一种区域能源互联网动态运行优化方法与流程

本发明涉及电力领域，更具体地涉及一种区域能源互联网动态运行的优化方法。

背景技术：

对于区域能源互联网，系统可以有多种运行策略。在制定区域能源互联网最佳运行策略时，现有技术都是针对某个时间点的设备运行方式进行优化，也不考虑管网内冷热媒的载能。而一定时间内机组状态频繁改变会导致运行成本的增加，也会存在设备使用寿命缩短问题。忽略这些因素而制定的运行策略也就不是最佳运行策略，不能满足区域能源互联网系统内对设备的优化调度，将导致能源的浪费。

针对以上问题，本领域急需开发新的区域能源互联网运行的优化方法，综合考虑系统动态运行工况下的运行和状态转换方式，以及管网内冷热媒的载能，制定最佳运行策略，简化设备调度，提高能源利用率，减少资源浪费。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种经济节能、资源综合利用率高的区域能源互联网运行优化方法，该优化方法可以在成本最低的目标下确定系统运行的最优配置。

在本发明中，本发明提供了一种区域能源互联网动态运行的优化方法，所述优化方法包括以下步骤：

(1)根据系统设备,获取系统某一运行周期的运行参数；所述运行参数包括系统运行时开机台数、送水温度、回水温度、管网内水的流速以及开机前预热时间；

(2)根据获取的系统运行参数列写动态运行目标函数，根据系统功率平衡列写功率平衡方程式，根据设备性能的约束条件列写约束方程式；

(3)根据混合整数线性规划算法求解上述方程，得到不同工况下系统的运行情况；

(4)根据上述计算的运行情况，执行动态运行最优方式，所述动态运行最优方式为保证系统正常运行且成本最低的运行方式。

所述系统设备选自下组：天然气内燃机组、燃气锅炉、余热回收系统、溴化锂吸收式制冷机组、电制冷机组、供热管道和供冷管道。

在另一优选例中，所述系统设备为上组设备中的一个。

在另一优选例中，所述系统设备为上组设备中的多个。

最为复杂的情况是，所述系统设备包括上组设备中的所有设备。

所述运行成本包括系统用电、系统消耗的燃气以及系统设备长时间运转所需的固定费用。

所述动态运行目标函数为：

式中，Y--能源中心的成本，￥；

A--运行时间周期，h；

p_f--实时电价，￥/kW·h；

f^t--系统耗电功率，kW；

p_G--实时气价，￥/m³；

G^t--系统消耗的燃气量，m³/h；

p_s--实时上网电价，￥/kWh；

Y_g--能源中心二次供冷/热泵长时间运转的固定费用，￥。

所述系统功率平衡包括系统供冷功率平衡，即

能源中心的供冷功率等于冷水机组供冷功率+三联供机组供冷功率即

其中，冷水机组供冷功率为：

三联供机组供冷功率为：

式中，F_d,cool--冷水机组的供冷功率，kW；

f_i,l--第i台冷水机组的耗电功率，kW；

cop_i,l,cool--第i台冷水机组的热效比；

F_q,cool--三联供机组的供冷功率，kW；

G_k,s,cool--第k台三联供机组供冷单位时间的耗气量；

H--燃气的热值；

cop_k,s,cool--第k台三联供机组供冷的热效比；

为三联供供冷开机限制系数；

为三联供供冷开机限制系数，表示三联供开机前需预热至少2小时，即

所述系统功率平衡还包括系统供热功率平衡，即

能源中心的供热功率等于三联供机组供热功率+锅炉供热功率

其中，燃气锅炉供热功率为：

三联供机组供热功率为：

式中，

F_gl,heat--燃气锅炉的供热功率，kW；

G_n,gl,heat--第n台燃气锅炉单位时间的耗气量；

H--燃气的热值；

cop_n,gl,heat--第n台燃气锅炉的热效比；

F_q,heat--三联供机组的供热功率，kW；

G_k,s,heat--第k台三联供机组供热单位时间的耗气量；

cop_k,s,heat--第k台三联供机组供热的热效比；

为三联供供热开机限制系数；

为三联供供热开机限制系数，表示三联供开机前需预热热至少2小时，即

列写所述功率平衡方程式时考虑供热管网的供热损耗率,即：

供冷损耗率：

式中，β_cool--传输管道的供冷损耗率；

η--传输管道的热损系数；

--供冷回水温度；

--供冷送水温度；

T_g,cool--供冷工况下管道外的环境温度；

c--管道内液体的比热值。

列写所述功率平衡方程式时还考虑供冷管网的供冷损耗率,即：

供热损耗率：

式中，

β_heat--传输管道的供热损耗率；

η--传输管道的热损系数；

--供热回水温度；

--供热送水温度；

T_g,heat--供热工况下管道外的环境温度；

c--管道内液体的比热值。

所述约束条件包括冷水机组用电功率、三联供机组单位时间制冷消耗的燃气量、三联供机组单位时间供热消耗的燃气量、锅炉单位时间供热消耗的燃气量、供热回水温度、供冷回水温度、供热送水温度以及供冷送水温度。

