一种冷热电多能流微电网考虑运行的储能容量优化方法
【专利摘要】本发明涉及一种冷热电多能流微电网考虑运行的储能容量优化方法，属于多能流耦合系统的运行中的优化调度技术领域。本方法整体考虑了储能容量的优化和多能流微网的运行优化。一方面充分考虑了冷热电储能对多能流微网中冷热电能流调度带来的经济效益和对大电网削峰填谷的效果，另一方面也考虑到冷热电储能配置的较高成本，通过和多能流微网运行优化相协调来对冷热电不同储能容量进行优化，实现系统整体经济效益的最优化。本方法能为微网运营商经济合理的选择储能的类型和容量以及与上级电网的交换容量提供参考，从而实现多能流微网运行的最优效益。
【专利说明】
一种冷热电多能流微电网考虑运行的储能容量优化方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种冷热电多能流微电网考虑运行的储能容量优化方法，属于多能流 耦合系统的运行中的优化调度技术领域。
【背景技术】
[0002] 由于环境问题和能源问题的日益突出，以发展清洁能源、保障保障能源安全、解决 环保问题为核心内容的各种新能源和能源利用形式得到大力发展。而随着网络概念的不断 深化，逐渐和能源的概念相互融合，产生了"以电力系统为核心"、"主要一次能源为可再生 能源"、"紧密结合其他系统"的能源互联网概念。能源互联网要求更加高效、可持续的利用 能源，其重要特征之一就是打破传统能源供给相互孤立的藩蓠，实现多种能源形式的协同 优化，而含冷热电联供(Combined Cooling Heating and Power System,CCHP)与分布式可 再生能源的微电网，则是一种典型的能源互联网实现形式。
[0003] 多能流微网则结合了微电网和能源互联网两种概念，拥有多种特征。一是拥有冷 热电多能流联供和可再生能源;二是拥有多种多能流设备，能够实现综合的能量供给。由于 多能流微网整合了可再生能源、传统的电能流、新加入的冷热能流及各种形式的冷热电负 荷和设备，相比较传统微网，其内部的各种能流相互耦合和影响，一般能够取得更为优异的 经济运行效益，但其运行特性更为复杂。
[0004] 多能流微网中可能配置有的各种形式的储能设备增加了系统运行调度的多样性 和灵活性，对于冷热电能流的时间调度能带来较高的经济效益。各种类型的冷热电储能的 经济效益和工作特性也各不相同。多类型的储能设备一方面能够起到削峰填谷的作用，另 一方面对于不确定性也有一定程度的减弱作用。此外，由于各能流的相互耦合，储能的容量 的选择和优化运行过程息息相关，储能容量的优化和系统优化运行有很强的耦合特性，同 时也使得微网同上级电网间的能量交换变得更为复杂。目前尚无多能流微网储能容量优化 的方法，而储能的配置一般成本较高，因此需要研究多能流微网中储能容量的优化方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提出一种冷热电多能流微电网考虑运行的储能容量优化方法，考 虑多能流微网运行优化和与上级电网的能量交换，研究多能流微网中储能容量同运行的协 同优化方法，寻找较为合适的储能容量大小。
[0006] 本发明提出的一种冷热电多能流微电网考虑运行的储能容量优化方法，包括以下 步骤：
[0007] (1)建立一个冷-热-电多能流微电网运行的优化模型，过程如下：
[0008] (I -1)建立冷-热-电多能流微电网中冷-热-电联供设备运行的优化模型：
[0009]冷-热-电联供设备模型中供电设备的模型如下：
[0010] Pl min^Pl(i)^Pl max
[0011] -RDi 彡 Pi(i+1)-Pi(i)彡 RUi
[0012] 其中：i为运行时段的编号，PA冷-热-电联供设备的有功功率，P1 M1^PP1 _分别 为冷-热-电联供设备有功功率的上限和下限，RD1为冷-热-电联供设备的有功功率向上爬 坡率，RUi为冷-热-电联供设备的有功功率向下爬坡率，RDi和RUi由冷-热-电联供设备的产 品说明书提供；
[0013] 冷-热-电联供设备模型中供热/冷设备的模型如下：
[0014] Hl min^Hl(i)^Hl max
[0015] -RDhI彡 Hi(i+1)-Hi(i) SRUhI
[0016] Hi(i)^Hih(i)/%ex+Lic (i) /ricop
[0017]其中：Hl为冷-热-电联供设备的热出力，Hl min和Hl max分别为冷-热-电联供设备的 热出力的上限和下限，RDhlS冷-热-电联供设备热出力的向上爬坡率，RUhA冷-热-电联供 设备热出力的向下爬坡率，RDhi和RUhi从冷-热-电联供设备的产品说明书获取，Hih为冷_热_ 电联供设备的供热功率，L lc为冷-热-电联供设备的供冷功率，Iihex为冷-热-电联供设备的供 热转换效率因数， n。。^冷-热电联供设备的供冷转换效率因数，Ilhe3x和n。。^冷-热-电联供 设备的产品说明书获取；
[0018] 冷-热-电联供设备模型中电热冷耦合关系为：
[0019] afPi(i)+bfHi(i)=Fi(i)
[0020] Hi(i) = ciPi(i)+C2
[0021] 其中=F1为冷-热-电联供设备的耗气量，af和bf分别为冷-热-电联供设备的耗气效 率因数， C1，C:*冷-热-电联供设备的电热出力耦合因数，财上^和^分别从冷-热-电联供 设备的产品说明书获取；
[0022] (1-2)建立冷-热-电多能流微电网中供热锅炉运行的优化模型如下：
[0023] 〇^H(i) ^Hmax
[0024] -RDh 彡 H(i+l)-H(iKRUh
[0025] H(i)=nF(i)
[0026] 其中：H为供热锅炉的热功率，Hmax为供热锅炉的热功率上限，RDh为供热锅炉的向 上爬坡率，RUh为供热锅炉的向下爬坡率，F为供热锅炉的耗气量，η为供热锅炉的热效率因 数，H max、RDh、RUh和η从供热锅炉的产品铭牌中获取；
[0027] (1 -3)建立冷-热-电多能流微电网中能量转换设备运行的优化模型如下：
[0028] Ο^ΞΡεη(?)^ΞΡεη max
[0029] Ηεη(?)=%ηΡεη(?)
