一种含热泵的热电联产型微电网容量优化配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统规划技术领域，尤其设及一种含热累的热电联产型微电网容 量优化配置方法。
【背景技术】
[0002] 目前，微电网已成为国内外研究者广泛关注的热点，微电网W及热电联产技术都 已有大量的研究成果。由于可再生能源的加入，其随机性和波动性给微电网的协调控制带 来了诸多困难，因此合理地配置微电网电源容量是微电网规划建设的首要问题。在系统容 量优化配置方面，国内外学者均取得了一系列成果。
[0003] 在热电联产型微电网容量优化配置模型方面，部分学者建立了冷热电=联产系统 的混合整型非线性集成优化数学模型，基于某建筑物实际负荷，W年度化总费用最小为目 标研究了不同冷热电负荷比例下的设备最佳容量配置，并通过灵敏度计算分析了冷热电负 荷的比例对最优配置的影响；部分学者研究了冷热电联产系统的容量配置与运行策略间 关系，建立的容量优化配置模型为多目标规划模型，=级目标分别为运行费用最少、主设备 数量最少W及设备负荷率最大化，通过算例求解得到最优的系统运行策略和对应的系统配 置。部分学者讨论了微燃机在不同负荷率下的制热效率与发电效率的变化，建立了更完备 的热电联产微电网容量优化模型。
[0004] 在考虑设备选型和外部影响因素方面，部分学者建立了含光伏阵列的分布式热电 联产系统最优规划模型，并且考虑了热管网的优化设计，并用算例验证了模型的正确性；部 分学者研究W包含了碳排放配用的微电网运行总费用最小为目标，进行了含热负荷的微电 网容量优化配置，算例分析表明：在微电网引入CHP联产机组可W大幅减少微电网的碳排 放；部分学者考虑了多种供热微源，制定了包含光伏电池、阳FCS电池、水电解槽、W及热 累的微电网运行策略，并在运行策略的基础上开展了容量优化配置工作；部分学者建立了 包含余热锅炉和储热装置的热电联产系统模型，并分别进行了静态规划和动态规划，从设 备选型的角度出发，分析了不同的供热设备对于系统供热性能的影响。 阳0化]但上述现有技术热电联产微电网容量优化配置中，没有对减少常规能源，减少弃 风量，提高系统经济效益等方面进行优化配置，导致现有系统存在使用成本高，经济效益差 等问题。
【发明内容】
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[0006] 本发明要解决的技术问题：提供一种含热累的热电联产型微电网容量优化配置方 法，W解决现有技术热电联产微电网容量优化配置中，没有对减少常规能源，减少弃风量， 提高系统经济效益等方面进行优化配置，导致现有系统存在使用成本高，经济效益差等问 题。 阳007] 本发明技术方案：
[0008] 一种含热累的热电联产型微电网容量优化配置方法，它包括：
[0009] 步骤1、建立微电网系统模型；
[0010] 步骤2、在热电联产型微电网中引入热累，制定含热累的热电联产型微电网运行策 略；
[0011] 步骤3、建立含热累的热电联产型微电网容量优化配置模型；
[0012] 步骤4、通过遗传算法求解含热累的热电联产型微电网容量优化配置模型。
[0013] 步骤1所述微电网系统模型包括：
[0014] 风电机组出力模型，它包括风电机组在一个时段内的输出功率Pt",其分段函数表 达式为
[0015]
[0016]
[0017] 式中：Vu为切入风速，V。。为切出风速，Vr为额定风速，Pr哨风电机组额定输出功 率，Vt风机轮穀所在高度处的平均风速；
[0018] CHP机组出力模型，它包括微燃机用作CHP机组时其供电和供热出力表达式：
[0019]
[0020]
[0021] 微燃机n的热电输出比表达式：
[0022]
[002引上述式中：Pt"、心、Gt"、q分别为t时段第n台微燃机的供热出力、发电出力、消耗 的天然气量W及天然气热值，n。"、rii"为t时段第n台微燃机发电效率、散热损失系数，5 4" 为第n台微燃机的制热系数，0 "为微燃机n的热电输出比；
[0024] 铅酸蓄电池模型，它包括：
[00巧]在进行充电时，铅酸蓄电池荷电状值s(t)的变化表达式：
[0026]
[0027] 在进行放电时，铅酸蓄电池荷电状值s(t)的变化表达式：
[0028]
[0029] 最大充放电循环次数和循环充放电深度的关系表达式：
[0030]
[00川上述式中：S(t+1)、S(t)分别为t+1时段和t时段铅酸蓄电池的荷电状态，Pfb为t时段铅酸蓄电池的充放电功率，n。、Hd-分别为铅酸蓄电池的充放电效率，At为两时段 间的时间间隔，Cht为铅酸蓄电池容量，Nk为放电深度为Dk时的最大充放电循环次数，a1、 曰2、a3、a4和a5为损耗相关系数；
