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计及风电消纳的综合能源系统优化方法、装置及可读介质制造方法及图纸

技术编号：36936301 阅读：14 留言：0更新日期：2023-03-22 18:58
本发明专利技术公开了一种计及风电消纳的综合能源系统优化方法、装置及可读介质，通过向上级电网购电成本、向上级气网购气成本、核心设备运维成本以及弃风成本等四部分成本，构建该系统的优化运行目标函数，调节各类设备运行状态，优化系统总成本。本发明专利技术，计及海水淡化负荷调节效应后，系统根据各个时刻的能源价格以及负荷需求量，充分调动源荷之间互动性，使得系统日运行总成本减少4.6%，风电消纳率由原来的95.27%提升至98.14%，同时储水箱的利用率也从27.9%提升至99.14%，解决了冬季CHP机组以热定电约束导致的弃风问题以及海岸地区海水淡化机组所产生的高耗能成本问题。机组所产生的高耗能成本问题。机组所产生的高耗能成本问题。

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【技术实现步骤摘要】
计及风电消纳的综合能源系统优化方法、装置及可读介质


[0001]本专利技术涉及能源优化
，具体为计及风电消纳的综合能源系统优化方法、装置及可读介质。

技术介绍

[0002]风电作为可再生能源的重要组成部分，因极具发展潜力以及绿色低碳等特性，在能源结构中具有不可替代的作用。然而，风力发电因其特有的反调峰特性，同时电能无法进行大规模储存以及输送，使得风力发电机组的灵活性欠缺。另外，受限于供暖期“以热定电”的供能模式，部分国家海岸地区冬季的弃风问题十分严峻。随着风电在综合能源系统配置资源中占比急速增长，弃风问题也日益凸显，因此亟需采取有效手段来减少弃风现象，以提升新能源发电的利用率。
[0003]针对上述问题，现有技术从添加弃风惩罚约束、储能装置以及能量转化设备等方面进行了一系列的研究，取得了较好的效果。
[0004]随着电转气（Power to Gas, P2G）技术的不断成熟，越来越多的专家开始将P2G设备纳入到IES中。P2G设备可以将过剩的风电转换成天然气，进而有效提升系统的风电消纳率。
[0005]上述研究多集中于从源侧、网侧以及储能侧等角度对IES风电消纳方法进行分析，在提升了系统的风电消纳率同时也降低了系统的运行成本，为IES的发展奠定了一定的基础。但对于柔性负荷调节作用考虑较少，风电消纳率仍有一定的提升空间。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种计及风电消纳的综合能源系统优化方法、装置及可读介质，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种计及风电消纳的综合能源系统优化方法、装置及可读介质，包括核心设备和供能网络，方法包括步骤：S100、获取向上级电网的购电成本、向上级气网的购气成本、核心设备运维成本以及弃风成本；S200、通过向上级电网的购电成本、向上级气网的购气成本、核心设备运维成本以及弃风成本以构建该系统的优化运行目标函数；S300、利用目标函数为系统的经济性优化运行，通过调节各类设备运行状态优化系统总成本；核心设备包括：能量转换设备、能量储存设备以及能量生产设备；所述目标函数表达式为：其中：
式中：C
e,pur
为购电成本；C
g,pur
为购气成本；C
o&m
为核心设备运维成本；C
cur,W
为弃风成本； ρ
e,t
与P
e,t
分别为系统在t时段购电时的电价与购电量；ρ
g,t
与P
g,t
分别为系统在t时段购买天然气时的气价与购气量；c
j,t
为设备j的单位功率运维成本；P
j,t
为t时刻设备j的出力；C
W
为弃风系数；P
cur,t
为t时段的弃风量，T为24个时段，即24小时，J为P2G、CHP、蓄电池、电锅炉等所有设备的总数量。
