一种基于微电网的工厂设备自动趋向优化的方法与流程

本发明涉及综合能源及电力需求响应相关技术领域，尤其是指一种基于微电网的工厂设备自动趋向优化的方法。

背景技术：

综合能源系统(integratedenergysystem，ies)是下一代智能的能源系统，使得能源系统的能量生产、传输、存储和使用有了系统化、集成化和精细化的运行和管理。综合能源系统是能源互联网的重要物理载体，是实现多能源互补、能量梯级利用等技术的关键。工业园区是以工业负荷为主的复杂能源系统，包含多种产能/用能设备，对供电可靠性要求高，但普遍存在能源利用率低、能源结构不合理、峰谷电力差额大、环境污染等问题。从我国各行业的能源消耗情况看，工业耗能在我国能源消耗中占有主导地位，占到全社会总能耗的70％左右，因此有必要对工厂进行用能优化管理，提升工厂的经济效益和能源利用率。

技术实现要素：

本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种提高经济效益和能源利用率的基于微电网的工厂设备自动趋向优化的方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于微电网的工厂设备自动趋向优化的方法，工厂设备以运行维护成本、购电成本、燃料成本以及储能折旧成本构成的年运行费用最小为优化目标，考虑冷热电平衡约束、设备运行约束和储能设备约束，对微电网进行优化调度，实现工厂的自动趋向优化，其计算方法如下：

mincatc＝com+ces+cbw+cf。

本方法在冷热电平衡约束和多种设备约束的条件下，以用户的年运行费用最小为目标，构建考虑微电网经济优化调度模型，实现工厂的自趋优调度。本方法考虑了冷热电多能耦合，实现了多种能源协同互补，引导用户制定合理的用能方案，提高了用户侧的用能效率，减少用户的用能成本，从而提高经济效益和能源利用率。

作为优选，所述的工厂设备包括燃气轮机、燃气锅炉、光伏机组、吸收式制冷机、热泵、户用空调、蓄热装置、电池储能和冰蓄冷空调系统；所述运行维护成本的计算方法如下：

其中：t为时段数，t为单位时段长度，ξomi为设备i单位输出功率的运行维护费用；表示第i个设备在时段t的输出功率。

作为优选，所述购电成本的计算方法如下：

其中：和分别为时段t的购电价格和购电功率；和分别为时段t的售电价格和售电功率。

作为优选，所述燃料成本的计算方法如下：

其中：和分别为时段t第i个燃气轮机和第i个燃气锅炉的燃气消耗率；为气价。

作为优选，所述储能折旧成本指的是：随着放电深度的加深，电池储能的充放电可循环次数降低，但循环充放电总量基本不变，如果电池储能在全寿命周期内的充放电总量恒定，得到电池储能累计放电1kwh的折旧成本如下：

其中：cbat.rep为储能的更换成本，qlifetime为储能单体全寿命输出总量；

则储能的折旧成本为：

其中：为第i个电池储能在时段t的放电功率。

作为优选，所述的冷热电平衡约束包括电功率平衡约束、热功率平衡约束和冷功率平衡约束；所述的电功率平衡约束包括交流母线总负荷约束、交直流转换器效率约束、直流母线总负荷约束和联络线约束与购售电状态约束，具体约束条件如下：

(a)交流母线总负荷约束：

其中：为第i个燃气轮机在时段t输出的电功率；为第i个光伏机组在时段t输出的电功率；为时段t的交流负荷；为交直流转化器的电功率；为户用空调总的电功率；为时段t第i个冰蓄冷空调系统总的电功率；为第i个热泵在时段t内消耗的电功率；

(b)交直流转换器效率约束：

其中：为时段t的直流母线总负荷；ηa/d为交流到直流的转换效率；ηd/a为直流到交流的转换效率；

(c)直流母线总负荷约束：

其中：为时段t的直流负荷；和为第i个电池储能在时段t的充电功率与放电功率；

(d)联络线约束与购售电状态约束：

其中：和分别为向电网购电和售电的功率上限；和分别为时段t处于购电和售电的0-1状态变量，取1表示购电，取1表示售电，同时限定了不能同时购售电。

作为优选，所述热功率平衡约束的约束条件如下：

其中：为燃气轮机余热锅炉输出的热功率；为第i个燃气锅炉在时段t输出的热功率；为第i个热泵在时段t内的热功率；为第i个户用空调在时段t内的热功率；和为第i个蓄热装置在时段t的蓄热功率和供热功率；和分别为工厂设备的空间热负荷和热水负荷。

作为优选，所述冷功率平衡约束的约束条件如下：

其中：为第i个吸收式制冷机在时段t内的供冷功率；为第i个户用空调在时段t内的制冷功率；为时段t第i个冰蓄冷空调系统的制冷功率；为冷负荷。

作为优选，所述设备运行约束的约束条件如下：

其中：和分别表示设备i在时段t的输入输出功率；和分别表示设备i在时段t输出功率上下限；和分别表示设备i在时段t输入功率上下限。

作为优选，所述储能设备约束需要满足储能状态约束与充放能功率约束，为了保证调度的连续性，调度周期前后，储能设备的储能量应保持一致；所述储能设备约束的约束条件如下：

sl.i＝st.i

其中：和分别表示储能设备的最大和最小的储存容量；sl.i和st.i为储能的初始容量和调度周期结束时的容量；和分别表示储能设备的最大充电和放电功率；和分别表示储能设备在时段t处于充能和放能的0-1状态变量，取1表示充能，取1表示放能，保证设备不能同时充放能。

