绝热压缩空气储能系统的参数配置方法及装置与流程

本发明涉及大规模物理储能技术领域，特别涉及一种绝热压缩空气储能系统的参数配置方法及装置。

背景技术：

aa-caes(advancedadiabaticcompressedairenergystorage，先进绝热压缩空气储能)系统是一种摒弃燃料补燃的大规模清洁物理储能技术。aa-caes系统通过压缩热的收集与回馈提高了综合能源利用效率。aa-caes系统利用弃风(光)、低谷电等低品位电能驱动压缩机，通过绝热压缩回收压缩热，解耦存储空气压力势能和压缩热能，再通过膨胀利用压缩热，实现空气压力势能和压缩热能的耦合释能，具有较高的综合效率。换热及储热系统的存在使aa-caes具备热电联供、热电联储等优点，同时良好的扩展能力为其增设外部热源(如光热系统)、提高综合能源效率创造了有利条件。

aa-caes包含压缩机(压力势能和压缩热能解耦生产单元)、膨胀机(压力势能和压缩热能耦合释能单元)、换热器(压缩热能传输收集及回馈单元)、储气室(压力势能存储单元)、储热罐(空气压缩热能存储单元)等组件，各组件容量配置对系统综合能源利用效率较大影响。特别地，作为一种具有多能联供、多能联储特点的能量枢纽，在特定应用场景下，存在对应于最优综合能源利用效率的aa-caes组件容量配置方案，有待解决。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种绝热压缩空气储能系统的参数配置方法，该方法可以提升aa-caes多能互补应用场景的经济性与灵活性，简单可靠，而且工程操作性强。

本发明的另一个目的在于提出一种绝热压缩空气储能系统的参数配置装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种绝热压缩空气储能系统的参数配置方法，包括以下步骤：建立基于混合整数线性规划的aa-caes变效率运行模型；求解碳排及成本双目标pareto前沿；通过nash协商将双目标参数配置模型转化为单目标模型；基于黄金分割法求解所述单目标模型的nash协商解。

本发明实施例的绝热压缩空气储能系统的参数配置方法，可以采用nash协商思路将成本最小和碳排最小双目标优化问题转化为单目标优化问题，并采用黄金分割法求解成本和碳排间的nash协商解，从而提供一种具有nash协商意义的先进绝热压缩空气储能系统组件容量配置方法，进而提升aa-caes多能互补应用场景的经济性与灵活性。

另外，根据本发明上述实施例的绝热压缩空气储能系统的参数配置方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述求解碳排及成本双目标pareto前沿，进一步包括：

将运行成本描述为：

其中，ai,bi分别为成本系数及出力，分别为上级电网分时电价与从上级电网的购电量，cj为热电联产机组运行成本系数。

将碳排用下式表示：

其中，αi,βi分别为碳排系数，γj为热电联产机组碳排系数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述通过nash协商将双目标参数配置模型转化为单目标模型，进一步包括：

基于合作博弈思想，将节能减排优化调度模型转为nash协商问题，并采用二阶锥松弛规划方法进行求解，其中，基于合作博弈的nash协商问题为：

其中，分别为运行成本最大值与碳排最大值，xp为多能源网络节能减排优化调度pareto前沿对应的决策变量集合。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述基于黄金分割法求解所述单目标模型的nash协商解，进一步包括：

令并定义：

通过黄金分割法求解所述nash协商解。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据充放不能同时进行、充放电功率约束、充放热功率约束、储电水平连续性、储热水平连续性、储能容量限制、储电与储热交互特性、内部功率平衡关系中的一项或多项建立所述aa-caes变效率运行模型。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种绝热压缩空气储能系统的参数配置装置，包括：建立模块，用于建立基于混合整数线性规划的aa-caes变效率运行模型；计算模块，用于求解碳排及成本双目标pareto前沿；转化模块，用于通过nash协商将双目标参数配置模型转化为单目标模型；配置模块，用于基于黄金分割法求解所述单目标模型的nash协商解。

本发明实施例的绝热压缩空气储能系统的参数配置装置，可以采用nash协商思路将成本最小和碳排最小双目标优化问题转化为单目标优化问题，并采用黄金分割法求解成本和碳排间的nash协商解，从而提供一种具有nash协商意义的先进绝热压缩空气储能系统组件容量配置装置，进而提升aa-caes多能互补应用场景的经济性与灵活性。

另外，根据本发明上述实施例的绝热压缩空气储能系统的参数配置装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述计算模块，进一步包括：

