CN109713723A - 一种区域综合能源系统运行优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种区域综合能源系统运行优化方法，应用于新能源与微电网技术领域；本发明首先建立一种以风电消纳量最大为优化目标和以区域综合能源系统的运行成本最小为优化目标的目标函数的区域综合能源系统运行优化模型，其次对模型的冷热电负荷、设备运行、电储能系统以及可转移负荷进行约束，在已有的约束条件下对目标函数进行求解。本发明能够以少量的负荷转移成本换取更低的综合能源系统运行成本和更高的风电消纳能力，并且对系统内可控机组运行条件进行改善。
Description
技术领域
本发明涉及新能源与微电网技术领域，更具体地，涉及一种区域综合能源系统运行优化方法。
背景技术
综合能源系统运行优化是指，综合考虑系统内设备运行约束和系统运行约束，以实现社会效益最大为目标优化系统内各分布式电源的出力。各国研究人员在提升风电消纳能力和系统经济运行等方面分别展开了不同程度的分析研究，并取得了一些进展。比如说利用储能系统提高系统的风电消纳能力和运行控制能力、建立考虑可中断负荷的微网多目标运行优化模型以降低微网系统的运行成本和联络线波动对大电网的影响。
然而，以往大多数有关综合能源系统优化运行的研究中均没有考虑到系统如何提升对风电功率消纳，而综合能源系统在实际的运行中往往是需要评估风电的消纳量大小对系统运行优化的影响，若不考虑风电的消纳量会导致运行优化的理论研究结果和实际运行结果存在较大偏差，使运行优化结果不可信。
发明内容
本发明为克服上述现有技术没有考虑如何提升对风电功率消纳，降低运行成本的缺陷，提供一种区域综合能源系统运行优化方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种区域综合能源系统运行优化方法，包括以下步骤：
S1：建立区域综合能源系统运行优化模型，分别以区域能源系统中风电消纳量最大和区域综合能源系统运行成本最小为优化目标建立目标函数；
S2：分别确定以区域能源系统中风电消纳量最大和区域综合能源系统运行成本最小为优化目标建立的目标函数的约束条件；
S3：利用约束条件对区域综合能源系统运行优化模型中的目标函数进行求解，根据所请求解调整区域综合能源系统的参数，优化系统的运行。
本发明以风电消纳量最大为优化目标建立优化目标函数，求解区域能源系统的最大风电消纳量，通过调度将风电功率接入到能源系统并提升消纳风电能力降低，从而提升区域综合能源系统对风能的利用率，降低系统对化石能源的消耗，使系统运行成本降低。
优选地，步骤S1中以风电消纳量最大为优化目标建立的目标函数为：
其中，f1为整个调度周期中风电消纳量；T为调度时段总数，N为风机总台数；Δt为单位调度时段；PWT(n,t)为风机n在t时段有功调度出力。
优选地，S1中针对区域综合能源系统的运行成本最小为优化目标建立的目标函数为：
其中，f2为整个调度周期中区域综合能源系统的运行成本，T为调度时段总数，C1(t)、C2(t)、C3(t)分别为t时刻系统可控机组运行成本、电能交互成本和负荷转移成本。
优选地，求解运行成本的计算公式为:
C2＝CB(t)α(t)PEX(t)
C3＝μCSPS(t)
其中，M为系统中发电类型总数；CM(i)、CF(i)分别为第i种发电形式的运行维护成本和燃料成本；α(t)为t时段微网与大电网间的购电状态；CB(t)分别表示t时段微网向大电网购电价格；PEX为系统与大电网的交互功率；CS为单位功率负荷平移补偿价格，PS(t)为t时段可转移负荷功率；μ为01变量，当发生负荷平移时取1，否则取0。
优选地，为了满足用户对冷热电三类负荷的需求，系统需要满足电负荷平衡约束、热负荷平衡约束和冷负荷平衡约束：
所述电负荷平衡约束、热负荷平衡约束和冷负荷平衡约束为：
式中，PED、QHD、QCD为系统分别为系统所需电功率、热功率和冷功率；PC、PDC分别为电储能系统的充电功率和放电功率；PMT为燃气轮机的输出功率；PFC为燃料电池发出的功率；PEX为系统与大电网的交互功率；PEC为电制冷机输入功率；QB为燃气锅炉的热功率；QAC为吸收式制冷机吸收的热功率；ηAC、ηEC分别为吸收式制冷机和电制冷效率；ηMTE为燃气轮机发电效率；ηR为热回收器效率；ηE为热交换器效率；ηMTL为燃气轮机的功率损失率。
优选地，系统运行时，均须保证设备运行在安全的功率范围区间，即设备运行时需满足以下约束条件：
式中，PMTmax、PMTmin分别表示燃气轮机出力上限和下限；PEXmax、PEXmin分别表示系统与电网间交互功率的上限和下限；PACmax、PACmin分别表示输入吸收式制冷机功率上限和下，PAC为吸收式制冷机的输入功率；PECmax、PECmin分别表示输入电制冷机功率上限和下限；QGBmax、QGBmin分别表示燃气锅炉制热功率的上限和下限，QGB表示燃气锅炉制热功率。
