CN114154669A - 综合能源系统运行优化模型 - Google Patents
综合能源系统运行优化模型 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114154669A CN114154669A CN202111048670.7A CN202111048670A CN114154669A CN 114154669 A CN114154669 A CN 114154669A CN 202111048670 A CN202111048670 A CN 202111048670A CN 114154669 A CN114154669 A CN 114154669A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power
- gas
- electric
- energy system
- boiler
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005457 optimization Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 57
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 42
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 185
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 36
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims description 31
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 20
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 15
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 14
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 13
- 230000009194 climbing Effects 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 6
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 4
- 238000002330 electrospray ionisation mass spectrometry Methods 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 11
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 11
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 238000013439 planning Methods 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000012384 transportation and delivery Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q10/00—Administration; Management
- G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
- G06Q10/063—Operations research, analysis or management
- G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
- G06Q10/06315—Needs-based resource requirements planning or analysis
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q30/00—Commerce
- G06Q30/02—Marketing; Price estimation or determination; Fundraising
- G06Q30/0201—Market modelling; Market analysis; Collecting market data
- G06Q30/0206—Price or cost determination based on market factors
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
- G06Q50/06—Energy or water supply
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/70—Smart grids as climate change mitigation technology in the energy generation sector
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
- Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S50/00—Market activities related to the operation of systems integrating technologies related to power network operation or related to communication or information technologies
- Y04S50/14—Marketing, i.e. market research and analysis, surveying, promotions, advertising, buyer profiling, customer management or rewards
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Resources & Organizations (AREA)
- Strategic Management (AREA)
- Economics (AREA)
- Entrepreneurship & Innovation (AREA)
- Development Economics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Marketing (AREA)
- General Business, Economics & Management (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Accounting & Taxation (AREA)
- Finance (AREA)
- Tourism & Hospitality (AREA)
- Game Theory and Decision Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Public Health (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Primary Health Care (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明公开了一种综合能源系统运行优化模型,包括区域能源系统调控中心和各类生产设备、转换设备及储存设备,区域能源系统调控中心分别与各类生产设备、转换设备及储存设备连接,储存设备分别与各类生产设备和转换设备连接,区域能源系统调控中心分别连接有能源消费侧模块和能源供应侧模块。本发明增加系统的耦合性,保障综合能源系统的可靠运行,提高能源的利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及能源管理技术领域,具体涉及一种综合能源系统运行优化模型。
背景技术
近年来,我国以化石能源为主体的能源消费结构带来了严重的环境和气候问题,节能减排压力也随之增大,提高能源利用效率和以清洁能源为主体的能源结构成为经济可持续发展的必然趋势。作为智能电网和能源互联网建设的前提,综合能源系统正在蓬勃发展,能实现多种能源的优势互补,提高能源的利用效率,成为解决能源问题的具体实现方式。然而,目前电力系统、热力系统、天然气系统等各系统之间的耦合性不强,亟需多系统之间增加耦合,提高系统抗风险能力,保障综合能源系统的安全可靠性运行。
目前,针对综合能源系统的运行优化研究,多集中在某一特定场景下为实现低碳、经济等目标,以综合能源系统成本最小作为优化结果,以各系统的功率约束、出力区间约束、储能容量约束和可控机组爬坡出力等作为约束条件,构建综合能源系统的优化模型。文献[1]在构建区域综合能源系统调度成本模型中,考虑了弃风成本、环境污染成本和电、热储能损耗成本等,进而提高调度经济性较差的问题。文献[2]在四种场景下,以供电平衡、供热(冷) 平衡及微型燃气轮机运行等为约束条件,对比各情景下的运行成本。文献[3]以能源供应商和用户的效用最大化为条件,提出了一种基于联盟博弈的综合能源系统优化运行方法,建立了考虑新能源发电机综合需求响应的综合能源系统双层优化模型。文献[4]考虑含电转气的电力系统及天然气系统的能流模型与安全约束,将二氧化碳排放量折算到经济维度和系统的运行成本共同组成综合成本最低的目标函数,从而构建综合能源系统的优化运行模型。文献[5]除考虑综合能源系统运行优化的一般约束之外,将绿证市场售价、绿色证书配额、电气母线平衡、热水母线平衡和蒸汽母线平衡等,建立了含绿色证书跨链交易的综合能源系统优化模型;文献[6]对于社区级综合能源系统优化模型的构建,考虑了功率平衡、发电设备出力限制、储能装置容量和储能装置充放电等约束条件,建立了包含直接运行成本和综合碳成本的目标函数。
