一种能源站热电解耦系统的设备容量配置方法及系统与流程

1.本发明涉及能源站建设，具体是涉及一种能源站热电解耦系统的设备容量配置方法及系统。


背景技术：

2.容量配置是基于已知的能源站总容量，对其内部关键设备，如热电联产机组等，进行合理容量分配，使能源站的能效比达到最优。
3.目前，定址和配容被广泛理解为两个独立的规划内容。但是基于热电解耦的能源站容量配置，在寻求自身能效比最优的同时，会间接影响能源互联网的经济性和可靠性，从而改变站址选择，独立规划能源站的定址和配容无法使能源站的能效比达到最优。


技术实现要素：

4.发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种统一站址优化选择与容量优化配置的能源站热电解耦系统的设备容量配置方法及系统。
5.本发明采用一种能源站热电解耦系统的设备容量配置方法，包括以下步骤：
6.(1)获取待建能源站辖区的能源网信息；
7.(2)根据获取的能源网信息对能源站进行选址定容规划，得到能源站的规划方案；
8.(3)基于能源站的规划方案，计算能源站辖区内的能量供需关系，得到能源站辖区内能量供需关系评价指标的评分值；
9.(4)确定最优的评分值，并判断计算得到的评分值是否达到最优：如果达到最优则进行步骤(6)；
10.(5)基于规划方案中的定容结果以及热电解耦模型，以能源站经济成本最低、风电/光伏消纳率最高为优化目标，对能源站内部设备进行容量配置。
11.进一步的，，所述步骤(4)中，如果得到的能源站辖区内能量供需关系评价指标的评分值未达到最优，则根据得到的评分值优化能源站的选址定容，得到优化后的规划方案，再返回步骤(3)。
12.进一步的，步骤(3)中的能量供需关系评价指标为当前簇内能量供需平衡度，计算公式为：
[0013][0014]
其中，es(i)为第i个供能节点容量，ed(i)为第i个用能节点容量，cj为第j个簇的簇内节点数，m为簇的总个数，簇为能源站所在能源网的供/用能节点的集合。
[0015]
进一步的，所述步骤(5)中根据得到的评分值，重新对当前所有供/用能节点进行分类，优化能源站的选址定容，具体步骤包括：
[0016]
(5.1)计算每个簇的能量供需平衡度bsed值；
[0017]
(5.2)比较中心欧氏距离相邻近的两个簇bsed值，当bsed小于1时，将bsed值较小
的簇内所有节点中距离bsed值较大的簇能矩最小的点分入bsed值较大的簇；
[0018]
(5.3)比较中心欧氏距离相邻近的两个簇bsed值，当bsed大于1时，将bsed值较大的簇内所有节点中距离bsed值较小的簇能矩最小的点分入bsed值较小的簇。
[0019]
进一步的，所述热电解耦模型为含储热的热电解耦模型，包括适用于第一典型场景的第一模型和适用于第二典型场景的第二模型；所述第一典型场景和第二典型场景的可再生能源出力不同，热电解耦模型对能源网响应不同；
[0020]
所述第一模型为：
[0021][0022][0023]
其中，p1(s)为第一典型场景下热电解耦功率平衡系统的出力，ξ为热电解耦装置绝热系数，η为热电解耦装置绝热效率，v为热电解耦装置进气体积，r为热电解耦装置容积比，h为焓降系数，kc为热电解耦装置开度系数，δp1(s)为第一典型场景下热电解耦装置期望出力，g1(s)为第一模型传递函数，k1为第一模型的比例环节等效系数；
[0024]
所述第二模型为：
[0025][0026][0027]
其中，p2(s)为第二典型场景下热电解耦功率平衡系统的出力，ξ为热电解耦装置绝热系数，η为热电解耦装置绝热效率，v为热电解耦装置进气体积，r为热电解耦装置容积比，p为热电解耦装置进气压力，k
rot
为转矩系数，ω为转子转速，ts为第二模型的积分环节等效系数，s为典型场景数，δp2(s)为第二典型场景下热电解耦装置期望出力，g2(s)为第二模型传递函数；
[0028]
进一步的，所述能源站内部设备进行容量配置时的条件包括：
[0029]
(1)能源站经济成本最低的目标函数：
[0030][0031]
其中，s为典型场景个数，c
ic
为投资成本，c
oc
为运行维护成本，c
fc
为燃料成本，c
pw
为能量浪费惩罚成本，ωs为典型场景权重系数；
[0032]
(2)风电/光伏消纳率最高的目标函数：
[0033][0034]
其中，t为时间、p
eload,t
为电负荷时序分量、p
ec,t
为电制热功率时序分量、p
chpe,t
为chp机组热功率时序分量、为风电/光伏出力时序分量；
[0035]
(3)约束条件包括设备容量配置约束，设备功率约束，储热上限约束。
[0036]
本发明还采用一种能源站热电解耦系统的设备容量配置系统，包括数据采集模块、计算模块和判断模块，其中：
[0037]
所述数据采集模块用于获取待建能源站辖区的能源网信息；
[0038]
