【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及综合能源系统，具体涉及一种基于储热罐分层模型的热电综合系统经济性优化方法。
技术介绍
1、在综合能源系统领域，能源供应和需求的优化以及环境可持续性是当今社会的关键挑战。综合能源系统旨在整合不同类型的能源资源，包括电力、热能和冷能，并通过优化方法将它们协调地供应给各种应用，如工业、建筑和交通等。这些系统的目标包括提高能源效率、降低碳排放、适应能源市场的波动以及提高经济性。
2、储热罐作为综合能源系统的核心组件之一，在能源管理和供应链优化中发挥着关键作用。其主要功能是储存多余的热量，以便在需要时释放热能。储热罐不仅可以在电力和热能之间建立联系，还可以将可再生能源(如太阳能和风能)的波动性能够平滑化，从而提高能源系统的可靠性。
3、然而，现有的储热罐技术和其在综合能源系统中的集成方法存在一些挑战和限制。传统的储热罐建模方法通常基于热传导理论，这种方法忽略了储热罐内部流体流动和非均匀性等复杂性，因此无法准确捕捉储热罐的行为。这限制了能源系统对储热罐的实时优化和高效运行。此外，储热罐和热网之间的集成通常基于简单的控制策略，未充分发挥储热罐在能源存储和分配方面的潜力。
4、在经济性方面，综合能源系统需要在能源成本、运营成本和环境影响之间取得平衡。目前的经济性优化方法通常依赖于粗略的模型，难以精确预测储热罐和热网在不同操作条件下的性能，这导致了能源系统在经济性方面的潜在损失，尤其是在能源市场价格波动大的情况下。
5、综上所述的问题，为此，我们提供了一种基于储热罐分层模型的热电综合系
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于储热罐分层模型的热电综合系统经济性优化方法。解决了现有技术存在将储热罐近似为电池进行建模，不能准确描述充放热过程导致对综合能源系统经济性评估不够合理的技术问题。
2、本专利技术提供了如下技术方案：
3、本专利技术提供了一种基于储热罐分层模型的热电综合系统经济性优化方法，包括步骤：
4、(1)建立储热罐内部水温分层模型，对中间层的描述方式进行改进；
5、(2)对储热罐模型中涉及变量相乘的非线性项进行三角线性化处理；
6、(3)根据售电市场规则制定综合能源系统成本和收益的计算方法，确定系统的目标函数；
7、(4)建立综合能源系统的运行模型，确定系统的运行约束条件。
8、优选的，所述步骤(1)所述的储热罐，所述储热罐的顶部开设有进水口和出水口，以及分别经进水口和出水口引出的高温水管道连接供热区域，所述储热罐底部的进水口和出水口引出回水管道，所述储热罐底部的进水口和出水口与回水管道中的低温水相连。
9、优选的，所述步骤(1)所述储热罐的水温分层模型，包括：所述水温分层模型将储热罐内的水分为三个温度层：上层、中层和下层。
10、储热罐是一种较为实用和有效的储热罐设计，三温度层储热罐将储热罐内的水分为三个温度层：上层、中层和下层，这三层分别代表不同的温度区域，以实现对热能的分级储存和利用。
11、具体来说，上层水温最高，用于储存高品质的热能；中层水温适中，储存中等品质的热能；而下层水温较低，储存低品质的热能，这种分层储存方式有利于减少热量在储热罐内的传导损失，提高热能利用效率，由于储存罐绝缘效果良好，壁面每天的热损失量仅占总储存能量的0.7％左右，因此在时间尺度更短的电力市场优化中可以忽略不计。
12、罐内水温分为三个温度层，上层水温th等于供热管道中的水温ts，下层水温tl等于回流网络中的水温tr。中间层的水温从上层逐渐降低到下层，形成混合温度区。
13、th(t)＝ts(t)
14、tl(t)＝tr(t)
15、假设上、中、下层的体积分别为vh、vm和vl，则储热罐总体积为：
16、v＝vh(t)+2·vm(t)+vl(t)
17、在蓄热罐充能过程中，高温水从供应网络中注入，低温水通过回水管流出。上层水体膨胀，混合层向下移动。在放热过程中，罐中的高温水注入供热网络，而被注入的水则由回流网络中的低温水替代，下层水体膨胀，混合层向上移动。储热罐中充放热量qtes可以表示为：
18、qtes(t)＝cρ(vh(t)-vh(t-1))(th(t)-tl(t))
19、式中，c是水的比热容，ρ是水的密度，当储热罐放热时，qtes为负值。
20、在排放过程中，热水从上层注入供水管道，原先存储热水的位置被冷水取代。因此，储热罐的总可用热能可以表示为：
