一种能源枢纽互联系统及其运行控制方法与流程

本发明属于合能源系统多能互补平衡领域，尤其涉及一种能源枢纽互联系统及其运行控制方法。

背景技术：

1、当前，我国正加快构建以新能源为主体的新型电力系统，大力发展新能源，在新能源安全可靠的替代基础上，逐步退出传统能源，加快电力脱碳，推动能源清洁转型。此外，电力与其他诸如天然气、热能等能源的耦合关系不断加强、能源转化互动愈加复杂，都对综合能源系统的治理和运行模式提出了新的挑战。能源枢纽是一种典型的综合能源系统设备，其内部集成了多种能量传输、能量转换设备，并提供了多输入输出端口，从而可以输入电力、天然气等能量来源，输出并满足电功率、热功率等实际的功率需求。然而，单一能源枢纽的运行模式较为单一，能量转化能力不够灵活，较难满足日益复杂的能源需求。相比于单一的能源枢纽，能源枢纽的互联可以提升整体的能源供给效率和能量平衡能力，然而，传统的互联方式主要是通过对分布式新能源、电网、气网等能源接口进行互联，难以主动控制能量的实时转移，对于系统运行灵活性的提升较为有限。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术中存在的缺点和不足，提供一种能源枢纽互联系统及其运行控制方法，以解决综合能源系统的多能互补平衡问题，具体技术方案如下：

2、所述能源枢纽互联系统，包括：若干能源枢纽和分别与所述能源枢纽相连的多端口软开关装置，每个能源枢纽均与电网、气网相连，所述多端口软开关装置与各能源枢纽电连接；多端口软开关装置包括：换流器与一个含有直流端口和交流端口的公共直流电容器，换流器的交流端口与能源枢纽的电网端口相连，换流器的直流端口与公共直流电容器连接。

3、所述能源枢纽互联系统的进一步设计在于，所述能源枢纽内设有燃气锅炉、电锅炉、电储能装置以及热电联产装置，所述电储能装置、热电联产装置以及电锅炉与电网电连接；热电联产装置与燃气锅炉接入天然气并与电锅炉一同输出热能。

4、本发明还提供了一种基于所述能源枢纽互联系统的能源枢纽互联系统运行控制方法，所述方法具体包括如下步骤：

5、首先以最小的系统运行成本为目标，构建基于综合能源系统运行约束与目标函数的优化模型；

6、再求解所述优化模型，得到最优的多端口软开关装置的运行结果；

7、最后根据所述运行结果控制各能源枢纽运行。

8、所述能源枢纽互联系统运行控制方法的进一步设计在于，所述综合能源系统运行约束包括：能源枢纽的运行约束、多端口软开关装置的转移功率运行约束以及互联枢纽的电热功率平衡约束。

9、所述能源枢纽互联系统运行控制方法的进一步设计在于，所述能源枢纽的运行约束包括：

10、

11、

12、

13、

14、

15、

16、

17、

18、

19、

20、

21、式(1)-(11)中，为热电联产装置的电功率输出，为热功率输出，为热电联产装置的电功率输出上限，为热功率输出上限，为爬坡约束的功率上限，为电锅炉的热输出功率，为电锅炉的热输出功率上限，为气锅炉的热输出功率，为气锅炉的热输出功率上限；为电储能装置的能源状态，为电储能装置充电、放电功率，为电储能装置充电和放电的损耗系数，δt为时间间隔，为电储能装置净放电功率，分别为电储能装置能量的上、下限，为电储能装置充电和放电功率的上、下限，为0或1的变量用于限制每次只能单独充电或单独放电，为多端口软开关的转移功率，为电网的输入功率上限，hgas为气热转换效率，和为热电联产装置的气转电和气转热效率，ηifur为燃气锅炉的转换效率，为天然气注入量的上限；

22、所述互联枢纽的电热功率平衡约束包括：

23、

24、

25、式(12)、(13)中，和是电热功率需求量，是输入端口的电功率，是电锅炉的转移效率系数；

26、所述多端口软开关的转移功率运行约束包括：

27、

28、

29、

30、所述能源枢纽互联系统运行控制方法的进一步设计在于，所述目标函数为：

31、

32、其中ccur、ce、cg分别为光伏弃光量、电能购买、气能购买的成本系数，和为最大的光伏出力和实际的光伏出力，和为从电网和气网中输入的电功率大小和天然气量。

33、所述能源枢纽互联系统运行控制方法的进一步设计在于，根据式(18)构建优化模型，

34、obj:(17)