本文针对综合能源系统的运行优化问题,考虑系统内部电力系统、天然气系统、热力系统三部分单独运行及耦合转化,以综合能源系统总成本最小为目标函数,以各设备出力和功率平衡为约束条件,构建满足系统内电负荷、热负荷、气负荷三类负荷的系统规划模型。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,针对现有技术存在的上述缺陷,提供了一种综合能源系统运行优化模型,增加各系统的耦合性,保障综合能源系统的可靠运行,提高能源的利用效率。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种综合能源系统运行优化模型,包括区域能源系统调控中心和各类生产设备、转换设备及储存设备,区域能源系统调控中心分别与各类生产设备、转换设备及储存设备连接,储存设备分别与各类生产设备和转换设备连接,区域能源系统调控中心分别连接有能源消费侧模块和能源供应侧模块。
按照上述技术方案,生产设备包括可再生发电系统、光伏发电系统、热电联产机组和冷热电联供系统;
转换设备包括燃气轮机、燃气锅炉、氢燃料电池;
储存设备包括储能电池、储热罐和储气罐。
按照上述技术方案,所述的综合能源系统运行优化模型以综合能源系统优化运行成本最低为目标函数进行构建:
min Q=kwtPwt+kpvPpv+kDGPDG+kP2GPP2G+kEBPEB+kGBPGB +kESPES+kHSPHS+kGSPGS+Cele+Cgas+Che
其中,Pwt为24时中风力发电系统电出力最大功率,Ppv为24时中光伏发电系统最大出力功率,PDG为24时中燃气机组最大出力功率,PP2G为24时中P2G最大出力功率,PEB为 24时中电锅炉最大出力功率,PGB为24时中燃气锅炉最大出力功率,PES为24时中最大储电功率,PHS为24时中最大储氢功率,PGS为24时中最大储气功率;
kwt为风力发电机组单位造价,kpv为光伏机组单位造价,kDG为燃气机组单位造价,kP2G为P2G设备单位造价,kEB为电锅炉单位造价,kGB为燃气锅炉单位造价,kHS为储热罐单位造价,kES为储能蓄电池单位造价,kGS为储气罐单位造价,Cele为购电成本,Cgas为购气成本,Che为购热成本。
按照上述技术方案,综合能源系统的生产设备和转换设备从类别分为电力系统、天然气系统和供热供冷系统,所述的综合能源系统运行优化模型的整个区域内的电力功率需要维持平衡状态,包括电功率平衡、热功率平衡和气功率平衡。
按照上述技术方案,电功率平衡:
Ppv,t+Pw,t+PDG,t=PP2G,t+PES,t+PaE,t
式中,PaE,t为用户用电负荷,Ppv,t为光伏发电系统在t时刻的发电功率,Pw,t为风力发电系统在t时刻风电输出功率,PDG,t为燃气机组功率,PP2G,t为P2G电转气生成气体的功率,PES为蓄电池t时刻气体留存功率。
Ppv,t=AIηpv
式中,A为光伏安装容量;I为日照强度;ηpv为光电转换效率;
按照上述技术方案,热功率平衡:
PEB,t+PGB,t=PaH,t+PHS,t
式中,PaH,t为用户用热负荷,PEB,t为电锅炉在t时刻的热力出力功率,PGB,t为燃气锅炉在t时刻的热力出力功率,PHS,t为储热罐t时刻气体留存功率。
按照上述技术方案,气功率平衡:
PP2G,t=PaG,t+PGS,t
式中,PaG,t为用户用气负荷,PP2G,t为P2G在t时刻电转气生成气体的功率,PGS,t为储气罐t时刻气体留存功率。
本发明具有以下有益效果:
本发明增加各系统的耦合性,保障综合能源系统的可靠运行,提高能源的利用效率。
附图说明
图1是本发明实施例中综合能源系统运行优化模型的构架图;
图2是本发明实施例中用户用电、用热及用气的负荷曲线图;
图3是本发明实施例中综合能源系统运行优化模型的各设备分时段的出力曲线图;
图4是本发明实施例中综合能源系统运行优化模型的各设备的投资成本立柱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1~图4所示,本发明提供的一个实施例中的综合能源系统运行优化模型,包括区域能源系统调控中心和各类生产设备、转换设备及储存设备,区域能源系统调控中心分别与各类生产设备、转换设备及储存设备连接,储存设备分别与各类生产设备和转换设备连接,区域能源系统调控中心分别连接有能源消费侧模块和能源供应侧模块,区域能源系统调控中心通过能源消费侧模块和能源供应侧模块获得购电成本、购气成本和购热成本及相应的需求量。
进一步地,生产设备包括可再生发电系统、分布式光伏发电系统、热电联产机组和冷热电联供系统;可再生发电系统包括风力发电系统;
转换设备包括燃气轮机、燃气锅炉、氢燃料电池;转换设备还包括电锅炉和P2G设备;
储存设备包括储能电池、储热罐和储气罐。