[0030] 0^PEC(i)^PEC max
[0031] LEC(i)=%cPEC(i)
[0032] 其中:PEH为能量转换设备的电热转换电功率，PEH max为能量转换设备电热转换电功 率上限，Heh为能量转换设备的电热转换热输出功率，％h为能量转换设备的电热转换效率因 数，Pec为能量转换设备的电冷转换电功率，Pec max为能量转换设备的电冷转换电功率上限， Lec为能量转换设备的电冷转换冷输出功率，qEC为能量转换设备的电冷转换效率因数， Pe；H max、％H、PEC max和从能量转换设备的产品说明书获取；
[0033 ] (1 -4)建立冷-热-电多能流微电网中多能流储能设备运行的优化模型如下：
[0034]电储能设备运行的优化模型如下：
[0035] 0<Pdis，char(iXPE max
[0036] SoC (i) = SoC (i -I) +ncPchar (i) -Pdis (i) /na
[0037] SoCmin^SoC(i) ^SoCmax
[0038] Pdis(i) · Pchar(i)=0
[0039] 其中：Pdis和Pdiar分别为电储能设备的充电功率和放电功率，Pe max为电储能设备的 最大充电功率和最大放电功率，SoC为电储能设备的电储能当前容量，SoCmin为电储能设备 的电储能最小容量，SoC max为电储能设备的电储能最大容量，η。和nd分别为电储能设备的充 电效率因数和放电效率因数，其中，pE max、SoCmin、SoCmax、nc和nd从电储能设备的产品说明书 中获取；
[0040] 热储能设备运行的优化模型如下：
[0041] Ο^ΞΗτι,το(?)^；Ητι,το,ω3χ
[0042] HEt (i) = ΠηΗΕτ (i -1) +ΠηιΗτι (i) -Ητο (i) /nm
[0043] HET,min 彡HET(i)彡HET,max
[0044] Ητο(i) · Ητι(i) = 0
[0045] 其中：Hn和Ητο分别为热储能设备的储热功率和放热功率，Hn,TQ,max为热储能设备 的最大储热功率和最大放热功率，HEt为热储能设备的热储能当前容量，HEt,min为热储能设 备的热储能最小容量，HEt,max为热储能设备的热储能最大容量，run和ηκι分别为热储能设备 的储热效率因数和放热效率因数，Hh为热储能设备的热能耗散因数，其中，H TI,to,max、HET,min、 ΗΕτ, 、Πηι、mo和Πη从热储能设备的产品说明书中获取；
[0046] 冷储能设备运行的优化模型如下：
[0047] O^LTI,T〇(i)^;LTI,TO,max
[0048] LEx (i) = ncLEx (i -1) +nciLxi (i) -Lxo (i) /nco
[0049] LET，min 彡LEt⑴彡LET，max
[0050] Lto(i) · Lti(i)= 0
[00511其中：Ln和Ltci分别为冷储能设备的储冷功率和放冷功率，Ln,TQ,max为冷储能设备 的最大储冷功率和最大放冷功率，LEt为冷储能设备的冷储能当前容量，LEt,min为冷储能设 备的冷储能最小容量，LEt, max为冷储能设备的冷储能最大容量，和分别为冷储能设备 的储冷效率因数和放冷效率因数，nc为冷储能设备的冷能耗散因数，其中，L TI,TQ,max、LET,min、 LEt, max、nci、nco和nc从冷储能设备的产品说明书中获取；
[0052] (1-5)建立冷-热-电多能流微电网与上级电网的能量交换模型如下：
[0053] O^Pbuy(i) ^Pgrid max
[0054] O^Psell(i) ^iPgrid max
[0055] Pbuy(i) · PsellQ )=0
[0056] 其中：Pbuy为冷-热-电多能流微电网从上级电网的购电功率，Pseii为冷-热-电多能 流微电网向上级电网的售电功率，Pgrid maXS冷-热-电多能流微电网与上级电网之间的能量 交换最大功率；
[0057] (1-6)建立冷-热-电多能流微电网中能量的平衡模型如下：
[0058]电能平衡模型为：
[0059]
