019]对管网系统整体的延时进行分析，计算各个管道在整体系统运行时的延时情况：
[0020][0021][0022]表示生产能量从源侧传输至供水管道j末端所需时间和从回水管道j首端传输至源侧所需时间，Δt表示调度区间，N
p
为系统管道数量；
[0023]S12、分析管网传输过程中的能量损耗，对管道支路出口温度采用苏霍夫温降公式进行分析：
[0024][0025][0026]其中表示t时刻j供水管道进、出口温度，表示t时刻j回水管道进、出口温度。T
ta
表示t时刻环境温度，λ为管道导热系数，c为水的比热容；
[0027]S13、分析节点流量平衡和节点能量平衡：
[0028][0029][0030]其中表示以k节点为开始的供、回管道集合，表示以k节点为结束的供、回管道集合；
[0031][0032][0033]其中表示t时刻供、回水节点i的温度，S
ns
、S
nr
则表示供、回水节点的集合；
[0034]S14、分析管道温度限制，管道入口的温度与该管道入口相连接的节点水温相同：
[0035][0036][0037]设置供水管网和回水管网的最低最高水温：
[0038][0039][0040]其中表示供水管道的最大最小温度限制，表示回水管道的最大最小温度限制。
[0041]进一步地，所述步骤S20具体包括：
[0042]S21、建立燃气内燃机的数学模型如下：
[0043]E
GE,t
＝η
GE
G
GE,t
δ
GE,t
[0044]H
exh,t
＝η
RE
G
GE,t
δ
GE,t
[0045]其中，E
GE,t
为t时刻内燃机发电功率，G
GE,t
为t时刻天然气消耗量，H
exh,t
为t时刻产生余热量，η
GE
η
RE
分别为内燃机发电效率和产生余热效率，δ
GE,t
表示设备启停，设备启动时为1，停止时为0；
[0046]S22、建立溴化锂机组制冷、制热的数学模型如下：
[0047][0048][0049][0050][0051]为t时刻溴化锂机组制冷、制热功率，为溴化锂机组制冷、制热效率，为t时刻溴化锂机组电功率，为溴化锂机组热电转换系数，表示设备启停；
[0052]建立制冷制热设备的能量模型为：
[0053][0054][0055]S
np
为供能节点集合，k为1kWh电能所含能量。
[0056]S23、分析离心式制冷机的输出功率与温度和流量之间的关系，建立能量模型：
[0057]H
EC,t
＝η
EC
E
EC,t
δ
EC,t
[0058][0059]H
EC,t
为t时刻制冷机制冷功率，η
EC
为制冷机制冷效率，E
EC,t
为t时刻制冷机电功率，δ
EC,t
表示设备启停；
[0060]S24、建立储能设备通用充放能模型：
[0061][0062][0063]分析储能设备充能放能功率与温度和流量之间的关系，建立其能量模型如下：
[0064][0065][0066]为储能水箱t时刻储冷、储热功率，为能量存储效率，为水箱最大储冷、储热量，为水箱储冷、储热SOC状态，S
nc...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑管网动态时延的综合能源系统短期优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、建立管网系统动态传输模型，分析能量传输过程中存在的传输延时、能量损耗、节点功率、流量平衡和温度限制；S20、基于多种能量之间的耦合关系，建立包括冷、热、电、气综合能源系统模型；S30、以日收益最大为所述综合能源系统模型的目标函数，并分析构建所述综合能源系统模型的优化变量和约束条件；S40、根据步骤S10所述管网系统动态传输模型，步骤S20所述综合能源系统模型和步骤S30所述目标函数、优化变量和约束条件，结合设定的分支定界算法优化算法对所述综合能源系统模型进行模型求解，得到综合能源系统最优调度方案。2.根据权利要求1所述的一种考虑管网动态时延的综合能源系统短期优化调度方法，其特征在于，所述步骤S10具体包括：S11、分析管网动态延时，所述管网为供水管道和回水管道，分析管道中水流流量、流速和传输时间的关系，根据管道数据计算水流速度：和传输时间的关系，根据管道数据计算水流速度：其中表示t时刻供、回水管道j的水流速度，表示t时刻供、回水管道j的流量，S
ps
、S
pr
为供、回水管道集合，D
j
表示管道j的直径，ρ为水的密度；根据管网中水流速度计算管网中各段管道所导致的延时：段管道所导致的延时：其中L
j
则为管道j的长度，表示t时刻管道j的延时时间；对管网系统整体的延时进行分析，计算各个管道在整体系统运行时的延时情况：对管网系统整体的延时进行分析，计算各个管道在整体系统运行时的延时情况：对管网系统整体的延时进行分析，计算各个管道在整体系统运行时的延时情况：表示生产能量从源侧传输至供水管道j末端所需时间和从回水管道j首端传输至源侧所需时间，Δt表示调度区间，N
p
为系统管道数量；S12、分析管网传输过程中的能量损耗，对管道支路出口温度采用苏霍夫温降公式进行分析：分析：其中表示t时刻j供水管道进、出口温度，表示t时刻j回水管道
进、出口温度。T
ta
表示t时刻环境温度，λ为管道导热系数，c为水的比热容；S13、分析节点流量平衡和节点能量平衡：S13、分析节点流量平衡和节点能量平衡：其中表示以k节点为开始的供、回管道集合，表示以k节点为结束的供、回管道集合；结束的供、回管道集合；其中表示t时刻供、回水节点i的温度，S
ns
、S
nr
则表示供、回水节点的集合S14、分析管道温度限制，管道入口的温度与该管道入口相连接的节点水温相同：S14、分析管道温度限制，管道入口的温度与该管道入口相连接的节点水温相同：设置供水管网和回水管网的最低最高水温：设置供水管网和回水管网的最低最高水温：其中表示供水管道的最大最小温度限制，表示回水管道的最大最小温度限制。3.根据权利要求1所述的一种考虑管网动态时延的综合能源系统短期优化调度方法，其特征在于，所述步骤S20具体包括：S21、建立燃气内燃机的数学模型如下：E
GE,t
＝η
GE
G
GE,t
δ
GE,t
H
exh,t
＝η
RE
G
GE,t
δ
GE,t
其中，E
GE,t
为t时刻内燃机发电功率，G
GE,t
为t时刻天然气消耗量，H
exh,t
为t时刻产生余热量，η
GE
η
RE
分别为内燃机发电效率和产生余热效率，δ
GE,t
表示设备启停，设备启动时为1，停止时为0；S22、...

【专利技术属性】
技术研发人员：董翰林，方支剑，贺俊文，彭文河，李轩，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：