一种多种能源互补利用系统的优化运行方法与流程

本发明属于智能电网领域，特别是一种多种能源互补利用系统。

背景技术：

多种能源互补利用系统是在传统的配电网上接入一定规模的风力、光伏发电等可再生能源、储能设备和燃气轮机等，引导用户设备参与系统的节能、环保和经济运行，以弥补集中发输电的不足，保障电网的运行安全和最大限度地利用多种能源资源，达到更高能源综合利用效率的一种新型供能模式，其主要形式是冷热电联供系统。

冷热电联供系统具有适应性和可靠性较好等特点，针对动态冷热电负荷，为了使冷热电联供系统能对冷、热和电之间进行有效的分配，不仅与设备自身的特性相关，也与设备容量、运行方式和组织形式相关。通过对冷热电联供系统的机组形式、设备数量、设备容量选择和吸收式制冷机和压缩式电制冷机的优化组合方式，实现冷热电联供系统的经济性、高效性、环保性等优势，提高系统的竞争力。

随着多种能源互补利用系统发展日益成熟，用户对于系统的优化运行也有着越来越高的要求。系统运行时消耗的能源量、排放的二氧化碳、对环境的污染等等均是优化需要考虑的问题，因此，对于系统运行的优化策略不应该仅仅着眼于经济效益，还要考虑到环境效益和节能效益。所以本发明专利基于考虑经济效益、环境效益和能源效益，提出了一种环境友好型的多能互补利用系统的优化运行方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服原有技术的不足，提出一种设计合理、易于实现的多能互补利用系统优化运行的方法，建立包含光伏、冷热电联供和蓄电池在内的多种能源互补利用系统的模型，解决优化运行的问题。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种多种能源互补利用系统的优化运行方法，包括以下步骤：

步骤一、在多种能源互补利用系统中设置冷热电联供场景，考虑分布式电源，对场景中冷热电联供设备、蓄电池和光伏电源进行数学建模；

步骤二、分析在多种能源互补利用系统优化运行的优化目标，建立冷热电综合能源利用系统优化运行的环境友好型的多目标优化函数，并对其优化处理；

步骤三、确定多种能源互补利用系统优化运行的约束条件，并将约束条件进行处理

后对冷热电综合能源利用系统进行运行优化。

2、所述步骤1中选取的设备包括：燃气轮机、蓄电池、光伏电池、吸收式制冷机、压缩式电制冷机、蓄热槽。

3、所述蓄电池采用kibam模型进行数学建模，其蓄电池剩余容量的数学模型表达式为：

4、所述设备中蓄热槽采用kibam模型进行数学建模。

5、所述连供设备中吸收式制冷机组、压缩式电制冷机、燃气锅炉等均采用输入与能效比的成绩等于输出的数学模型。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：本发明结合冷热电负荷需求与分布式能源需求的特点，根据适应度信息求解问题的最优解，并且使用适合复杂、非线性和强稱合综合能源运行系统的粒子群优化算法。建立简化的设备模型，集合系统运行的实际情况，综合经济。环境和节能因素，选取适合的优化目标函数，并且考虑到系统运行的所有约束条件，完成规划算法。整个优化算法具有计算速度快，可适用于多种电力系统、实用性强切能够保证综合能源系统优化运行的成功实现等优点，快速实现综合能源利用系统的协同整体最优。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为多种能源互补利用系统优化步骤图

图2为多种能源互补系统运行能流示意图

图1中，1包括建立设备模型，确立优化目标；2包括确立系统运行优化目标；3包括考虑约束条件，并编制优化算法，输入原始数据，并得到优化结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

一种多种能源互补利用系统的优化运行方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、在多能互补利用系统中设置冷热电联供场景，考虑分布式电源，对场景中冷热电联供设备、蓄电池和光伏电源进行数学建模；

步骤2、分析多能互补利用系统优化运行的优化目标，建立冷热电综合能源利用系统优化运行的多目标优化函数，并对其优化处理；

步骤3、确定多能互补利用系统优化运行的约束条件，并将约束条件进行处理后对

冷热电综合能源利用系统进行运行优化。

进一步，所述步骤1中选取的设备包括燃气轮机、蓄电池、光伏电池、吸收式制冷机、压缩式电制冷机、蓄热槽。

进一步，所述步骤2中选取的目标包括经济效益、环境效益和节能效益。所述的综合能源利用系统的各优化目标的评价指标分别为：

①经济效益f1的评价指标为包括设备初始投资费用、系统运行维护费用、燃料费用和电网交互的功率费用在内的各种费用之和；

minf1＝cinf+cfuel+com+cgrid

式中，cinf设备初始投资年等值成本；cfuel为系统燃料费用；com为系统设备运行费用；cgrid为微电网与电网变换的功率费用。

cinf＝r·(pcap,gt·cgt+pcap,tst·ctst+pcap,gb·cgb+qcap,ac·cac+

qcap,ec·cec+pcap,pv·cpv+pcap,bt·cbt)

