CN110458353B - 电热联合微网能量梯级优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种电热联合微网能量梯级优化方法及系统，根据能量耦合转化元件建立风能与光能向电能转化、光能向热能转化、气能向电能与热能转化、电能向热能转化的能源耦合转化模型，基于该模型进行多种能源负荷计算和耦合转化关系分析，根据电热微网梯级利用，基于温度对口原则建立高、中、低品位热能转换模型；根据微网电能与热能实时功率与预测值，以电热能量流供需平衡为约束、以综合能效转化成经济性最优为目标，通过能量梯级优化算法计算得到电热微网最优运行参数从而实现梯级优化调控。

Description

电热联合微网能量梯级优化方法及系统

技术领域

本发明涉及的是一种智能电网控制领域的技术，具体是一种电热联合微网能量耦合转化与多重利用梯级优化方法及系统。

背景技术

电热联合微网(以下简称电热微网)是能源互联网在能量供配侧的典型应用，由可再生能源、三联供、储能、热泵、负荷组成的自治化供能系统。电热微网包含电能与热能两种能源形式，其运行特点在于：一方面充分利用可再生能源发电，通过储能、可控负荷的协调控制实现分布式电源的高度消纳，提升系统运行的清洁环保，另一方面通过电热能量耦合与热能温度对口，实现系统内电能与热能的梯级优化利用，提升系统综合能效。现有技术针对可再生能源消纳的研究较多，但并提出电热微网能源耦合转化与多重利用的梯级优化利用方法，现有系统的能效水平仍有较大优化空间。综合根据电热耦合的多能梯级利用，可有效提升电热联合微网能源综合利用效率。

发明内容

本发明针对现有电热微网调控技术与综合能效上存在的不足，提出一种电热联合微网能量梯级优化方法及系统，建立电热能量耦合转换与热能温度对口利用方法，以电热能量流供需平衡为约束、以综合能效最优为目标，给出能量梯级优化利用调控方法，开发电热微网能量梯级优化运行系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种电热联合微网能量梯级优化方法，根据能量耦合转化元件建立风能与光能向电能转化、光能向热能转化、气能向电能与热能转化、电能向热能转化的能源耦合转化模型，基于该模型进行多种能源负荷计算和耦合转化关系分析，根据电热微网梯级利用，基于温度对口原则建立高、中、低品位热能转换模型；根据微网能流实时功率，以电热能量流供需平衡为约束、以综合能效转化成经济性最优为目标，通过能量梯级优化算法计算得到电热微网最优运行参数从而实现梯级优化调控。

所述的能量耦合转化元件包括：燃气轮机、燃气锅炉、电热泵、吸收式热泵、尖峰加热器、太阳能光热设备、电储能设备和冷、热水储能设备。

技术效果

与现有技术相比，本发明根据电热微网多源、多荷、多能源通道的系统特点，建立了电热微网多种能源耦合转化与能量多重化利用的梯级优化模型，将可再生能源与电能转化、电能与热能耦合、热能多级化利用作为系统调控的手段，以满足系统功率平衡为约束，实现电热耦合、热能多级利用，挖掘了多能互被转化的优势，有效降低系统能效，同时提升系统的经济性与环保性。本发明在为多种能源的梯级优化提供了重要的技术思路，同时可根据负荷波动、峰谷电价等因素灵活调整供能策略，算法与系统适应性强，具有良好的推广应用前景。