优选地，电储能运行应满足功率约束、容量约束，且须保证单位调度周期内始末状态容量约束：
式中，PEESmax、PEESmin表示电储能的功率上下限；PEES(t)为t时段电储能的功率；SEESmax、SEESmin为储能容量上下限；SEES(t)为t时段电储能的容量。
优选地，为保证负荷转移在整个调度周期内总量保持不变，即需满足以下约束条件:
式中，xk.t为t时段第k类负荷中可转移负荷的数量；dk为第k类负荷的平移时间裕度，t′表示有负荷转移的时段。
优选地，采用NSGA-2算法对所述区域综合能源系统运行优化模型的目标函数进行求解。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明提出的一种考虑风电消纳的综合能源系统运行优化方法，通过建立以区域能源系统中风电消纳量最大和区域综合能源系统运行成本最小为优化目标的目标函数，并对其可转移负荷约束进行约束，能够以少量的负荷转移成本换取更低的综合能源系统运行成本和更高的风电消纳能力；与此同时，该种运行优化方法还能改善系统内可控机组运行条件；本发明所提运行优化方法可作为提高系统经济性和风电消纳能力的重要手段。
附图说明
图1为本发明优化方法的流程框图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本发明所述综合能源系统包含冷、热、电和燃气四种能源形式，负荷侧主要有冷负荷、热负荷和电负荷。
图1为本发明的流程图，主要包括以下步骤：
S1：建立区域综合能源系统运行优化模型，分别以区域能源系统中风电消纳量最大和区域综合能源系统运行成本最小为优化目标建立目标函数。
其针以风电消纳量最大为优化目标建立的目标函数为：
以区域综合能源系统的运行成本最小为优化目标建立的目标函数为：
其中，f1为整个调度周期中风电消纳量；T为调度时段总数，N为风机总台数；Δt为单位调度时段；PWT(n,t)为风机n在t时段有功调度出力；f2为整个调度周期中区域综合能源系统的运行成本，T为调度时段总数，C1(t)、C2(t)、C3(t)分别为t时刻系统可控机组运行成本、电能交互成本和负荷转移成本。
求解运行成本的计算公式为：
C2＝CB(t)α(t)PEX(t)
C3＝μCSPS(t)
其中，M为系统中发电类型总数；CM(i)、CF(i)分别为第i种发电形式的运行维护成本和燃料成本；α(t)为t时段微网与大电网间的购电状态；CB(t)分别表示t时段微网向大电网购电价格；PEX为系统与大电网的交互功率；CS为单位功率负荷平移补偿价格，PS(t)为t时段可转移负荷功率；μ为01变量，当发生负荷平移时取1，否则取0。
S2：分别确定以区域能源系统中风电消纳量最大和区域综合能源系统运行成本最小为优化目标建立的目标函数的约束条件。
所述约束条件包括：电负荷平衡约束、热负荷平衡约束和冷负荷平衡约束；设备运行约束；电储能系统约束；可转移负荷约束。
为了满足用户对冷热电三类负荷的需求，系统需要满足电负荷平衡约束、热负荷平衡约束和冷负荷平衡约束：
式中，PED、QHD、QCD为系统分别为系统所需电功率、热功率和冷功率；PC、PDC分别为电储能系统的充电功率和放电功率；PMT为燃气轮机的输出功率；PFC为燃料电池发出的功率；PEX为系统与大电网的交互功率；PEC为电制冷机输入功率；QB为燃气锅炉的热功率；QAC为吸收式制冷机吸收的热功率；ηAC、ηEC分别为吸收式制冷机和电制冷效率；ηMTE为燃气轮机发电效率；ηR为热回收器效率；ηE为热交换器效率；ηMTL为燃气轮机的功率损失率。
系统运行时，均须保证设备运行在安全的功率范围区间，即设备运行时需满足以下约束条件：
式中，PMTmax、PMTmin分别表示燃气轮机出力上限和下限；PEXmax、PEXmin分别表示系统与电网间交互功率的上限和下限；PACmax、PACmin分别表示输入吸收式制冷机功率上限和下，PAC为吸收式制冷机的输入功率；PECmax、PECmin分别表示输入电制冷机功率上限和下限；QGBmax、QGBmin分别表示燃气锅炉制热功率的上限和下限，QGB表示燃气锅炉制热功率。
电储能运行应满足功率约束、容量约束，且须保证单位调度周期内始末状态容量约束：
式中，PEESmax、PEESmin表示电储能的功率上下限；PEES(t)为t时段电储能的功率；SEESmax、SEESmin为储能容量上下限；SEES(t)为t时段电储能的容量。
为保证负荷转移在整个调度周期内总量保持不变，即需满足以下约束条件:
式中，xk.t为t时段第k类负荷中可转移负荷的数量；dk为第k类负荷的平移时间裕度，t′表示有负荷转移的时段。