[0008]进一步的，采用约束条件描述系统的能源供应和负载之间的关系，确保系统的多能供需平衡。
[0009]进一步的，所述约束条件包括能量守恒约束。
[0010]进一步的，所述约束条件还包括设备出力约束，所述设备出力约束包括能量（源）转换设备约束、能量（源）储存设备约束、能量（源）生产设备约束。
[0011]进一步的，系统的能量守恒约束见式(6)
‑
式(8)，用于描述能源供应和负载之间的关系，以确保系统的多能供需平衡；式中：P
W,t
为t时刻系统的能量生产设备：风电机组的实际出力；P
CHP_e,t
为t时刻系统的能量转换设备：CHP机组输出的电功率；P
BP_dch,t
为t时刻系统的能量存储设备：蓄电池的放电功率；L
e,t
为t时刻系统的电负荷；P
EB_e,t
为t时刻系统的能量转换设备EB（电锅炉）消耗的电功率；P
BP_ch,t
为t时刻蓄电池的充电功率；P
P2G_e,t
为t时刻系统的能量转换设备：P2G（电制氢设备）消耗的电功率；P
des,t
为t时刻系统的能量消耗设备：海水淡化机组的工作功率；P
CHP_h,t
为t时刻系统的能量转换设备：CHP机组输出的热功率；P
EB_h,t
为t时刻EB输出的热功率；P
HST_dch,t
为t时刻系统的能量存储设备：HST（储热罐）的放热功率；L
h,t
为t时刻系统的热负荷；P
HST_ch,t
为t时刻储热罐的储热功率；P
P2G_g,t
为t时刻P2G输出的气功率；P
CHP_g,t
为t时刻CHP机组消耗的气功率。
[0012]进一步的，能量转换设备约束见公式(9)－公式(12)：
式中：P
CHP_g,max
、P
CHP_g,min
分别为t时刻CHP机组消耗气功率的上下限；P
P2G_e,max
、P
P2G_e,min
分别为t时刻P2G消耗电功率的上下限；P
EB_e,max
、P
EB_e,min
分别为t时刻EB消耗电功率的上下限；P
des_max,t
、P
des_min,t
分别为第t小时海水淡化负荷功率的上下限；P
CHP_g,t
为t时刻CHP机组消耗的气功率，P
P2G_e,t
为t时刻电制氢设备消耗的电功率，P
EB_e,t
为t时刻电锅炉消耗的电功率，P
des,t
为t时刻海水淡化机组的工作功率。
[0013]进一步的，能量储存设备约束见公式(13)－公式(15)：式中：E
BP,max
、E
BP,min
分别为蓄电池剩余容量的上下限；H
HST,max
、H
HST,min
分别为储热罐的储热量上下限；S
des_max
、S
des_min
为蓄水池需要维持的蓄水量的上下限值；E
BP,t
为t时刻蓄电池的剩余容量，H
HST,t
为t时刻储热罐的储热量，S
des_t
为t时刻蓄水池需要维持的蓄水量值。
[0014]进一步的，所述能量生产设备为风电机组，风力发电的出力约束如下式所示：式中：P
W_f,t
为t时刻风电的预测出力。
[0015]进一步的，所述系统主要由能量/源生产、转换和存储以及消耗（设备）环节构成，供能网络包括上级的电网、气网、热网以及水网，通过能量/源生产设备、能量/源转换设备、能量/源传输设备以及能量/源储能设备实现电能、气能、热能以及水能不同能源形式的耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及风电消纳的综合能源系统优化方法，其特征在于，包括核心设备和为核心设备供能的供能网络，方法包括步骤：S100、获取向上级电网的购电成本、向上级气网的购气成本、核心设备运维成本以及弃风成本；S200、通过向上级电网的购电成本、向上级气网的购气成本、核心设备运维成本以及弃风成本以构建该系统的优化运行目标函数；S300、利用目标函数为系统的经济性优化运行，通过调节设备运行状态优化系统总成本；核心设备包括：能量转换设备、能量储存设备以及能量生产设备；所述目标函数表达式为：；其中：；式中：C
e,pur
为购电成本；C
g,pur
