一种考虑可再生能源供能的工业流程微电网规划方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑可再生能源供能的工业流程微电网规划方法，属于工业流程微电网规划领域，包括：第一阶段：在主电网完全供电的情况下，通过优化求解得到使得工业流程微电网加工工件能耗成本最低时，各时段内加工机器和缓存器的能耗，以确定第二阶段的能耗供应规模和能耗需求约束；第二阶段：设计可再生能源的供电约束，针对分时电价表建立从主电网购电机制以及相关惩罚成本，并构造电力存储系统，结合能耗需求约束，可再生能源供应规模以及电力存储系统的规划方案，考虑工业微电网需求侧响应，计算第二阶段最优经济规划方案。本发明专利技术能够同时考虑电力存储系统的建造成本和可再生能源的利用率，大幅度减少工业流程微电网的用电成本。电成本。电成本。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑可再生能源供能的工业流程微电网规划方法


[0001]本专利技术属于工业流程微电网规划领域，更具体地，涉及一种考虑可再生能源供能的工业流程微电网规划方法。

技术介绍

[0002]为支撑我国经济发展与建设制造强国，近年来工业制造行业用电量增长迅猛。据统计，在2021年上半年，我国钢铁、建材、有色、化工和石化等工业的用电量占社会电能消耗近一半，其中增长量占全社会电力需求总增长量的42％。这导致工业制造用电成本始终高居不下，并演化为制约发展的重要问题。
[0003]随着国家“双碳”重大战略的提出与实施，不少工业制造行业都采用成本更低的可再生能源供电，在实现节能减排的同时降低用电成本。事实上，为应对能源危机和全球气候变暖，世界各国近年来大力开发和利用可再生能源。其中风电和光伏发电倍受关注，在全球范围内迅速发展，其装机容量高达564GW和486GW,十年来年均增速为35.5％和42.8％。据统计，我国2018年风电累计并网装机容量已高达1.84亿千瓦，占总发电装机容量的9.7％。然而，由于可再生能源具有高度不确定性，弃风弃光现象正在频发。在2019年第一季度，我国的弃风量就达到了128.3亿千瓦时。在此背景下，采用高比例的可再生能源为工业流程微电网进行供电，以提高工业产量、促进工业发展，同时，通过工业流程微电网的需求侧响应，以提高新能源消纳量、解决能源浪费问题，具有十分重要的意义。由此，建立一种完全采用可再生能源的考虑需求侧响应的工业流程微电网具有十分重要的现实意义。
[0004]然而，为了促进大规模的新能源消纳，除了依赖于工业流程微电网的需求侧响应，还必须引进大规模电力存储系统等设备用于存储可再生能源，降低其不确定性对电网造成的影响，提高电网运行的可靠性。与之相对，为了降低工业流程微电网的建造成本和运营成本，需要充分考虑电力存储系统的建造成本，降低微电网建造的经济成本。因此，如何平衡微电网的建造成本与可再生能源利用率的关系，使工业流程微电网的用电成本最小化，是一个难点问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种考虑可再生能源供能的工业流程微电网规划方法，其目的在于，在工业流程微电网的规划中同时考虑电力存储系统的建造成本和可再生能源的利用率，设计最优规划方案，以大幅度减少工业流程微电网的用电成本。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种考虑可再生能源供能的工业流程微电网规划方法，包括：第一阶段调度和第二阶段调度；
[0007]第一阶段调度包括：在仅从主电网购电的情况下，以使得单个调度周期内加工工件的能耗成本最低为优化目标，以各时段内加工机器和缓存器的能耗为决策变量，建立第一阶段调度模型，并在预设的第一约束条件下进行优化求解；
[0008]第二阶段调度包括：
[0009]根据第一阶段调度的优化求解结果，计算单个调度周期内加工机器和缓存器的能耗F
M
和F
B
，并构造能耗需求约束F
M+B
≤(1+α)(F
M
+F
N
)；
[0010]在考虑可再生能源供能的情况下，以使得单个调度周期内工件加工成本最低且使得可再生能源接入率最大为优化目标，以各时段内加工机器和缓存器的能耗、向主电网购电的计划、电力存储系统的电量存储和充放电计划、可再生能源的发电和消纳计划为决策变量，建立第二阶段调度模型，并在包括第一约束条件和能耗需求约束的第二约束条件下进行优化求解，根据求解结果计算工业流程微电网的最优规划方案；
[0011]其中，F
M+B
表示第二阶段调度中，单个调度周期内加工工件的总能耗；α表示能耗裕度，α>0；工件加工成本包括电力存储系统的建造成本、向主电网的购电惩罚成本以及加工工件的能耗成本；可再生能源接入率为加工工件的总能耗中可再生能源所占的比例。
[0012]进一步地，第一约束条件包括：
[0013][0014][0015][0016][0017][0018][0019][0020]其中，T表示单个调度周期内的调度时段总数；N
M
和N
B
分别表示工业流程微电网的工业流程网络中加工机器和缓存器的数量；N
W
表示需要加工的工件数量；和分别表示时段t、时段t
‑
1以及最后一个时段和第一个时段内第i个加工机器中的工件数量，表示时段t内第i+1个加工机器中的工件数量，表示时段t内第i个加工机器可加工工件的最大数量，表示时段t