附图说明

图1为实施例电热微网结构；

图2为实施例电热微网梯级利用流程；

图3为实施例能量流转的源与荷关系；

图4为实施例多能耦合关系；

图5为实施例分时电价；

图6为实施例可再生能源出力；

图7为实施例能量梯级利用情况下电负荷供给情况；

图8为实施例能量梯级利用情况下蒸汽负荷供给情况；

图9为实施例能量梯级利用情况下热网热水供给情况；

图10为实施例能量梯级利用情况下中温热水供给情况；

图11为实施例能量梯级利用情况下冷负荷供给情况；

图12为实施例无电热耦合情况下电负荷供给情况；

图13为实施例无电热耦合情况下蒸汽负荷供给情况；

图14为实施例传统三联供电负荷供给情况；

图15为实施例传统三联供蒸汽负荷供给情况；

图16为实施例电热微网能量梯级优化系统图。

具体实施方式

如图1所示，本发明应用的电热微网，包含冷、热、电、气多种形式能量，从能源组成上可分为微电力网和微热力网(包含冷、热)。电热微网的能量耦合转化元件包含燃气轮机、吸收式热泵、吸收式制冷、储能等多种能源设备，消耗天然气、通过联络线与电网交互电能，供应、存储冷、热、电能量。风力发电设备接入微电力网，其出力具有一定波动性与随机性。太阳能光热电站利用太阳光热联产电热，分别向微电力网与微热力网输送电能与热能。

本实施例即根据能量耦合转化元件建立风能与光能向电能转化、光能向热能转化、气能向电能与热能转化、电能向热能转化的能源耦合转化模型，基于该模型进行多种能源负荷计算和耦合转化关系分析，根据电热微网梯级利用，基于温度对口原则建立高、中、低品位热能转换模型；根据微网能流实时功率，以电热能量流供需平衡为约束、以综合能效最优为目标，通过能量梯级优化算法计算得到电热微网最优运行参数从而实现梯级优化调控。

所述的能源耦合转化模型包括：

1)燃气轮机：以背压式燃气轮机为建模对象，其发电效率较高，但是运行过程中发电量、抽气量、废气排气比例固定，灵活性较差。燃气轮机的废气由余热锅炉回收，同时过滤废气中的污染物，减少排放污染。燃气轮机的热电联产模型为

其中：PGT为燃气轮机的功率，λ为天然气低位燃烧热值，FGT为燃气轮机的进气量，ηGT为燃气轮机发电效率。HGT_L为从废气回收的热功率，ηexh是余热回收效率。HGT_S是抽气蒸汽热功率，ηext为抽气系数。上角标t表示时间。

2)燃气锅炉：燃气锅炉同样消耗天然气，但是缺少发电环节，燃烧产生高温蒸汽直接供热，其制热模型为H_GB(t)＝η_GB·λF_GB(t)，其中：FGB为燃气锅炉的进气量，HGB为燃气锅炉产生的蒸汽所含热能，ηGB为燃气锅炉效率。

3)电热泵、电制冷模型：电热泵与电制冷工作原理相似，其模型可用能效比系数表示，具体为：

其中：HHP_M为电热泵制热功率，PHP为电热泵耗电功率，CHP为电热泵能效比；HRE_C为电制冷制冷功率，PRE为电制冷耗电功率，CRE为电制冷能效比。

4)吸收式热泵、吸收式制冷模型：吸收式热泵与吸收式制冷工作原理相似，吸收式热泵消耗少量高温热能产生大量中温热能，而吸收式制冷消耗高温热能产生冷能,并且伴随副产物大量的低温热水，具体为：

其中：HAHP_M为吸收式热泵制热功率，CAHP为吸收式热泵能效比，HAHP_S为吸收式热泵消耗蒸汽热功率；HACH_C为吸收式制冷制冷功率，CACH为吸收式制冷能效比，HACH_L为吸收式制冷产生的低温热能，kACH为基于吸收式制冷设备特性的比例常数。

5)尖峰加热器：尖峰加热器能够利用蒸汽将热水加热至高温，在数学模型上与换热器模型相似，具体如：

其中：HPH_H为尖峰加热器传递的热能，CPH为换热效率，HPH_S为尖峰加热器消耗的蒸汽热能。

6)太阳能光热设备：太阳能光热发电是利用太阳光聚焦产生高温蒸汽，一部分通过蒸气轮机发电，剩余部分用于供热，具体为：

其中：PPT为光热发电功率，ηST为蒸汽轮机发电效率，Esolar为集热系统提供热能，xp为进入蒸气轮机热能比例系数；HPT_H为光热产热功率，ηex为换热器效率，ηWH为蒸气轮机余热回收效率。