[0060] 其中：Pj为冷-热-电多能流微电网中可再生能源的有功功率，m为冷-热-电多能流 微电网中可再生能源机组的数量，Eiciad为冷-热-电多能流微电网的总电能负荷，其余符号 含义同上；
[0061] 热能平衡模型为：
[0062] Hiji+H+Heh+Hto 多 Hioad+Hn
[0063] 其中:Hiciad为冷-热-电多能流微电网的总热能负荷，其余符号含义同上；
[0064]冷能平衡模型为：
[0065] Lic+Lec+Lto Li〇ad+LTi
[0066] 其中：Liciad为冷-热-电多能流微电网的总冷能负荷，其余符号含义同上；
[0067] (1-7)建立冷-热-电多能流微电网运行的优化目标函数如下：
[0068] 基于微网运营商的运行经济性和安全性，多能流微网的优化目标可以描述为多能 流微网整体的运行成本最小化，即运营利益的最大化。优化目标可以描述如下：
[0069]
[0070] 其中：Cpbuy为冷-热-电多能流微电网从上级电网购电的电价，CpseIi为冷-热-电多 能流微电网向上级电网售电的电价，C gas为天然气价格，CE。和CEd分别为冷-热-电多能流微 电网中电储能设备的充电费用和放电费用，Ch。和Cm分别为冷-热-电多能流微电网中热储 能设备的储热费用和放热费用，α。和a d分别为冷-热-电多能流微电网中冷储能设备的储 冷费用和放冷费用，Call为冷-热-电多能流微电网中冷热电联供设备的运行补贴，C transS 冷-热-电多能流微电网与上级电网能量交换的容量费用；
[0071 ] (2)建立一个考虑冷-热-电多能流微电网运行的储能容量优化模型如下：
[0072] min(Seec · EEC+Shec · HEC+Siec · LEC+min(C〇Tx〇+St rans · Ptrans ))
[0073] 其中：内部最小化模型min(C〇TX()+Strans · Ptrans)为上述步骤⑴的冷-热-电多能流 微电网运行的优化目标函数，其中的XQ表示除了冷-热-电多能流微电网与上级电网交换容 量以外的其他优化变量，包括:冷热电联供耗气量、冷热电联供发电量、冷热电联供产热量、 多能流微电网从上级电网购电量、向上级电网售电量、供热锅炉耗气量、电储能充放功率、 热储能充放功率、冷储能充放功率等，EEC、HEC和LEC分别为冷-热-电多能流微电网的电储 能、热储能和冷储能的容量优化变量，，She。，Si%分别表示冷-热-电多能流微电网的电储 能、热储能、冷储能单位容量的成本(可以以天为单位计算）；
[0074] (3)求解上述步骤(2)的储能容量优化模型，求解过程中将储能容量优化模型分解 为两个阶段：
[0075]第一阶段，将EEC、HEC和LEC分别设为定值，而与上级电网的交换容量Ptrans为优化 变量，第一阶段储能容量优化模型的表达式为：
[0076]
[0077] 求解第二阶段时，交换容量Ptrans为设定值，储能容量为优化变量，两个最小化模型 可以合并一个，第二阶段储能容量优化模型的表达式：
[0078]
[0079] (4)采用迭代方法，对上述步骤(3)中分解为两个阶段的储能容量优化模型进行求 解，过程如下：
[0080] (4-1)设定冷-热-电多能流微电网的冷热电储能容量初始值为S0;
[0081] (4-2)将上述冷热电储能容量代入上述第一阶段储能容量优化模型，由于不确定 性等因素的加入可能使模型非线性，可以采用分区定界等方法求解微网优化运行情况。计 算得到第一阶段优化结果，从第一阶段优化结果中获取冷热电多能流微电网与上级电网的 交换容量，将该交换容量记为Pmx ;
[0082] (4-3)将上述步骤(4-1)的冷热电储能容量及步骤(4-2)的交换容量Pmax，代入上述 步骤（1)的冷-热-电多能流微电网运行的优化模型，计算得到冷-热-电多能流微电网运行 的优化模型和储能成本整体效益，并折算到天，将运行和储能成本整体效益记为Qa;
[0083] (4-4)将上述步骤(4-2)的交换容量Pmax代入上述第二阶段储能容量优化模型，同 样采用分区定界等方法对微网全年运行效益和储能容量进行最优化，计算得到第二阶段优 化结果，折算到天，将运行和储能成本整体效益记为Qb，从第二阶段优化结果中获取冷-热_ 电多能流微的储能容量，将储能容量记为S;
