基于生产工艺虚拟储能的企业综合能源规划方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于生产工艺虚拟储能的企业综合能源规划方法及系统，属于综合能源规划技术领域。现有的优化方案，没有考虑工业园区实际生产工艺流程以及生产过程中可能产生的虚拟储能的影响，经济性较差，不利于推广使用。本发明专利技术的基于生产工艺虚拟储能的综合能源规划方法，在构建规划优化模型的同时，考虑了电池生产企业的可调度工艺环节所表现出的虚拟储能特性，将电池生产企业的生产订单作为约束进行合理规划，进一步挖掘了规划模型的可调度空间，能够有效降低生产全寿命周期内的总成本，经济性好，利于推广使用。利于推广使用。利于推广使用。

【技术实现步骤摘要】
2020),pp.1
‑
6,Oct 2020.
[0010][4]Yizhi Zhang,Xiaojun Wang,Jinghan He,Yin Xu,and Wei Pei,“Optimization of distributed integrated multi
‑
energy system considering industrial process based on energy hub,”Journal of Modern Power Systems and Clean Energy,vol.8,no.5,pp.863
‑
873,Sep 2020.
[0011][5]Wei Pei,Xin Ma,Wei Deng,Xinhe Chen,Hongjian Sun,and Dan Li,“Industrial multi
‑
energy and production management scheme in cyber
‑
physical environments:a case study in a battery manufacturing plant,”IET Cyber
‑
Physical Systems:Theory&Applications,vol.4,no.1,pp.13
‑
21,Oct 2018。

技术实现思路

[0012]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种充分考虑生产工艺虚拟储能特性，并在构建运行调度模型的同时，构建规划优化模型，以设备类型及数量作为优化变量，优化运行工况，对系统内的能源供给和存储设备的容量和数量进行优化，能够有效降低生产全寿命周期内的总成本，经济性好，利于推广使用；
[0013]同时运行调度模型，结合规划优化模型设置的设备方案，对系统内供能设备的出力以及储能设备的运行进行优化，进一步降低生产全寿命周期内的总成本，并且特别适用于电池生产企业，适用范围广的基于生产工艺虚拟储能的综合能源规划方法及系统。
[0014]为实现上述目的，本专利技术的第一种技术方案为：
[0015]基于生产工艺虚拟储能的综合能源规划方法，
[0016]第一步，获取系统内整体的负荷以及逐时负荷需求数据；
[0017]第二步，根据第一步中的负荷以及逐时负荷需求数据，设置约束条件；
[0018]所述约束条件至少包括最大负荷约束或/和自给自足概率约束或/和供能设备运行约束或/和储能设备运行约束或/和功率平衡约束或/和生产订单约束；
[0019]第三步，根据第二步中的约束条件以及生产工艺虚拟储能特性，以全寿命周期内的总成本最低为目标，建立目标函数；
[0020]第四步，根据第三步中的目标函数，构建规划优化模型和运行调度模型，对生产工艺虚拟储能的综合能源进行有效优化；
[0021]所述规划优化模型，以设备类型及数量作为优化变量，优化运行工况，对系统内的能源供给和存储设备的容量和数量进行优化；
[0022]所述运行调度模型，结合规划优化模型设置的设备方案，对系统内供能设备的出力以及储能设备的运行进行优化。