7)电储能模型：电储能模型用荷电状态表示，具体为：

其中：SOCess为电储能荷电状态，Pess为充放电功率(充电为正，放电为负)，Eess,max为容量，ηchr为充电效率，ηdch为放电效率，σess为自放电系数，Δt为时间间隔。

8)冷、热水储能模型：冷、热水储能为恒温储存，储水量的变化反映蓄能状态，具体为：

其中：QM为水箱的存储的热能，σM为热自损耗系数，Htank_M为水箱热功率，正为输入，负为输出；QC为水箱的存储的冷能，σC为冷自损耗系数，Htank_C为水箱冷功率，正为输入，负为输出。

所述的电热微网梯级利用是指：电热微网的梯级利用遵循温度对口利用方法，以电热能量流供需平衡为约束、以综合能效最优为目标分层次系统利用不同品位的热能。电热微网中的梯级利用工艺流程如图2所示，基于燃气轮机的热电联产，抽气热与废气热被区分利用。废气热经过余热锅炉回收产生34℃左右低温热水，由于低温热水的存储与输热价值低，因此一部分废气热作为吸收式热泵的低温热源，剩余部分用于加热锅炉回水或是空间热负荷。抽气热为高温蒸汽，一部分驱动吸收式热泵将大量低温热水加热至中温75℃，一部分通过尖峰加热器换热，将中温水加热至高温120℃。

所述的耦合转化关系分析包括：

①在不同热能品位上的电热耦合关系，利用多能互补优势，提高能源利用效率与供能的灵活性：电热耦合的能源梯级利用结构如图3所示。从能量结构上可分为电力母线、蒸汽母线、低温热水母线、中温热水母线、高温热水母线。电力母线连接燃气轮机发电、太阳能光热发电、风力发电，并且与主电网和电池储能进行电能交互，向电负荷、电热泵和电制冷设备供电。蒸汽母线连接燃气轮机抽气与燃气锅炉，供应吸收式热泵、尖峰加热器和吸收式制冷设备与高温蒸汽负荷。低温热水母线由余热锅炉和吸收式制冷生产低温热水，供应吸收式热泵和电热泵。中温热水母线中低温热水加热后供应尖峰加热器与中温热水负荷。高温热水母线由尖峰加热器加热中温热水与太阳能光热供应，满足高温热水负荷。

②多能耦合关系：根据不同品位热能流，能源设备中的电热泵、吸收式热泵、尖峰加热器将驱动侧输入的能量以一定比例转化至被加热侧，提高被加热侧的热能品位。因此能量流上包括能量的转化与热能的转移如图4所示。基于能量守恒定理与热能比焓定义，分析不同热能品位间的多能耦合关系具体为：

其中：x表示能源设备类型，HX,out为输出热能，Cx为能效比常数，Hx,in为驱动侧输入能量，Hx,heated为被加热侧输入热能；mx,in与mx,out分别为驱动侧与被加热侧工质流量，hin、hheated、hout分别为驱动侧输入、被加热侧输入、被加热侧输出热能比焓，hbase为常温水比焓，作为基准。Rx为被加热侧与驱动侧输入热能之比，可以看出该比例系数取决于设备的能效比与设计输入输出比焓，对于特定设备可视作常数。基于比例系数Rx分析不同热能品位间的耦合转化关系，即基于原有数学模型改写电热泵、吸收式热泵、尖峰加热器的输入输出数学模型，限于篇幅不在此赘述。

③能量流供需分析：基于图3所示的能量流结构、能源设备模型与多能耦合关系，从源、荷、储角度分析不同能源母线上的能流实时值，具体为：

其中：PE_supply、HS_supply、HH_supply、HM_supply、HL_supply、HC_supply分别为电力、蒸汽、高温热水、中温热水、低温热水、冷水母线的能量来源总和。

