一种多楼宇冷热电联供系统的优化运行方法
【专利摘要】本发明公开了一种多楼宇冷热电联供系统的运行优化方法，适用于多楼宇组成的分布式冷热电联供系统。对于这样的系统，考虑不同楼宇间存在能量交互，选取一栋楼宇作为中心楼宇，作为能量汇聚中心，整个系统采用能量流和汇聚母线的概念。求解的结果是整个多楼宇联供系统的全局优化运行方式。整个系统的优化方法包括以下步骤：1）建立整个系统的动态经济调度模型：包括，多楼宇冷热电联供系统以最小运行费用为目的的目标函数；约束条件为：楼宇中所有设备的运行约束、汇聚母线的功率平衡约束和不同楼宇和中心楼宇间的交互功率平衡约束；2）通过求解该优化模型，计算出各个设备在各个时段的出力，从而得到整个系统运行优化方法。
【专利说明】一种多楼宇冷热电联供系统的优化运行方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冷热电三联供系统领域，涉及一种多楼宇间互动的三联供系统的优化运行方法。
【背景技术】
[0002]我国是能源大国，在不断推进工业化和城市化的过程中，能源问题越来越成为我国经济发展和社会进步的“瓶颈”。能源紧缺、环境恶化是日趋严重的全球性问题。人类为追求可持续发展，正积极发展可再生能源技术、节能减排技术。CCHP作为一种新型的供能方式，由于其对能源的高效利用，在近些年来正逐渐引起世界各国政府和能源专家的重视。分布式天然气冷热电三联供技术是以小型燃气发电机组为核心，配以余热锅炉及吸收式电制冷机的系统，它首先利用天然气产生的高温烟气在燃机中做功，将一部分热能转化为高品位的电能，再利用发电后的余热制冷和供热。三联供系统因为具有以下特点:可以同时满足建筑或区域的冷、热、电三种用能需求；实现天然气能源的梯级利用，能源利用效率可高达80%以上；大大减少了 SO2、固体废弃物、温室气体、NOx的排放；减少占地面积和耗水量，还可应对突发事件确保安全供电。正因为上述特点，CCHP在国际上已经得到广泛应用，在我国对于CCHP系统的研究也进行了一些尝试，如近年来国内在上海、北京等城市的少量天然气冷热电三联供项目投入运行。目前分布式冷热电联供的研究主要还是集中在给某个区域或是单个楼宇供能，对于有关存在能量交互时的多楼宇冷热电联供系统的优化运行研究还是较少的。
【发明内容】
[0003]技术问题:本发明提供了一种解决在含有多栋楼宇组成的冷热电联供系统中，不同楼宇之间存在热能和电能的交互时的多楼宇冷热电联供优化运行方法。
[0004]技术方案:本发明的多楼宇冷热电联供优化运行方法，主要包括以下步骤:
[0005]I)建立含有多栋楼宇的冷热电联供系统的动态经济调度模型，包括:
[0006]多楼宇冷热电联供系统以最小运行费用为目的的目标函数；
[0007]整个三联供系统所包含的所有设备的运行约束方程；
[0008]汇聚母线的功率平衡约束方程；
[0009]中心楼宇与其他楼宇间的交互功率平衡约束方程；
[0010]2)利用混合整数线性规划方法求解步骤I)得到的动态经济调度模型，得到多楼宇冷热电联供系统以最小运行费用为目的的目标函数最优值和各个设备在不同时间段的运行情况；
[0011]3)将步骤2)得到的多楼宇冷热电联供系统以最小运行费用为目的的目标函数最优值和各个设备在不同时间段的运行情况，作为优化的运行方案，对多楼宇冷热电联供系统的设备进行调度。
[0012]本发明方法中，步骤I)中的多楼宇冷热电联供系统的以最小运行费用为目的的目标函数，包括除中心楼宇外所有楼宇以最小运行费用为目的的目标函数，以及中心楼宇以最小运行费用为目的的目标函数；中心楼宇以最小运行费用为目的的目标函数是通过对能量汇聚中心的建模得到的。
[0013]本发明方法中，步骤I)中的中心楼宇与其他楼宇间的交互功率平衡约束方程为:_4] QisH+QsiH=0