21、qav(t)＝cρvh(t)(th(t)-tl(t))
22、储热罐内热、冷水间形成温度分界层，热、冷水混合导热，形成温度为的水层，该水层与上下水体同样存在温差，不断混合导热，总水层加厚，如此循环不断进行，直到界上层水温与罐上区域热水温度一致，界下层与罐下区域冷水温度一致为止，中间混合层厚度随着储热罐运行时间的增加而增加，且增速逐渐减缓，一般稳定在0.3～0.8m。假设混合层线性膨胀对储热罐热过程模拟的影响小于5％，因此假设在注入和排放热水过程中，混合层的体积呈线性增加，那么混合层体积可表示为：
23、
24、式中，η表示储热罐混合层的扩张速率。
25、鉴于混合温度区的水温较低，若将其注入供水管道，会导致供水温度下降，因此混合温度区的水不适用于排放过程，该区域的水不能重新注入到供水管道中，在充能/放能过程中造成了主要的能量损失，下面将对能量损失进行建模：
26、qloss(t)＝cρvm(t)(th(t)-tl(t))
27、随着优化的持续进行，储热罐在一天结束时的储热量是下一天的初始储热量。为了保证热量供给平衡，一天中最后一个时段优化周期结束时储热罐的可用热能应不小于初始时段的可用热能：
28、qav(t)≥qav(0)
29、此外，储热罐的注入/排放水的速率应符合约束：
30、
31、优选的，三角形线性化方法是一种用于对二维函数进行分段线性逼近的有效技术，该方法通过将二维函数在三角形区域内进行线性插值，从而实现对复杂函数的近似。
32、对于二维空间上的双变量函数f(x,y)，首先在区间与上分别选取m+1与n+1个分段点ai(i∈{0,1,...,m})与bj(j∈{0,1,...,n})，并且使得与采用这些分段点作为顶点可把区域剖分为m×n个矩形，并对于每个矩形，连接其所对应顶点后可以得到两个三角形。此时通过引进若干连续变量λi,j∈[0,1](i∈{0,1,...,m}，j∈{0,1,...,n})，则对区域中任意给定的点(x,y)其均能表达为包含该点的三角形所对应的顶点的凸组合形式，而相应的二变量函数f(x,y)则可近似表达为相应顶点的函数值的凸组合模型。具体而言，对于(x,y)所在的三角形，近似函数值fa(x,y)可以表示为：
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1.一种基于储热罐分层模型的热电综合系统经济性优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于储热罐分层模型的热电综合系统经济性优化方法，其特征在于，所述步骤(1)所述的储热罐，所述储热罐的顶部开设有进水口和出水口，以及分别经进水口和出水口引出的高温水管道连接供热区域，所述储热罐底部的进水口和出水口引出回水管道，所述储热罐底部的进水口和出水口与回水管道中的低温水相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于储热罐分层模型的热电综合系统经济性优化方法，其特征在于，所述步骤(1)所述储热罐的水温分层模型，包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于储热罐分层模型的热电综合系统经济性优化方法，其特征在于步骤(2)所述对非线性项进行的三角形线性化方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种基于储热罐分层模型的热电综合系统经济性优化方法，其特征在于，所述步骤(3)所述根据售电市场规则制定综合能源系统成本和收益的计算方法，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于储热罐分层模型的热电综合系统经济性优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于储热罐分层模型的热电综合系统经济性优化方法，其特征在于，所述步骤(1)所述的储热罐，所述储热罐的顶部开设有进水口和出水口，以及分别经进水口和出水口引出的高温水管道连接供热区域，所述储热罐底部的进水口和出水口引出回水管道，所述储热罐底部的进水口和出水口与回水管道中的低温水相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于储...
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