所述的基于温度对口原则建立高、中、低品位热能转换模型具体为：

其中：PE_load、HS_load、HH_load、HM_load、HL_load、HC_load分别为为电力、蒸汽、高温热水、中温热水、低温热水、冷水母线的能量消耗总和；PEL、HSL、HHL、HML、HCL分别为电、蒸汽、高温热水、中温热水、冷水负荷。

所述的能量梯级优化算法，包括以下步骤：

步骤1)优化运行目标：优化策略的目标考虑日运行成本最低，目标函数由天然气、电能购买成本与设备运行成本组成，具体为：C_all＝C_ng+C_grid+C_device；

步骤2)天然气由燃气轮机与燃气锅炉消耗，则天然气购买成本具体为：

其中：i表示同类型设备内编号。

步骤3)微网与主电网处于并网运行状态，依据分时电价从主电网购售电，则电网购售电成本具体为：

其中：

为分时购电电价。

步骤4)设备运行成本可以分为能源设备运维成本和电池储能折旧成本，设备维护成本由设备单位功率成本定义，电池储能折旧成本与充放电电量相关，假设电储能随着充放电量增加线性折旧。则设备运行成本具体为：

其中：px为不同能源设备单位出力功率成本，cess为电储能更换成本，Qess,max为蓄电池全生命周期充放电总量。

所述的以电热能量流供需平衡为约束是指：运行时需要保证各母线上能量供需平衡，各母线约束具体为：

其中，低温热水大量存储经济性差，且研究中未考虑厂区空间热负荷、锅炉回水加热等，因此约束上设定供大于需。

此外，能源设备运行中需要满足最大最小功率与约束爬坡约束，具体为：

其中：Px,min、Px,max表示不同能源设备的最小最大运行功率，Dx、Bx表示不同能源设备向下向上爬坡率。

所述的能量梯级优化算法计算，采用基于Matlab平台与Yalmip工具箱构建电热微网的能流数学模型与约束，根据根据微网能流实时功率通过求解器Gurobi进行仿真，以综合能效转化成经济性最优为目标，制定各设备的调度计划。

所述的仿真，优选将一天分为96个时间节点。

所述的仿真，优选同类型的多台设备由于约束定义相同，求解器在选择出力设备的时候存在一定随机性。为了使出力设备的选择具有一定区分度，将同类型的设备的运行维护费用进行p_x,i+1＝p_x·(1+i·e_r)处理，即同类型设备在设备运行费用上依次增加，从而优先选择编号靠前的设备，其中：x代表设备类型，i为设备编号，er为费用增幅，费用增幅仅起到区分的作用，因此定义数值极小，对最后求解结果影响可忽略，本方法中取值为10^-4。

如图16所示，本实施例涉及实现上述方法的系统，包括：负荷计算模块、能量耦合转化模块、能量多重利用模块、能量梯级优化模块和求解计算模块，其中：负荷计算模块给能量耦合转化模块与能量多重利用模块提供电热负载的功率值，能量耦合转化模块给能量梯级优化模块提供不同能源之间转化的功率数据，能量多重利用模块为能量梯级优化模块提供热能不同品位转换的功率数据，能量梯级优化模块根据负荷实时功率、耦合转化功率、多重利用功率制定电热功率平衡约束，形成以综合能效最优算法，由求解计算模块完成求解。

本实施例中的仿真算例以典型电热微网的结构拓扑与参数为基础，包含燃气轮机、燃气锅炉、吸收式热泵、吸收式制冷、电热泵、电制冷、尖峰加热器、电储能、储热水箱、储冷水箱，设备的关键参数如附录表1所示。电网的分时电价如图5所示，其中，峰平电价时段为7:00～～23:00；谷电价时段为23:00～次日7:00。微网中负荷与可再生能源日出力预测如图6所示，其中风电、电负荷为电功率，其余为热功率。

