CN106503914A - 一种面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法 - Google Patents

一种面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法，输入分时段电价及燃气价格；根据分时段电价及燃气价格分别计算两种运行模式下的运行成本；比较两种运行模式在同等出力条件下的运行维护成本，计算相对经济性收益，制定不同时段的联供系统运行策略表；提供日前负荷预测曲线，结合联供系统运行策略表，利用枚举法确定联供系统运行出力；根据联供系统运行出力选择最优运行模式，制定并输出冷热电联供系统的日前经济调度优化方案。本发明可以便捷的制定经济科学的冷热电联供系统的运行策略，能有效的辅助制定冷热电联供系统的日前调度计划；通过对不同品质能量的阶梯级利用，提高能源的整体利用率。

Description

一种面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法
技术领域
本发明属于节能技术领域，涉及冷热电能源供给及经济调度优化方法，尤其涉及一种面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法。
背景技术
传统城市建筑用能方式主要依靠电力供能，单纯利用电能转化为建筑的冷热负荷需求，难以实现能量梯级利用，且能源整体利用效率低。分布式冷热电联供系统的出现成为城市能源供应的新模式。分布式冷热电联供系统以清洁的天然气作为能量源，通过不同循环的紧密结合，可以提供冷热电多种形式的能源，此外，通过对不同品质能量的阶梯级利用，提高能源的整体利用率，是目前城市最有发展潜力的能源供应模式之一。
天然气分布式冷热电技术在美国、日本、欧洲等国家地区已有广泛的应用，并取得了突出成果。在这样的大形势下，中国计划到2020年将天然气在能源利用中的比重由目前的3％提升至11.3％，这为分布式冷热电联供系统的规模化应用及推广提供了条件。在冷热电联供系统中，一次能源经动力发电设备(燃气轮机、内燃机)转化为电能，既可用于满足系统内设备的电能需求，也可向用户提供电力。动力发电设备在发电过程中，会产生的大量排放余热，通常占一次能源总耗量的50％至70％。吸收式冷温水机可将这部分余热进行回收利用，转化为空调冷热负荷或热水负荷向用户供应，不足部分由电制冷/热设备进行补充。基于各类供能设备的配合，冷热电联供系统实现一次能源阶梯级利用，高能效的满足用户冷热电多种形式的能源需求。针对用户日前负荷需求数据，如何合理地对联供系统进行能量调度分配，是充分发挥联供系统优势的关键性问题。
发明内容
发明目的：为了提高能源利用率，本发明提供一种面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法。
技术方案：一种面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法，该方法包括以下步骤：
(1)将一天分成若干时段，对冷热电联供系统只用电的运行模式一建模；对燃气与电结合的运行模式二建模；
(2)比较运行模式一及运行模式二在同等出力条件下的运行维护成本，若运行模式一的运行维护成本低于运行模式二的运行维护成本，则选择模式一；若运行模式二的运行维护成本低于运行模式一的运行维护成本，则选择模式二，根据选择结果制定冷热电联供系统运行策略表；
(3)提供日前负荷预测曲线，结合联供系统运行策略表，在满足冷热电供需平衡的条件下，利用枚举法确定联供系统运行出力；
(4)根据联供系统运行出力，选择运行成本最低的负荷率作为各时段内燃机的最优运行负荷率，并确定各时段的最经济运行方案，输出冷热电联供系统的日前经济调度优化方案。
有益效果：相比较现有技术，本发明提供的一种面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法可以便捷的制定经济科学的冷热电联供系统的运行策略，能有效的辅助制定冷热电联供系统的日前调度计划。将运行策略分时段制定，可以在不同时段不同电价的情况下合理配置，通过对两种运行模式的成本进行计算，在满足用户电需求及冷热负荷供应的前提下，为用户制定最经济的调度方案；本方法通过对不同品质能量的阶梯级利用，提高能源的整体利用率。
附图说明
附图1为本发明所述的冷热电联供系统经济调度优化方法流程图；
附图2为本发明具体实施例中的冷热电联供系统结构图；
附图3为本发明所述的基于枚举法确定联供系统运行出力实施流程图；
附图4为本发明具体实施例中的用户日前冷热电负荷预测曲线图；
附图5为本发明具体实施例计算所得的冬季日前调度计划中内燃机电功率出力安排图；
附图6为本发明具体实施例计算所得的冬季日前调度计划中热功率出力安排图；
附图7为本发明具体实施例计算所得的夏季日前调度计划中内燃机电功率出力安排图；
附图8为本发明具体实施例计算所得的夏季日前调度计划中冷功率出力安排图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
如图1所示，面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法包括以下步骤：
(1)将一天分成若干时段，对冷热电联供系统只用电的运行模式一建模；对燃气与电结合的运行模式二建模；
(2)比较运行模式一及运行模式二在同等出力条件下的运行维护成本，若运行模式一的运行维护成本低于运行模式二的运行维护成本，则选择模式一；若运行模式二的运行维护成本低于运行模式一的运行维护成本，则选择模式二，根据选择结果制定冷热电联供系统运行策略表；
冷热电联供系统结构图如图2所示，运行模式一为购电满足用户电需求以及驱动电制冷/热设备进行冷热负荷供应；
运行模式二为购燃气驱动内燃机满足用户电需求，同时利用排烟驱动吸收式冷温水机进行冷热负荷供应，不足部分由电制冷/热设备进行补充。其中吸收式冷温水机将部分余热进行回收利用可以进一步节约能源，提高资源的利用率。
两种运行模式的单位出力运行维护成本计算方法为：
式中，CMode1为运行模式一的运行成本，CMode2为运行模式二的运行成本，电制冷/热设备的单位制冷/热成本为Cec_unit，电网购电价格为felec；内燃机在不同负荷率η下的发电成本为其输出电功率为其驱动吸收式冷温水机最大制冷/热功率为吸收式冷温水机单位制冷/热成本Cac_unit。
设运行模式二相对于运行模式一的经济性收益为Cprofit，计算公式为：
Cprofit＝CMode2-CMode1。
统计内燃机在不同负荷率η下，运行模式二相对于运行模式一的经济性收益
大于0，选择运行模式二，计算保持经济性下的吸收式冷温水机最小运行出力也即令等于0，计算若小于0则取0；
对于小于0，选择运行模式一。
(3)提供日前负荷预测曲线，结合联供系统运行策略表，在满足冷热电供需平衡的条件下，利用枚举法确定联供系统运行出力；
其中，冷热电供需平衡包括：
冷热电联供系统输出能量满足用户电冷/热负荷的需求；
设时段i电网购电量为Pgrid(i)，内燃机发电功率为Pge(i)，电制冷/热设备耗电功率为Pec(i)，电负荷预测需求为Pload(i)，时段i的电负荷平衡需满足Pgrid(i)+Pge(i)＝Pec(i)+Pload(i)；
设时段i冷/热负荷预测需求为Qload(i),电制冷/热设备输出的冷/热功率为Qec(i)，吸收式冷温水机输出的冷/热功率为Qac(i)，时段i的冷/热负荷平衡需满足Qec(i)+Qac(i)＝Qload(i)。
(4)根据联供系统运行出力，选择运行成本最低的负荷率作为各时段内燃机的最优运行负荷率，并确定各时段的最经济运行方案，输出冷热电联供系统的日前经济调度优化方案。
针对时段i的Pload(i)及Qload(i)，以1％为间隔对内燃机负荷率η进行枚举计算，确定时段i内燃机的最优运行负荷率ηbest；
如图3所示，所述枚举计算方法包括以下步骤：
(a)设内燃机最小运行出力为Pge,min，若Pge,min大于Pec(i)+Pload(i)，则时段i只能以运行模式一运行，取ηbest＝0，并跳至步骤(l)；若Pge,min小于等于Pec(i)+Pload(i)，则继续执行以下步骤；
(b)确定当前计算时段i所处的电价时段，提取相应电价时段的联供系统运行策略表；
(c)判断运行策略表中负荷率为η的经济性收益，若经济性收益小于0，则按运行模式一运行，并跳至步骤(j)0；若经济性收益大于等于0，则继续下列步骤；
(d)判断运行策略表中负荷率为η的吸收式冷温水机最小运行出力若大于Qload(i)，则按运行模式一运行，并跳至步骤(j)，否则继续下列步骤；
(e)判断吸收式冷温水机最大运行出力若大于Qload(i)，则根据冷负荷平衡可得冷温水机实际输出功率电制冷/热设备输出功率Qec(i)＝0，否则此外由Qec(i)依据电制冷/热设备的运行特性可得Pec(i)；
(f)判断内燃机负荷率为η下的出力若小于Pec(i)+Pload(i)，则根据电负荷平衡可得电网购电功率并跳至步骤(i)，否则继续下列步骤；
(g)由于大于Pec(i)+Pload(i)，需要增加电制冷/热装置的输出功率，以满足电负荷平衡，设增加量为依据电制冷/热设备的运行特性可得则冷温水机实际输出功率取
(h)判断运行策略表中负荷率为η的吸收式冷温水机最小运行出力若大于则按运行模式一运行，并跳至步骤(j)，否则继续下列步骤；
(i)计算内燃机负荷率为η下运行模式二的运行成本并跳至步骤(k)；
(j)计算运行模式一的运行成本并计内燃机负荷率η＝0；
(k)令η＝η+1％，判断内燃机负荷率η，若η小于内燃机最大负荷率ηmax，则跳至步骤(c)，否则继续下列步骤；
(l)将ηbest作为时段i内燃机的最优运行负荷率，并将该运行模式作为联供系统在时段i的最经济运行模式，确定其他供能设备的运行出力。
本实施例计算结果如附图5、附图6、附图7所示，得到冷热电联供系统各类设备在日前调度计划中的逐时出力曲线图，依据本发明方法可辅助冷热电联供系统的日前经济调度优化方案的制定。
本实施例中具体实施参数如下表1至表2所示，在能源间的等值计算中，天然气燃料低热热值能量转换系数取10.6kW·h/m3。
表1冷热电联供系统设备参数
表2分时电价及燃气价格
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将一天分成若干时段，对冷热电联供系统只用电的运行模式一建模；对燃气与电结合的运行模式二建模；
(2)比较运行模式一及运行模式二在同等出力条件下的运行维护成本，若运行模式一的运行维护成本低于运行模式二的运行维护成本，则选择模式一；若运行模式二的运行维护成本低于运行模式一的运行维护成本，则选择模式二，根据选择结果制定冷热电联供系统运行策略表；
(3)提供日前负荷预测曲线，结合联供系统运行策略表，在满足冷热电供需平衡的条件下，利用枚举法确定联供系统运行出力；
(4)根据联供系统运行出力，选择运行成本最低的负荷率作为各时段内燃机的最优运行负荷率，并确定各时段的最经济运行方案，输出冷热电联供系统的日前经济调度优化方案。
2.根据权利要求1所述的面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法，其特征在于，所述步骤(2)中的两种运行模式包括：
运行模式一为购电满足用户电需求以及驱动电制冷/热设备进行冷热负荷供应；
运行模式二为购燃气驱动内燃机满足用户电需求，同时利用排烟驱动吸收式冷温水机进行冷热负荷供应，不足部分由电制冷/热设备进行补充。
3.根据权利要求1或2所述的面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法，其特征在于，所述步骤(2)中的两种运行模式的模型分别为为：
C M o d e 1 = P g e η · f e l e c + C e c _ u n i t · Q a c _ m a x η
C M o d e 2 = C g e η + C a c _ u n i t · Q a c _ m a x η
式中，CMode1为运行模式一的运行成本，CMode2为运行模式二的运行成本，电制冷/热设备的单位制冷/热成本为Cec_unit，电网购电价格为felec；内燃机在不同负荷率η下的发电成本为其输出电功率为其驱动吸收式冷温水机最大制冷/热功率为吸收式冷温水机单位制冷/热成本Cac_unit。
4.根据权利要求3所述的面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法，其特征在于，步骤(2)中比较模式一及模式二的运行维护成本的方法为：设运行模式二相对于运行模式一的经济性收益为Cprofit，计算公式为：
Cprofit＝CMode1-CMode2；
若Cprofit大于0则选择运行模式二；若Cprofit小于0则选择运行模式一。
5.根据权利要求4所述的面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法，其特征在于，步骤(2)中制定不同时段的联供系统运行策略表的方法包括：
统计内燃机在不同负荷率η下，运行模式二相对于运行模式一的经济性收益
大于0，选择运行模式二，计算保持经济性下的吸收式冷温水机最小运行出力也即令等于0，计算若小于0则取0；
对于小于0，选择运行模式一。
6.根据权利要求4所述的面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法，其特征在于，步骤(4)中的冷热电供需平衡包括：
冷热电联供系统输出能量满足用户电冷/热负荷的需求；
设时段i电网购电量为Pgrid(i)，内燃机发电功率为Pge(i)，电制冷/热设备耗电功率为Pec(i)，电负荷预测需求为Pload(i)，时段i的电负荷平衡需满足Pgrid(i)+Pge(i)＝Pec(i)+Pload(i)；
设时段i冷/热负荷预测需求为Qload(i),电制冷/热设备输出的冷/热功率为Qec(i)，吸收式冷温水机输出的冷/热功率为Qac(i)，时段i的冷/热负荷平衡需满足Qec(i)+Qac(i)＝Qload(i)。
7.根据权利要求6所述的面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法，其特征在于，针对时段i的Pload(i)及Qload(i)，以1％为间隔对内燃机负荷率η进行枚举计算，确定时段i内燃机的最优运行负荷率ηbest。
8.根据权利要求7所述的面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法，其特征在于，枚举计算方法包括：
(a)设内燃机最小运行出力为Pge,min，若Pge,min大于Pec(i)+Pload(i)，则时段i只能以运行模式一运行，取ηbest＝0，并跳至步骤(l)；若Pge,min小于等于Pec(i)+Pload(i)，则继续执行以下步骤；
(b)确定当前计算时段i所处的电价时段，提取相应电价时段的联供系统运行策略表；
(c)判断运行策略表中负荷率为η的经济性收益，若经济性收益小于0，则按运行模式一运行，并跳至步骤(j)0；若经济性收益大于等于0，则继续下列步骤；
(d)判断运行策略表中负荷率为η的吸收式冷温水机最小运行出力若大于Qload(i)，则按运行模式一运行，并跳至步骤(j)，否则继续下列步骤；
(e)判断吸收式冷温水机最大运行出力若大于Qload(i)，则根据冷负荷平衡可得冷温水机实际输出功率电制冷/热设备输出功率Qec(i)＝0，否则此外由Qec(i)依据电制冷/热设备的运行特性可得Pec(i)；
(f)判断内燃机负荷率为η下的出力若小于Pec(i)+Pload(i)，则根据电负荷平衡可得电网购电功率并跳至步骤(i)，否则继续下列步骤；
(g)由于大于Pec(i)+Pload(i)，需要增加电制冷/热装置的输出功率，以满足电负荷平衡，设增加量为 依据电制冷/热设备的运行特性可得则冷温水机实际输出功率取
(h)判断运行策略表中负荷率为η的吸收式冷温水机最小运行出力若大于则按运行模式一运行，并跳至步骤(j)，否则继续下列步骤；
(i)计算内燃机负荷率为η下运行模式二的运行成本并跳至步骤(k)；
(j)计算运行模式一的运行成本并计内燃机负荷率η＝0；
(k)令η＝η+1％，判断内燃机负荷率η，若η小于内燃机最大负荷率ηmax，则跳至步骤(c)，否则继续下列步骤；
(l)将ηbest作为时段i内燃机的最优运行负荷率，并将该运行模式作为联供系统在时段i的最经济运行模式，确定其他供能设备的运行出力。
9.根据权利要求1所述的面向冷热电联供系统的多元能源经济调度优化方法，其特征在于，将一天分为24个时段。
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