所述计算模块用于根据数据采集模块获取的能源网信息对能源站进行选址定容规划，得到能源站的规划方案；并基于能源站的规划方案，计算能源站辖区内的能量供需关系，得到能源站辖区内能量供需关系评价指标的评分值；
[0039]
所述计算模块还用于基于规划方案中的定容结果以及热电解耦模型，以能源站经济成本最低、风电/光伏消纳率最高为优化目标，对能源站内部设备进行容量配置；
[0040]
所述判断模块用于判断评分值是否达到最优，如果达到最优则反馈计算模块基于规划方案中的定容结果以及热电解耦模型，以能源站经济成本最低、风电/光伏消纳率最高为优化目标，对能源站内部设备进行容量配置。
[0041]
进一步的，还包括优化模块，所述优化模块根据得到的能量供需关系评价指标优化能源站的选址定容，得到优化后的规划方案；判断模块用于判断优化后的规划方案的评分值是否达到最优，计算模块用于基于优化后规划方案中的定容结果以及热电解耦模型，以能源站经济成本最低、风电/光伏消纳率最高为优化目标，对能源站内部设备进行容量配置。
[0042]
有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是统一站址优化选择与容量优化配置，通过在选址定容后考虑容量配置对于选址的影响，优化能源站的选址，使能源站的能效比达到最优，促进新能源就地消纳，降低碳排放，保障区域能源网高效稳定运行。
附图说明
[0043]
图1为本发明设备容量配置方法的整体流程示意图；
[0044]
图2为本发明设备容量配置系统的结构框图；
[0045]
图3为本发明中混合多目标pso算法求解步骤。
具体实施方式
[0046]
实施例1
[0047]
如图1所示，本实施例中的能源站热电解耦系统的设备容量配置方法，包括以下步骤：
[0048]
(1)基于多源数据集，获取待建能源站辖区的能源网信息；多源数据集包括区域能源网内部数据和外部数据。能源网信息包括供/用能节点地理位置信息、供/用能数据以及电网系统信息；供/用能数据包括风力发电数据、光伏发电数据、热电厂数据、热电联产数据、可供应热电联产的天然气余量数据、用户实际电负荷数据及用户电负荷数据预测值；电网系统信息包括电网拓扑结构、热网拓扑结构和天然气网拓扑结构；
[0049]
(2)根据获取的能源网信息对能源站进行选址定容规划，得到能源站的规划方案；
[0050]
(3)基于能源站的规划方案，计算能源站辖区内的能量供需关系，得到能量供需关系评价指标的评分值；能源站辖区内能量供需关系评价指标由当前簇内能量供需平衡度进行描述，平衡度越接近100％，能源站辖区内能量供需关系越良好，能量供需关系评价指标
评分值越优；能量供需平衡度的计算公式为：
[0051][0052]
其中，es(i)为第i个供能节点容量，ed(i)为第i个用能节点容量，cj为第j个簇的簇内节点数，m为簇的总个数，簇为所在能源网的供/用能节点的集合，簇中心(能源站)的初始位置随机，为加快收敛可取m个供用能节点几何中心(能源站)。
[0053]
(4)根据实际情况确定最优的能量供需关系评价指标的评分值，判断计算得到的能量供需关系评价指标的评分值是否达到最优：如果达到最优则进行步骤(6)；如果未达到最优则进行步骤(5)；
[0054]
(5)根据得到的能量供需关系评价指标的评分值优化能源站的选址定容，重新对当前所有供/用能节点进行分类，得到优化后的规划方案，再返回步骤(3)；具体优化步骤包括：
[0055]
具体步骤包括：
[0056]
(5.1)计算每个簇的能量供需平衡度bsed值；
[0057]
(5.2)比较中心欧氏距离相邻近的两个簇bsed值，当bsed小于1时，将bsed值较小的簇内所有节点中距离bsed值较大的簇能矩最小的点分入bsed值较大的簇；
[0058]
(5.3)比较中心欧氏距离相邻近的两个簇bsed值，当bsed大于1时，将bsed值较大的簇内所有节点中距离bsed值较小的簇能矩最小的点分入bsed值较大的簇；
[0059]
(6)基于规划方案中的定容结果以及热电解耦模型，以能源站经济成本最低、风电/光伏消纳率最高为优化目标，采用如图3所示的混合多目标pso算法求解，对能源站内部设备进行容量配置。
[0060]
热电解耦模型为含储热的热电解耦模型，包括适用于第一典型场景的第一模型和适用于第二典型场景的第二模型；第一典型场景和第二典型场景的可再生能源出力不同，热电解耦模型对能源网响应不同；第一典型场景下可再生能源系统出力高频、小幅振荡，热电解耦设备仅对系统功率差额的脉动分量做出响应；第二典型场景下可再生能源系统出力低频、大幅振荡，热电解耦设备仅对系统功率差额的平稳分量做出响应，但存在响应延迟。
[0061]
第一模型为：
[0062][0063][0064]
其中，p1(s)为第一典型场景下热电解耦功率平衡系统的出力，ξ为热电解耦装置绝热系数，η为热电解耦装置绝热效率，v为热电解耦装置进气体积，r为热电解耦装置容积比，h为焓降系数，kc为热电解耦装置开度系数，δp1(s)为第一典型场景下热电解耦装置期望出力，g1(s)为第一模型传递函数，k1为第一模型的比例环节等效系数。