基于上述仿真算例，综合能源站的冷热电负荷供给如图7～8所示，图中输入母线的能量为正值，从母线获取能量为负值。基于图7、图8的电力与蒸汽调度计划结果，从电价峰谷时段上分析：

1)23:00～7:00为谷电价时段，直接向电网购电经济性好，因此燃气轮机未启动，电力供应侧由光热发电、风电与主电网构成。电力负荷侧由电热泵、电制冷与不可控电负荷构成。该时段内仅由燃气锅炉供应蒸汽，蒸汽负荷侧由吸收式制冷、尖峰加热器和蒸汽负荷构成。该时段内使用吸收式制冷的原因在于电价低，吸收式制冷所制取的低温热水能够被电热泵加热利用，经济效益好。电储能在谷电价时段结束前以最大电功率将电量充满。

2)7：00～23：00为峰平电价时段，燃气轮机的供电更加经济。该时段内电力供应侧主要由燃气轮机发电、光热发电与风电构成，并且注意到在10：00左右，由于风电出力间歇性减小，燃气轮机与电储能均达到最大出力，因此从电网购电满足负荷需求。电力负荷侧主要由电制冷与不可控电负荷构成，电热泵仅选择性使用。蒸汽供应侧由燃气轮机与燃气锅炉提供。蒸汽负荷侧由吸收式热泵、吸收式制冷、尖峰加热器与蒸汽负荷构成，由于燃气轮机热电联产提供了大量蒸汽并且电价高，吸收式热泵与吸收式制冷具有较好的经济效益。在7：00～15：00内由于电负荷高且风电出力减小，因此电储能放电辅助削峰直至荷电状态达到下限。

基于图9～图11的冷热水调度计划结果，从冷热负荷的供能组成部分上分析：

1)对于高温热水供应，由于光热电站不参与调度控制，蒸气轮机的发电量较稳定，剩余光热能用于供热，因此尖峰加热器根据光热电站的供热量调节产热量。其消耗的蒸汽量为刚性需求，燃气轮机与燃气锅炉的蒸汽产出需要优先满足。

2)对于中温热水供应，在谷电价时段由电热泵供应，在峰平电价时段由吸收式热泵供应,电热泵在蒸汽供应紧张时制热。储热水箱由于存在能量自损耗，在谷电价时段先放水，在谷电价时段结束前通过电热泵制热，储水到最大容量，在峰平电价时段释热。

3)对于冷水供应，主要以电制冷为主，峰平电价时段的吸收式制冷供能比例增加。这是由于吸收式制冷与电制冷相比能效比差，但是考虑到吸收式制冷能够制冷的同时供应低温热水，在谷电价时段运行可供应给电热泵进一步加热，而在峰平电价时段当蒸汽供应充足时，吸收式制冷消耗蒸汽制冷的综合效益高。储冷水箱运行模式与储热水箱相似，在谷电价时段结束前储水到最大容量，在峰平电价时段释冷。

为了分析电热耦合的梯级利用策略的优势，与无电热耦合的梯级利用策略、传统三联供供能策略的仿真结果比较，如表1所示。

表1 不同运行策略日运行费用

策略2的无电热耦合的梯级利用策略在梯级利用结构的基础上，不考虑电热泵、电制冷等电热耦合设备。在供能策略上，吸收式热泵提供全部所需的中温热水，吸收式制冷提供全部所需的冷水。其电力、蒸汽调度计划如图12,13所示。燃气轮机与燃气锅炉全天运行，提供吸收式热泵、吸收式制冷与蒸汽负荷所需蒸汽。蒸汽供应在谷电价时段以燃气锅炉为主，在峰平电价时段以燃气轮机为主。在谷电价时段，由于燃气轮机运行发电，减少了从电网的购电量。电储能运行策略一致，在谷电价时段充电，峰电价时段放电。