35、s.t.(1)-(16)(18)式(18)中，obj表示优化模型的目标函数，s.t.()表示优化模型的约束条件。

36、所述能源枢纽互联系统运行控制方法的进一步设计在于，根据所述运行结果控制各能源枢纽运行具体为：由工控机统一向各端口发布交流功率信号，控制信号为负功率的换流器将相应的交流功率大小整流为直流，并通过直流端口传输至公共直流电容器；接着公共直流电容器控制汇总直流并传输至控制数据为正功率的换流器端口，实现各换流器的功率转移。

37、本发明还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器储存有在所述处理器上运行的程序，所述处理器运行所述程序时执行所述能源枢纽互联系统运行控制方法。

38、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行所述能源枢纽互联系统运行控制方法。

39、本发明的有益效果为：

40、本发明提出的能源枢纽互联系统及其运行控制方法，能够结合实际需求，基于软开关的实时电功率转移能力，灵活调整各能源枢纽间的功率转移和分布，有利于平衡各能源枢纽间的电能分布和补偿，进而降低系统整体的运行成本。

技术特征：

1.一种能源枢纽互联系统，其特征在于，包括：若干能源枢纽和分别与所述能源枢纽相连的多端口软开关装置，每个能源枢纽均与电网、气网相连，所述多端口软开关装置与各能源枢纽电连接；多端口软开关装置包括：换流器与一个含有直流端口和交流端口的公共直流电容器，换流器的交流端口与能源枢纽的电网端口相连，换流器的直流端口与公共直流电容器连接。

2.根据权利要求1所述的能源枢纽互联系统，其特征在于，所述能源枢纽内设有燃气锅炉、电锅炉、电储能装置以及热电联产装置，所述电储能装置、热电联产装置以及电锅炉与电网电连接；热电联产装置与燃气锅炉接入天然气并与电锅炉一同输出热能。

3.基于权利要求1-2任一项所述的能源枢纽互联系统的能源枢纽互联系统运行控制方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的能源枢纽互联系统运行控制方法，其特征在于，所述综合能源系统运行约束包括：能源枢纽的运行约束、多端口软开关装置的转移功率运行约束以及互联枢纽的电热功率平衡约束。

5.根据权利要求4所述的能源枢纽互联系统运行控制方法，其特征在于，所述能源枢纽的运行约束包括：

6.根据权利要求5所述的能源枢纽互联系统运行控制方法，其特征在于，所述目标函数为：

7.根据权利要求6所述的能源枢纽互联系统运行控制方法，其特征在于，根据式(18)构建优化模型，

8.根据权利要求3所述的能源枢纽互联系统运行控制方法，其特征在于，根据所述运行结果控制各能源枢纽运行，具体为：由工控机统一向各端口发布交流功率信号，控制信号为负功率的换流器将相应的交流功率大小整流为直流，并通过直流端口传输至公共直流电容器；接着公共直流电容器控制汇总直流并传输至控制数据为正功率的换流器端口，实现各换流器的功率转移。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器储存有在所述处理器上运行的程序，所述处理器运行所述程序时执行权利要求3-7任一项所述的能源枢纽互联系统运行控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令运行时执行权利要求3-8任一项所述的能源枢纽互联系统运行控制方法。

技术总结
本发明的能源枢纽互联系统包括：若干能源枢纽和分别与所述能源枢纽相连的多端口软开关装置，每个能源枢纽均与电网、气网相连，所述多端口软开关装置与各能源枢纽通信连接。本发明基于所述系统提出一种运行控制方法，以最小的系统运行成本为目标，建立基于综合能源系统运行约束的优化模型；接着，求解优化模型，得到最优的软开关运行结果，进而得到各能源枢纽的最优运行决策。有益效果：灵活调整各能源枢纽间的功率转移和分布，有利于平衡各能源枢纽间的电能分布和补偿，进而降低系统整体的运行成本。

技术研发人员：李泽森,葛毅,胡晓燕,李冰洁,史静,孙文涛,王荃荃,彭竹弈,许偲轩,张文嘉,赵菲菲,李琥,刘国静
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司经济技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15