本发明属于能源优化调度技术领域,具体涉及一种清洁供暖能源系统优化调度方法。
背景技术:
在国家大力倡导清洁能源供暖的浪潮下,使风、水、光能等清洁能源发电的装机容量规模成为世界第一。清洁能源供暖的设备投资就比较高,同时所采用能源方式存在诸多限制,这些都是自然硬性存在的问题,不能在短时间内得到有效解决。然而清洁能源供暖面临的最主要问题之一还有系统运行成本的问题。清洁供暖能源系统包括了电锅炉、空气源热泵机组、地源热泵机组等设备,这些设备在运行过程中如若不进行更有效控制,会大大提高系统运行成本。在清洁供暖能源系统中,为降低总运行成本,实现优化目标,就需要对能源系统进行优化调度,通过优化调度使总运行成本最低。因此提出此改进。
技术实现要素:
本发明解决的技术问题:提供一种清洁供暖能源系统优化调度方法,本发明中以清洁供暖能源系统运行成本最小为优化目标,通过设计成本函数、负荷预测模型和清洁供暖系统设备模型,推导出清洁供暖系统成本约束条件,实现清洁供暖能源系统运行成本最小化,使供暖过程中消耗的使总运行成本最低。
本发明采用的技术方案:清洁供暖能源系统优化调度方法,以清洁供暖能源系统运行成本最小为优化目标,根据系统运行约束条件,结合预测的负荷需求进行优化调度,确定清洁供暖能源系统中供暖计划指令;
具体包括以下步骤:
步骤一:优化调度层的优化调度为日前调度,取调度周期为15min,1天有96个调度周期,系统优化调度目标函数也就是成本函数为:
其中:pt、qt分别为t时刻清洁供暖能源系统中电力价格、电力消耗量;清洁供暖能源系统电力来源于可再生能源和市电,约束条件包括系统的供能设备运行约束、负荷平衡约束,根据未来24h负荷预测结果,对上述模型进行求解,形成优化调度计划,实现清洁供暖能源系统经济运行;
步骤二:对采暖负荷的预测
室内温度的状态方程为:
式中:
r——楼宇的热阻;
cari——空气比热容;
通过输入热量,满足采暖负荷需求,维持室内温度恒定,因此,采暖负荷即输入热量
步骤三:清洁供暖系统设备模型
1)电锅炉
电锅炉电能消耗费用与机组的出力关系为:
式中:celectricboiler——电锅炉的耗电成本;
pelectriboiler——电锅炉的功率;
ηelectricboiler——电锅炉的热效率;
pelectric——市电价;
△t——时间段长度;
2)空气源热泵机组
空气源热泵机组电能消耗费用与机组的出力关系为:
式中:cachp——空气源热泵机组的耗电成本;
pachp——空气源热泵机组的功率;
ηachp——空气源热泵机组的热效率;
pelectric——电价;
δt——时间段长度;
3)地源热泵机组
地源热泵机组电能消耗费用与机组的出力关系为:
式中:ccshp——地源热泵机组的耗电成本;
pgshp——地源热泵机组的功率;
ηgshp——地源热泵机组的热效率;
pelectric——电价;
δt——时间段长度;
4)电蓄热tes
储热、放热通常会引起热损失,以储热状态方程形式描述为:
式中:
γ——衰减系数;
ηin、ηdr——储热、放热效率;
其电能消耗费用与机组的出力关系为:
步骤四:清洁供暖系统成本模型
清洁供暖系统以最小化系统运行成本为目标,其成本函数cc为:
cc=celectricboiler+cachp+cgshp+ctes
目标函数为:
min(cc)=min(celectricboiler+cachp+cgshp+ctes)约束条件:
1)热平衡
2)设备运行功率须在设备允许范围之内
0≤pelectriboiler≤pelectriboiler,max
0≤pachp≤pachp,max
0≤pgshp≤pgshp,max
式中,pelectriboiler,max、pachp,max、pgshp,max、
通过上述条件对热平衡和设备运行功率进行约束,实现清洁供暖能源系统运行成本最小化。
