一种冷热电联供型多微网系统经济优化调度方法与流程

本发明涉及电力系统技术领域，特别是一种考虑微网间电能交互的冷热电联供型多微网系统经济优化调度方法。

背景技术：

使用可再生能源，如风力发电和光伏发电，是减少传统化石燃料发电产生污染问题的有效方法。目前越来越多的国家将可再生能源发电加入到配电网中，来缓解环境污染和能源紧缺的问题。微网中可再生分布式电源可以提高能源系统的效率和稳定性，同时降低电能传输过程中的能量损耗问题。冷热电混合能源(combinedcoolingheatingandpower，cchp)联供系统作为微型能源网的典型代表，能够给微型能源网同时供应冷能、热能、电能，一次能源利用率可以达到90％。冷热电联供型微网中含有大量分布式可再生能源，是目前管理分布式可再生能源的最好自治系统之一。随着微网技术的发展，越来越多的冷热电联供型微网接入同一个配电网区域内，当配电网区域内多个冷热电联供型微网间存在电能交互时，会对微网的运行优化产生影响，具体表现为微网内各个设备的出力情况和整个冷热电联供型多微网系统的运行成本。因此，研究考虑微网间电能交互的冷热电联供型多微网系统的经济优化调度问题十分有必要。

技术实现要素：

发明目的：本发明提供一种考虑微网间电能交互，可减少多微网系统的运行经济成本的冷热电联供型多微网系统经济优化调度方法。

技术方案：本发明所述的一种冷热电联供型多微网系统经济优化调度方法，包括以下步骤：

(1)对冷热电联供型微网中的设备建模；

(2)给出冷热电联供型微网设备间冷、热、电、气四种能源流动关系；

(3)建立多微网间电能交互的冷热电联供型多微网系统经济优化调度模型；

(4)建立多微网系统约束条件；

(5)在matlab中调用cplex对问题进行求解，获得日前调度计划。

步骤(1)所述的设备建模主要包括对燃气轮机、燃气锅炉、余热锅炉、电制冷机、蒸汽换热装置、吸收式制冷机、蓄电池、风力发电和光伏发电装置的建模。

步骤(2)所述的四种能源流动关系主要包括电制冷机通过消耗电能产生冷能，吸收式制冷机将余热锅炉产生的蒸汽转换成冷能；燃气轮机产生蒸汽，由余热锅炉进行收集，一部分通过吸收式制冷机进行制冷，另一部分通过蒸汽热水换热装置供给热负荷；燃气锅炉通过燃烧天然气进行制热；电制冷机消耗电能，风力发电、光伏发电和燃气轮机产生电能；燃气轮机和燃气锅炉消耗天然气。

步骤(3)所述的优化调度模型可通过以下目标函数实现：

其中，fmg为冷热电联供型多微网系统的运行，总费用m为冷热电联供型多微网系统中微网的个数，ffuel,j为第j个微网中的消耗燃气费用，fgrid,j为第j个微网与电网交互电能的费用，fmicrogrid,j为第j个微网与其它微网间交互电能的费用，frm,j为第j个微网中设备的运行维护费用。

所述步骤(4)包括以下步骤：

(41)功率平衡约束条件：

冷功率平衡约束方程：

其中，为吸收式制冷机的制冷功率，为电制冷机的制冷功率，为冷热电联供型微网中冷负荷的需求量；

热功率平衡约束方程：

其中，为燃气锅炉的输出热功率，为蒸汽热水换热装置的制热功率，为冷热电联供型微网中热负荷的需求量；

电功率平衡约束方程：

其中，为燃气轮机的发电功率，为蓄电池的充放电功率，放电为正值，充电为负值，为冷热电联供型微网和主动配电网的逐时电功率交换值，为局部调度层的优化调度结果，为冷热电联供型微网电负荷量，为冷热电联供型微网中电制冷机耗电功率；

(42)设备容量和运行约束条件：

燃气轮机：

燃气锅炉：

余热锅炉：

电制冷机：

换热装置：

吸收式制冷机：

蓄电池：

其中，为余热锅炉的输出功率，为电制冷机的输出功率，为换热装置的输出功率，为吸收式制冷机的输出功率，为储能装置在t时段储存的能量，为t时段储能功率，为蓄电池的充电状态，如果蓄电池在充电，则为1，否则为0，为蓄电池的放电状态，如果蓄电池在放电，则为1，否则为0，为蓄电池的最大充放电功率；