传统三联供供能策略中电力、蒸汽、高温热水与冷水调度计划如图14、图15所示。由于未对热能品位划分，算例中中温热水负荷与热网热水负荷统一归为高温热负荷，热水通过热网供应。在供能策略上，谷电价时段的燃气轮机与燃气锅炉产生的蒸汽提供给尖峰加热器与高温蒸汽负荷，尖峰加热器制取高温热水满足热网热水负荷，电制冷提供全部所需冷水；在峰平电价时段，燃气轮机与燃气锅炉高负荷运行，提供吸收式制冷、尖峰加热器与高温蒸汽负荷所需蒸汽。电制冷在微网不可控电负荷降低后开启，消纳富余电力并减少吸收式制冷的蒸汽需求，从而平衡微网电力与蒸汽需求。

对比表中数据分析：

1)由于微网对冷热电均有需求，使用天然气供能的热电联产效益显著，因此天然气费用占比较高。策略1使用了较多谷电价电力，节省了天然气费用，因此总购能费用低；并且使用了吸收式热泵、电热泵、电制冷等高能效比设备，维护费用较低。在总费用上，策略2、3相比策略1分别上升了8.31％、17.58％，证明电热耦合的梯级利用策略能够有效提高运行经济性。

2)缺少电热耦合设备后，电热联合微网运行灵活性差。在策略2的冷热电供能设备单一，吸收式热泵、吸收式制冷需要根据负荷需求运行，燃气轮机、燃气锅炉需要全天高负荷运行，缺少优化调度空间。

3)未考虑热能梯级利用的情况下，电热联合微网的运行效率低。策略3的供热依靠直接换热，效率低。且微网供热供冷需要消耗大量蒸汽，导致燃气轮机、燃气锅炉全天高负荷运行，天然气费用占比高。对微网用户用热品位缺少区分情况下，导致实际上供热效率变低，不能实现品位需求对口的供热模式。

综上所述，电热耦合的多重利用梯级优化策略针对能量耦合转化元件，建立风能与光能向电能转化、光能向热能转化、气能向电能与热能转化、电能向热能转化的耦合模型，基于热能温度对口利用，通过余热回收、电热转换等技术协调优化各设备运行调度，有效降低综合能源站的日运行费用，实现经济运行。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (4)

1.一种电热联合微网能量梯级优化方法，其特征在于，根据能量耦合转化元件建立风能与光能向电能转化、光能向热能转化、气能向电能与热能转化、电能向热能转化的能源耦合转化模型，基于该模型进行多种能源负荷计算和耦合转化关系分析，根据电热微网梯级利用，基于温度对口原则建立高、中、低品位热能转换模型；根据微网能流实时功率，以电热能量流供需平衡为约束、以综合能效转化成经济性最优为目标，通过能量梯级优化算法计算得到电热微网最优运行参数从而实现梯级优化调控；

所述的能量耦合转化元件包括：燃气轮机、燃气锅炉、电热泵、吸收式热泵、尖峰加热器、太阳能光热设备、电储能设备和冷、热水储能设备；

所述的基于该模型进行多种能源负荷计算中，能源耦合转化模型包括：

1)燃气轮机：以背压式燃气轮机为建模对象，其发电效率较高，但是运行过程中发电量、抽气量、废气排气比例固定，灵活性较差，燃气轮机的废气由余热锅炉回收，同时过滤废气中的污染物，减少排放污染，燃气轮机的热电联产模型为

其中：

为燃气轮机的功率，λ为天然气低位燃烧热值，

为燃气轮机的进气量，η_GT为燃气轮机发电效率，

为从废气回收的热功率，η_exh为余热回收效率，

为抽气蒸汽热功率，η_ext为抽气系数，上角标t为时间；

2)燃气锅炉：燃气锅炉同样消耗天然气，但是缺少发电环节，燃烧产生高温蒸汽直接供热，其制热模型为H_GB(t)＝η_GB·λF_GB(t)，其中：F_GB(t)为燃气锅炉的进气量，H_GB(t)为燃气锅炉产生的蒸汽所含热能，η_GB为燃气锅炉效率；