[0084] (4-5)将上述步骤(4-3)的运行和储能成本整体效益Qa与上述步骤(4-4)的运行和 储能成本整体效益Qb进行比较，若I Qa-Qb I <δ，δ的取值范围为10-5-1〇-7,则迭代结束，并将 本次迭代的储能容量S和交换容量Pmax作为冷-热-电多能流微电网运行的最优储能容量和 冷-热-电多能流微网与上级电网的交换容量，本次迭代中的多能流微网运行和储能成本整 体效益Qa或Qb作为冷-热-电多能流微网日运行的最优效益;若I Qa-Qb I > S，则将本次迭代得 到的储能容量S替换原有值，返回步骤(4-2)。
[0085] 本发明提出的冷热电多能流微电网考虑运行的储能容量优化方法，其特点和效果 是:整体考虑了储能容量的优化和多能流微网的运行优化。一方面充分考虑了冷热电储能 对多能流微网中冷热电能流调度带来的经济效益和对大电网削峰填谷的效果，另一方面也 考虑到冷热电储能配置的较高成本，通过和多能流微网运行优化相协调来对冷热电不同储 能容量进行优化，实现系统整体经济效益的最优化。本方法能为微网运营商经济合理的选 择储能的类型和容量以及与上级电网的交换容量提供参考，从而实现多能流微网运行的最 优效益。
【具体实施方式】
[0086] 本发明提出的冷热电多能流微电网考虑运行的储能容量优化方法，包括以下步 骤：
[0087] (1)建立一个冷-热-电多能流微电网运行的优化模型，过程如下：
[0088] (I -1)建立冷-热-电多能流微电网中冷-热-电联供设备运行的优化模型：
[0089] 冷-热-电联供设备模型中供电设备的模型如下：
[0090] Pl min^Pl(i)^Pl max
[0091] -RDi 彡 Pi(i+l)_Pi(i)彡 RUi
[0092] 其中：i为运行时段的编号，P1为冷-热-电联供设备的有功功率,P1 M1^PP1 max分别 为冷-热-电联供设备有功功率的上限和下限，RD1为冷-热-电联供设备的有功功率向上爬 坡率，RUi为冷-热-电联供设备的有功功率向下爬坡率，RDi和RUi由冷-热-电联供设备的产 品说明书提供；
[0093] 冷-热-电联供设备模型中供热/冷设备的模型如下：
[0094] Hl min^Hl(i)^Hl max
[0095] -RDhi彡 Hi(i+l)_Hi(i) SRUhi
[0096] Hi(i)^Hih(i)/%ex+Lic (i) /ricop
[0097] 其中：Hl为冷-热-电联供设备的热出力，Hl min和Hl max分别为冷-热-电联供设备的 热出力的上限和下限，RDhlS冷-热-电联供设备热出力的向上爬坡率，RUhA冷-热-电联供 设备热出力的向下爬坡率，RDhi和RUhi从冷-热-电联供设备的产品说明书获取，Hih为冷_热_ 电联供设备的供热功率，L lc为冷-热-电联供设备的供冷功率，Iihex为冷-热-电联供设备的供 热转换效率因数， n。。^冷-热电联供设备的供冷转换效率因数，Ilhe3x和n。。^冷-热-电联供 设备的产品说明书获取；
[0098] 冷-热-电联供设备模型中电热冷耦合关系为：
[0099] afPi(i)+bfHi(i)=Fi(i)
[0100] Hi(i) = ciPi(i)+C2
[0101] 其中=F1为冷-热-电联供设备的耗气量，af和bf分别为冷-热-电联供设备的耗气效 率因数， C1，C:*冷-热-电联供设备的电热出力耦合因数，财上^和^分别从冷-热-电联供 设备的产品说明书获取；
[0102] (1-2)建立冷-热-电多能流微电网中供热锅炉运行的优化模型如下：
[0103] 〇^Η(?) ^Hmax
[0104] -RDh 彡 H(i+l)-H(iKRUh
[0105] H(i)=nF(i)
[0106] 其中：H为供热锅炉的热功率，Hmax为供热锅炉的热功率上限，RDh为供热锅炉的向 上爬坡率，RUh为供热锅炉的向下爬坡率，F为供热锅炉的耗气量，η为供热锅炉的热效率因 数，H max、RDh、RUh和η从供热锅炉的产品铭牌中获取；
[0107] (1 -3)建立冷-热-电多能流微电网中能量转换设备运行的优化模型如下：
[0108] Ο^ΞΡεη(?)^ΞΡεη max
[0109] Ηεη(?)=%ηΡεη(?)
