考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法。本发明专利技术采用的方法包括：获取分布式能源系统历史负荷数据，建立分布式能源系统灵活性资源的投资模型与运行模型；建立室内温控负荷和两联供热泵模型，通过热舒适度评价指标，实现依据室外温度实时调节热泵的冷热输出；构建分布式能源系统灵活性资源优化配置模型；将建立的分布式能源系统灵活性资源优化配置模型，转化为混合整数线性优化配置模型，其优化结果为分布式能源系统中各设备的最优安装容量，并输出配置成本费用。本发明专利技术以经济性最优为目标在实现新能源精准消纳、提高负荷柔性的基础上，保证用户的舒适度。适度。适度。

【技术实现步骤摘要】
考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法


[0001]本专利技术属于能源系统容量优化
，涉及一种综合能源模式下考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法。

技术介绍

[0002]分布式能源系统具有用能密度大、负荷利用小时数高、供用能形式多样化的特点，但因缺乏统一用能分析，难以深入优化供需匹配关系，存在着能源浪费、经济性低等问题，极大地影响了分布式能源系统运行效率和经济环境效益。目前，实现多能系统耦合利用的区域综合能源系统已成为能源行业发展和变革的方向之一。基于多能互补的分布式能源系统作为区域综合能源系统落地的主要形式，可有效提升园区级经济和环境效益。
[0003]分布式能源系统优化策略研究，在需求响应侧涉及两个维度:一是灵活的负荷调节能力，既可把分布式能源系统看作虚拟储能系统，将其灵活调节能力集成到分布式能源系统优化调度中；又可依据分时能源价格策略构建分布式能源系统内多负荷协同互动模型。二是多能源互补和替换能力，分布式能源系统顶层空间开阔，能充分接受光照辐射，可有效提升可再生能源渗透率和园区经济效益；在系统运行中考虑能源梯级利用，还能进一步挖掘用户侧响应潜力。对于分布式能源系统，比如商业中心、住宅区以及写字楼等场合，能源的输出直接与用户侧相连，能量的输出与用户的舒适度息息相关。如果在分布式能源系统的运行中忽略对供能出力进行调控，不但会破坏用户体验，而且会增加分布式能源系统的运行成本。