[0015]Pis—E+Psi—E-O
[0016]其中，s为中心楼宇编号，N为系统中的楼宇总数，i为除中心楼宇外的其他楼宇编号，i取值为1，2，-,N-1 ;Qis HS由楼宇i向中心楼宇s输送的热量，Qsi ll为中心楼宇s向楼宇i输送的热量；Pis—E为由楼宇i向中心楼宇输送的电量；Psi—E为由中心楼宇s向楼宇i输送的电量。交互功率之和为O表不在同一时刻,能量只能沿着一个方向传递。
[0017]有益效果:本发明与现有技术相比，具有以下优点:
[0018]对于由多楼宇组成的冷热电联供系统，在实际运行中考虑到能量交互的问题。多楼宇组成的冷热电联供系统，由于其用户形式的多样，其用能的种类和特点可能是互补的。考虑这一特点，在求解多楼宇冷热电联供系统时，选取一栋楼宇作为中心楼宇，作为能量汇聚中心，承担着能量的汇聚和输出的功能。由于存在能量的交互，不同楼宇的能量可以相互作支撑，能够提高整个冷热电联供系统供能的可靠性。
[0019]对于由多楼宇组成的冷热电联供系统，求解其优化运行方式时考虑全局最优。以往的三联供系统的优化运行方法的求解一般只针对于单楼宇，即使是由几个楼宇组成的区域型冷热电联供系统，其优化运行方法的求解也只是考虑到每个楼宇自身运行最优，而未考虑到全局的最优。本发明提出的多楼宇冷热电联供系统运行优化方式的求解是针对于多楼宇冷热电联供系统的全局最优而不是每栋楼宇作为单个冷热电联供系统的局部最优。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是由三栋楼宇组成的多楼宇冷热电联供系统的结构图。
【具体实施方式】
[0021 ] 下面结合说明书附图和实施例对本发明做详细说明。
[0022]本实施方案结合具体实例详述典型三联供系统在实际运行中存在能量交互时的优化运行方法求解。下面结合说明书附图详细的介绍下该典型三联供系统的组成及能量流动情况。
[0023]由三栋楼宇组成的冷热电联供系统是多楼宇联供系统的一种典型形式，本发明技术方案便选用典型的由三栋楼宇组成的冷热电联供系统来介绍一般的多楼宇联供系统的优化运行方法。选取中间楼宇作为中心楼宇，将其编号为S。两边楼宇编号分别为1、2。每栋楼宇均采用能量流和汇聚母线结构概念，其中汇聚母线只起到汇聚作用，本身不消耗能量。由于冷、热、电的供应半径各不相同，电的供应半径为100?500公里，热的供应半径只有10公里左右，冷的半径则只有100米左右，所以能交互的能量只考虑电能和热能。而且由于电能传输的损耗较小，故中心楼宇没有发电装置，其电能的供给有1、2号楼宇提供。结合附图1对整个系统进行介绍:
[0024]对于I号楼宇的电汇聚母线，其输入主要是电网、光伏、燃气轮机、蓄电池以及s号楼宇的输送过来的电，电汇聚母线的输出主要是满足I号楼宇自身的电需求、作为电制冷机的输入，而多余的部分输送到S号楼宇的；对于I号楼宇的热汇聚母线，其输入主要来自于燃气轮机的余热、余热锅炉的热量以及来自于s号楼宇输送过来的热量，其输出，部分通过热交换器以满足I号楼宇的热负荷需求、部分作为吸收式制冷机的输入、多余部分输出到s号楼宇；对于I号楼宇的冷汇聚母线，其输入主要有电制冷机的输出及吸收式制冷机的输出，其输出主要是满足I号楼宇自身的冷负荷需求。
[0025]s号楼宇作为中心楼宇，作为能量汇聚中心。s号楼宇的内部仍然采用汇聚母线结构。对于s号楼宇的电汇聚母线,其输入主要是来自于I号和2号楼宇输送过来的电,其输出，部分是用来满足s号楼宇自身的电需求，部分作为电制冷机的输入，而多余的部分可以输送到I号楼宇或2号楼宇；s号楼宇的热汇聚母线，其输入主要是来自于I号和2号楼宇输送过来的热，其输出，部分通过热交换器以满足s号楼宇的热需求，部分作为吸收式制冷机的输入，多余的部分输送到I号或是2号楼宇；s号楼宇的冷汇聚母线，其输入主要是电制冷机的输出及吸收式制冷机的输出，其输出主要是满足s号楼宇自身的冷负荷需求。
[0026]对于2号楼宇的电汇聚母线，其输入主要有电网、光伏、燃气轮机、蓄电池以及s号楼宇输送过来的电，电汇聚母线的输出主要是满足2号楼宇自身的电需求、作为电制冷机的输入，而多余的部分输送到s号楼宇；对于2号楼宇的热汇聚母线，其输入主要来自于燃气轮机的余热、余热锅炉的热量以及来自于s号楼宇输送过来的热量，其输出，部分通过热交换器以满足2号楼宇的热负荷需求、部分作为吸收式制冷机的输入、多余部分输出到s号楼宇；对于2号楼宇的冷汇聚母线，其输入主要有电制冷机的输出及吸收式制冷机的输出，其输出主要是满足2号楼宇自身的冷负荷需求。
[0027]I)建立含有多栋楼宇的冷热电联供系统的动态经济调度模型，包括:
[0028]多楼宇冷热电联供系统以`最小运行费用为目的的目标函数；多楼宇冷热电联供系统的以最小运行费用为目的的目标函数，包括除中心楼宇外所有楼宇以最小运行费用为目的的目标函数，以及中心楼宇以最小运行费用为目的的目标函数；中心楼宇以最小运行费用为目的的目标函数是通过对能量汇聚中心的建模得到的。
[0029]除中心楼宇外的所有楼宇的目标函数，其运行费用包括电网购电费用、燃料购买费用以及设备运行维护费用，如下:
[0030]C = C1+CS+C2式 I)
[0031]式中，Cl是楼宇I的运行费用，Cs是中心楼宇s的总的运行费用，C2是楼宇2的运行费用。
[0032]其中，Cl、C2计算公式如下:
【权利要求】
1.一种多楼宇冷热电联供系统的运行优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 1)建立含有多栋楼宇的冷热电联供系统的动态经济调度模型，包括: 多楼宇冷热电联供系统以最小运行费用为目的的目标函数； 整个三联供系统所包含的所有设备的运行约束方程； 汇聚母线的功率平衡约束方程； 中心楼宇与其他楼宇间的交互功率平衡约束方程； 2)利用混合整数线性规划方法求解所述步骤I)得到的动态经济调度模型，得到多楼宇冷热电联供系统以最小运行费用为目的的目标函数最优值和各个设备在不同时间段的运行情况； 3)将所述步骤2)得到的多楼宇冷热电联供系统以最小运行费用为目的的目标函数最优值和各个设备在不同时间段的运行情况，作为优化的运行方案，对多楼宇冷热电联供系统的设备进行调度。
2.根据权利要求1所述的多楼宇冷热电联供系统，其特征在于，所述步骤I)中，多楼宇冷热电联供系统的以最小运行费用为目的的目标函数，包括除中心楼宇外所有楼宇以最小运行费用为目的的目标函数，以及中心楼宇以最小运行费用为目的的目标函数；所述中心楼宇以最小运行费用为目的的目标函数是通过对能量汇聚中心的建模得到的。
3.根据权利要求1 或2所述的多楼宇冷热电联供系统的优化运行方法，其特征在于，所述步骤I)中的中心楼宇与其他楼宇间的交互功率平衡约束方程为:
Qis—H+Qsi—H_0
Pis—E+Psi—Ε-。 其中，s为中心楼宇编号，N为系统中的楼宇总数，i为除中心楼宇外的其他楼宇编号，i取值为1，2，…，N-1 ;Qis H为由楼宇i向中心楼宇s输送的热量；Qsi H为中心楼宇s向楼宇i输送的热量；Pis—E为由楼宇i向中心楼宇输送的电量；Psi—E为由中心楼宇s向楼宇i输送的电量。交互功率之和为O表示在同一时刻，能量只能沿着一个方向传递。
【文档编号】G05B13/04GK103728881SQ201410001065
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日
【发明者】顾伟, 刘元园, 周赣, 骆钊, 王志贺, 唐沂媛 申请人:东南大学