[0023]本专利技术经过不断探索以及试验，充分考虑企业在可调度工艺环节所表现出的虚拟储能特性，并将虚拟储能特性映射到长时间尺度的规划周期内，合理规划配置设备资源，进而对生产企业的生产工艺流程，能够进行有效调度，实现企业生产过程中的虚拟储能挖掘，从而能合理利用生产过程中的虚拟储能，降低系统的规划配置成本，并指导设备的合理化配置与园区供能系统的精准投资。
[0024]在构建运行调度模型的同时，构建规划优化模型，以设备类型及数量作为优化变量，优化运行工况，对系统内的能源供给和存储设备的容量和数量进行优化，能够有效降低
生产全寿命周期内的总成本，经济性好，利于推广使用。
[0025]同时运行调度模型，结合规划优化模型设置的设备方案，对系统内供能设备的出力以及储能设备的运行进行优化，进一步降低生产全寿命周期内的总成本，并且特别适用于电池生产企业，适用范围广。
[0026]进一步，可以将本专利技术应用在电池生产企业综合能源系统规划上，能够充分考虑电池生产企业的可调度工艺环节所表现出的虚拟储能特性，并将其映射到长时间尺度的规划周期内；进而可根据电池生产企业的生产订单合理规划配置设备资源，并指导设备的合理化配置与园区供能系统的精准投资，从而实现对电池工厂的规划分析，支撑工业园区综合能源系统的高效规划配置。对于用户与上级电网的友好互动以及用户“节能减排”目标的实现均具有十分重要的意义。作为优选技术措施：
[0027]所述第二步中的最大负荷约束，用于使得综合能源系统规划配置供能设备的最大输出功率能够满足系统的电/热终端负荷的最大需求；
[0028]所述自给自足概率约束，用于使得工业园区在电能孤岛模式下，满足系统内一定量的负荷需求，保障系统的稳定运行；
[0029]所示供能设备运行约束，用于使得综合能源系统规划配置的供能设备在运行的过程中能满足设备的额定功率以及爬坡约束；
[0030]所述储能设备运行约束，用于使得系统规划配置的储能设备在运行的过程中满足设备的充放能功率以及容量约束；
[0031]所述功率平衡约束，用于在考虑系统内储能设备及生产过程中虚拟储能作用的情况下，保障工业园区内的能源负荷供需达到实时平衡：
[0032]所述生产订单约束，用于考虑生产订单的能耗负荷。
[0033]作为优选技术措施：
[0034]所述最大负荷约束的计算公式如下：
[0035][0036]所述自给自足概率约束，通过系统在规划周期内自给自足满足负荷需求的概率来指导系统内的规划配置，其计算公式如下：
[0037][0038]式中，P
st
为系统内某一类终端负荷自给自足的概率；
[0039]所述供能设备运行约束的计算公式如下：
[0040][0041][0042]式中，分别为供能设备m的最大/最小出力；分别为供能设备m减小出力和增加出力的爬坡速度；
[0043]所述储能设备运行约束的计算公式如下：
[0044][0045][0046]式中，M
m
(t)储能设备M在t时刻的容量；分别为储能设备M的最大/最
小容量；为储能设备M的最大充/放能功率；
[0047]所述功率平衡约束的计算公式如下：
[0048][0049]式中，为供能设备m在t时刻的出力；为储能设备M在t时刻的出力；为生产工艺中虚拟储能在t时刻的出力；P
Load
(t)为负荷在t时刻的需求；为储能设备的在t时刻储存的能量；为生产工艺中虚拟储能的在t时刻储存的能量；
[0050]所述生产订单约束，包括连续性生产负荷约束、离散性生产电负荷约束；
[0051]所述连续性生产负荷约束，其为生产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于生产工艺虚拟储能的综合能源规划方法，其特征在于，第一步，获取系统内整体的负荷以及逐时负荷需求数据；第二步，根据第一步中的负荷以及逐时负荷需求数据，设置约束条件；所述约束条件至少包括最大负荷约束或/和自给自足概率约束或/和供能设备运行约束或/和储能设备运行约束或/和功率平衡约束或/和生产订单约束；第三步，根据第二步中的约束条件以及生产工艺虚拟储能特性，以全寿命周期内的总成本最低为目标，建立目标函数；第四步，根据第三步中的目标函数，构建规划优化模型和运行调度模型，对生产工艺虚拟储能的综合能源进行有效优化；所述规划优化模型，以设备类型及数量作为优化变量，优化运行工况，对系统内的能源供给和存储设备的容量和数量进行优化；所述运行调度模型，结合规划优化模型设置的设备方案，对系统内供能设备的出力以及储能设备的运行进行优化。