本发明与现有技术相比的优点:
本方案以清洁供暖能源系统运行成本最小为优化目标,通过设计成本函数、负荷预测模型和清洁供暖系统设备模型,推导出清洁供暖系统成本约束条件,根据系统运行约束条件,结合预测的负荷需求进行优化调度,确定清洁供暖能源系统中供暖计划指令,实现清洁供暖能源系统运行成本最小化,使供暖过程中消耗的使总运行成本最低。
具体实施方式
以下对本发明实施例作进一步详细描述:
清洁供暖能源系统优化调度方法,以清洁供暖能源系统运行成本最小为优化目标,根据系统运行约束条件,结合预测的负荷需求进行优化调度,确定清洁供暖能源系统中供暖计划指令;
具体包括以下步骤:
步骤一:优化调度层的优化调度为日前调度,取调度周期为15min,1天有96个调度周期,系统优化调度目标函数也就是成本函数为:
其中:pt、qt分别为t时刻清洁供暖能源系统中电力价格、电力消耗量;清洁供暖能源系统电力来源于可再生能源和市电,约束条件包括系统的供能设备运行约束、负荷平衡约束,根据未来24h负荷预测结果,对上述模型进行求解,形成优化调度计划,实现清洁供暖能源系统经济运行;
步骤二:对采暖负荷的预测
室内温度的状态方程为:
式中:
r——楼宇的热阻;
cair——空气比热容;
通过输入热量,满足采暖负荷需求,维持室内温度恒定,因此,采暖负荷即输入热量
步骤三:清洁供暖系统设备模型
1)电锅炉
电锅炉电能消耗费用与机组的出力关系为:
式中:celectricboiler——电锅炉的耗电成本;
pelectriboiler——电锅炉的功率;
ηelectricboiler——电锅炉的热效率;
pelectric——市电价;
δt——时间段长度;
2)空气源热泵机组
空气源热泵机组电能消耗费用与机组的出力关系为:
式中:cachp——空气源热泵机组的耗电成本;
pachp——空气源热泵机组的功率;
ηachp——空气源热泵机组的热效率;
pelectric——电价;
δt——时间段长度;
3)地源热泵机组
地源热泵机组电能消耗费用与机组的出力关系为:
式中:ccshp——地源热泵机组的耗电成本;
pgshp——地源热泵机组的功率;
ηgshp——地源热泵机组的热效率;
pelectric——电价;
δt——时间段长度;
4)电蓄热(tes:thermalenergystorage)
储热、放热通常会引起热损失,以储热状态方程形式描述为:
式中:
γ——衰减系数;
ηin、ηdr——储热、放热效率;
其电能消耗费用与机组的出力关系为:
步骤四:清洁供暖系统成本模型
清洁供暖系统以最小化系统运行成本为目标,其成本函数cc为:
cc=celectricboiler+cachp+cgshp+ctes
目标函数为:
min(cc)=min(celectricboiler+cachp+cgshp+ctes)
约束条件:
1)热平衡
2)设备运行功率须在设备允许范围之内
0≤pelectriboiler≤pelectriboiler,max
0≤pachp≤pachp,max
0≤pgshp≤pgshp,max
式中,pelectriboiler,max、pachp,max、pgshp,max、
通过上述条件对热平衡和设备运行功率进行约束,实现清洁供暖能源系统运行成本最小化。
本发明以清洁供暖能源系统运行成本最小为优化目标,通过设计成本函数、负荷预测模型和清洁供暖系统设备模型,推导出清洁供暖系统成本约束条件,根据系统运行约束条件,结合预测的负荷需求进行优化调度,确定清洁供暖能源系统中供暖计划指令,实现清洁供暖能源系统运行成本最小化,使供暖过程中消耗的使总运行成本最低
上述实施例,只是本发明的较佳实施例,并非用来限制本发明实施范围,故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化,均应包括在本发明权利要求范围之内。