3)电热泵、电制冷模型：电热泵与电制冷工作原理相似，其模型可用能效比系数表示，具体为：

其中：

为电热泵制热功率，

为电热泵耗电功率，C_HP为电热泵能效比；

为电制冷制冷功率，

为电制冷耗电功率，C_RE为电制冷能效比；

4)吸收式热泵、吸收式制冷模型：吸收式热泵与吸收式制冷工作原理相似，吸收式热泵消耗少量高温热能产生大量中温热能，而吸收式制冷消耗高温热能产生冷能,并且伴随副产物大量的低温热水，具体为：

其中：

为吸收式热泵制热功率，C_AHP为吸收式热泵能效比，

为吸收式热泵消耗蒸汽热功率；

为吸收式制冷制冷功率，C_ACH为吸收式制冷能效比，

为吸收式制冷产生的低温热能，k_ACH为基于吸收式制冷设备特性的比例常数；

5)尖峰加热器：尖峰加热器能够利用蒸汽将热水加热至高温，在数学模型上与换热器模型相似，具体如：

其中：

为尖峰加热器传递的热能，C_PH为换热效率，

为尖峰加热器消耗的蒸汽热能；

6)太阳能光热设备：太阳能光热发电是利用太阳光聚焦产生高温蒸汽，一部分通过蒸气轮机发电，剩余部分用于供热，具体为：

其中：P_PT为光热发电功率，η_ST为蒸汽轮机发电效率，E_solar为集热系统提供热能，x_p为进入蒸气轮机热能比例系数；H_{PT_H}为光热产热功率，η_ex为换热器效率，η_WH为蒸气轮机余热回收效率；

7)电储能模型：电储能模型用荷电状态表示，具体为：

其中：

为电储能荷电状态，

为充放电功率(充电为正，放电为负)，E_ess,max为容量，η_chr为充电效率，η_dch为放电效率，σ_ess为自放电系数，Δt为时间间隔；

8)冷、热水储能模型：冷、热水储能为恒温储存，储水量的变化反映蓄能状态，具体为：

其中：

为水箱的存储的热能，σ_M为热自损耗系数，

为水箱热功率，正为输入，负为输出；

为水箱的存储的冷能，σ_C为冷自损耗系数，

为水箱冷功率，正为输入，负为输出；

所述的耦合转化关系分析包括：

①在不同热能品位上的电热耦合关系，利用多能互补优势，提高能源利用效率与供能的灵活性：电热耦合的能量结构包括电力母线、蒸汽母线、低温热水母线、中温热水母线、高温热水母线，电力母线连接燃气轮机发电、太阳能光热发电、风力发电，并且与主电网和电池储能进行电能交互，向电负荷、电热泵和电制冷设备供电，蒸汽母线连接燃气轮机抽气与燃气锅炉，供应吸收式热泵、尖峰加热器和吸收式制冷设备与高温蒸汽负荷，低温热水母线由余热锅炉和吸收式制冷生产低温热水，供应吸收式热泵和电热泵，中温热水母线中低温热水加热后供应尖峰加热器与中温热水负荷，高温热水母线由尖峰加热器加热中温热水与太阳能光热供应，满足高温热水负荷；

②多能耦合关系：根据不同品位热能流，能源设备中的电热泵、吸收式热泵、尖峰加热器将驱动侧输入的能量部分转化至被加热侧，提高被加热侧的热能品位，其能量流上包括能量的转化与热能的转移，基于能量守恒定理与热能比焓定义，分析不同热能品位间的多能耦合关系具体为：