在另一优选例中，所述时间周期为24小时。

在另一优选例中，所述时间周期为48小时。

在另一优选例中，所述时间周期为72小时。

在另一优选例中，所述时间周期为96小时。

在另一优选例中，所述时间周期为120小时。

在另一优选例中，所述时间周期为144小时。

在另一优选例中，所述时间周期为168小时。

在另一优选例中，所述时间周期为360小时。

在另一优选例中，所述时间周期为720小时。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

图1为本发明区域能源互联网动态运行的优化过程示意图；

图2为本发明区域能源互联网动态运行的优化模型求解流程示意图。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，首次开发了一种区域能源互联网动态运行的优化方法，该优化方法考虑一定时间内机组状态频繁改变导致的成本增加，还考虑可能存在的使用寿命缩短的问题。基于以上考虑，寻求动态工况下成本和设备使用均最优的状态改变衔接方式。在此基础上完成了本发明。

术语

如本文所用，术语“区域能源互联网”指在一定区域范围内，以可再生能源为主要能量单元的新型能源供用体系，分散型可再生能源可以在网内自由流动，像信息在互联网上自由流动一样。

如本文所用，术语“动态工况”指考虑一定时间段(例如1天之内)内由于负荷随着时间变化而变化，导致一定时间段内机组状态频繁改变的工况。

本发明提供的区域能源互联网动态运行优化方法包括以下步骤：

(1)根据系统设备,获取系统某一运行周期的运行参数，所述运行参数包括系统运行时开机台数、送水温度、回水温度、管网内水的流速以及开机前预热时间；

(2)根据获取的系统运行参数列写动态运行目标函数，根据系统功率平衡列写功率平衡方程式，根据设备性能的约束条件列写约束方程式；

(3)根据混合整数线性规划算法求解上述方程，得到不同工况下系统的运行情况；

(4)根据上述计算的运行情况，执行动态运行最优方式，所述动态运行最优方式为保证系统正常运行且成本最低的运行方式。

本发明的主要优点包括：

(a)本发明提出的区域能源互联网动态运行优化方法，考虑管网载能的动态损耗，更符合实际情况；

(b)本发明提出的区域能源互联网动态运行优化方法，考虑溴化锂机组的开机预热时间，更符合实际情况；

(c)本发明提出的区域能源互联网动态运行优化方法，同时计算冷热优化，工况适应性更高。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例

本发明提供的区域能源互联网动态运行的优化方法，以冷热电联供系统为主，统一管理区域内其他分布式能源的典型能源网多能互补构架。本发明中区域能源互联网系统的系统设备选自下组：天然气内燃机组、燃气锅炉、余热回收系统、溴化锂吸收式制冷机组、电制冷机组、供热管道以及供冷管道。针对一个时间周期内的设备运行方式优化，并考虑管网内冷热媒的载能，建立以运行成本最低为优化目标的动态运行模型并进行求解。如图1所示，该优化方法包括以下步骤：

(1)根据系统设备,获取系统某一运行周期的运行参数，所述运行参数包括系统运行时开机台数、送水温度、回水温度、管网内水的流速以及开机前预热时间；

(2)根据获取的系统运行参数列写动态运行目标函数，根据系统功率平衡列写功率平衡方程式，根据设备性能的约束条件列写约束方程式；

(3)根据混合整数线性规划算法求解上述方程，得到不同工况下系统的运行情况；

(4)根据上述计算的运行情况，执行动态运行最优方式，所述动态运行最优方式为保证系统正常运行且成本最低的运行方式。

本发明的运行成本包括系统用电、系统消耗的燃气以及系统设备长时间运转所需的固定费用，本发明以运行成本最低为目标，如下：

式中，Y--能源中心的成本，￥；

A--运行时间周期，h；

p_f--实时电价，￥/kW·h；

f^t--系统耗电功率，kW；

p_G--实时气价，￥/m³；

G^t--系统消耗的燃气量，m³/h；

p_s--实时上网电价，￥/kWh；

Y_g--能源中心二次供冷/热泵长时间运转的固定费用，￥。

其中，用电功率的计算公式如下：

式中：f^t--系统耗电功率，kW；

M--冷水机组数量；

K--三联供机组数量；

N--锅炉总台数；

--第i台冷水机组的耗电功率，kW；

--第k台三联供机组供冷时消纳单位体积燃气产生的电功率，kW·h/m³；

--第k台三联供机组供冷单位时间的耗气量；

--第k台三联供机组供热时消纳单位体积燃气产生的电功率，kW·h/m³；

--第k台三联供机组供热单位时间的耗气量；

--第n台锅炉供热时消纳单位体积燃气额外消耗的电功率，kW·h/m³；

--第n台燃气锅炉单位时间的耗气量。

系统运行消耗的燃气量的计算公式如下：

根据系统功率平衡列写功率平衡方程式，本发明的系统功率平衡包括系统供冷功率平衡和系统供热功率平衡。列写所述功率平衡方程式时还考虑供热管网的供热损耗率和供冷管网的供冷损耗率。