S3：采用求解速度较快的NSGA-2算法对区域综合能源系统运行优化模型的目标函数进行求解。还可以采用将目标模型转化为单目标优化模型在进行求解的方法，以及直接利用人工智能算法对夺目模型直接进行求解，比如蚁群算法、遗传算法和其他相关的多目标优化算法直接对模型进行求解。
本发明以风电消纳量最大为优化目标建立优化目标函数，求解区域能源系统的最大风电消纳量，通过调度将风电功率接入到能源系统并提升消纳风电能力降低，从而提升区域综合能源系统对风能的利用率，降低系统对化石能源的消耗，使系统运行成本降低。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种区域综合能源系统运行优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：建立区域综合能源系统运行优化模型，分别以区域能源系统中风电消纳量最大和区域综合能源系统运行成本最小为优化目标建立目标函数；
S2：分别确定以区域能源系统中风电消纳量最大和区域综合能源系统运行成本最小为优化目标建立的目标函数的约束条件；
S3：利用约束条件对区域综合能源系统运行优化模型中的目标函数进行求解，根据所请求解调整区域综合能源系统的参数，优化系统的运行。
2.根据权利要求1所述的一种区域综合能源系统运行优化方法，其特征在于，步骤S1中以风电消纳量最大为优化目标建立的目标函数为：
其中，f1为整个调度周期中风电消纳量；T为调度时段总数，N为风机总台数；Δt为单位调度时段；PWT(n,t)为风机n在t时段有功调度出力。
3.根据权利要求1所述的一种区域综合能源系统运行优化方法，其特征在于，S1中针对区域综合能源系统的运行成本最小为优化目标建立的目标函数为：
其中，f2为整个调度周期中区域综合能源系统的运行成本，T为调度时段总数，C1(t)、C2(t)、C3(t)分别为t时刻系统可控机组运行成本、电能交互成本和负荷转移成本。
4.根据权利要求3所述的一种区域综合能源系统运行优化方法，其特征在于，求解运行成本的计算公式为:
C2＝CB(t)α(t)PEX(t)
C3＝μCSPS(t)
其中，M为系统中发电类型总数；CM(i)、CF(i)分别为第i种发电形式的运行维护成本和燃料成本；α(t)为t时段微网与大电网间的购电状态；CB(t)分别表示t时段微网向大电网购电价格；PEX为系统与大电网的交互功率；CS为单位功率负荷平移补偿价格，PS(t)为t时段可转移负荷功率；μ为01变量，当发生负荷平移时取1，否则取0。
5.根据权利要求1所述的一种区域综合能源系统运行优化方法，其特征在于，步骤S2中针对区域综合能源系统运行优化模型，确定约束条件包括:
电负荷平衡约束、热负荷平衡约束和冷负荷平衡约束；设备运行约束；电储能系统约束；可转移负荷约束。
6.根据权利要求5所述的一种区域综合能源系统运行优化方法，其特征在于，所述电负荷平衡约束、热负荷平衡约束和冷负荷平衡约束为：
式中，PED、QHD、QCD为系统分别为系统所需电功率、热功率和冷功率；PC、PDC分别为电储能系统的充电功率和放电功率；PMT为燃气轮机的输出功率；PFC为燃料电池发出的功率；PEX为系统与大电网的交互功率；PEC为电制冷机输入功率；QB为燃气锅炉的热功率；QAC为吸收式制冷机吸收的热功率；ηAC、ηEC分别为吸收式制冷机和电制冷效率；ηMTE为燃气轮机发电效率；ηR为热回收器效率；ηE为热交换器效率；ηMTL为燃气轮机的功率损失率。
7.根据权利要求5所述的一种区域综合能源系统运行优化方法，其特征在于，所述设备运行约束为：
式中，PMTmax、PMTmin分别表示燃气轮机出力上限和下限；PEXmax、PEXmin分别表示系统与电网间交互功率的上限和下限；PACmax、PACmin分别表示输入吸收式制冷机功率上限和下，PAC为吸收式制冷机的输入功率；PECmax、PECmin分别表示输入电制冷机功率上限和下限；QGBmax、QGBmin分别表示燃气锅炉制热功率的上限和下限，QGB表示燃气锅炉制热功率。
8.根据权利要求5所述的一种区域综合能源系统运行优化方法，其特征在于，所述电储能系统约束为：
式中，PEESmax、PEESmin表示电储能的功率上下限；PEES(t)为t时段电储能的功率；SEESmax、SEESmin为储能容量上下限；SEES(t)为t时段电储能的容量。
9.根据权利要求5所述的一种区域综合能源系统运行优化方法，其特征在于，所述可转移负荷约束为：
式中，xk.t为t时段第k类负荷中可转移负荷的数量；dk为第k类负荷的平移时间裕度，t′表示有负荷转移的时段。
10.根据权利要求5所述的一种区域综合能源系统运行优化方法，其特征在于，采用NSGA-2算法对所述区域综合能源系统运行优化模型的目标函数进行求解。
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