其中：x为能源设备类型，

为输出热能，C_x为能效比常数，

为驱动侧输入能量，

为被加热侧输入热能；

与

分别为驱动侧与被加热侧工质流量，h_in、h_heated、h_out分别为驱动侧输入、被加热侧输入、被加热侧输出热能比焓，h_base为常温水比焓，作为基准，R_x为被加热侧与驱动侧输入热能之比，其取决于设备的能效比与设计输入输出比焓，对于特定设备可视作常数，基于比例系数R_x分析不同热能品位间的耦合转化关系，即基于原有数学模型改写电热泵、吸收式热泵、尖峰加热器的输入输出数学模型；

③能量流供需分析：基于能量流结构、能源设备模型与多能耦合关系，从源、荷、储角度分析不同能源母线上的能流实时值，具体为：

其中：

分别为电力、蒸汽、高温热水、中温热水、低温热水、冷水母线的能量来源总和；

所述的电热微网梯级利用是指：电热微网的梯级利用遵循温度对口利用方法，以电热能量流供需平衡为约束、以综合能效最优为目标分层次系统利用不同品位的热能，具体为：基于燃气轮机的热电联产，抽气热与废气热被区分利用，废气热经过余热锅炉回收产生低温热水，由于低温热水的存储与输热价值低，因此一部分废气热作为吸收式热泵的低温热源，剩余部分用于加热锅炉回水或是空间热负荷，抽气热为高温蒸汽，一部分驱动吸收式热泵将大量低温热水加热至中温，一部分通过尖峰加热器换热，将中温水加热至高温；

所述的能量梯级优化算法计算，采用基于Matlab平台与Yalmip工具箱构建电热微网的能流数学模型与约束，根据根据微网能流实时功率通过求解器Gurobi进行仿真，以综合能效转化成经济性最优为目标，制定各设备的调度计划；

所述的能量梯级优化算法，包括以下步骤：

步骤1)优化运行目标：优化策略的目标考虑日运行成本最低，目标函数由天然气、电能购买成本与设备运行成本组成，具体为：C_all＝C_ng+C_grid+C_device；

步骤2)天然气由燃气轮机与燃气锅炉消耗，则天然气购买成本具体为：

其中：i为同类型设备内编号；

步骤3)微网与主电网处于并网运行状态，依据分时电价从主电网购售电，则电网购售电成本具体为：

其中：

为分时购电电价；

步骤4)设备运行成本可以分为能源设备运维成本和电池储能折旧成本，设备维护成本由设备单位功率成本定义，电池储能折旧成本与充放电电量相关，假设电储能随着充放电量增加线性折旧；则设备运行成本具体为：

其中：C_device为设备运行成本，p_x为不同能源设备单位出力功率成本，

为不同能源设备单位出力功率，Q_ess,max为蓄电池全生命周期充放电总量，

为充放电功率。

2.根据权利要求1所述的电热联合微网能量梯级优化方法，其特征是，所述的基于温度对口原则建立高、中、低品位热能转换模型具体为：

其中：

分别为为电力、蒸汽、高温热水、中温热水、低温热水、冷水母线的能量消耗总和；

分别为电、蒸汽、高温热水、中温热水、冷水负荷。

3.根据权利要求1所述的电热联合微网能量梯级优化方法，其特征是，所述的以电热能量流供需平衡为约束是指：运行时需要保证各母线上能量供需平衡，各母线约束具体为：

其中，低温热水大量存储经济性差，且研究中未考虑厂区空间热负荷、锅炉回水加热等，约束上设定供大于需；此外，能源设备运行中需要满足最大最小功率与约束爬坡约束，具体为：

其中：Px,min、Px,max表示不同能源设备的最小最大运行功率，Dx、Bx表示不同能源设备向下向上爬坡率。

4.根据权利要求1所述的电热联合微网能量梯级优化方法，其特征是，所述的仿真，将同类型的设备的运行维护费用进行p_x,i+1＝p_x·(1+i·e_r)处理，即同类型设备在设备运行费用上依次增加，从而优先选择编号靠前的设备，其中：x为设备类型，i为设备编号，e_r为费用增幅。

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