本发明的有益效果是：实现了多种能源协同互补，引导用户制定合理的用能方案，提高了用户侧的用能效率，减少用户的用能成本，从而提高经济效益和能源利用率。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。

一种基于微电网的工厂设备自动趋向优化的方法，工厂设备以运行维护成本、购电成本、燃料成本以及储能折旧成本构成的年运行费用最小为优化目标，考虑冷热电平衡约束、设备运行约束和储能设备约束，对微电网进行优化调度，实现工厂的自动趋向优化，其计算方法如下：

mincatc＝com+ces+cbw+cf。

其中：工厂设备包括燃气轮机、燃气锅炉、光伏机组、吸收式制冷机、热泵、户用空调、蓄热装置、电池储能和冰蓄冷空调系统。

1)运行维护成本的计算方法如下：

其中：t为时段数，t为单位时段长度，ξom.i为设备i单位输出功率的运行维护费用；表示第i个设备在时段t的输出功率。

2)购电成本的计算方法如下：

其中：和分别为时段t的购电价格和购电功率；和分别为时段t的售电价格和售电功率。

3)燃料成本的计算方法如下：

其中：和分别为时段t第i个燃气轮机和第i个燃气锅炉的燃气消耗率；为气价。

4)储能折旧成本：

储能折旧成本指的是：随着放电深度的加深，电池储能的充放电可循环次数降低，但循环充放电总量基本不变，如果电池储能在全寿命周期内的充放电总量恒定，得到电池储能累计放电1kwh的折旧成本如下：

其中：cbat.rep为储能的更换成本，qlifetime为储能单体全寿命输出总量；

则储能的折旧成本为：

其中：为第i个电池储能在时段t的放电功率。

此外，冷热电平衡约束包括电功率平衡约束、热功率平衡约束和冷功率平衡约束；电功率平衡约束包括交流母线总负荷约束、交直流转换器效率约束、直流母线总负荷约束和联络线约束与购售电状态约束。

(1)电功率平衡约束的具体约束条件如下：

(a)交流母线总负荷约束：

其中：为第i个燃气轮机在时段t输出的电功率；为第i个光伏机组在时段t输出的电功率；为时段t的交流负荷；为交直流转化器的电功率；为户用空调总的电功率；为时段t第i个冰蓄冷空调系统总的电功率；为第i个热泵在时段t内消耗的电功率；(b)交直流转换器效率约束：

其中：为时段t的直流母线总负荷；ηa/d为交流到直流的转换效率；ηd/a为直流到交流的转换效率；

(c)直流母线总负荷约束：

其中：为时段t的直流负荷；和为第i个电池储能在时段t的充电功率与放电功率；

(d)联络线约束与购售电状态约束：

其中：和分别为向电网购电和售电的功率上限；和分别为时段t处于购电和售电的0-1状态变量，取1表示购电，取1表示售电，同时限定了不能同时购售电。

(2)热功率平衡约束的约束条件如下：

其中：为燃气轮机余热锅炉输出的热功率；为第i个燃气锅炉在时段t输出的热功率；为第i个热泵在时段t内的热功率；为第i个户用空调在时段t内的热功率；和为第i个蓄热装置在时段t的蓄热功率和供热功率；和分别为工厂设备的空间热负荷和热水负荷。(3)冷功率平衡约束的约束条件如下：

其中：为第i个吸收式制冷机在时段t内的供冷功率；为第i个户用空调在时段t内的制冷功率；为时段t第i个冰蓄冷空调系统的制冷功率；为冷负荷。

(4)设备运行约束的约束条件如下：

其中：和分别表示设备i在时段t的输入输出功率；和分别表示设备i在时段t输出功率上下限；和分别表示设备i在时段t输入功率上下限。

(5)储能设备约束：

储能设备约束需要满足储能状态约束与充放能功率约束，为了保证调度的连续性，调度周期前后，储能设备的储能量应保持一致；所述储能设备约束的约束条件如下：

sl.i＝st.i

其中：和分别表示储能设备的最大和最小的储存容量；sl.i和st.i为储能的初始容量和调度周期结束时的容量；和分别表示储能设备的最大充电和放电功率；和分别表示储能设备在时段t处于充能和放能的0-1状态变量，取1表示充能，取1表示放能，保证设备不能同时充放能。

本方法在冷热电平衡约束和多种设备约束的条件下，以用户的年运行费用最小为目标，构建考虑微电网经济优化调度模型，实现工厂的自趋优调度。本方法考虑了冷热电多能耦合，实现了多种能源协同互补，引导用户制定合理的用能方案，提高了用户侧的用能效率，减少用户的用能成本，从而提高经济效益和能源利用率。