[0065]
第二模型为：
[0066][0067][0068]
其中，p2(s)为第二典型场景下热电解耦功率平衡系统的出力，ξ为热电解耦装置绝热系数，η为热电解耦装置绝热效率，v为热电解耦装置进气体积，r为热电解耦装置容积比，p为热电解耦装置进气压力，k
rot
为转矩系数，ω为转子转速，ts为第二模型的积分环节等效系数，s为典型场景数，δp2(s)为第二典型场景下热电解耦装置期望出力，g2(s)为第二模型传递函数。
[0069]
能源站内部设备进行容量配置时的条件包括：
[0070]
(1)能源站经济成本最低的目标函数：
[0071][0072]
其中，s为典型场景个数，c
ic
为投资成本，c
oc
为运行维护成本，c
fc
为燃料成本，c
pw
为能量浪费惩罚成本，ωs为典型场景权重系数。
[0073]
(2)风电/光伏消纳率最高的目标函数：
[0074][0075]
其中，，t为时间、p
eload,t
为电负荷时序分量、p
ec,t
为电制热功率时序分量、p
chpe,t
为chp机组热功率时序分量、为风电/光伏出力时序分量。
[0076]
(3)约束条件包括设备容量配置约束，设备功率约束，储热上限约束。设备容量配置约束包括风机、光伏、热电联产chp、储热、膨胀发电(expansive power generation,epg)的容量配置约束；设备功率约束包括chp电功率约束，chp热功率约束。约束条件还包括epg最低进气量约束，epg最低转速约束。
[0077]
能源站内部关键设备配置还应满足以下约束条件：
[0078][0079][0080][0081][0082][0083][0084][0085]
其中，p
chp_e，t
为热电联产机组电功率；p
chp_h，t
为热电联产机组热功率，p
hs_eh，t
为电制热装置电制热功率，p
hs_ht，t
为热交换装置热交换功率，w
hs，t
为储热装置载热量，p
epg，t
为膨
胀发电装置电功率，p
sg，t
为蒸汽发生装置热功率，为热电联产机组最大出力、v
chp_e
为热电联产机组电热比、v
chp_h
为热电联产机组热电比、为电制热装置最大出力、为热交换装置最大出力、为储热装置最大能量储量、为膨胀发电装置最大出力、为蒸汽发生装置最大出力。
[0086]
实施例2
[0087]
如图2所示，本实施例中的一种能源站热电解耦系统的设备容量配置系统，包括数据采集模块、计算模块、优化模块和判断模块，其中：
[0088]
数据采集模块基于多源数据集，获取待建能源站辖区的能源网信息；多源数据集包括区域能源网内部数据和外部数据。能源网信息包括供/用能节点地理位置信息、供/用能数据以及电网系统信息；供/用能数据包括风力发电数据、光伏发电数据、热电厂数据、热电联产数据、可供应热电联产的天然气余量数据、用户实际电负荷数据及用户电负荷数据预测值；电网系统信息包括电网拓扑结构、热网拓扑结构和天然气网拓扑结构。
[0089]
计算模块能源网信息对能源站进行选址定容规划，得到能源站的规划方案；并基于能源站的规划方案，计算能源站辖区内的能量供需关系，得到能量供需关系评价指标的评分值；
[0090]
计算模块基于规划方案中的定容结果以及热电解耦模型，以能源站经济成本最低、风电/光伏消纳率最高为优化目标，对能源站内部设备进行容量配置；
[0091]
优化模块用于根据得到的能量供需关系评价指标的评分值优化能源站的选址定容，得到优化后的规划方案；
[0092]
判断模块用于判断能量供需关系评价指标是否达到最优，如果达到最优则反馈计算模块基于规划方案中的定容结果以及热电解耦模型，以能源站经济成本最低、风电/光伏消纳率最高为优化目标，对能源站内部设备进行容量配置；如果未达到最优则反馈优化模块根据得到的能量供需关系评价指标优化能源站的选址定容，得到优化后的规划方案。
[0093]
基于同一发明构思，本发明再一个实施例中，还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中一种用户侧能量管理系统接入对配电网影响的分析方法的相应步骤。
[0094]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0095]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0096]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0097]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0098]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。