运行成本描述为：

其中，ai,bi分别为成本系数及出力，分别为上级电网分时电价与从上级电网的购电量，cj为热电联产机组运行成本系数。

将碳排用下式表示：

其中，αi,βi分别为碳排系数，γj为热电联产机组碳排系数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述转化模块，进一步包括：

基于合作博弈思想，将节能减排优化调度模型转为nash协商问题，并采用二阶锥松弛规划方法进行求解，其中，基于合作博弈的nash协商问题为：

其中，分别为运行成本最大值与碳排最大值，xp为多能源网络节能减排优化调度pareto前沿对应的决策变量集合。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述配置模块，进一步包括：

令并定义：

通过黄金分割法求解所述nash协商解。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据充放不能同时进行、充放电功率约束、充放热功率约束、储电水平连续性、储热水平连续性、储能容量限制、储电与储热交互特性、内部功率平衡关系中的一项或多项建立所述aa-caes变效率运行模型。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的绝热压缩空气储能系统的参数配置方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的绝热压缩空气储能系统的参数配置方法的实施框图示意图；

图3为根据本发明实施例的绝热压缩空气储能系统的参数配置装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的绝热压缩空气储能系统的参数配置方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的绝热压缩空气储能系统的参数配置方法。

图1是本发明实施例的绝热压缩空气储能系统的参数配置方法的流程图。

如图1所示，该绝热压缩空气储能系统的参数配置方法包括以下步骤：

在步骤s101中，建立基于混合整数线性规划的aa-caes变效率运行模型。

可以理解的是，本发明实施例首先建立基于混合整数线性规划的aa-caes变效率运行模型。

(充放不能同时进行)，

(充放电功率约束)，

(充放热功率约束)，

(储电水平连续性)，

(储热水平连续性)，

(储能容量限制)，

(储电与储热交互特性)，

(内部功率平衡关系)，

在步骤s102中，求解碳排及成本双目标pareto前沿。

进一步地，在本发明的一个实施例中，求解碳排及成本双目标pareto前沿，进一步包括：

将运行成本描述为：

其中，ai,bi分别为成本系数及出力，分别为上级电网分时电价与从上级电网的购电量，cj为热电联产机组运行成本系数。

将碳排用下式表示：

其中，αi,βi分别为碳排系数，γj为热电联产机组碳排系数。

可以理解的是，运行成本可以描述为：

其中，第一项为运行成本，ai,bi分别为成本系数及出力，第二项为从电网购电成本，为上级电网分时电价与从上级电网的购电量，第三项为热电联产机组运行成本，cj为热电联产机组运行成本系数。

碳排可以通过下式表示：

其中，第一项为碳排量，αi,βi分别碳排系数，第二项为热电联产机组碳排量，γj为热电联产机组碳排系数。

在步骤s103中，通过nash协商将双目标参数配置模型转化为单目标模型。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过nash协商将双目标参数配置模型转化为单目标模型，进一步包括：

基于合作博弈思想，将节能减排优化调度模型转为nash协商问题，并采用二阶锥松弛规划方法进行求解，其中，基于合作博弈的nash协商问题为：

其中，分别为运行成本最大值与碳排最大值，xp为多能源网络节能减排优化调度pareto前沿对应的决策变量集合。

可以理解的是，本发明实施例利用基于合作博弈思想，将节能减排优化调度模型转为nash协商问题，并采用二阶锥松弛规划方法进行求解。基于合作博弈的nash协商问题为：

其中，分别为运行成本最大值与碳排最大值，xp为多能源网络节能减排优化调度pareto前沿对应的决策变量集合。

在步骤s104中，基于黄金分割法求解单目标模型的nash协商解。

进一步地，在本发明的一个实施例中，基于黄金分割法求解单目标模型的nash协商解，进一步包括：

令并定义：

通过黄金分割法求解nash协商解。

可以理解的是，本发明实施例在基于黄金分割法求解单目标模型的nash协商解时可以通过下式：

令来求解，并定义

f(x,λ)＝λfc(x)+(1-λ)fe(x)