进一步地,所述的综合能源系统运行优化模型以综合能源系统优化运行成本最低为目标函数进行构建:
min Q=kwtPwt+kpvPpv+kDGPDG+kP2GPP2G+kEBPEB+kGBPGB +kESPES+kHSPHS+kGSPGS+Cele+Cgas+Che
其中,Pwt为24时中风力发电系统电出力最大功率,Ppv为24时中光伏发电系统最大出力功率,PDG为24时中燃气机组最大出力功率,PP2G为24时中P2G最大出力功率,PEB为 24时中电锅炉最大出力功率,PGB为24时中燃气锅炉最大出力功率,PES为24时中最大储电功率,PHS为24时中最大储氢功率,PGS为24时中最大储气功率;
kwt为风力发电机组单位造价,kpv为光伏机组单位造价,kDG为燃气机组单位造价,kP2G为P2G设备单位造价,kEB为电锅炉单位造价,kGB为燃气锅炉单位造价,kHS为储热罐单位造价,kES为储能蓄电池单位造价,kGS为储气罐单位造价,Cele为购电成本,Cgas为购气成本,Che为购热成本;生产设备和转换设备中包括风电机组、光伏机组、燃气机组、P2G设备、电锅炉和燃气锅炉,储存设备包括储能电池、储热罐和储气罐。
进一步地,P2G设备是指可再生能源发电技术设备,利用风力发电、太阳能发电等的剩余电力电解水生成氢,然后提供给现有的燃气管道网络;或者利用电力、水及大气中的CO2,通过甲烷化反应制造甲烷,提供燃气。
进一步地,综合能源系统的生产设备和转换设备从类别分为电力系统、天然气系统和供热供冷系统,整个区域内的电力功率需要维持平衡状态,包括电功率平衡、热功率平衡和气功率平衡。
进一步地,电功率平衡:
Ppv,t+Pw,t+PDG,t=PP2G,t+PES,t+PaE,t
式中,PaE,t为用户用电负荷,Ppv,t为光伏发电系统在t时刻的发电功率,Pw,t为风力发电系统在t时刻风电输出功率,PDG,t为燃气机组功率,PP2G,t为P2G电转气生成气体的功率,PES为蓄电池t时刻气体留存功率。
Ppv,t=AIηpv
式中,A为光伏安装容量;I为日照强度;ηpv为光电转换效率;
进一步地,热功率平衡:
PEB,t+PGB,t=PaH,t+PHS,t
式中,PaH,t为用户用热负荷,PEB,t为电锅炉在t时刻的热力出力功率,PGB,t为燃气锅炉在t时刻的热力出力功率,PHS,t为储热罐t时刻气体留存功率。
进一步地,气功率平衡:
PP2G,t=PaG,t+PGS,t
式中,PaG,t为用户用气负荷,PP2G,t为P2G在t时刻电转气生成气体的功率,PGS,t为储气罐t时刻气体留存功率。
本发明的工作原理:综合能源系统是由电力系统、天然气系统和热(冷)系统组成的复 杂的耦合系统,在能源的建设和规划过程中,通过对各类能源的生产、供应、转换、存储和 消费环节对能源进行有机的协调与规划。其基本架构在于综合能源系统的物理构成,即保障 综合能源系统基本运行。科学、全面、准确的描述综合能源系统的基本架构是对综合能源系 统进行多尺度系统建模的基础。本文对综合能源系统基本架构的描述从能源供应侧、输配侧 和消费侧三部分来展开。
能源供应侧即上游市场。上游市场一般由电力市场、热力市场和天然气市场组成。其生产的一次能源和二次能源一方面输送到需求侧供用户使用,另一方面,批发到综合能源系统运营商,通过采取多种方式,将一次能源和二次能源高效快捷地转换为各种各样的能源形式,从而满足需求侧不同用户的用能需求。
能源输配侧即综合能源系统运营商。综合能源系统运营商由区域能源系统调控中心和各类生产设备、转换设备及储存设备组成。区域能源调控中心一方面接收上游市场及需求侧的能源批发需求响应信息和能源交易需求响应指令,另一方面,遥测生产设备、转换设备和储存设备。生产设备为小规模可再生发电系统,一般有分布式光伏发电、热电联产(Combined Heat and Power,CHP)机组和冷热电联供系统(Combined Cooling Heatingand Power,CCHP) 等。转换设备为包括燃气轮机、燃气锅炉、氢燃料电池等在内的设备。储存设备是包括储能电池、储热罐和储气罐等设备在内的辅助型设备。
能源消费侧即需求侧。需求侧一般由典型产业园区用户、典型公共机构用户、典型商业用户和典型居民用户构成。需求侧获得能源的途径一是从上游市场直接购入,二是从综合能源系统运营商通过能源输送网络,包括电网、热网、冷网获得供能服务。此外,需求侧为区域能源调控中心提供交易数据,供区域能源调控中心实施负荷监测。
综合能源系统优化运行数学模型构建
模型主要考虑燃气轮机、储能等设备满足用户电、热、气的负荷需求,以投运成本最小为目标函数,实现系统经济运行。具体而言,电负荷通过风力发电系统、光伏发电系统、燃气机组满足用户用电需求,热负荷通过燃气锅炉满足用户用热需求,气负荷通过P2G满足用户用气需求。
3.1各系统约束
在本文中,综合能源系统依靠风力发电系统、光伏发电系统、
(1)风力发电系统
(2)光伏发电系统
Ppv,t=AIηpv
式中,A为光伏安装容量;I为日照强度;ηpv为光电转换效率。
(3)燃气机组
系统燃气机组由燃气轮机通过天然气压缩以及与燃料室内燃料混合燃烧生成的气体推动转自转动发电,实现气到电的转化。