[0110] 0^PEC(i)^PEC max
[0111] LEC(i)=%cPEC(i)
[0112] 其中:Peh为能量转换设备的电热转换电功率，Peh max为能量转换设备电热转换电功 率上限，Heh为能量转换设备的电热转换热输出功率，％h为能量转换设备的电热转换效率因 数，Pec为能量转换设备的电冷转换电功率，Pec max为能量转换设备的电冷转换电功率上限， Lec为能量转换设备的电冷转换冷输出功率，qEC为能量转换设备的电冷转换效率因数， Pe；H max、％H、PEC max和从能量转换设备的产品说明书获取；
[0113] (1 -4)建立冷-热-电多能流微电网中多能流储能设备运行的优化模型如下：
[0114]电储能设备运行的优化模型如下：
[0115] 0<Pdis,char(i XPEmax
[01 1 6] SoC( i ) = SoC( i-I ) +TlcPchar ( i ) -Pdis ( i ) /nd
[0117] SoCmin^SoC(i) ^SoCmax
[0118] Pdis(i) · Pchar(i)=0
[0119] 其中：Pdis和PchaAv别为电储能设备的充电功率和放电功率，Pe max为电储能设备的 最大充电功率和最大放电功率，SoC为电储能设备的电储能当前容量，SoCmin为电储能设备 的电储能最小容量，SoC max为电储能设备的电储能最大容量，η。和nd分别为电储能设备的充 电效率因数和放电效率因数，其中，pE max、SoCmin、SoCmax、nc和nd从电储能设备的产品说明书 中获取；
[0120] 热储能设备运行的优化模型如下：
[0121] Ο^ΞΗτι,το(?)^；Ητι,το,ω3χ
[0122] HEt (i) = ΠηΗΕτ (i -1) +ΠηιΗτι (i) -Htq (i) /nm
[0123] HET,min 彡HET(i)彡HET,max
[0124] Ητο(i) · Ητι(i) = 0
[0125] 其中：Hn和Ητο分别为热储能设备的储热功率和放热功率，Hn,TQ,max为热储能设备 的最大储热功率和最大放热功率，HEt为热储能设备的热储能当前容量，HEt,min为热储能设 备的热储能最小容量，HEt,max为热储能设备的热储能最大容量，run和ηκι分别为热储能设备 的储热效率因数和放热效率因数，Hh为热储能设备的热能耗散因数，其中，H TI,to,max、HET,min、 ΗΕτ, 、Πηι、mo和Πη从热储能设备的产品说明书中获取；
[0126] 冷储能设备运行的优化模型如下：
[0127] O^LTI,T〇(i)^;LTI,TO,max
[0128] LEx (i) = ncLEx (i -1) +nciLxi (i) -Lxo (i) /nco
[0129] LET，min 彡LEt⑴彡LET，max
[0130] Lto(i) · Lti(i)= 0
[0131] 其中：Ln和Ltci分别为冷储能设备的储冷功率和放冷功率，Ln,TQ,max为冷储能设备 的最大储冷功率和最大放冷功率，LEt为冷储能设备的冷储能当前容量，LEt, min为冷储能设 备的冷储能最小容量，LEt,max为冷储能设备的冷储能最大容量，和分别为冷储能设备 的储冷效率因数和放冷效率因数，nc为冷储能设备的冷能耗散因数，其中，L TI,TQ,max、LET,min、 LEt, max、nci、nco和nc从冷储能设备的产品说明书中获取；
[0132] (1-5)建立冷-热-电多能流微电网与上级电网的能量交换模型如下：
[0133] O^Pbuy(i) ^Pgrid max
[0134] O^Psell(i) ^iPgrid max
[0135] Pbuy(i) · PsellQ )=0
[0136] 其中：Pbuy为冷-热-电多能流微电网从上级电网的购电功率，Pse3II为冷-热-电多能 流微电网向上级电网的售电功率，Pgrid maxS冷-热-电多能流微电网与上级电网之间的能量 交换最大功率；
[0137] (1-6)建立冷-热-电多能流微电网中能量的平衡模型如下：
[0138] 电能平衡模型为：
[0139]
[0140] 其中：Pj为冷-热-电多能流微电网中可再生能源的有功功率，m为冷-热-电多能流 微电网中可再生能源机组的数量，Eiciad为冷-热-电多能流微电网的总电能负荷，其余符号 含义同上；
[0141] 热能平衡模型为：
[0142] Hih+Η+ΗΕΗ+Ητο Hioad+Ητι
[0143] 其中:Hiciad为冷-热-电多能流微电网的总热能负荷，其余符号含义同上；
[0144] 冷能平衡模型为：
[0145] Lic+Lec+Lto Li〇ad+LTi
[0146] 其中：Liciad为冷-热-电多能流微电网的总冷能负荷，其余符号含义同上；
[0147] (1-7)建立冷-热-电多能流微电网运行的优化目标函数如下：