(43)冷热电联供型微网与电网及冷热电联供型微网与其他微网电能交互值约束条件：

冷热电联供型微网与电网交互电功率：

冷热电联供型微网与第i个冷热电联供型微网交互电功率：

其中，为冷热电联供型微网与电网的交互功率，为冷热电联供型微网与其它微网的交互功率。

有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果：1、提高了冷热电联供型多微网系统的综合能效，满足冷热电联供型多微网的冷、热、电负荷需求，没有出现弃风、弃电等浪费能源的情况；2、与微网间没有电能交互的独立运行模式相比，考虑微网间电能交互的冷热电联供型多微网系统的总经济成本相对较低。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明冷热电联供型微网系统设备间能量流动关系结构图；

图3为本发明冷热电联供型多微网中冷负荷数据图；

图4为本发明冷热电联供型多微网中热负荷数据图；

图5为本发明冷热电联供型多微网中冷电负荷数据图；

图6为本发明中冷热电联供型微网cchp日前优化调度电负荷平衡曲线；

图7为本发明中冷热电联供型微网cchp日前优化调度冷负荷平衡曲线；

图8为本发明中冷热电联供型微网cchp日前优化调度热负荷平衡曲线；

图9为本发明中冷电联供型微网ccp日前优化调度电负荷平衡曲线；

图10为本发明中热电联供型微网chp日前优化调度电负荷平衡曲线；

图11为本发明中cchp、chp和ccp微网与电网之间交互电功率曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明提出一种冷热电联供型多微网系统经济优化调度方法，如图1所示，步骤如下：

1、对冷热电联供型微网中设备建模

冷热电联供型微网中的主要设备包括微型燃气轮机、燃气锅炉、余热锅炉、电制冷机、蒸汽换热装置、吸收式制冷机组、蓄电池、风力发电和光伏发电装置。建模过程如下：

(1)建立燃气轮机的数学模型：

其中，ηc为燃气轮机发电效率，β为燃气轮机的负载率，为燃气轮机热回收效率，a、b、c、d为常系数，qgt为燃气轮机排气余热量，pgt为燃气轮机发电功率，ηl为燃气轮机散热损失系数，vgt为运行时间内燃气轮机所消耗的天然气量，lhvng为天然气热值，一般取9.7kwh/m³。

(2)建立燃气锅炉的数学模型：

其中，为燃气锅炉的输出功率，为燃气锅炉的燃气消耗量，ηgb为燃气锅炉的运行效率，δt为单位运行时间段。

(3)建立余热锅炉的数学模型：

其中，为余热锅炉的输出功率，为余热锅炉的输入功率，ηwh为余热锅炉的效率。

(4)建立电制冷机的数学模型：

其中，为电制冷机的输出功率，为电制冷机的输入功率，copec为电制冷机的性能系数。

(5)建立蒸汽热水换热装置的数学模型：

其中，为换热装置的输出功率，为余热锅炉输出热量中用于供应系统热负荷的功率，ηhx为换热装置的效率。

(6)建立吸收式制冷机的数学模型：

其中，为吸收式制冷机的输出功率，为余热锅炉输出热量中用于供应系统冷负荷的功率，copac为吸收式制冷机的性能系数。

(7)建立蓄电池的数学模型：

其中，为储能装置在t时段储存的能量，δt为t时段到t+1时段的时间间隔，为t时段储能功率，为t时段放能功率，μ为储能装置自身向环境散能损失或自损耗的能量系数，η^abs为储能装置的蓄能效率，η^relea为储能装置放能效率。

(8)风力发电和光伏发电按照最大预测发电量进行满发。

2、给出典型冷热电联供型微网设备间冷、热、电、气四种能源流动关系

(1)建立冷能在设备间的能量流动关系：

电制冷机通过消耗电能产生冷能，吸收式制冷机将余热锅炉产生的蒸汽转换成冷能。

(2)建立热能在设备间的能量流动关系：

燃气轮机产生蒸汽，由余热锅炉进行收集，一部分通过吸收式制冷机进行制冷，剩下的通过蒸汽热水换热装置供给热负荷；燃气锅炉通过燃烧天然气进行制热。

(3)建立电能在设备间的能量流动关系：

电制冷机消耗电能，风力发电、光伏发电和燃气轮机产生电能。

(4)建立天然气在设备间的能量流动关系：

燃气轮机和燃气锅炉消耗天然气。

3、建立考虑微网间电能交互的冷热电联供型多微网系统经济优化调度模型优化调度模型可通过以下优化目标函数获得：

其中，fmg为冷热电联供型多微网系统的运行，总费用m为冷热电联供型多微网系统中微网的个数，ffuel,j为第j个微网中的消耗燃气费用，fgrid,j为第j个微网与电网交互电能的费用，fmicrogrid,j为第j个微网与其它微网间交互电能的费用，frm,j为第j个微网中设备的运行维护费用；