能源中心的供冷功率等于冷水机组供冷功率+三联供机组供冷功率

能源中心的供热功率等于三联供机组供热功率+锅炉供热功率

式中，--能源中心的供冷功率，kW；

--能源中心的供热功率，kW；

F_d,cool--冷水机组的供冷功率，kW；

F_q,cool--三联供机组的供冷功率，kW；

F_q,heat--三联供机组的供热功率，kW；

F_gl,heat--燃气锅炉的供热功率，kW。

以三个用户负荷(分别为第一段用户1、第二段用户2、第三段用户3)为例：

其中，冷水机组供冷功率：

三联供机组供冷功率：

燃气锅炉供热功率：

三联供机组供热功率：

其中，

式中，--三联供供冷开机限制系数，表示三联供开机前需预热至少2小时；

--三联供供热开机限制系数，表示三联供开机前需预热至少2小时；

cop_i,l,cool--第i台冷水机组的热效比；

cop_n,gl,heat--第n台燃气锅炉的热效比；

cop_k,s,cool--第k台三联供机组供冷的热效比；

cop_k,s,heat--第k台三联供机组供热的热效比；

H--燃气的热值；

总冷功率：

总热功率：

用户冷功率：

第一段用户1的冷功率：

第二段用户2的冷功率：

第三段用户3的冷功率：

用户热功率：

第一段用户1的热功率：

第二段用户2的热功率：

第三段用户3的热功率：

式中，c为管道内液体的比热值；

为供冷回水温度；

为供冷送水温度；

为供热回水温度；

为供热送水温度。

管网流量为：

式中，为供冷管网主干内的流量；

为第一段用户1供冷管网内的流量；

为第二段用户2供冷管网内的流量；

为第三段用户3供冷管网内的流量；

为供热管网主干内的流量；

为第一段用户1供热管网内的流量；

为第二段用户2供热管网内的流量；

为第三段用户3供热管网内的流量。

第一段用户1供冷损耗率：

第一段用户1供热损耗率：

第二段用户2供冷损耗率：

第二段用户2供热损耗率：

第三段用户3供冷损耗率：

第三段用户3供冷损耗率：

管网供冷功率：

管网总供冷功率：

管网供热功率：

管网总供热功率：

式中，β_heat--传输管道的供热损耗率；

η--传输管道的热损系数；

c--管道内液体的比热值；

F_1,s,cool--第一段用户1的传输管道损耗的供冷功率，kW；

F_2,s,cool--第二段用户2的传输管道损耗的供冷功率，kW；

F_3,s,cool--第三段用户3的传输管道损耗的供冷功率，kW；

F_1,s,heat--第一段用户1的传输管道损耗的供热功率，kW；

F_2,s,heat--第二段用户2的传输管道损耗的供热功率，kW；

F_3,s,heat--第三段用户3的传输管道损耗的供热功率，kW；

F_1,y,heat--第一段用户1的负荷的热功率，kW；

F_2,y,heat--第二段用户2的负荷的热功率，kW；

F_3,y,heat--第三段用户3的负荷的热功率，kW。

除系统功率平衡方程外，还需考虑系统各设备的约束，包括冷水机组用电功率、三联供机组单位时间制冷消耗的燃气量、三联供机组单位时间供热消耗的燃气量、锅炉单位时间供热消耗的燃气量、供热回水温度、供冷回水温度、供热送水温度以及供冷送水温度。

冷水机组耗电功率应满足如下条件：

三联供机组耗气量应满足如下条件：

锅炉耗气量应满足如下条件：

供热/冷回水温度应满足如下条件：

供冷回水温度应满足如下条件：

供热回水温度应满足如下条件：

供热/冷送水温度应满足如下条件：

供冷送水温度应满足如下条件：

供热送水温度应满足如下条件：

将以上各式按混合整数线性规划求解器的格式输入，计算运行周期24小时内动态工况下不同开机台数运行时，系统的成本。求解流程如图2所示，M为三联供机组开机台数，为整数变量。求解方法遍历该时间周期内M的全解，能保证找到全局最优解，即可得到该运行周期内最优目标。

上述区域能源互联网动态运行的优化方法，考虑管网载能的动态损耗、考虑溴化锂机组的开机预热时间、同时计算冷热优化，更加符合实际工况。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。