CN103778485B - 一种分布式发电供能系统及其优化方法 - Google Patents
一种分布式发电供能系统及其优化方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种分布式发电供能系统的优化方法，包括以下步骤：首先建立分布式发电供能系统的模型；然后针对模型，根据以下热能供需平衡和功率平衡的方程，求得约束条件；最后根据热能供需平衡和功率平衡的约束条件，建立以节省成本和减少温室气体排放量为目标的目标优化函数。本发明定义了包含最小化日常运行成本和最小化温室气体排放量的2个子目标优化函数，大幅度降低微电网的运行成本和降低微电网的温室气体排放量，达到能源部提出的节能减排要求。
Description
技术领域
本发明属于分布式发电系统节能减排技术研究领域，特别涉及分布式发电供能系统的成本及温室气体排放的优化方法。
背景技术
中国电力在取得极大发展、为我国经济和其它产业的发展提供强有力支持的同时，也是中国环境污染的重要原因。因此，节能减排对于电力行业具有特别重要的意义。分散电源的兴起和发展给电力系统提供了一种非常有前途的节能减排技术。但是却也不可避免的对周围的居民区乃至整个地球造成一定的污染。基于分散电源的分布式发电供能系统的接入是未来智能电网建设的重要组成部分，而实现节能减排是智能电网运行的关键目标之一，因此，研究分析分布式发电供能系统的节能减排效益对于智能电网的规划和运行意义重大。
国内外的一些学者对配电侧中引入分散电源的节能减排效益开展了研究，但待选优化的分散电源类型较少，且只模拟了电负荷，而没有对热负荷或冷负荷进行相应的分析，不能全面真实地反映分散电源的节能减排效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能全面反映分布式发电供能系统的成本及温室气体排放的优化方法。该方法提出一种兼顾最小化日常运行成本和最小化温室气体排放量的方案，尽量减少日常的能源运行成本和温室气体排放量，为孤岛微电网的运行提供了一个优化管理系统。
为实现上述的目的，本发明的一种分布式发电供能系统的优化方法，包括以下步骤：
(1)建立分布式发电供能系统的模型；模型包括原动机单元、分布式能源和电网，分布式能源和电网互补供能，电网连接交流母线；分布式能源包括并网运行的储能系统、风力发电系统和光伏发电系统，它们通过DC/DC转换器和DC/AC转换器分别与直流母线和交流母线连接；原动机单元包括内燃机、微型汽轮机和燃料电池，原动机单元的发电端连接交流母线、原动机单元的热气端分别通过热交换器和吸收式制冷箱与加热负载、制冷负载连接，原动机的燃气端分别通过燃气锅炉和吸收冰箱与加热负载、制冷负载连接。
(2)针对步骤一建立的模型，根据热能供需平衡和功率平衡的方程，求得约束条件；
热能供需平衡方程为：
其中，NGB和NHEX分别表示燃气锅炉和热交换机的数量，表示孤岛热需求量，NACC和NCEX分别表示吸收制冷机和冷交换装置的数量，表示孤岛冷气需求量。
功率平衡方程包括交流系统的功率平衡方程和直流系统的功率平衡方程；
交流系统的功率平衡方程：
直流系统的功率平衡方程：
其中表示微电网在时间t的交流电能需求量。
(3)根据(2)求得的约束条件，建立以节省成本和减少温室气体排放量为目标的目标优化函数；目标优化函数为分别包含最小化日常运行成本和最小化温室气体排放的2个子目标优化函数。
最小化日常运行成本的子目标优化函数为：
其中CGr,t表示电价。
最小化温室气体排放的子目标优化函数为：
其中εi和εGr,t分别表示为第i种能源的温室气体排放量和电网在时间t的温室气体临界排放量。
本发明采取分布式能源与电网互补供能的能源输入方式以及热电联产的能量输送方式，在整体系统的智能生产调度下，实现对用户冷热能源需求的供应，以此提高系统能源的综合利用效率，减少排污量，从而达到节能减排的目的。
附图说明
图1为本发明模型的连接示意图。
具体实施方式
如图1所示，建立的微电网系统的数学模型，该模型包含了能量储存系统、太阳能光伏发电装置、风力发电机组、内燃机、微型燃气轮机、燃料电池、热能存储、燃气锅炉和吸收式制冷机、能量交换器、转换器以及电网连接在内的11个组成单元。
功率平衡和热平衡约束条件
1)热平衡
热气供需平衡约束条件：
其中，NGB和NHEX分别表示燃气锅炉和热交换机的数量，表示孤岛热需求量。
冷气供需平衡约束条件：
其中NACC和NCEX分别表示吸收制冷机和冷交换装置的数量，表示孤岛冷气需求量。
由此可得包含加热和制冷部分的热交换的热平衡方程：
2)功率平衡
交流系统的功率平衡方程如下：
其中表示微电网在时间t的交流电能需求量。
类似，直流系统的功率平衡约束条件为：
——式(50)
建立系统目标优化函数
1)日常成本最小化
微电网每日总能源成本可表示为：
其中CGr,t表示电价。
2)温室气体排放量最小化
微电网最小温室气体排放量可表示为：
其中εi和εGr,t分别表示为第i种能源的温室气体排放量和电网在时间t的温室气体临界排放量。
3)多目标最优化
多目标最优化用于寻找和管理不同通常是对立的目标函数的最优解决方案。多目标最优化的解决方案通常能达到帕累托最优。帕累托最优解决方案是不同目标的最协调解决方案。
Claims (7)
1.一种分布式发电供能系统的优化方法，其特征包括以下步骤：
(1)建立分布式发电供能系统的模型；所述的模型包括原动机单元、分布式能源和电网，分布式能源和电网互补供能、分别连接交流母线，原动机单元的发电端连接交流母线、其热气端和燃气端与加热负载、制冷负载连接；
(2)针对(1)建立的模型，根据热能供需平衡和功率平衡方程，求得约束条件；所述的热能供需平衡方程为
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其中，NGB和NHEX分别表示燃气锅炉和热交换机的数量，表示孤岛热需求量，NACC和NCEX分别表示吸收制冷机和冷交换装置的数量，表示孤岛冷气需求量；
所述的功率平衡方程包括交流系统的功率平衡方程和直流系统的功率平衡方程；
交流系统的功率平衡方程：
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其中表示微电网在时间t的交流电能需求量；
(3)根据(2)求得的约束条件，建立多目标优化函数。
2.根据权利要求1所述的分布式发电供能系统的优化方法，其特征在于：所述的原动机单元包括内燃机、微型汽轮机和燃料电池。
3.根据权利要求1所述的分布式发电供能系统的优化方法，其特征在于：所述的分布式能源包括并网运行的储能系统、风力发电系统和光伏发电系统，它们通过DC/DC转换器和DC/AC转换器分别向直流负载和交流负载供能。
4.根据权利要求1所述的分布式发电供能系统的优化方法，其特征在于：所述的原动机单元的热气端分别通过热交换器和吸收式制冷箱与加热负载、制冷负载连接，原动机的燃气端分别通过燃气锅炉和吸收冰箱与加热负载、制冷负载连接。
5.根据权利要求1至4任一所述的分布式发电供能系统的优化方法，其特征在于：(3)所述的多目标优化函数为两个分别包含最小化日常运行成本和最小化温室气体排放的子目标优化函数。
6.根据权利要求5所述的分布式发电供能系统的优化方法，其特征在于：所述的最小化日常运行成本的子目标优化函数为：
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7.根据权利要求5所述的分布式发电供能系统的优化方法，其特征在于：所述的最小化温室气体排放的子目标优化函数为：
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