黄金分割法求解nash协商解包括以下步骤：

首先，输入fc(x),fe(x),fb(x),ε＝10^-4,φ＝0.618，

初始化λa＝0,λb＝1,λ1＝φλa+(1-φ)λb,λ2＝(1-φ)λa+φλb，

其次，计算x1,x2：f1＝-fb(x1),f2＝-fb(x2)，

按照下面的规则重复上述步骤：

若f1<f2，令λb＝λ2,λ2＝λ1,f2＝f1,λ1＝φλa+φλb，

则计算x1＝argmin-fb(x1)，

若f1>f2，令λa＝λ1,λ1＝λ2,f1＝f2,λ2＝(1-φ)λa+φλb，

则计算x2＝argmin-fb(x2)，

最后，直至(λb-λa)≤ε，

输出x＝0.5(x1+x2)，λ^*＝0.5(λ1+λ2)，f(x,λ^*)。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据充放不能同时进行、充放电功率约束、充放热功率约束、储电水平连续性、储热水平连续性、储能容量限制、储电与储热交互特性、内部功率平衡关系中的一项或多项建立aa-caes变效率运行模型。

可以理解的是，本发明实施例根据充放不能同时进行、充放电功率约束、充放热功率约束、储电水平连续性、储热水平连续性、储能容量限制、储电与储热交互特性、内部功率平衡关系中的一项或多项建立的aa-caes变效率运行模型可以如图2所示，从而提升aa-caes多能互补应用场景的经济性与灵活性，简单可靠，而且工程操作性强。

根据本发明实施例提出的绝热压缩空气储能系统的参数配置方法，可以采用nash协商思路将成本最小和碳排最小双目标优化问题转化为单目标优化问题，并采用黄金分割法求解成本和碳排间的nash协商解，实现压缩机、膨胀机、储热系统、储气室及外部光热等辅助热源的nash协商意义下的最优容量配置，并且为面向热电联供应用的aa-caes提供了一种切实的组件容量配置方法，进而提升aa-caes多能互补应用场景的经济性与灵活性，简单可靠、工程操作性强。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的绝热压缩空气储能系统的参数配置装置。

图3是本发明实施例的绝热压缩空气储能系统的参数配置装置的结构示意图。

如图3所示，该绝热压缩空气储能系统的参数配置装置10包括：建立模块100、计算模块200、转化模块300和配置模块400。

其中，建立模块100用于建立基于混合整数线性规划的aa-caes变效率运行模型。计算模块200用于求解碳排及成本双目标pareto前沿。转化模块300用于通过nash协商将双目标参数配置模型转化为单目标模型。配置模块400用于基于黄金分割法求解单目标模型的nash协商解。本发明实施例的装置10可以通过nash协商将双目标参数配置模型转化为单目标模型，并且基于黄金分割法求解单目标模型的nash协商解，从而提供一种具有nash协商意义的先进绝热压缩空气储能系统组件容量配置装置，进而提升aa-caes多能互补应用场景的经济性与灵活性，简单可靠，而且工程操作性强。

进一步地，在本发明的一个实施例中，计算模块200，进一步包括：

运行成本描述为：

其中，ai,bi分别为成本系数及出力，分别为上级电网分时电价与从上级电网的购电量，cj为热电联产机组运行成本系数。

将碳排用下式表示：

其中，αi,βi分别为碳排系数，γj为热电联产机组碳排系数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，转化模块300，进一步包括：

基于合作博弈思想，将节能减排优化调度模型转为nash协商问题，并采用二阶锥松弛规划方法进行求解，其中，基于合作博弈的nash协商问题为：

其中，分别为运行成本最大值与碳排最大值，xp为多能源网络节能减排优化调度pareto前沿对应的决策变量集合。

进一步地，在本发明的一个实施例中，配置模块400，进一步包括：

令并定义：

通过黄金分割法求解nash协商解。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据充放不能同时进行、充放电功率约束、充放热功率约束、储电水平连续性、储热水平连续性、储能容量限制、储电与储热交互特性、内部功率平衡关系中的一项或多项建立aa-caes变效率运行模型。

需要说明的是，前述对绝热压缩空气储能系统的参数配置方法实施例的解释说明也适用于该实施例的绝热压缩空气储能系统的参数配置装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的绝热压缩空气储能系统的参数配置装置，可以采用nash协商思路将成本最小和碳排最小双目标优化问题转化为单目标优化问题，并采用黄金分割法求解成本和碳排间的nash协商解，实现压缩机、膨胀机、储热系统、储气室及外部光热等辅助热源的nash协商意义下的最优容量配置，并且为面向热电联供应用的aa-caes提供了一种切实的组件容量配置装置，进而提升aa-caes多能互补应用场景的经济性与灵活性，简单可靠、工程操作性强。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。