(4)P2G
(5)锅炉
本模型中锅炉分为电锅炉与燃气锅炉两种,电锅炉实现电到热的转化,燃气锅炉通过燃烧天然气实现气到热的转化。
1)电锅炉
2)燃气锅炉
(6)储能系统
1)储气装置
2)储热装置
3)蓄电池
3.2功率平衡约束
除了满足以上各个系统的功率各自约束外,整个区域内的电力功率需要维持平衡状态:
(1)电功率平衡
Ppv,t+Pw,t+PDG,t=PP2G,t+PES,t+PaE,t
式中,PaE,t为用户用电负荷。
(2)热功率平衡
PEB,t+PGB,t=PaH,t+PHS,t
式中,PaH,t为用户用电负荷。
(3)气功率平衡
PP2G,t=PaG,t+PGS,t
式中,PaG,t为用户用电负荷。
3.3目标函数
模型以综合能源系统优化运行成本最低为目标函数:
min Q=kwtPwt+kpvPpv+kDGPDG+kP2GPP2G+kEBPEB+kGBPGB +kESPES+kHSPHS+kGSPGS+Cele+Cgas+Che
式中,kwt为风电机组单位造价,kpv为光伏机组单位造价,kDG为燃气机组单位造价,kP2G为P2G设备单位造价,kEB为电锅炉单位造价,kGB为燃气锅炉单位造价,kHS为储热罐单位造价,kES为蓄电池单位造价,kGS为储气罐单位造价,Cele为购电成本,Cgas为购气成本,Che为购热成本。
4算例分析
本文选取某园区综合能源系统进行算例分析,该系统中用户电负荷如图2所示,可知,在该系统内8:00-20:00为用电负荷高峰。
系统固定成本由各类设备一次性投资构成,市场各设备单位投资情况及其额定功率如下所示:
表1 各设备单位投建成本
设备 | 单位投资(元/kW) |
光伏机组 | 12000 |
燃气轮机 | 8112 |
电制氢设备 | 800 |
电锅炉 | 1047 |
燃气锅炉 | 782 |
综合能源系统与主网购售电价按照当地工业用电电价四段划分,尖峰时段为 11:00—14:00,16:00—18:00,购电价格1.05元/kWh;峰时段为10:00—11:00,14:00—16:00,18:00—21:00,购电价格0.95元/kWh;平时段为07:00—10:00,21:00—24:00,购电价格0.65 元/kWh;谷时段为00:00—07:00,购电价格0.38元/kWh。
利用第三节模型,对该园区综合能源系统进行计算可得出在系统总成本最低下的各设备分时段出力,如图3所示。
从图中可以看出,由于燃气轮机单位造价较为经济,系统利用燃气轮机最多,远远高于光伏发电设备。电制氢设备生成的氢气高峰时段与低谷时段均与园区用气负荷曲线趋势相对应,电锅炉产热高峰时段与低谷时段均与园区用热负荷相对应。各设备典型日最大出力如下表所示:
表2 各设备典型日最大出力
设备 | 最大出力(MW) |
光伏机组 | 10.374 |
燃气轮机 | 28.773 |
电制氢设备 | 14.214 |
电锅炉 | 13.42 |
储气罐 | 10.432 |
由表中所得最大出力可对园区内综合能源系统进行容量设置,为保证用能高峰供能稳定性以及园区内成本最低,设置出力裕度为1%。
结合各设备单位造价成本计算可得综合能源系统规划总成本35.28万元,其中,燃气轮机成本最高,为18.38万元,其次是光伏机组容量成本,为12.57万元,电制氢设备、电锅炉、储气罐成本分别为1.15万元、2.06万元、1.12万元。
本文首先分析了园区级电-热-气综合能源系统中各电力主体、热力主体、天然气和储能主体的特性。其次以投运成本最小为目标函数,考虑各系统出力约束,提出综合能源系统优化运行模型。最后选取了某园区综合能源系统进行算例分析,研究在系统总成本最低下的各设备分时段出力情况,结合各设备单位造价成本得出综合能源系统规划成本。
综上所述,随着我国环境和气候问题日趋严重,综合能源系统正在蓬勃发展。然而,各系统之间的耦合性不强,亟需多系统之间增加耦合。本文以综合能源系统总成本最小为目标函数,考虑系统内部电力系统、天然气系统、热力系统三部分单独运行以及耦合转化,构建了满足系统内电负荷、热负荷、气负荷三类负荷的系统规划模型,进而增加系统的耦合性,保障综合能源系统的可靠运行,提高能源的利用效率。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明申请专利范围所作的等效变化,仍属本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种综合能源系统运行优化模型,其特征在于,包括区域能源系统调控中心和各类生产设备、转换设备及储存设备,区域能源系统调控中心分别与各类生产设备、转换设备及储存设备连接,储存设备分别与各类生产设备和转换设备连接,区域能源系统调控中心分别连接有能源消费侧模块和能源供应侧模块。
2.根据权利要求1所述的综合能源系统运行优化模型,其特征在于,生产设备包括可再生发电系统、光伏发电系统、热电联产机组和冷热电联供系统;
转换设备包括燃气轮机、燃气锅炉、氢燃料电池;
储存设备包括储能电池、储热罐和储气罐。