[0148] 基于微网运营商的运行经济性和安全性，多能流微网的优化目标可以描述为多能 流微网整体的运行成本最小化，即运营利益的最大化。优化目标可以描述如下：
[0149]
[0150]其中：Cpbuy为冷-热-电多能流微电网从上级电网购电的电价，CpseIi为冷-热-电多 能流微电网向上级电网售电的电价，Cgas为天然气价格，CE。和CEd分别为冷-热-电多能流微 电网中电储能设备的充电费用和放电费用，Ch。和Cm分别为冷-热-电多能流微电网中热储 能设备的储热费用和放热费用，α。和a d分别为冷-热-电多能流微电网中冷储能设备的储 冷费用和放冷费用，Call为冷-热-电多能流微电网中冷热电联供设备的运行补贴，C transS 冷-热-电多能流微电网与上级电网能量交换的容量费用；
[0151] (2)建立一个考虑冷-热-电多能流微电网运行的储能容量优化模型如下：
[0152] min(Seec · EEC+Shec · HEC+Siec · LEC+min(C〇Tx〇+St rans · Ptrans ))
[0153] 其中：内部最小化模型min(C〇TX()+Strans · Ptrans)为上述步骤⑴的冷-热-电多能流 微电网运行的优化目标函数，其中的XQ表示除了冷-热-电多能流微电网与上级电网交换容 量以外的其他优化变量，包括:冷热电联供耗气量、冷热电联供发电量、冷热电联供产热量、 多能流微电网从上级电网购电量、向上级电网售电量、供热锅炉耗气量、电储能充放功率、 热储能充放功率、冷储能充放功率等，EEC、HEC和LEC分别为冷-热-电多能流微电网的电储 能、热储能和冷储能的容量优化变量，，She。，Si%分别表示冷-热-电多能流微电网的电储 能、热储能、冷储能单位容量的成本(可以以天为单位计算）；
[0154] (3)求解上述步骤(2)的储能容量优化模型，求解过程中将储能容量优化模型分解 为两个阶段：
[0155] 第一阶段，将EEC、HEC和LEC分别设为定值，而与上级电网的交换容量Ptrans为优化 变量，第一阶段储能容量优化模型的表达式为：
[0156]
[0157] 求解第二阶段时，交换容量Ptrans为设定值，储能容量为优化变量，两个最小化模型 可以合并一个，第二阶段储能容量优化模型的表达式：
[0158]
[0159] (4)采用迭代方法，对上述步骤(3)中分解为两个阶段的储能容量优化模型进行求 解，过程如下：
[0160] (4-1)设定冷-热-电多能流微电网的冷热电储能容量初始值为So;
[0161] (4-2)将上述冷热电储能容量代入上述第一阶段储能容量优化模型，由于不确定 性等因素的加入可能使模型非线性，可以采用分区定界等方法求解微网优化运行情况。计 算得到第一阶段优化结果，从第一阶段优化结果中获取冷热电多能流微电网与上级电网的 交换容量，将该交换容量记为Pmx ;
[0162] (4-3)将上述步骤(4-1)的冷热电储能容量及步骤(4-2)的交换容量Pmax，代入上述 步骤（1)的冷-热-电多能流微电网运行的优化模型，计算得到冷-热-电多能流微电网运行 的优化模型和储能成本整体效益，并折算到天，将运行和储能成本整体效益记为Qa;
[0163] (4-4)将上述步骤(4-2)的交换容量Pmax代入上述第二阶段储能容量优化模型，同 样采用分区定界等方法对微网全年运行效益和储能容量进行最优化，计算得到第二阶段优 化结果，折算到天，将运行和储能成本整体效益记为Qb，从第二阶段优化结果中获取冷-热_ 电多能流微的储能容量，将储能容量记为S;
[0164] (4-5)将上述步骤(4-3)的运行和储能成本整体效益Qa与上述步骤(4-4)的运行和 储能成本整体效益Qb进行比较，若I Qa-Qb I <δ，δ的取值范围为10-5-1〇-7,则迭代结束，并将 本次迭代的储能容量S和交换容量P max作为冷-热-电多能流微电网运行的最优储能容量和 冷-热-电多能流微网与上级电网的交换容量，本次迭代中的多能流微网运行和储能成本整 体效益Qa或Qb作为冷-热-电多能流微网日运行的最优效益;若I Qa-Qb I > S，则将本次迭代得 到的储能容量S替换原有值，返回步骤(4-2)。
【主权项】
1. 一种冷热电多能流微电网考虑运行的储能容量优化方法，其特征在于该方法包括以 下步骤： (1)建立一个冷-热-电多能流微电网运行的优化模型，过程如下： (1-1)建立冷-热-电多能流微电网中冷-热-电联供设备运行的优化模型： 冷-热-电联供设备模型中供电设备的模型如下： Plmin < P1 ( i X P lmax -RDi 彡 Pi(i+l)-Pi(iKRUi 其中：i为运行时段的编号，Pi为冷-热-电联供设备的有功功率，Pimi4PPimax分别为冷-热-电联供设备有功功率的上限和下限，RDi为冷-热-电联供设备的有功功率向上爬坡率， RUi为冷-热-电联供设备的有功功率向下爬坡率，RDi和RUi由冷-热-电联供设备的产品说明 书提供； 冷-热-电联供设备模型中供热/冷设备的模型如下： Hlmin ^ Hi ( ? ) ^ Hlmax -RDhi 彡 Hi(i+1)-Hi(i)彡 RUhi Hi (i)多 Hih (i) /%ex+Lic (i) /qcop 其中：Hi为冷-热-电联供设备的热出力，Hlmin和Hlmax分别为冷-热-电联供设备的热出力 的上限和下限，RDhl*冷-热-电联供设备热出力的向上爬坡率，1?1^为冷-热-电联供设备热 出力的向下爬坡率，RDhi和RUhl从冷-热-电联供设备的产品说明书获取，Hih为冷-热-电联供 设备的供热功率，L lc为冷-热-电联供设备的供冷功率，rihex为冷-热-电联供设备的供热转换 效率因数，η。