其中，cgas为燃气的价格，τ(t)为冷热电联供型微网与电网的交易电价，为冷热电联供型微网与电网的交互功率，λ(t)为冷热电联供型微网与其它微网的交易电价，为冷热电联供型微网与其它微网的交互功率，kmgt为燃气轮机的单位输出功率运行维护费用，kmgb为燃气锅炉的单位输出功率运行维护费用，kmwh为余热锅炉的单位输出功率运行维护费用，kmec为电制冷机的单位输出功率运行维护费用，kmhx为蒸汽热水换热装置的单位输出功率运行维护费用，kmac为吸收式制冷机的单位输出功率运行维护费用，kmbt为蓄电池的单位输出功率运行维护费用，kmwt为风力发电的单位输出功率运行维护费用，kmpv为光伏发电的单位输出功率运行维护费用。

4、建立多微网系统约束条件

(1)功率平衡约束条件：

冷功率平衡约束方程：

其中：为电制冷机的制冷功率，为吸收式制冷机的制冷功率，其来源为余热锅炉收集的燃气轮机废热量，为冷热电联供型微网中冷负荷的需求量；

热功率平衡约束方程：

其中：为燃气锅炉的输出热功率，为蒸汽热水换热装置的制热功率，为冷热电联供型微网中热负荷的需求量；

电功率平衡约束方程：

其中：为燃气轮机的发电功率，为蓄电池的充放电功率，放电为正值，充电为负值，为冷热电联供型微网和主动配电网的逐时电功率交换值，为局部调度层的优化调度结果，为冷热电联供型微网电负荷量，为冷热电联供型微网中电制冷机耗电功率。

(2)设备容量和运行约束条件：

燃气轮机：

燃气锅炉：

余热锅炉：

电制冷机：

换热装置：

吸收式制冷机：

蓄电池：

其中，为余热锅炉的输出功率，为电制冷机的输出功率，为换热装置的输出功率，为吸收式制冷机的输出功率，为储能装置在t时段储存的能量，为t时段储能功率，为蓄电池的充电状态，如果蓄电池在充电，则为1，否则为0；为蓄电池的放电状态，如果蓄电池在放电，则为1，否则为0。

(3)冷热电联供型微网与电网及冷热电联供型微网与其他微网电能交互值约束条件：

冷热电联供型微网与电网交互电功率：

冷热电联供型微网与第i个冷热电联供型微网交互电功率：

5、在matlab中调用cplex对问题进行求解，获得日前调度计划。

典型冷热电联供型微网中各设备间的能量流动关系如图2所示。以天津中新生态城中典型的冷热电联供型微网、冷电联供型微网、热电联供型微网构成的多微网系统为例，如图3所示。图4为算例中冷热电联供型微网、冷电联供型微网、热电联供型微网的冷热电负荷数据和光伏、风电最大预测发电量数据。图5为cchp微网的冷负荷平衡曲线图，图6为cchp微网的热负荷平衡曲线图，图7为cchp微网的电负荷平衡曲线图，图8为ccp微网的电负荷平衡曲线图，图9为chp微网的电负荷平衡曲线图。图10为考虑微网间电能交互的情况下，cchp微网、ccp微网、chp微网与电网间电功率交互值曲线图。由图5至图10可知，优化后的供能方案可以满足冷热电联供型多微网和主动配电网的全部能源需求，系统中未出现有弃光，弃热，弃冷和弃废电的情况出现。

表1为本实施例中使用的冷热电联供型微网从电网购电电价和向其它微网购售电电价。特别的，为保护电力公司的效益，规定电网卖给微网电能的电价要高于从微网购电的电价；同时，由于各个冷热电联供型微网在同一个配电网系统中，设定微网从微网购电的电价低于从电网购电的电价；规定冷热电联供型微网卖电给电网和其他微网的电价相同。

表1

表2为考虑微网间电能交互的协调运行模式和未考虑微网间电能交互的独立运行模式下，冷热电联供型多微网系统的运行经济成本对比表。

表2

从以上表中对比可以得出，考虑微网间电能交互的冷热电联供型多微网系统总运行成本可以降低14.81％。