‑
1内第i
‑
1个加工机器可加工工件的最大数量；和分别表示时段t、时段t
‑
1以及最后一个时段和第一个时段内第i个缓存器中的工件数量，表示时段t
‑
1内第i
‑
1个缓存器中的工件数量，表示时段t内第i个缓存器的最大缓存容量。
[0021]进一步地，第一阶段调度模型的目标函数为：
[0022][0023]其中，F
tM，1
和F
tB，1
分别表示第一阶段调度中在时段t内加工机器和缓存器的能耗，
π
t
表示时段t内向主电网购电的电价。
[0024]进一步地，第二约束条件还包括：购电约束，表达式如下：
[0025]0≤P
tGrid
≤P
tGM
·
P
tB
[0026][0027]其中，P
tGrid
表示时段t内向主电网购电的购电量，P
tGM
表示时段t内向主电网购电的最大购电量；P
tB
为0/1变量，为0表示时段t内向主电网购电，为1表示时段t内向主电网购电；P
BM
表示单个调度周期内允许向主电网购电的最大次数。
[0028]进一步地，第二约束条件还包括：电力存储系统的建造约束，表达式如下：
[0029][0030][0031]其中，ESS
CAP
表和ESS
RAMP
均属于第二阶段调度模型的决策变量，分别表示电力存储系统的储能容量和充放电容量；和分别表示电力存储系统的储能容量上限值和充放电容量上限值。
[0032]进一步地，第二约束条件还包括：电力存储系统的运营约束，表达式如下：
[0033]ESS1＝ESS
T+1
[0034]0≤ESS
t
≤ESS
CAP
[0035]0≤P
tchar
≤ESS
RAMP
[0036]0≤P
tdischar
≤ESS
RAMP
[0037]ESS
t+1
＝ESS
t
+P
tchar
η
ch
‑
P
tdisch本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑可再生能源供能的工业流程微电网规划方法，其特征在于，包括：第一阶段调度和第二阶段调度；所述第一阶段调度包括：在仅从主电网购电的情况下，以使得单个调度周期内加工工件的能耗成本最低为优化目标，以各时段内加工机器和缓存器的能耗为决策变量，建立第一阶段调度模型，并在预设的第一约束条件下进行优化求解；所述第二阶段调度包括：根据第一阶段调度的优化求解结果，计算单个调度周期内加工机器和缓存器的能耗F
M
和F
B
，并构造能耗需求约束F
M+B
≤(1+α)(F
M
+F
N
)；在考虑可再生能源供能的情况下，以使得单个调度周期内工件加工成本最低且使得可再生能源接入率最大为优化目标，以各时段内加工机器和缓存器的能耗、向主电网购电的计划、电力存储系统的电量存储和充放电计划、可再生能源的发电和消纳计划为决策变量，建立第二阶段调度模型，并在包括所述第一约束条件和所述能耗需求约束的第二约束条件下进行优化求解，根据求解结果计算工业流程微电网的最优规划方案；其中，F
M+B
表示第二阶段调度中，单个调度周期内加工工件的总能耗；α表示能耗裕度，α>0；工件加工成本包括电力存储系统的建造成本、向主电网的购电惩罚成本以及加工工件的能耗成本；可再生能源接入率为加工工件的总能耗中可再生能源所占的比例。2.如权利要求1所述的考虑可再生能源供能的工业流程微电网规划方法，其特征在于，所述第一约束条件包括：所述第一约束条件包括：所述第一约束条件包括：所述第一约束条件包括：所述第一约束条件包括：所述第一约束条件包括：所述第一约束条件包括：其中，T表示单个调度周期内的调度时段总数；N
M
和N
B
分别表示所述工业流程微电网的工业流程网络中加工机器和缓存器的数量；N
W
表示需要加工的工件数量；和分别表示时段t、时段t
‑
1以及最后一个时段和第一个时段内第i个加工机器中的工件数量，表示时段t内第i+1个加工机器中的工件数量，表示时段t内第i个加工机器可加工工件的最大数量，表示时段t
‑
1内第i
‑
1个加工机器可加工工件的最大数量；和分别表示时段t、时段t
‑
1以及最后一
个时段和第一个时段内第i个缓存器中的工件数量，表示时段t
‑
1内第i
‑
1个缓存器中的工件数量，表示时段t内第i个缓存器的最大缓存容量。3.如权利要求2所述的考虑可再生能源供能的工业流程微电网规划方法，其特征在于，所述第一阶段调度模型的目标函数为：其中，F
tM，1
和F
tB，1
分别表示第一阶段调度中在时段t内加工机器和缓存器的能耗，π
t
表示时段t内向主电网购电的电价。4.如权利要求3所述的考虑可再生能源供能的工业流程微电网规划方法，其特征在于，所述第二约束条件还包括：购电约束，表达式如下：0≤P
tGrid
≤P
tGM
·
P
tB
其中，P
tGrid
表示时段t内向主电网购电的购电量，P
tGM
表示时段t内向主电网购电的最大购电量；P
tB
为0/1变量，为0表示时段t内向主电网购电，为1表示时段t内向主电网购电；P
BM
表示单个调度周期内允许向主电网购电的最大次数。5.如权利要求4所述的考虑可再生能源供能的工业流程微电网规划方法，其特征在于，所述第二约束条件还包括：电力存储系统的建造约束，表达式如下：表达式如下：其中，ESS
CAP
表和ESS

【专利技术属性】
技术研发人员：李远征，任潇，俞耀文，王燕舞，赵勇，罗成，杨凯，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：