技术实现思路

[0004]针对现有分布式能源系统运行成本高且舒适度差的技术问题，本专利技术为分布式能源系统型设备优化配置提供了新的可行性方法，该方法考虑冷暖两联供热泵(heat pump,HP)、光伏(photovoltaic,PV)、热电联产机组(combine d heat and power,CHP)、吸收式制冷机(Absorption chiller，AC)、燃气锅炉(gas boils,GB)、电储能(ele
‑
ctric energy storage,EES)和热储能(ther mal energy storage,TES)等灵活性资源，不仅充分利用可再生能源，还可实现设备灵活运行和多能互补；在运行阶段，以舒适度评价指标来约束热泵的出力，并根据室外温度实时调节室内最舒适的体感温度；以经济性最优为目标，在实现新能源精准消纳、提高负荷柔性的基础上保证用户的舒适度。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下的技术方案：考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其包括：
[0006]步骤一，获取分布式能源系统历史负荷数据，对刚性电热基类负荷、室外温度和光照辐射强度曲线轮廓进行预测，并用聚类算法得到夏季典型日和冬季典型日的负荷情况以及典型日外界温度和太阳辐射强度曲线，建立分布式能源系统灵活性资源的投资模型与运行模型，反映输入功率与输出功率的关系；
[0007]步骤二，建立室内温控负荷和两联供热泵模型，通过热舒适度评价指标，实现依据
室外温度实时调节热泵的冷热输出；
[0008]步骤三，构建分布式能源系统灵活性资源优化配置模型，模型以总成本最小为目标函数，约束条件满足实际运行安全要求，所述的总成本为灵活性资源投资成本、系统购气、系统购电成本以及弃光惩罚成本之和；
[0009]步骤四：将建立的分布式能源系统灵活性资源优化配置模型，转化为混合整数线性优化配置模型，利用Matlab、Yalmip工具箱和Gurobi求解器进行求解，其优化结果为分布式能源系统中各设备的最优安装容量，并输出配置成本费用。
[0010]进一步地，步骤三中，分布式能源系统灵活性资源优化配置模型的目标函数表达式为：
[0011]minC＝C
inv
+C
fuel
+C
elec
+C
pv
[0012]式中，C为总成本，C
inv
为灵活性资源投资成本；C
fuel
为系统购气成本；C
elec
为系统购电成本；C
pv
为弃光惩罚成本。
[0013]更进一步地，灵活性资源投资成本的计算公式为：
[0014][0015]dev∈{PV,CHP,AC,GB,HP,EES,TES}
[0016]式中，dev为设备种类，PV、CHP、AC、GB、HP、EES、TES分别表示光伏、热电联产机组、吸收式制冷机、燃气锅炉、热泵、电储能、热储能；设备区分为连续设备和离散设备，连续设备包括PV、EES和TES；离散设备为CHP、AC、GB和HP，并且离散设备按具体型号对应的容量进行配置；n
dev
表示各设备对应的配置容量；w
dev
为单位数量的dev投资成本；Y
dev
为第dev类设备的全寿命周期；r
o
为贴现率；
[0017]系统购气成本的计算公式如下：
[0018]热电联产机组运行需要从上级气网购气，以保证系统能量正常供应；
[0019][0020]式中：S为典型日类型；为典型日s时段t时刻的天然气价格；和分别为典型日s时段热电联产机组和燃气锅炉消耗的天然气量；θ
s
为典型日时长；T
N
为调度期总时长；
[0021]系统购电成本的计算公式如下：
[0022]当分布式能源系统产电不足以供给区域消耗时，需要向电网买电，该项成本为：
[0023][0024]式中，典型日s下是时段t时刻的电价；为典型日s下时段t系统向电网购电的功率；
[0025]弃光惩罚成本的计算公式如下：
[0026][0027]式中，ξ
PV
为单位功率弃光惩罚成本；分别为典型日s下时段t光伏的弃光功率。
[0028]进一步地，步骤三中，所述的约束条件包括灵活性资源安装面积约束、室内温度约束、温控负荷约束、热泵运行约束、舒适运行约束、分布式能源系统运行约束、功率平衡约束和设备运行约束。
[0029]更进一步地，所述的灵活性资源安装面积约束如下：
[0030]n
dev,min
≤n
dev
≤n
dev,max
[0031]式中，n
dev,min
和n
dev,max
为分布式能源系统dev设备所能安装的最小容量和最大容量；n
dev
表示各设备对应的配置容量。
[0032]更进一步地，所述的室内温度约束如下：
[0033][0034]式中，为s供能季下t时段室内温度，为s供能季下t时段的室外温度；R和C分别为分布式能源系统等效热阻和等效热容；H
s,t
为s供能季下t时段的温控负荷需求量；表示s供能季下t
‑
1时段室内温度。
[0035]所述的温控负荷约束如下：
[0036][0037][0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其特征在于，包括：步骤一，获取分布式能源系统历史负荷数据，对刚性电热基类负荷、室外温度和光照辐射强度曲线轮廓进行预测，并用聚类算法得到夏季典型日和冬季典型日的负荷情况以及典型日外界温度和太阳辐射强度曲线，建立分布式能源系统灵活性资源的投资模型与运行模型，反映输入功率与输出功率的关系；步骤二，建立室内温控负荷和两联供热泵模型，通过热舒适度评价指标，实现依据室外温度实时调节热泵的冷热输出；步骤三，构建分布式能源系统灵活性资源优化配置模型，模型以总成本最小为目标函数，约束条件满足实际运行安全要求，所述的总成本为灵活性资源投资成本、系统购气、系统购电成本以及弃光惩罚成本之和；步骤四：将建立的分布式能源系统灵活性资源优化配置模型，转化为混合整数线性优化配置模型，利用Matlab、Yalmip工具箱和Gurobi求解器进行求解，其优化结果为分布式能源系统中各设备的最优安装容量，并输出配置成本费用。2.根据权利要求1所述的考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其特征在于，步骤三中，分布式能源系统灵活性资源优化配置模型的目标函数表达式为：minC＝C
inv
+C
fuel
+C
elec
+C
pv
式中，C为总成本，C
inv
为灵活性资源投资成本；C
fuel
为系统购气成本；C
elec
为系统购电成本；C
pv
为弃光惩罚成本。3.根据权利要求2所述的考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其特征在于，灵活性资源投资成本的计算公式为：dev∈{PV,CHP,AC,GB,HP,EES,TES}式中，dev为设备种类，PV、CHP、AC、GB、HP、EES、TES分别表示光伏、热电联产机组、吸收式制冷机、燃气锅炉、热泵、电储能、热储能；设备区分为连续设备和离散设备，连续设备包括PV、EES和TES；离散设备为CHP、AC、GB和HP，并且离散设备按具体型号对应的容量进行配置；n
dev
表示各设备对应的配置容量；w
dev
为单位数量的dev投资成本；Y
dev
为第dev类设备的全寿命周期；r
o
为贴现率；系统购气成本的计算公式如下：热电联产机组运行需要从上级气网购气，以保证系统能量正常供应；式中：S为典型日类型；为典型日s时段t时刻的天然气价格；和分别为典型日s时段热电联产机组和燃气锅炉消耗的天然气量；θ
s
为典型日时长；T
N
为调度期总时长；系统购电成本的计算公式如下：当分布式能源系统产电不足以供给区域消耗时，需要向电网买电，该项成本为：
式中，典型日s下是时段t时刻的电价；为典型日s下时段t系统向电网购电的功率；弃光惩罚成本的计算公式如下：式中，ξ
PV
为单位功率弃光惩罚成本；分别为典型日s下时段t光伏的弃光功率。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其特征在于，步骤三中，所述的约束条件包括灵活性资源安装面积约束、室内温度约束、温控负荷约束、热泵运行约束、舒适运行约束、分布式能源系统运行约束、功率平衡约束和设备运行约束。5.根据权利要求4所述的考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其特征在于，所述的灵活性资源安装面积约束如下：n
dev,min
≤n
dev
≤n
dev,max
式中，n
dev,min
和n
dev,max
为分布式能源系统dev设备所能安装的最小容量和最大容量；n
dev
表示各设备对应的配置容量。6.根据权利要求4所述的考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其特征在于，所述的室内温度约束如下：式中，为s供能季下t时段室内温度，为s供能季下t时段的室外温度；R和C分别为分布式能源系统等效热阻和等效热容；H
s,t
为s供...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴栋萁，葛佳蓓，周金辉，陈超，苏毅方，王凯，李珺逸，柴卫健，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：