％*冷-热电联供设备的供冷转换效率因数， nhM和nc;ciPW冷-热-电联供设备的 广品说明书获取； 冷-热-电联供设备模型中电热冷耦合关系为： afPi(i)+bfHi(i) =Fi(i) Hi(i) =ciPi(i)+C2 其中：Fi为冷-热-电联供设备的耗气量，af和bf分别为冷-热-电联供设备的耗气效率因 数，ci，C2为冷-热-电联供设备的电热出力親合因数，af、bf、ci和C2分别从冷-热-电联供设备 的广品说明书获取； (1 -2)建立冷-热-电多能流微电网中供热锅炉运行的优化模型如下： 0^H(i)^Hmax -RDh 彡H(i+1)-H(i)彡RUh H(i)=nF(i) 其中:Η为供热锅炉的热功率，Hmax为供热锅炉的热功率上限，RDh为供热锅炉的向上爬坡 率，RUh为供热锅炉的向下爬坡率，F为供热锅炉的耗气量，η为供热锅炉的热效率因数，Hmax、 RDh、RUh和η从供热锅炉的产品铭牌中获取； (1-3)建立冷-热-电多能流微电网中能量转换设备运行的优化模型如下： (X PEH ( i X PEHmax Ηεη(?)=%ηΡεη(?) (X Pec ( i X PECmax LEc(i)=%cPEc(i) 其中：Peh为能量转换设备的电热转换电功率，PEHmax为能量转换设备电热转换电功率上 限，ΗΕΗ为能量转换设备的电热转换热输出功率，为能量转换设备的电热转换效率因数， Pec为能量转换设备的电冷转换电功率，PECmax为能量转换设备的电冷转换电功率上限，Lec为 能量转换设备的电冷转换冷输出功率，为能量转换设备的电冷转换效率因数，P Eftaax、、 PECmax和从能量转换设备的产品说明书获取； (1-4)建立冷-热-电多能流微电网中多能流储能设备运行的优化模型如下： 电储能设备运行的优化模型如下： O^Pdis, char( ? ) ^PEmax s〇c (i) = s〇c (i -1) +ncPchar (i) -Pdis (i) /nd S〇Cmin^S〇C(i)^S〇Cmax Pdis(i) · Pchar(i) = 0 其中：Pdis和Pc^r分别为电储能设备的充电功率和放电功率，pEmax为电储能设备的最大 充电功率和最大放电功率，SoC为电储能设备的电储能当前容量，S〇Cmin为电储能设备的电 储能最小容量，s〇c max为电储能设备的电储能最大容量，η。和nd分别为电储能设备的充电效 率因数和放电效率因数，其中，Pe_ x、s〇cmin、s〇cmax、η。和nd从电储能设备的产品说明书中获 取； 热储能设备运行的优化模型如下： Ο^ΞΗτ?,Τ〇( ? ) ^;HTI,T0,max ΗΕτ (i) = tihHEt (i -1) +ηΗ?Ητι (i) -Ηχο (i) /πηο HET;min^HET(i)^HET;max Ητο(?) · Ητι(?) =0 其中：Ηη和Ηπι分别为热储能设备的储热功率和放热功率，Ηη,το,max为热储能设备的最大 储热功率和最大放热功率，ΗΕτ为热储能设备的热储能当前容量，ΗΕτ,min为热储能设备的热 储能最小容量，ΗΕτ, max为热储能设备的热储能最大容量，run和nm分别为热储能设备的储热 效率因数和放热效率因数，qH为热储能设备的热能耗散因数，其中，H TI,TQ,max、HET,min、HE T,max、 Πηι、_和Πη从热储能设备的产品说明书中获取； 冷储能设备运行的优化模型如下： (XLTI，T0( i XLTI，T0，max LEt (i) = HcLEt (i -1) +t1ciLti (i) -Lto (i) /nco LEt，min < LEt ( i X LEt，max LT〇(i) · LTi(i) =0 其中：Ln和Lto分别为冷储能设备的储冷功率和放冷功率，Ln,TQ,max为冷储能设备的最大 储冷功率和最大放冷功率，LEt为冷储能设备的冷储能当前容量，LEt,min为冷储能设备的冷 储能最小容量，LEt, max为冷储能设备的冷储能最大容量，和分别为冷储能设备的储冷 效率因数和放冷效率因数，取为冷储能设备的冷能耗散因数，其中，L TI, TQ, max、LEt, min、LET,max、 