[0032] 时序负荷模型，它包括时序负荷曲线表达式：
[003；3]Pfd=Pa?Pfgte(t)式中：Pfd为时刻t的电负荷需求，PA为模拟期间内负荷点的峰 值负荷，为时刻t的负荷率值；
[0034]t时段内热负荷巧'表达式：
[0035]
[0036] 式中：y、\、V分别为建筑物空气渗透系数、采暖系数和外围体积，IV为大气溫 度，IV为建筑物室内保溫设计溫度；
[0037] t时段内冷负荷C;'表达式：
[0038]
[0039] 式中：X。为建筑物制冷系数。
[0040] 步骤2所述的含热累的热电联产型微电网运行策略包括：含热累的热电联产型微 电网寒季运行策略，所述寒季运行策略为：先满足热电联产微型电网的热负荷平衡；再满 足微电网负荷平衡；当CHP机组和风电机组的发电出力大于用户电负荷和热累输入功率之 和，则铅酸蓄电池充电，当铅酸蓄电池充电饱和，则微电网弃风；当CHP机组和风电机组的 发电出力小于用户电负荷和热累输入功率之和，铅酸蓄电池放电，此时微源出力之和仍小 于用户电负荷，则增大CHP机组的发电出力；当CHP机组和铅酸蓄电池在最大出力情况下仍 不满足用户电负荷，则判定系统供电能力不足，削减用户电负荷。
[0041] 步骤3所述含热累的热电联产型微电网容量优化配置模型包括目标函数表达式 和约束条件表达式， 阳0创所述目标函数表达式为：minF=Fm+Ff+Fm+F"c
[0043] 式中：Fm为系统投资总成本，Ff为微燃机燃料成本，Fm为机组维护成本，FW为系统 弃风惩罚费用；
[0044] 所述约束条件表达式包括
[0045] 微电源数量约束表达式：
[0046]
[0047] 式中：rr、PT、Nhp、妒分别为风电机组台数、微燃机台数、热累台数、铅酸蓄电池台 数，CL为风的胃大装W胃数，W己X力微燃W的胃大装W胃数，巳力热累装* 最大装机台数，碱。、分别为铅酸蓄电池的最小、最大装机个数；
[0048] 微燃机出力约束表达式： W例 P"" < if" < P""
[0050] 式中：Pr为微燃机的出力大小；巧分别为微燃机的最小、最大发电出 '.'.、. ...... 力；
[0051] 热累功率约束表达式： m幻含巧
[005引式中分别为热累开机状态下输入功率的最小限制和最大限制； 、
[0054] 铅酸蓄电池充放电约束表达式： 阳化引巧含疗含巧丽
[0056] Pfb为t时段单个铅酸蓄电池的出力、礁。X、瑜b分别为铅酸蓄电池最大充、放电功 率.
[0057] 铅酸蓄电池荷电状态约束表达式：Smi。^S(t)《Smgx,式中：Smgx和Smm分别为铅酸 蓄电池荷电状态的上下限；
[0058] 微电网供电、供热可靠性约束表达式：
[0059] LOLP《LOLPmax W60]LOHP《LOHPm。式中：LOLP为微电网缺电概率、LOLPm。、为规划允许的系统最大缺电 概率；LOHP为微电网供热不足概率、LOHPm。、为规划允许的系统最大供热不足概率。
[0061] 步骤4所述通过遗传算法求解含热累的热电联产型微电网容量优化配置模型，其 计算步骤包括：
[0062] 步骤1、输入全年风速数据、电负荷数据、冷、热负荷数据W及各微源参数，设置遗 传算法种群数量和迭代次数；
[0063] 步骤2、使用随机数方法产生初始种群，进行染色体编码；
[0064] 步骤3、对染色体进行解码，并对各微源的数量进行调整，使之满足微源数量约束 表达式；
[0065] 步骤4、在不考虑故障的情况下，根据寒、暖两季的运行策略对燃料成本和弃风惩 罚费用进行计算；
[0066] 步骤5、考虑风电机组和CHP机组故障率，通过时序蒙特卡洛模拟法计算当前个体 对应的系统供电和供热可靠性指标，通过适应值函数计算个体适应值；
[0067] 步骤6、通过算子进行选择、交叉和变异操作；
[0068] 步骤7、满足迭代终止条件或达到最大迭代次数，则结束计算并输出结果；不满足 则转到步骤3继续执行。
[0069] 系统投资总成本Fi。计算公式为：
[0075] r为折现率，巧：>'1域" > 巧分别为风电机组、微燃机、热累和铅酸蓄电池 的初始投资费用；N"t、PT、NhP、妒分别为风电机组台数、微燃机台数、热累台数、铅酸蓄电池 个数，为模型待规划变量；八cmt、chP、cb分别为风电机组、微燃机、热累装置、铅酸蓄电池的 单机投资成本；y"t、ymt、yhp、yb分别为风电机组、微燃机、热累装置、铅酸蓄电池的寿命（单 位为年）。
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