2.如权利要求1所述的基于生产工艺虚拟储能的综合能源规划方法，其特征在于，所述第二步中的最大负荷约束，用于使得综合能源系统规划配置供能设备的最大输出功率能够满足系统的电/热终端负荷的最大需求；所述自给自足概率约束，用于使得工业园区在电能孤岛模式下，满足系统内一定量的负荷需求，保障系统的稳定运行；所示供能设备运行约束，用于使得综合能源系统规划配置的供能设备在运行的过程中能满足设备的额定功率以及爬坡约束；所述储能设备运行约束，用于使得系统规划配置的储能设备在运行的过程中满足设备的充放能功率以及容量约束；所述功率平衡约束，用于在考虑系统内储能设备及生产过程中虚拟储能作用的情况下，保障工业园区内的能源负荷供需达到实时平衡：所述生产订单约束，用于考虑生产订单的能耗负荷。3.如权利要求2所述的基于生产工艺虚拟储能的综合能源规划方法，其特征在于，所述最大负荷约束的计算公式如下：所述自给自足概率约束，通过系统在规划周期内自给自足满足负荷需求的概率来指导系统内的规划配置，其计算公式如下：式中，P
st
为系统内某一类终端负荷自给自足的概率；所述供能设备运行约束的计算公式如下：所述供能设备运行约束的计算公式如下：式中，分别为供能设备m的最大/最小出力；分别为供能设备m减小出力和增加出力的爬坡速度；
所述储能设备运行约束的计算公式如下：所述储能设备运行约束的计算公式如下：式中，M
m
(t)储能设备M在t时刻的容量；分别为储能设备M的最大/最小容量；为储能设备M的最大充/放能功率；所述功率平衡约束的计算公式如下：式中，为供能设备m在t时刻的出力；为储能设备M在t时刻的出力；为生产工艺中虚拟储能在t时刻的出力；P
Load
(t)为负荷在t时刻的需求；为储能设备的在t时刻储存的能量；为生产工艺中虚拟储能的在t时刻储存的能量；所述生产订单约束，包括连续性生产负荷约束、离散性生产电负荷约束；所述连续性生产负荷约束，其为生产工艺流程中不允许停电部分，其状态只取决于订单的起始与结束；所述离散性生产电负荷约束，其为突发性生产任务所需要的能耗负荷，其状态与订单及生产任务直接相关。4.如权利要求3所述的基于生产工艺虚拟储能的综合能源规划方法，其特征在于，所述连续性生产负荷约束的计算公式如下：式中，P
Load,c
(t)为t时段连续性生产负荷的总耗能量；N
c
为总生产车间数量；M
c,i
为生产车间i的输出数量，对于连续性生产电负荷而言，M
c,i
是一个固定值；P
c,i
(t)为t时段生产车间i生产单位数量产品所的耗能量；u
c,i
(t)为布尔变量，表示t时段生产车间i的工作状态，具体需要满足以下约束条件：其中，分别表示生产车间i的起始与结束状态；所述离散性生产电负荷约束的计算公式如下：式中，P
Load,d
(t)为t时段离散性生产负荷的总耗电量；N
d
为总生产车间数量；M
d,j
为生产车间j的输出数量，不同于连续性生产负荷，M
d,j
不是一个固定值，而是与订单的数量及完成时间相关；P
d,j
(t)为t时段生产车间i生产单位数量产品所的耗能量；u
d,j
(t)同样为布尔变量；因此，在统计时间段内，电池工厂的负荷的计算公式为：式中，N
T
为调度统计时段；P
Load,o
(t)为t时段除生产订单外其他的负荷需求。
5.如权利要求1所述的基于生产工艺虚拟储能的综合能源规划方法，其特征在于，所述第三步中的目标函数的计算公式如下：min{C
in
+C
op

【专利技术属性】
技术研发人员：倪筹帷，赵波，张雪松，冯怿彬，李志浩，汪湘晋，林达，章雷其，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：