3.根据权利要求1所述的综合能源系统运行优化模型,其特征在于,所述的综合能源系统运行优化模型以综合能源系统优化运行成本最低为目标函数进行构建:
minQ=kwtPwt+kpvPpv+kDGPDG+kP2GPP2G+kEBPEB+kGBPGB+kESPES+kHSPHS+kGSPGS+Cele+Cgas+Che
其中,Pwt为24时中风力发电系统电出力最大功率,Ppv为24时中光伏发电系统最大出力功率,PDG为24时中燃气机组最大出力功率,PP2G为24时中P2G最大出力功率,PEB为24时中电锅炉最大出力功率,PGB为24时中燃气锅炉最大出力功率,PES为24时中最大储电功率,PHS为24时中最大储氢功率,PGS为24时中最大储气功率;kwt为风力发电机组单位造价,kpv为光伏机组单位造价,kDG为燃气机组单位造价,kP2G为P2G设备单位造价,kEB为电锅炉单位造价,kGB为燃气锅炉单位造价,kHS为储热罐单位造价,kES为储能蓄电池单位造价,kGS为储气罐单位造价,Cele为购电成本,Cgas为购气成本,Che为购热成本。
4.根据权利要求1所述的综合能源系统运行优化模型,其特征在于,综合能源系统的生产设备和转换设备从类别分为电力系统、天然气系统和供热供冷系统,所述的综合能源系统运行优化模型的整个区域内的电力功率需要维持平衡状态,包括电功率平衡、热功率平衡和气功率平衡。
5.根据权利要求4所述的综合能源系统运行优化模型,其特征在于,电功率平衡:
Ppv,t+Pw,t+PDG,t=PP2G,t+PES,t+PaE,t
式中,PaE,t为用户用电负荷,Ppv,t为光伏发电系统在t时刻的发电功率,Pw,t为风力发电系统在t时刻风电输出功率,PDG,t为燃气机组功率,PP2G,t为P2G电转气生成气体的功率,PES为蓄电池t时刻气体留存功率。
7.根据权利要求4所述的综合能源系统运行优化模型,其特征在于,热功率平衡:
PEB,t+PGB,t=PaH,t+PHS,t
式中,PaH,t为用户用热负荷,PEB,t为电锅炉在t时刻的热力出力功率,PGB,t为燃气锅炉在t时刻的热力出力功率,PHS,t为储热罐t时刻气体留存功率。
9.根据权利要求4所述的综合能源系统运行优化模型,其特征在于,气功率平衡:
PP2G,t=PaG,t+PGS,t
式中,PaG,t为用户用气负荷,PP2G,t为P2G在t时刻电转气生成气体的功率,PGS,t为储气罐t时刻气体留存功率。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111048670.7A CN114154669A (zh) | 2021-09-08 | 2021-09-08 | 综合能源系统运行优化模型 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111048670.7A CN114154669A (zh) | 2021-09-08 | 2021-09-08 | 综合能源系统运行优化模型 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114154669A true CN114154669A (zh) | 2022-03-08 |
Family
ID=80462304
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111048670.7A Pending CN114154669A (zh) | 2021-09-08 | 2021-09-08 | 综合能源系统运行优化模型 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114154669A (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109474025A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-03-15 | 国网能源研究院有限公司 | 一种园区级综合能源系统优化调度模型 |
CN110826815A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-02-21 | 国网河南省电力公司经济技术研究院 | 一种考虑综合需求响应的区域综合能源系统运行优化方法 |
CN112861335A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-05-28 | 昆明理工大学 | 一种含p2g及储能的综合能源系统低碳经济调度方法 |
CN112990523A (zh) * | 2019-12-16 | 2021-06-18 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 基于多目标模型预测控制的区域综合能源系统分层优化运行方法 |
CN113112096A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-07-13 | 东北石油大学 | 石油化工企业余热供暖综合能源系统优化调度方法 |