nci、nc〇和nc从冷储能设备的产品说明书中获取； (1-5)建立冷-热-电多能流微电网与上级电网的能量交换模型如下： 0. Pbuy ( ? ) ^ Pgridmax O^Psell ( ? ) gridmax Pbuy(i) · Psell(i) =0 其中：Pbuy为冷-热-电多能流微电网从上级电网的购电功率，Psell为冷-热-电多能流微 电网向上级电网的售电功率，Pgridmax为冷-热-电多能流微电网与上级电网之间的能量交换 最大功率； (1-6)建立冷-热-电多能流微电网中能量的平衡模型如下： 电能平衡模型为：其中：Pj为冷-热-电多能流微电网中可再生能源的有功功率，m为冷-热-电多能流微电 网中可再生能源机组的数量，Elclad为冷-热-电多能流微电网的总电能负荷，其余符号含义 同上； 热能平衡模型为： Hiji+H+Heh+Hto 多 Hioad+Hn 其中:Hlciad为冷-热-电多能流微电网的总热能负荷，其余符号含义同上； 冷能平衡模型为： L1c+LeC+Lt〇 ^ Lload+LTI 其中:Llrad为冷-热-电多能流微电网的总冷能负荷，其余符号含义同上； (1-7)建立冷-热-电多能流微电网运行的优化目标函数如下：其中：Cpbuy为冷-热-电多能流微电网从上级电网购电的电价，Cpsell为冷-热-电多能流 微电网向上级电网售电的电价，Cgas为天然气价格，CE。和CEd分别为冷-热-电多能流微电网 中电储能设备的充电费用和放电费用，Ch。和CHd分别为冷-热-电多能流微电网中热储能设 备的储热费用和放热费用，α。和a d分别为冷-热-电多能流微电网中冷储能设备的储冷费 用和放冷费用，Call为冷-热-电多能流微电网中冷热电联供设备的运行补贴，C trans为冷-热-电多能流微电网与上级电网能量交换的容量费用； (2) 建立一个考虑冷-热-电多能流微电网运行的储能容量优化模型如下： min(Seec · EEC+Shec · HEC+Slec · LEC+min(C〇Tx〇+St rans · Ptrans )) 其中：内部最小化模型min(C〇Tx()+Strans · Ptarns)为上述步骤⑴的冷-热-电多能流微电 网运行的优化目标函数，其中的X0表示除了冷-热-电多能流微电网与上级电网交换容量以 外的其他优化变量，包括:冷热电联供耗气量、冷热电联供发电量、冷热电联供产热量、多能 流微电网从上级电网购电量、向上级电网售电量、供热锅炉耗气量、电储能充放功率、热储 能充放功率、冷储能充放功率等，EEC、HEC和LEC分别为冷-热-电多能流微电网的电储能、热 储能和冷储能的容量优化变量，，She。，Si%分别表示冷-热-电多能流微电网的电储能、热 储能、冷储能单位容量的成本； (3) 求解上述步骤(2)的储能容量优化模型，求解过程中将储能容量优化模型分解为两 个阶段： 第一阶段，将EEC、HEC和LEC分别设为定值，而与上级电网的交换容量Ptrans为优化变量， 第一阶段储能容量优化模型的表达式为：求解第二阶段时，交换容量设定值，储能容量为优化变量，第二阶段储能容量优 化模型的表达式：(4)采用迭代方法，对上述步骤(3)中分解为两个阶段的储能容量优化模型进行求解， 过程如下： (4-1)设定冷-热-电多能流微电网的冷热电储能容量初始值为So; (4-2)将上述冷热电储能容量代入上述第一阶段储能容量优化模型，计算得到第一阶 段优化结果，从第一阶段优化结果中获取冷热电多能流微电网与上级电网的交换容量，将 该交换容量记为Pmx; (4-3)将上述步骤(4-1)的冷热电储能容量及步骤(4-2)的交换容量Pmax，代入上述步骤 (1)的冷-热-电多能流微电网运行的优化模型，计算得到冷-热-电多能流微电网运行的优 化模型和储能成本整体效益，将运行和储能成本整体效益记为Qa; (4-4)将上述步骤(4-2)的交换容量Pmax代入上述第二阶段储能容量优化模型，计算得 到第二阶段优化结果，折算到天，将运行和储能成本整体效益记为Qb，从第二阶段优化结果 中获取冷-热-电多能流微的储能容量，将储能容量记为S; (4-5)将上述步骤(4-3)的运行和储能成本整体效益Qa与上述步骤(4-4)的运行和储能 成本整体效益QB进行比较，若|QA-QB|彡δ，δ的取值范围为10- 5-10-7,则迭代结束，并将本次 迭代的储能容量S和交换容量Pmax作为冷-热-电多能流微电网运行的最优储能容量和冷-热-电多能流微网与上级电网的交换容量，本次迭代中的多能流微网运行和储能成本整体 效益Qa或Qb作为冷-热-电多能流微网日运行的最优效益;若I Qa-Qb I >S，则将本次迭代得到 的储能容量S替换原有值，返回步骤(4-2)。
【文档编号】G06Q10/04GK106056246SQ201610371485
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】孙宏斌, 郭庆来, 王彬, 吴帆, 潘昭光
【申请人】清华大学