为购气成本；C
o&m
为核心设备运维成本；C
cur,W
为弃风成本； ρ
e,t
与P
e,t
分别为系统在t时段购电时的电价与购电量；ρ
g,t
与P
g,t
分别为系统在t时段购买天然气时的气价与购气量；c
j,t
为设备j的单位功率运维成本；P
j,t
为t时刻设备j的出力；C
W
为弃风系数；P
cur,t
为t时段的弃风量；T为24个时段；J为设备的总数量。2.如权利要求1所述的优化方法，其特征在于，系统的多能供需平衡包括能源供应和负载之间的关系，所述能源供应和负载之间的关系基于约束条件描述。3.如权利要求2所述的优化方法，其特征在于，所述约束条件包括能量守恒约束和设备出力约束，所述设备出力约束包括能量转换设备约束、能量储存设备约束、能量生产设备约束。4.如权利要求3所述的优化方法，其特征在于，系统的能量守恒约束见式(6)
‑
式(8)：；式中：P
W,t
为t时刻系统风电机组的实际出力；P
CHP_e,t
为t时刻CHP机组输出的电功率；P
BP_dch,t
为t时刻蓄电池的放电功率；L
e,t
为t时刻系统的电负荷；P
EB_e,t
为t时刻电锅炉消耗的
电功率；P
BP_ch,t
为t时刻蓄电池的充电功率；P
P2G_e,t
为t时刻电制氢设备消耗的电功率；P
des,t
为t时刻海水淡化机组的工作功率；P
CHP_h,t
为t时刻CHP机组输出的热功率；P
EB_h,t
为t时刻电锅炉输出的热功率；P
HST_dch,t
为t时刻储热罐的放热功率；L
h,t
为t时刻系统的热负荷；P
HST_ch,t
为t时刻储热罐的储热功率；P
P2G_g,t
为t时刻电制氢设备输出的气功率；P
CHP_g,t
为t时刻CHP机组消耗的气功率。5.如权利要求3所述的优化方法，其特征在于，能量转换设备约束见公式(9)－公式(12)：；式中：P
CHP_g,max
、P
CHP_g,min
分别为t时刻CHP机组消耗气功率的上下限；P
P2G_e,max
、P
P2G_e,min
分别为t时刻P2G消耗电功率的上下限；P
EB_e,max
、P
EB_e,min
分别为t时刻EB消耗电功率的上下限；P
des_max,t
、P
des_min,t
分别为第t小时海水淡化负荷功率的上下限：P
CHP_g,t
为t时刻CHP机组消耗的气功率，P
P2G_e,t
为t时刻电制氢设备消耗的电功率，P
EB_e,t
为t时刻电锅炉消耗的电功率，P
des,t
为t时刻海水淡化机组的工作功率。6.如权利要求3所述的优化方法，其特征在于，能量储存设备约束见公式(13)－公式(15)：；式中：E
BP,max
、E
BP,min
分别为蓄电池剩余容量的上下限；H
HST,max
、H
HST,min
分别为储热罐的储热量上下限；S
des_max
、S
des_min
分别为蓄水池需要维持的蓄水量的上下限值；E
BP,t
为t时刻蓄电池的剩余容量， H
HST,t
为t时刻储热罐的储热量，S
des_t
为t时刻蓄水池需要维持的蓄水量值。7.如权利要求4所述的优化方法，其特征在于，所述能量生产设备为风电机组，风力发电的出力约束如下式所示：；式中：P
W_f,t
为t时刻风电的预测出力。8.如权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述供能网络包括上级的电网、气网、热网以及水网，通过能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆霖，葛磊蛟，王中冠，王剑晓，许良，药炜，赵金，孙京生，李华，王瑞，仝新宇，肖茂祥，李盛伟，张胜，章凯，
申请(专利权)人：天津市城西广源电力工程有限公司天津天源电力工程有限公司天津市宁河区宁东盛源电力工程有限公司国网天津市电力公司国家电网有限公司天津大学，
类型：发明
国别省市：

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