式中cgt为燃气轮机的投资单位容量成本；ctst为蓄热槽单位容量成本；cgb为燃气轮机的单位容量成本；cac为吸收式制冷剂的单位容量成本；cec为电制冷机单位容量成本；cpv为光伏电池单位容量成本；cbt为蓄电池单位容量成本；下标cap表示设备额定容量；r表示资金年回收率；n为设备使用年限；r为折现率，其值为加权平均资本成本，用于测算投资方案的净现值和净现值系数，进行投资决策。

系统燃料费用包括燃气轮机燃料费用和燃气锅炉燃料费用；

系统运行维护费用包括主要设备的维护费用；

系统与大电网交互费用；

式中，m表示第几个典型日；t表示系统在典型日运行小时数；dj表示典型日运行天数；kom,i系统设备运行维护费用；γ值为0或1，当γ＝0时，表示微电网不向主网收取售电功率费用，当γ＝1时，表示微电网通过售电给主网获得收益，cph,cse分别为微电网购售电费用；pex,j(t)大于0时表示微网从电网购电，小于0则表示微网向电网输出电。

②环境效益f2将碳排放量作为环境性能评价指标，设立排放量最小目标函数。

③节能效益f3的评价指标为一次能源的消耗

进一步，所述步骤3的约束条件包括电能平衡等式约束、热能平衡不等式约束、燃气轮机出力约束、与主网交互功率约束、燃气锅炉处理约束、蓄热槽运行约束和蓄电池约束条件。

(1)电能平衡等式约束

电能平衡主要由燃气轮机、蓄电池、光伏电池和电网满足电负荷和驱动电制冷机，蓄电池的有充放电两种模式，因此电能平衡方程如下：

蓄电池放电：

蓄电池充电：

(2)热能平衡不等式约束

热能平衡主要由燃气轮机回收的余热、蓄热槽燃气锅炉满足热负荷和驱动吸收式制冷机，蓄热槽有充放热两种模式，因此热能平衡方程如下：、

蓄热槽放热：

蓄热槽蓄热：

(3)冷能平衡等式约束

冷能平衡主要由吸收制冷机和电制冷机满足冷负荷的需求，其平衡式如下：

qac,j(t)+qec,j(t)＝qc,j(t)

(4)燃气轮机出力约束:

式中，δj(t)为燃气轮机j个典型日在t时段的状态变量，二进制变量1和0分别表示机组运行状态和停止状态；和分别表示机组出力下限和上限。机组爬坡约束主要分机组启停爬坡约束和连续运行爬坡约束两类，和分别表示机组在连续运行时的最大增功率出力和最大降功率出力；和分别表示机组启动增功率出力和停机降功率出力。和分别表示机组在是时段前连续运行时间和连续停机时间；和分别表示机组的最小连续运行时间和最小连续停机时间。

(5)与主网交互功率约束

(6)燃气锅炉出力约束

(7)蓄热槽运行约束

式中，和是蓄热槽的蓄热约束，和是蓄热槽的放热约束。

蓄热槽运行规则：蓄热槽在回收的热量能满足热能需求时，可将多余的热能储存起来，当热能不能满足负荷需求时，蓄热槽放热，不足部分由燃气锅炉补充热能。

(8)蓄电池约束条件

蓄电池是微电网中重要的设备，能平抑可再生能源的波动和提高能源利用效率，起到削峰填谷的作用，增强微电网的经济效益。在实际中蓄电池放电深度会影响蓄电池的使用寿命；因此，蓄电池存在有最小容量有必要对蓄电池的充放电行为进行约束。本文中对蓄电池的充放电效率都设为1。

最后在分析在多种能源互补利用系统优化运行的优化目标，确定多能互补利用系统优化运行的约束条件，并将约束条件进行处理之后，再对冷热电综合能源利用系统进行运行优化。