-
2021
- 2021-09-08 CN CN202111048670.7A patent/CN114154669A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109474025A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-03-15 | 国网能源研究院有限公司 | 一种园区级综合能源系统优化调度模型 |
CN110826815A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-02-21 | 国网河南省电力公司经济技术研究院 | 一种考虑综合需求响应的区域综合能源系统运行优化方法 |
CN112990523A (zh) * | 2019-12-16 | 2021-06-18 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 基于多目标模型预测控制的区域综合能源系统分层优化运行方法 |
CN112861335A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-05-28 | 昆明理工大学 | 一种含p2g及储能的综合能源系统低碳经济调度方法 |
CN113112096A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-07-13 | 东北石油大学 | 石油化工企业余热供暖综合能源系统优化调度方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111445090B (zh) | 一种离网型综合能源系统双层规划方法 | |
CN111738502B (zh) | 促进富余风电消纳的多能互补系统需求响应运行优化方法 | |
Adefarati et al. | Energizing renewable energy systems and distribution generation | |
Gu et al. | Microgrid economic optimal operation of the combined heat and power system with renewable energy | |
CN113112087A (zh) | 考虑电热负荷需求响应的综合能源系统运行成本优化方法 | |
Pahlavan et al. | Assessment of PV-based CHP system: The effect of heat recovery factor and fuel type | |
CN111400641A (zh) | 一种含蓄热式电采暖的综合能源系统日前优化调度方法 | |
CN106779471B (zh) | 一种多能互联交直流混合微电网系统及优化配置方法 | |
CN111144620A (zh) | 一种考虑季节储氢的电氢综合能源系统及其鲁棒规划方法 | |
CN111737884B (zh) | 一种含多种清洁能源微能源网多目标随机规划方法 | |
CN104537443A (zh) | 一种热电联供型微网经济协调优化调度方法 | |
CN112528501A (zh) | 一种分布式供能系统分层优化设计方法 | |
CN114066204A (zh) | 一种综合能源系统的一体化优化规划与运行方法及装置 | |
CN112085263A (zh) | 一种用户侧分布式能源系统混合储能优化配置方法和系统 | |
Li et al. | Planning model of integrated energy system considering P2G and energy storage | |
CN113131513A (zh) | 考虑碳排放的电、热、气转换优化运行配置方法和存储介质 | |
CN115693793B (zh) | 一种区域微电网能源优化控制方法 | |
CN110783917A (zh) | 含有新能源消纳的多能源能量枢纽配置方法 | |
CN115906456A (zh) | 考虑需求侧响应不确定性的含氢储能ies调度优化模型 | |
CN114386256A (zh) | 一种考虑电热设备灵活性约束及热网特性的区域电热系统优化调度方法 | |
CN115099473A (zh) | 近零碳区域综合能源系统多目标优化方法 | |
CN114154669A (zh) | 综合能源系统运行优化模型 | |
CN114330835A (zh) | 一种综合能源微网中电/热混合储能系统的优化配置方法 | |
CN111668882A (zh) | 智慧能环网中微电源出力优化方法及装置 | |
CN111555270A (zh) | 一种综合能源优化与动态分析的方法及系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |