CN114548956A - 一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统及其运行方法 - Google Patents

一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统及其运行方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114548956A
CN114548956A CN202210441011.8A CN202210441011A CN114548956A CN 114548956 A CN114548956 A CN 114548956A CN 202210441011 A CN202210441011 A CN 202210441011A CN 114548956 A CN114548956 A CN 114548956A
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy
power
network
base station
micro
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.)
Granted
Application number
CN202210441011.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114548956B (zh
Inventor
祖国强
宋晨辉
徐科
徐晶
穆云飞
唐庆华
张弛
姚瑛
陈跃
晋萃萃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Tianjin University
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University, State Grid Corp of China SGCC, State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd, Electric Power Research Institute of State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd filed Critical Tianjin University
Priority to CN202210441011.8A priority Critical patent/CN114548956B/zh
Publication of CN114548956A publication Critical patent/CN114548956A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114548956B publication Critical patent/CN114548956B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION 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
    • G06Q10/00Administration; Management
    • G06Q10/10Office automation; Time management
    • G06Q10/103Workflow collaboration or project management
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10Complex mathematical operations
    • G06F17/11Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION 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
    • G06Q30/00Commerce
    • G06Q30/02Marketing; Price estimation or determination; Fundraising
    • G06Q30/0283Price estimation or determination
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION 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
    • G06Q50/00Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06Energy or water supply
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Accounting & Taxation (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Finance (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统及其运行方法,包括核心设备和综合能源基站,并且明确了综合能源基站间以及与上级电网的互联方式。在该蜂窝拓扑下,分别设计了以经济性为目标和以均衡性为目标的综合能源配电系统运行方法,并且考虑系统的运行特点构建了运行约束条件。在双碳背景下,相对于单一品类的能源系统,构建电、气或热等多种能源协调互补的综合能源系统,对于系统整体的节能减排具有重要的意义。实现多能互补主要途径在用户消费侧,因此对于电力系统而言,配电系统将很有可能首先演变为综合能源配电系统。而本发明构建的系统能够为未来城市多能源互联与高比例可再生能源接入的配电网结构设计与运行方法提供基础。

Description

一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统及其运行方法
技术领域
本发明属于配电规划与运行技术领域,尤其是一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统及其运行方法。
背景技术
网架结构是影响网络系统运行安全性与效率的基础要素,决定了设备、运行以及管理等技术对系统提升效果的上限。例如,在单辐射线路结构中,馈线自动化技术只能实现故障区域的快速隔离,而在手拉手联络线路结构中,利用馈线自动化技术则可进一步提升网络的转供能力。因此,合理的网架结构是满足未来配电网需要求的关键因素,可以增强配电网高级形态下可调度资源在运行中的协同支撑能力,释放新设备和技术的潜能。
我国配电网长期遵循闭环建设、开环运行的原则,总体呈放射状结构。能源互联网背景下,配电网将成为包含电、气、热多种综合能源分配交易的平台:一方面需要满足高比例分布式可再生能源的接入以及点对点能量交易需求;另一方面大规模DG需通过微能源网消纳,即不同微能源网之间需要具备实时能量互济的功能。现有的树状辐射结构将难以满足上述要求。
近年来,研究人员提出对未来配电网形态进行了广泛研究,相继提出了多种网络拓扑结构,如“双电源、双线路、双接入”的“三双”结构、以Cell为基本单元的分布式控制结构、变电站馈线互联成环的“梅花瓣”结构。但上述结构在微电网的柔性互联与潮流调控、网络接线规范性与扩建改造方面优势不足,且均未考虑电、气、热多能源网络间的能量综合优化与互补分配。
蜂窝结构是配电网高级形态下的远期结构方案,该结构以智能功率交换基站为核心,将多个规范配置的微能源网柔性互联,而每个微能源网供电范围呈六边形蜂窝状,与相应的基站互联。相比于传统配电网的层级结构,蜂窝结构具有典型的扁平化特征:更加灵活、支持互动、易于扩展,非常适合未来配电网的发展需求。
双碳背景下,多种能源协调互补运行对于节能减排具有重要的意义,而实现多能互补主要在用户消费侧,因此对于电力系统而言,配电系统将很有可能首先演变为综合能源配电系统,合理构建综合配电系统的结构与运行方式具有重要价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提出一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统及其运行方法,能够为未来城市多能源互联与高比例可再生能源接入的配电网结构设计与运行方法提供基础。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统,包括多个核心设备和多个综合能源基站,所述核心设备采用能源枢纽站,能源枢纽站的输入端连接能源管网,能源枢纽站的输出端连接用户;所述综合能源基站与若干微能源网相连,一部分核心设备分别连接综合能源基站的输入端,综合能源基站的输出端分别连接另一部分核心设备。
而且,所述能源枢纽站包括I型能源枢纽站和II型能源枢纽站,其中I型能源枢纽站包括配电变压器、热电联产和燃气锅炉,II型能源枢纽站包括配电变压器、中央空调和热电联产组成。
而且,所述综合能源基站还包括电能调控模块和天然气调控模块,其中电能调控模块通过电力软开关实现各微能源网间以及微能源网与上级配电网的柔性互联与电功率互动;天然气调控模块通过关断阀、压缩机与分流控制单元实现微能源网间互联以及与上级天然气管道的联络。
而且,所述若干微能源网采用蜂窝状互联方式进行连接,综合能源基站的供能区域为六边形,六边形的每个角均连接其他综合能源基站,当某综合能源基站的微能源网发生故障时,与之互联的综合能源基站根据检测情况进行功率支撑或切断故障,当某综合能源基站的微能源网出现严重重载或发生严重故障,导致下层综合能源基站的微能源网无法实现功率支撑时,将由上级综合能源基站的微能源网承担供能任务。
一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统的运行方法,包括以经济性为目标的运行方式和以均衡性为目标的运行方式,同时满足运行的约束条件。
而且,所述以经济性为目标的运行方式为:保证运行成本最低,并选取综合能源配电系统的总运行成本为视角进行计算,其中总运行成本包括:各综合能源基站的微能源网内购电与购气成本,以及由各综合能源基站向上级电网或气网的购电与购气成本,其目标函数为:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
其中,
Figure 685330DEST_PATH_IMAGE002
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
为不同微能源网、基站或元件的序数,
Figure 415519DEST_PATH_IMAGE004
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
分别为微能源网
Figure 991994DEST_PATH_IMAGE002
内部的购电与购气成本,
Figure 167629DEST_PATH_IMAGE006
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
分别为由综合能源基站
Figure 778739DEST_PATH_IMAGE002
向上级电网和气网的购电与购气成本;
Figure 132360DEST_PATH_IMAGE008
为微能源网的个数;
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
为综合能源基站个数;
Figure 946864DEST_PATH_IMAGE010
为变压器个数;
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
为中央空调个数;
Figure 942502DEST_PATH_IMAGE012
为热电联产机组个数;
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
为燃气锅炉的个数;
Figure 408118DEST_PATH_IMAGE014
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
分别为微能源网的电价与气价,
Figure 713066DEST_PATH_IMAGE016
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE017
分别为上级电网和气网的电价与气价;
Figure 264133DEST_PATH_IMAGE018
为变压器
Figure 266724DEST_PATH_IMAGE002
输出的电功率,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE019
Figure 337580DEST_PATH_IMAGE020
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE021
分别为中央空调
Figure 829741DEST_PATH_IMAGE002
、热电联产机组
Figure 336946DEST_PATH_IMAGE002
和燃气锅炉
Figure 392495DEST_PATH_IMAGE002
输出的电功率,
Figure 301545DEST_PATH_IMAGE022
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE023
分别为上级电网和气网向综合能源基站
Figure 433449DEST_PATH_IMAGE002
的注入功率;
Figure 693529DEST_PATH_IMAGE024
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE025
Figure 319814DEST_PATH_IMAGE026
分别为中央空调、热电联产机组和燃气锅炉制热时的能量转换效率,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE027
为单位制热耗气系数。
而且,所述以均衡性为目标的运行方式为:各能源枢纽元件的负载率最均衡,有助于平衡各个微能源网的负荷分布,消除重载区,其目标函数为:
Figure 614529DEST_PATH_IMAGE028
其中,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE029
Figure 697760DEST_PATH_IMAGE030
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE031
Figure 445137DEST_PATH_IMAGE032
分别为变压器
Figure 593221DEST_PATH_IMAGE002
、中央空调
Figure 476864DEST_PATH_IMAGE002
、热电联产机组
Figure 684991DEST_PATH_IMAGE002
和燃气锅炉
Figure 404816DEST_PATH_IMAGE002
的负载率;
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE033
为能源枢纽元件的负载率均值。
而且,所述约束条件包括:微能源网功率平衡约束、综合能源基站功率平衡约束、网络多能流约束、微能源网供能元件实时出力约束、微能源网能源枢纽元件功率注入约束、微能源网能源枢纽元件容量约束和综合能源基站端口容量约束;
其中,微能源网功率平衡约束为:对于微能源网,其内部能源枢纽元件提供的电或热功率应与电或热负荷实时平衡:
Figure 622171DEST_PATH_IMAGE034
其中,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE035
为元件或负荷
Figure 891478DEST_PATH_IMAGE002
属于微能源网
Figure 785354DEST_PATH_IMAGE003
Figure 976164DEST_PATH_IMAGE036
为热电联产机组制电时的能量转换效率;
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE037
Figure 262789DEST_PATH_IMAGE038
分别为第
Figure 589865DEST_PATH_IMAGE002
个电负荷和第
Figure 156107DEST_PATH_IMAGE002
个热负荷,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE039
为上级电网向综合能源基站
Figure 365371DEST_PATH_IMAGE003
的注入功率,
Figure 924528DEST_PATH_IMAGE040
为气网向综合能源基站
Figure 371690DEST_PATH_IMAGE003
的注入功率;
综合能源基站功率平衡约束为:对于综合能源基站,由微能源网注入的电功率或天然气功率应与上级电网或气网注入的电功率或天然气功率实时平衡:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE041
其中,
Figure 607368DEST_PATH_IMAGE042
为由微能源网经过综合能源基站端口
Figure 38350DEST_PATH_IMAGE002
注入的电功率;
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE043
为由微能源网经过综合能源基站端口
Figure 401198DEST_PATH_IMAGE002
注入的天然气功率;
Figure 719178DEST_PATH_IMAGE044
为端口
Figure 610911DEST_PATH_IMAGE002
属于综合能源基站
Figure 529188DEST_PATH_IMAGE003
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE045
为上级电网向综合能源基站
Figure 695727DEST_PATH_IMAGE003
的注入功率,
Figure 366749DEST_PATH_IMAGE046
为气网向综合能源基站
Figure 429383DEST_PATH_IMAGE003
的注入功率;
网络多能流约束为:电力网、天然气网和热力网中各节点的功率与压力应满足能流传输方程:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE047
Figure 834956DEST_PATH_IMAGE048
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE049
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE051
其中,
Figure 87077DEST_PATH_IMAGE052
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE053
分别为电力节点
Figure 894496DEST_PATH_IMAGE054
注入的有功和无功,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE055
Figure 174037DEST_PATH_IMAGE056
分别为电力节点
Figure 535748DEST_PATH_IMAGE054
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE057
的电压幅值,
Figure 44090DEST_PATH_IMAGE058
为节点
Figure 440436DEST_PATH_IMAGE057
与节点
Figure 595605DEST_PATH_IMAGE054
相连,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE059
Figure 241350DEST_PATH_IMAGE060
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE061
分别为节点
Figure 287803DEST_PATH_IMAGE054
Figure 53503DEST_PATH_IMAGE057
间的电导和电纳和相角差;
Figure 628841DEST_PATH_IMAGE062
为天然气节点
Figure 230723DEST_PATH_IMAGE054
的注入功率,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE063
为天然气管道压降系数,
Figure 80868DEST_PATH_IMAGE064
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE065
分别为天然气节点
Figure 468118DEST_PATH_IMAGE054
Figure 479936DEST_PATH_IMAGE057
的气压,
Figure 37956DEST_PATH_IMAGE066
为天然气流动方向的状态参数;
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE067
Figure 206638DEST_PATH_IMAGE068
分别为热力网的节点支路关联矩阵和回路支路关联矩阵,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE069
Figure 697663DEST_PATH_IMAGE070
分别为管道流量向量和节点流量向量,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE071
为管道节点流量向量,
Figure 145961DEST_PATH_IMAGE072
为热力节点
Figure 473169DEST_PATH_IMAGE054
的注入功率,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE073
为水比热容,
Figure 665116DEST_PATH_IMAGE074
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE075
Figure 10646DEST_PATH_IMAGE076
分别表示管道的始、末端和环境温度,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE077
为管道的热传导系数,
Figure 410272DEST_PATH_IMAGE078
为管道长度,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE079
Figure 474043DEST_PATH_IMAGE080
分别为节点流出的热水流量和温度,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE081
Figure 220414DEST_PATH_IMAGE082
分别为节点流入的热水流量和温度;
微能源网供能元件实时出力约束为:微能源网内供能元件实时输出功率的最大值应小于其容量:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE083
其中,
Figure 686030DEST_PATH_IMAGE084
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE085
实时输出电功率的最大值;
Figure 990978DEST_PATH_IMAGE086
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE087
实时输出天然气的最大值;
Figure 542045DEST_PATH_IMAGE088
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE089
分别为
Figure 75795DEST_PATH_IMAGE090
和的
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE091
容量;
微能源网能源枢纽元件功率注入约束为:微能源网内部枢纽元件的输入功率应小于微能源网与综合能源基站的提供功率:
Figure 146650DEST_PATH_IMAGE092
微能源网能源枢纽元件容量约束为:各枢纽元件的输出功率应小于其容量:
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE093
其中,
Figure 638811DEST_PATH_IMAGE094
为变压器
Figure 880437DEST_PATH_IMAGE054
的容量;
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE095
Figure 732724DEST_PATH_IMAGE096
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE097
分别为中央空调、热电联产机组和燃气锅炉的容量;
综合能源基站端口容量约束为:综合能源基站通过各端口的注入功率应小于其端口容量:
Figure 172933DEST_PATH_IMAGE098
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE099
Figure 55569DEST_PATH_IMAGE100
分别为与微能源网相连端口的电功率容量和输气容量;
Figure DEST_PATH_IMAGE101
Figure 581229DEST_PATH_IMAGE102
分别为与上级电网和气网相连端口的电功率容量和输气容量。
本发明的优点和积极效果是:
1、本发明包括核心设备和综合能源基站,并且明确了综合能源基站间以及其与上级电网的互联方式。在该蜂窝拓扑下,分别设计了以经济性为目标和以均衡性为目标的综合能源配电系统运行方法,并且考虑系统的运行构建了运行约束条件。在双碳背景下,相对于单一品类的能源系统,构建电、气或热等多种能源协调互补的综合能源系统,对于系统整体的节能减排具有重要的意义。实现多能互补主要途径在用户消费侧,因此对于电力系统而言,配电系统将很有可能首先演变为综合能源配电系统。而本发明构建的系统能够为未来城市多能源互联与高比例可再生能源接入的配电网结构设计与运行方法提供基础。
2、本发明综合考虑电、气或热多能源的蜂窝拓扑综合能源配电系统和运行方法,各微能源网内的电、气或热多能源可实现广域协同,将提升系统在异质能源层面的供能灵活性;同时电、气或热能源可基于所提出的核心设备互相转化或互为补充,将进一步提升系统在应对极端天气时的韧性。
3、本发明综合能源基站的微能源网采用蜂窝拓扑结构,导致微能源网最多可由6个基站提供功率交互与支撑,供能灵活性与可靠性将大幅提升。相较多微能源网共用一个公共连接单元的拓扑结构,这种分布式的互联结构更加符合能源互联网的理念:一方面,每个柔性互联节点连接的微能源网并不多(2至3个),因此不存在典型的集中式关键节点,避免了核心节点被蓄意攻击的可能;另一方面,对于某个微能源网,其联络通道相对较多(3至6个),因此备用电源点非常多。
4、本发明在提出的蜂窝拓扑综合能源配电系统中,微能源网互联接口具有标准通用特征,有利于新报装微能源网与基站的友好接入。同时,针对不同微能源网内的供电或供气成本差异,运营主体具有更大的议价权,并可根据经济性与碳排放指标选取最优的供能方案,有助于配电系统的市场化进程。
附图说明
图1为能源枢纽站典型结构示意图;
图2为本发明综合能源基站结构示意图;
图3为本发明微能源网蜂窝状互联方式示意图;
图4为本发明蜂窝状综合能源配电网测试系统示意图;
图5为本发明实施例等效拓扑结构与基站结构图;
图6为本发明实施例的各能源枢纽元件的供能功率情况;
图7为本发明实施例基站接入前后的微能源网间能量传输情况。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统,包括多个核心设备和多个综合能源基站,所述核心设备采用能源枢纽站,能源枢纽站的输入端连接能源管网,能源枢纽站的输出端连接用户;所述综合能源基站与若干微能源网相连,一部分核心设备分别连接综合能源基站的输入端,综合能源基站的输出端分别连接另一部分核心设备。
能源枢纽站的输入端与能源管网相连,输出端与用户相连,以满足电、热等多能量形式的负荷需求。如图1所示的两种典型结构包括I型能源枢纽站和II型能源枢纽站,其中I型能源枢纽站由配电变压器、热电联产(combined heat and power, CHP)和燃气锅炉(gasboiler, GB)构成,输出端口的电能由配电变压器和热电联产提供,热能由热电联产和燃气锅炉提供;II型能源枢纽站由配电变压器、中央空调(central air-conditioning, CAC)和热电联产构成,输出端口的电能由配电变压器和热电联产提供,热能由中央空调和热电联产提供。
如图2所示,综合能源智能基站采用蜂窝状网络拓扑结构,即一个基站与三个微能源网相连,综合能源基站还包括电能调控模块和天然气调控模块,其中电能调控模块通过电力软开关(soft open point, SOP)实现各微能源网间以及微能源网与上级配电网的柔性互联与电功率互动;天然气调控模块为综合能源智能基站的扩展单元:天然气调控模块通过关断阀、压缩机与分流控制单元实现微能源网间互联以及与上级天然气管道的联络。由于压缩机与分流控制单元可共同实现天然气流量与压力的灵活分配调节,具有和电力软开关类似的功能,本发明将之称为天然气软开关。
如图3所示,蜂窝综合能源配电系统的下层各微能源网通过综合能源基站形成互联,构成了蜂窝拓扑结构的核心。其中,若干微能源网采用蜂窝状互联方式进行连接,综合能源基站的供能区域为六边形,六边形的每个角均连接其他综合能源基站,当某综合能源基站的微能源网发生故障时,与之互联的综合能源基站根据检测情况进行功率支撑或切断故障。
微能源网通过综合能源基站,可与上层能源网实现互联。当某综合能源基站的微能源网出现严重重载或发生严重故障,导致下层综合能源基站的微能源网无法实现功率支撑时,将由上级综合能源基站的微能源网承担供能任务。
一种如基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统的运行方法,包括以经济性为目标的运行方式和以均衡性为目标的运行方式,同时满足运行的约束条件。
以经济性为目标的运行方式可保证运行成本最低。本发明考虑到电力市场运营机制现状,选取综合能源配电系统的总运行成本为视角。随着市场化改革,可以进一步以不同的利益主体(如综合能源基站)的运营成本和收益为运行目标。
总运行成本包括:各综合能源基站的微能源网内购电与购气成本,以及由各综合能源基站向上级电网或气网的购电与购气成本,其目标函数为:
Figure DEST_PATH_IMAGE103
其中,
Figure 722360DEST_PATH_IMAGE054
Figure 735184DEST_PATH_IMAGE057
为不同微能源网、基站或元件的序数,
Figure 772410DEST_PATH_IMAGE104
Figure 254207DEST_PATH_IMAGE105
分别为微能源网
Figure 667871DEST_PATH_IMAGE054
内部的购电与购气成本,
Figure DEST_PATH_IMAGE106
Figure 567825DEST_PATH_IMAGE107
分别为由综合能源基站
Figure 775952DEST_PATH_IMAGE054
向上级电网和气网的购电与购气成本;
Figure DEST_PATH_IMAGE108
为微能源网的个数;
Figure 276204DEST_PATH_IMAGE109
为综合能源基站个数;
Figure 962400DEST_PATH_IMAGE110
为变压器个数;
Figure DEST_PATH_IMAGE111
为中央空调个数;
Figure 746554DEST_PATH_IMAGE112
为热电联产机组个数;
Figure DEST_PATH_IMAGE113
为燃气锅炉的个数;
Figure 125583DEST_PATH_IMAGE114
Figure DEST_PATH_IMAGE115
分别为微能源网的电价与气价,
Figure 863863DEST_PATH_IMAGE116
Figure DEST_PATH_IMAGE117
分别为上级电网和气网的电价与气价;
Figure 884909DEST_PATH_IMAGE118
为变压器
Figure 477564DEST_PATH_IMAGE054
输出的电功率,
Figure DEST_PATH_IMAGE119
Figure 558653DEST_PATH_IMAGE120
Figure DEST_PATH_IMAGE121
分别为中央空调
Figure 118701DEST_PATH_IMAGE054
、热电联产机组
Figure 146700DEST_PATH_IMAGE054
和燃气锅炉
Figure 859441DEST_PATH_IMAGE054
输出的电功率,
Figure 596584DEST_PATH_IMAGE122
Figure DEST_PATH_IMAGE123
分别为上级电网和气网向综合能源基站
Figure 293145DEST_PATH_IMAGE054
的注入功率;
Figure 124835DEST_PATH_IMAGE124
Figure DEST_PATH_IMAGE125
Figure 472508DEST_PATH_IMAGE126
分别为中央空调、热电联产机组和燃气锅炉制热时的能量转换效率,
Figure DEST_PATH_IMAGE127
为单位制热耗气系数,即单位kW·h热量所需的天然气立方数。
以均衡性为目标的运行方式可保证各能源枢纽元件的负载率最均衡,有助于平衡各个微能源网的负荷分布,消除重载区。此时决策变量选取各枢纽元件的负载率,目标函数为元件负载率方差最小,其目标函数为:
Figure 895399DEST_PATH_IMAGE128
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE129
Figure 79256DEST_PATH_IMAGE130
Figure DEST_PATH_IMAGE131
Figure 730948DEST_PATH_IMAGE132
分别为变压器
Figure 418281DEST_PATH_IMAGE054
、中央空调
Figure 480915DEST_PATH_IMAGE054
、热电联产机组
Figure 620910DEST_PATH_IMAGE054
和燃气锅炉
Figure 59981DEST_PATH_IMAGE054
的负载率;
Figure DEST_PATH_IMAGE133
为能源枢纽元件的负载率均值。
按照上述两种运行方式进行运行时,需要满足干约束条件,其包括:微能源网功率平衡约束、综合能源基站功率平衡约束、网络多能流约束、微能源网供能元件实时出力约束、微能源网能源枢纽元件功率注入约束、微能源网能源枢纽元件容量约束和综合能源基站端口容量约束。
微能源网功率平衡约束指对于任一微能源网,其内部能源枢纽元件提供的电、热功率应与电、热负荷实时平衡。相关约束包括电功率平衡约束与热功率平衡约束:
Figure 116668DEST_PATH_IMAGE134
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE135
为元件或负荷
Figure 881362DEST_PATH_IMAGE054
属于微能源网
Figure 508652DEST_PATH_IMAGE057
Figure 970989DEST_PATH_IMAGE136
为热电联产机组制电时的能量转换效率;
Figure DEST_PATH_IMAGE137
Figure 164072DEST_PATH_IMAGE138
分别为第
Figure 568509DEST_PATH_IMAGE054
个电负荷和第
Figure 683096DEST_PATH_IMAGE054
个热负荷。
综合能源基站功率平衡约束指对于任一综合能源基站,由微能源网注入的电功率或天然气功率应与上级电网或气网注入的电功率或天然气功率实时平衡。相关约束包括电功率平衡约束与天然气功率平衡约束:
Figure DEST_PATH_IMAGE139
其中,
Figure 978817DEST_PATH_IMAGE140
为由微能源网经过综合能源基站端口
Figure 495248DEST_PATH_IMAGE054
注入的电功率;
Figure DEST_PATH_IMAGE141
为由微能源网经过综合能源基站端口
Figure 601745DEST_PATH_IMAGE054
注入的天然气功率;
Figure 954360DEST_PATH_IMAGE142
为端口
Figure 273346DEST_PATH_IMAGE054
属于综合能源基站
Figure 644284DEST_PATH_IMAGE057
,即该端口与基站j相连,
Figure DEST_PATH_IMAGE143
为上级电网向综合能源基站
Figure 921682DEST_PATH_IMAGE057
的注入功率,
Figure 728970DEST_PATH_IMAGE144
为气网向综合能源基站
Figure 117226DEST_PATH_IMAGE057
的注入功率。
网络多能流约束指电力网、天然气网和热力网中各节点的功率与压力应满足能流传输方程。相关约束包括电力网潮流方程、天然气网管道压降方程、热力网水力方程与热力方程:
Figure DEST_PATH_IMAGE145
Figure 608250DEST_PATH_IMAGE146
Figure DEST_PATH_IMAGE147
Figure 807281DEST_PATH_IMAGE051
其中,
Figure 383756DEST_PATH_IMAGE052
Figure 310124DEST_PATH_IMAGE053
分别为电力节点
Figure 124496DEST_PATH_IMAGE054
注入的有功和无功,
Figure 743696DEST_PATH_IMAGE055
Figure 525576DEST_PATH_IMAGE056
分别为电力节点
Figure 990056DEST_PATH_IMAGE054
Figure 924514DEST_PATH_IMAGE057
的电压幅值,
Figure 714615DEST_PATH_IMAGE058
为节点
Figure 734524DEST_PATH_IMAGE057
与节点
Figure 753426DEST_PATH_IMAGE054
相连,
Figure 807970DEST_PATH_IMAGE059
Figure 237814DEST_PATH_IMAGE060
Figure 10598DEST_PATH_IMAGE061
分别为节点
Figure 816880DEST_PATH_IMAGE054
Figure 975198DEST_PATH_IMAGE057
间的电导和电纳和相角差;
Figure 841523DEST_PATH_IMAGE062
为天然气节点
Figure 836024DEST_PATH_IMAGE054
的注入功率,
Figure 711576DEST_PATH_IMAGE063
为天然气管道压降系数,
Figure 475132DEST_PATH_IMAGE064
Figure 263091DEST_PATH_IMAGE065
分别为天然气节点
Figure 744888DEST_PATH_IMAGE054
Figure 158552DEST_PATH_IMAGE057
的气压,
Figure 776615DEST_PATH_IMAGE066
为天然气流动方向的状态参数,当
Figure 984742DEST_PATH_IMAGE148
时,
Figure DEST_PATH_IMAGE149
;当
Figure 468682DEST_PATH_IMAGE150
时,
Figure DEST_PATH_IMAGE151
Figure 951616DEST_PATH_IMAGE067
Figure 689765DEST_PATH_IMAGE068
分别为热力网的节点支路关联矩阵和回路支路关联矩阵,
Figure 68794DEST_PATH_IMAGE069
Figure 275915DEST_PATH_IMAGE070
分别为管道流量向量和节点流量向量,
Figure 765802DEST_PATH_IMAGE071
为管道节点流量向量,
Figure 624037DEST_PATH_IMAGE072
为热力节点
Figure 173967DEST_PATH_IMAGE054
的注入功率,
Figure 852073DEST_PATH_IMAGE073
为水比热容,
Figure 660498DEST_PATH_IMAGE074
Figure 107660DEST_PATH_IMAGE075
Figure 94070DEST_PATH_IMAGE076
分别表示管道的始、末端和环境温度,
Figure 259472DEST_PATH_IMAGE077
为管道的热传导系数,
Figure 356741DEST_PATH_IMAGE078
为管道长度,
Figure 674721DEST_PATH_IMAGE152
Figure DEST_PATH_IMAGE153
分别为节点流出的热水流量和温度,
Figure 97613DEST_PATH_IMAGE081
Figure 484731DEST_PATH_IMAGE082
分别为节点流入的热水流量和温度。
微能源网供能元件实时出力约束指微能源网内供能元件可实时输出功率的最大值应小于其容量。相关约束包括DG和LNG实时出力约束:
Figure 385691DEST_PATH_IMAGE083
其中,
Figure 56713DEST_PATH_IMAGE084
Figure 384926DEST_PATH_IMAGE085
实时输出电功率的最大值;
Figure 259341DEST_PATH_IMAGE086
Figure 698413DEST_PATH_IMAGE087
实时输出天然气的最大值;
Figure 974673DEST_PATH_IMAGE088
Figure 224520DEST_PATH_IMAGE089
分别为
Figure 586232DEST_PATH_IMAGE090
和的
Figure 828994DEST_PATH_IMAGE091
容量。
微能源网能源枢纽元件功率注入约束指对任一微能源网,其内部枢纽元件的输入功率应小于微能源网与综合能源基站的可提供功率,即微能源网供能元件可实时输出功率与综合能源基站向微能源网输出功率之和。包括能源枢纽元件电功率注入约束和天然气功率注入约束:
Figure 490920DEST_PATH_IMAGE092
本约束中相较于综合能源基站功率平衡约束的
Figure 895356DEST_PATH_IMAGE154
Figure DEST_PATH_IMAGE155
前增加了负号,这是本约束中,综合能源基站向微能源网的输出功率方向与综合能源基站功率平衡约束中综合能源基站端口的注入功率方向相反。
微能源网能源枢纽元件容量约束指各枢纽元件的输出功率应小于其容量。相关约束包括变压器容量、中央空调容量约束、热电联产机组容量约束和燃气锅炉容量约束:
Figure 524789DEST_PATH_IMAGE093
其中,
Figure 305664DEST_PATH_IMAGE094
为变压器
Figure 822096DEST_PATH_IMAGE054
的容量,即其可输出电功率的上限值;
Figure 397433DEST_PATH_IMAGE095
Figure 484469DEST_PATH_IMAGE096
Figure 803455DEST_PATH_IMAGE097
分别为中央空调、热电联产机组和燃气锅炉的容量,即其可输出热功率的上限值。
综合能源基站端口容量约束指通过各端口的注入功率应小于其端口容量。相关约束包括与微能源网相连端口的电功率容量和输气容量约束,以及与上级电网/气网相连端口的电功率容量和输气容量约束:
Figure 174394DEST_PATH_IMAGE156
其中,
Figure 186212DEST_PATH_IMAGE099
Figure 9811DEST_PATH_IMAGE100
分别为与微能源网相连端口的电功率容量和输气容量;
Figure 381756DEST_PATH_IMAGE101
Figure 607201DEST_PATH_IMAGE102
分别为与上级电网和气网相连端口的电功率容量和输气容量。
根据上述一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统及其运行方法,通过对于综合能源配电网测试系统进行计算,以更加清晰地体现使发明的目的、方法和优势。
如图4所示的综合能源配电网测试系统包含3个微能源网区域,通过4个综合能源基站构成蜂巢状互联结构。图4重在描述各微能源网与综合能源基站的能流互动关系,而非地理位置关系,即4个综合能源基站的地理无需在一起。微能源网内共配备4个含储能单元的分布式电源站、4个储气站与4个能源枢纽站,以满足负荷用能与异质能源转化、分配需求;各元件参数见表1和表2。
表1 元件容量
Figure DEST_PATH_IMAGE157
表2 元件能量转化效率
Figure 55500DEST_PATH_IMAGE158
如图5给出了附图4所示测试系统的等效拓扑结构,其中,图5中的1-4分别对应了图4中的SP1-SP4,图5以测试系统中的SP3为例展示了综合能源基站内部结构及基站、微能源网、上级能源网的联络关系。综合能源基站中,电力SOP与微能源网、上级电网相连的端口容量分别为0.5MVA、1MVA;天然气SOP与微能源网、上级气网相连的端口容量分别为5m3/h、10m3/h。
测试系统的负荷分布取自华北地区供暖期典型电和热负荷值,如表3所示;表4给出了分布式电源站与储气站的实时出力值。
表3 测试系统的负荷分布
Figure DEST_PATH_IMAGE159
表4 分布式电源站与储气站的实时出力上限
Figure 648286DEST_PATH_IMAGE160
设定微能源网内部采用DG供电时的电价为0.2元/kW·h,天然气价6元/m3;上级能源网参考一般工商业电/气价:电价0.5元/kW·h,天然气价8元/m3
为说明蜂巢拓扑综合能源配电网的运行方法与优势,采用运行经济性为目标为例进行说明。系统结构考虑共母线结构、蜂巢结构(基站接入前)、蜂巢结构(基站接入后)进行对比分析。
首先,按照以经济性为目标的运行方式的目标函数以及约束条件计算各网络结构下能源枢纽元件的供能功率与供能总成本;为方便对比,电和热功率单位均采用MW。如图6给出了共母线结构以及基站接入前和后的蜂巢结构下各元件的供能功率,具体的元件负载率见表5。各结构下的用能总成本分别为2432.15元、2442.71元、2419.84元。
表5共母线结构以及基站接入前和后的蜂巢结构下各元件负载率
Figure 309075DEST_PATH_IMAGE162
如图6可看出:相比于共母线结构和基站接入前的蜂巢结构,基站接入后的蜂巢结构中,MG1和MG3的CAC供热功率有较明显上升(分别上升0.0446MW、0.0295MW,0.0614MW、0.0323MW),变压器供电功率略有上升(分别上升0.0064MW、0.0012MW,0.0088MW、0.0016MW);二者的CHP对应的供热和供电功率均发生了降低。该现象意味着综合能源基站接入后,MG1和MG3有电功率流入,而耗气量减少了。
如图7进一步展示了蜂巢结构下,综合能源基站接入前后各微能源网间能量传输过程。可以看出:基站接入后,分别有0.0733MW和0.0132MW的电功率流入MG1和MG3;而MG2流出电功率0.0865MW。
接着,上述功率传输结果使得基站接入后的蜂巢结构用能本较共母线结构、基站接入前的蜂巢结构分别节约0.51%、0.84%。这是由于综合能源基站接入后,电功率和天然气可由基站在各微能源网间进行灵活分配,实现了能量互济,系统的供能方式更加灵活,可以采用最为经济的运行方法。以下结合图6、7进行具体分析:
(1) 、首先对比基站接入前后的蜂巢结构。综合能源基站接入前,功率只能在微能源网内部传输,优化得到各微能源网独立运行的最优情况。基站接入后,功率可在微能源网间传输,由于电采暖较天然气采暖更为经济,电功率将由MG2流入MG1和MG3,这些流入的电功率将主要被MG1和MG3通过CAC用于供热,另有少量功率被用于供电,系统的天然气耗量得以下降。因此系统的用能总成本降低了。
(2) 、接着对比共母线结构和基站接入后的蜂巢结构。共母线结构中,电功率和天然气在微能源网间可通过功率倒送的方式进行传输,但只能允许少量功率倒送且功率传输具有单向性。而蜂巢结构中,综合能源基站内的SOP单元使得功率在各微能源网间可柔性传输,因此系统的用能总成本可进一步降低。
最后,针对本实施例进行补充说明:
(1) 、若能源价格较本实施例发生变化,电功率和天然气将遵循降低系统用能总成本的原则由基站进行重新分配,虽然各微能源网间的能量传输值会发生改变,但同样能形成新的最优经济运行方案。
(2) 、本实施例考虑到我国电网市场运营机制现状,选取综合能源配电网的总运行成本为视角。未来随着市场化改革,可以进一步以不同的利益主体(如综合能源基站)的运营成本和收益为目标进行研究。
需要强调的是,本发明所述的实施例是说明性的,而不是限定性的,因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例,凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式,同样属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统,其特征在于:包括多个核心设备和多个综合能源基站,所述核心设备采用能源枢纽站,能源枢纽站的输入端连接能源管网,能源枢纽站的输出端连接用户;所述综合能源基站与若干微能源网相连,一部分核心设备分别连接综合能源基站的输入端,综合能源基站的输出端分别连接另一部分核心设备。
2.根据权利要求1所述的一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统,其特征在于:所述能源枢纽站包括I型能源枢纽站和II型能源枢纽站,其中I型能源枢纽站包括配电变压器、热电联产和燃气锅炉,II型能源枢纽站包括配电变压器、中央空调和热电联产组成。
3.根据权利要求1所述的一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统,其特征在于:所述综合能源基站还包括电能调控模块和天然气调控模块,其中电能调控模块通过电力软开关实现各微能源网间以及微能源网与上级配电网的柔性互联与电功率互动;天然气调控模块通过关断阀、压缩机与分流控制单元实现微能源网间互联以及与上级天然气管道的联络。
4.根据权利要求1所述的一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统,其特征在于:所述若干微能源网采用蜂窝状互联方式进行连接,综合能源基站的供能区域为六边形,六边形的每个角均连接其他综合能源基站,当某综合能源基站的微能源网发生故障时,与之互联的综合能源基站根据检测情况进行功率支撑或切断故障,当某综合能源基站的微能源网出现严重重载或发生严重故障,导致下层综合能源基站的微能源网无法实现功率支撑时,将由上级综合能源基站的微能源网承担供能任务。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统的运行方法,其特征在于:包括以经济性为目标的运行方式和以均衡性为目标的运行方式,同时满足运行的约束条件。
6.根据权利要求5所述的一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统的运行方法,其特征在于:所述以经济性为目标的运行方式为:保证运行成本最低,并选取综合能源配电系统的总运行成本为视角进行计算,其中总运行成本包括:各综合能源基站的微能源网内购电与购气成本,以及由各综合能源基站向上级电网或气网的购电与购气成本,其目标函数为:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中,
Figure 400318DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为不同微能源网、基站或元件的序数,
Figure 534365DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE005
分别为微能源网
Figure 129294DEST_PATH_IMAGE002
内部的购电与购气成本,
Figure 62615DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE007
分别为由综合能源基站
Figure 544543DEST_PATH_IMAGE002
向上级电网和气网的购电与购气成本;
Figure 334644DEST_PATH_IMAGE008
为微能源网的个数;
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为综合能源基站个数;
Figure 354553DEST_PATH_IMAGE010
为变压器个数;
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为中央空调个数;
Figure 668729DEST_PATH_IMAGE012
为热电联产机组个数;
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为燃气锅炉的个数;
Figure 520010DEST_PATH_IMAGE014
Figure DEST_PATH_IMAGE015
分别为微能源网的电价与气价,
Figure 700587DEST_PATH_IMAGE016
Figure DEST_PATH_IMAGE017
分别为上级电网和气网的电价与气价;
Figure 4529DEST_PATH_IMAGE018
为变压器
Figure 341969DEST_PATH_IMAGE002
输出的电功率,
Figure DEST_PATH_IMAGE019
Figure 31446DEST_PATH_IMAGE020
Figure DEST_PATH_IMAGE021
分别为中央空调
Figure 897771DEST_PATH_IMAGE002
、热电联产机组
Figure 157851DEST_PATH_IMAGE002
和燃气锅炉
Figure 784135DEST_PATH_IMAGE002
输出的电功率,
Figure 547692DEST_PATH_IMAGE022
Figure DEST_PATH_IMAGE023
分别为上级电网和气网向综合能源基站
Figure 584918DEST_PATH_IMAGE002
的注入功率;
Figure 66715DEST_PATH_IMAGE024
Figure DEST_PATH_IMAGE025
Figure 526384DEST_PATH_IMAGE026
分别为中央空调、热电联产机组和燃气锅炉制热时的能量转换效率,
Figure DEST_PATH_IMAGE027
为单位制热耗气系数。
7.根据权利要求5所述的一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统的运行方法,其特征在于:所述以均衡性为目标的运行方式为:各能源枢纽元件的负载率最均衡,有助于平衡各个微能源网的负荷分布,消除重载区,其目标函数为:
Figure 144447DEST_PATH_IMAGE028
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE029
Figure 165624DEST_PATH_IMAGE030
Figure DEST_PATH_IMAGE031
Figure 665875DEST_PATH_IMAGE032
分别为变压器
Figure 86492DEST_PATH_IMAGE002
、中央空调
Figure 824641DEST_PATH_IMAGE002
、热电联产机组
Figure 984096DEST_PATH_IMAGE002
和燃气锅炉
Figure 440485DEST_PATH_IMAGE002
的负载率;
Figure DEST_PATH_IMAGE033
为能源枢纽元件的负载率均值。
8.根据权利要求5所述的一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统的运行方法,其特征在于:所述约束条件包括:微能源网功率平衡约束、综合能源基站功率平衡约束、网络多能流约束、微能源网供能元件实时出力约束、微能源网能源枢纽元件功率注入约束、微能源网能源枢纽元件容量约束和综合能源基站端口容量约束;
其中,微能源网功率平衡约束为:对于微能源网,其内部能源枢纽元件提供的电或热功率应与电或热负荷实时平衡:
Figure 930372DEST_PATH_IMAGE034
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE035
为元件或负荷
Figure 336077DEST_PATH_IMAGE002
属于微能源网
Figure 886007DEST_PATH_IMAGE003
Figure 829692DEST_PATH_IMAGE036
为热电联产机组制电时的能量转换效率;
Figure DEST_PATH_IMAGE037
Figure 123270DEST_PATH_IMAGE038
分别为第
Figure 85279DEST_PATH_IMAGE002
个电负荷和第
Figure 337269DEST_PATH_IMAGE002
个热负荷;
综合能源基站功率平衡约束为:对于综合能源基站,由微能源网注入的电功率或天然气功率应与上级电网或气网注入的电功率或天然气功率实时平衡:
Figure DEST_PATH_IMAGE039
其中,
Figure 237092DEST_PATH_IMAGE040
为由微能源网经过综合能源基站端口
Figure 334361DEST_PATH_IMAGE002
注入的电功率;
Figure DEST_PATH_IMAGE041
为由微能源网经过综合能源基站端口
Figure 714657DEST_PATH_IMAGE002
注入的天然气功率;
Figure 871969DEST_PATH_IMAGE042
为端口
Figure 727930DEST_PATH_IMAGE002
属于综合能源基站
Figure 628890DEST_PATH_IMAGE003
Figure DEST_PATH_IMAGE043
为上级电网向综合能源基站
Figure 362228DEST_PATH_IMAGE003
的注入功率,
Figure 893704DEST_PATH_IMAGE044
为气网向综合能源基站
Figure 33698DEST_PATH_IMAGE003
的注入功率;
网络多能流约束为:电力网、天然气网和热力网中各节点的功率与压力应满足能流传输方程:
Figure DEST_PATH_IMAGE045
Figure 20240DEST_PATH_IMAGE046
Figure DEST_PATH_IMAGE047
Figure 296500DEST_PATH_IMAGE048
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE049
Figure 592353DEST_PATH_IMAGE050
分别为电力节点
Figure 468911DEST_PATH_IMAGE002
注入的有功和无功,
Figure DEST_PATH_IMAGE051
Figure 446094DEST_PATH_IMAGE052
分别为电力节点
Figure 842440DEST_PATH_IMAGE002
Figure 778035DEST_PATH_IMAGE003
的电压幅值,
Figure DEST_PATH_IMAGE053
为节点
Figure 377775DEST_PATH_IMAGE003
与节点
Figure 424228DEST_PATH_IMAGE002
相连,
Figure 675081DEST_PATH_IMAGE054
Figure DEST_PATH_IMAGE055
Figure 562003DEST_PATH_IMAGE056
分别为节点
Figure 367148DEST_PATH_IMAGE002
Figure 951713DEST_PATH_IMAGE003
间的电导和电纳和相角差;
Figure DEST_PATH_IMAGE057
为天然气节点
Figure 119389DEST_PATH_IMAGE002
的注入功率,
Figure 881940DEST_PATH_IMAGE058
为天然气管道压降系数,
Figure DEST_PATH_IMAGE059
Figure 705540DEST_PATH_IMAGE060
分别为天然气节点
Figure 828217DEST_PATH_IMAGE002
Figure 319241DEST_PATH_IMAGE003
的气压,
Figure DEST_PATH_IMAGE061
为天然气流动方向的状态参数;
Figure 774665DEST_PATH_IMAGE062
Figure DEST_PATH_IMAGE063
分别为热力网的节点支路关联矩阵和回路支路关联矩阵,
Figure 616720DEST_PATH_IMAGE064
Figure DEST_PATH_IMAGE065
分别为管道流量向量和节点流量向量,
Figure 90557DEST_PATH_IMAGE066
为管道节点流量向量,
Figure DEST_PATH_IMAGE067
为热力节点
Figure 170509DEST_PATH_IMAGE002
的注入功率,
Figure 789709DEST_PATH_IMAGE068
为水比热容,
Figure DEST_PATH_IMAGE069
Figure 368327DEST_PATH_IMAGE070
Figure DEST_PATH_IMAGE071
分别表示管道的始、末端和环境温度,
Figure 832806DEST_PATH_IMAGE072
为管道的热传导系数,
Figure DEST_PATH_IMAGE073
为管道长度,
Figure 829581DEST_PATH_IMAGE074
Figure DEST_PATH_IMAGE075
分别为节点流出的热水流量和温度,
Figure 839256DEST_PATH_IMAGE076
Figure DEST_PATH_IMAGE077
分别为节点流入的热水流量和温度;
微能源网供能元件实时出力约束为:微能源网内供能元件实时输出功率的最大值应小于其容量:
Figure 921482DEST_PATH_IMAGE078
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE079
Figure 924073DEST_PATH_IMAGE080
实时输出电功率的最大值;
Figure DEST_PATH_IMAGE081
Figure 759043DEST_PATH_IMAGE082
实时输出天然气的最大值;
Figure DEST_PATH_IMAGE083
Figure 516783DEST_PATH_IMAGE084
分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE085
和的
Figure 774720DEST_PATH_IMAGE086
容量;
微能源网能源枢纽元件功率注入约束为:微能源网内部枢纽元件的输入功率应小于微能源网与综合能源基站的提供功率:
Figure DEST_PATH_IMAGE087
微能源网能源枢纽元件容量约束为:各枢纽元件的输出功率应小于其容量:
Figure 377740DEST_PATH_IMAGE088
其中,
Figure DEST_PATH_IMAGE089
为变压器
Figure 286790DEST_PATH_IMAGE002
的容量;
Figure 402382DEST_PATH_IMAGE090
Figure DEST_PATH_IMAGE091
Figure 459200DEST_PATH_IMAGE092
分别为中央空调、热电联产机组和燃气锅炉的容量;
综合能源基站端口容量约束为:综合能源基站通过各端口的注入功率应小于其端口容量:
Figure DEST_PATH_IMAGE093
其中,
Figure 351064DEST_PATH_IMAGE094
Figure DEST_PATH_IMAGE095
分别为与微能源网相连端口的电功率容量和输气容量;
Figure 114621DEST_PATH_IMAGE096
Figure DEST_PATH_IMAGE097
分别为与上级电网和气网相连端口的电功率容量和输气容量。
CN202210441011.8A 2022-04-26 2022-04-26 一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统及其运行方法 Active CN114548956B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210441011.8A CN114548956B (zh) 2022-04-26 2022-04-26 一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统及其运行方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210441011.8A CN114548956B (zh) 2022-04-26 2022-04-26 一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统及其运行方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114548956A true CN114548956A (zh) 2022-05-27
CN114548956B CN114548956B (zh) 2022-09-16

Family

ID=81666627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210441011.8A Active CN114548956B (zh) 2022-04-26 2022-04-26 一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统及其运行方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114548956B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116307654A (zh) * 2023-05-25 2023-06-23 潍坊学院 一种基于实时拓扑信息的能源枢纽平衡调节方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102122820A (zh) * 2011-01-07 2011-07-13 卢泳 一种蜂窝式供电网络及其智能网关、供电控制方法
CN102916448A (zh) * 2012-11-16 2013-02-06 宁夏银星能源光伏发电设备制造有限公司 一种蜂窝式智能集中控制的分布式多能源发电系统
CN106451423A (zh) * 2016-09-29 2017-02-22 北京邮电大学 一种混合能源供电蜂窝网络中基站间能源协作方法
CN106604400A (zh) * 2016-12-31 2017-04-26 山东大学 一种协作蜂窝网络的资源分配和能量管理方法
CN107135510A (zh) * 2017-05-02 2017-09-05 湖南工程学院 一种基于钢铁厂的电量能源调控及数据传输控制系统
CN110428103A (zh) * 2019-07-31 2019-11-08 广东电网有限责任公司 一种综合能源系统中可再生能源储能系统协同规划方法
CN111144668A (zh) * 2020-01-19 2020-05-12 河海大学 考虑场景模拟的综合能源系统随机优化模型的建立方法
CN111291963A (zh) * 2019-12-30 2020-06-16 天津大学 一种协调经济性与可靠性的园区综合能源系统规划方法
CN111509702A (zh) * 2020-04-16 2020-08-07 国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司 一种综合能源系统及其控制方法
CN111768036A (zh) * 2020-06-29 2020-10-13 国网上海市电力公司 一种综合能源配电系统与上级电网交互运行的功率优化方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102122820A (zh) * 2011-01-07 2011-07-13 卢泳 一种蜂窝式供电网络及其智能网关、供电控制方法
CN102916448A (zh) * 2012-11-16 2013-02-06 宁夏银星能源光伏发电设备制造有限公司 一种蜂窝式智能集中控制的分布式多能源发电系统
CN106451423A (zh) * 2016-09-29 2017-02-22 北京邮电大学 一种混合能源供电蜂窝网络中基站间能源协作方法
CN106604400A (zh) * 2016-12-31 2017-04-26 山东大学 一种协作蜂窝网络的资源分配和能量管理方法
CN107135510A (zh) * 2017-05-02 2017-09-05 湖南工程学院 一种基于钢铁厂的电量能源调控及数据传输控制系统
CN110428103A (zh) * 2019-07-31 2019-11-08 广东电网有限责任公司 一种综合能源系统中可再生能源储能系统协同规划方法
CN111291963A (zh) * 2019-12-30 2020-06-16 天津大学 一种协调经济性与可靠性的园区综合能源系统规划方法
CN111144668A (zh) * 2020-01-19 2020-05-12 河海大学 考虑场景模拟的综合能源系统随机优化模型的建立方法
CN111509702A (zh) * 2020-04-16 2020-08-07 国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司 一种综合能源系统及其控制方法
CN111768036A (zh) * 2020-06-29 2020-10-13 国网上海市电力公司 一种综合能源配电系统与上级电网交互运行的功率优化方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
祝令凯等: ""综合能源系统典型应用场景展望"", 《山东电力技术》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116307654A (zh) * 2023-05-25 2023-06-23 潍坊学院 一种基于实时拓扑信息的能源枢纽平衡调节方法
CN116307654B (zh) * 2023-05-25 2023-08-04 潍坊学院 一种基于实时拓扑信息的能源枢纽平衡调节方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114548956B (zh) 2022-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109919478B (zh) 一种考虑综合供能可靠性的综合能源微网规划方法
CN110866627B (zh) 一种考虑阶梯气价的多区域电-气耦合综合能源系统优化调度方法
CN103151797B (zh) 基于多目标调度模型的并网运行方式下微网能量控制方法
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
CN112035984B (zh) 一种电-气-储区域综合能源系统协同规划方法
CN112531684A (zh) 面向城市配电网的中压-低压双层蜂巢状网络结构
CN114548956B (zh) 一种基于蜂窝拓扑的综合能源配电系统及其运行方法
CN114077934A (zh) 一种综合能源微网互联系统及其调度方法
Zhang et al. Capacity optimal configuration and collaborative planning of multi-region integrated energy system
CN113381398A (zh) 适用于工业园区的多能互补综合能源供能系统
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
CN116845989A (zh) 一种基于异步动态事件触发的自能源集群双层分布式协同控制方法
CN111401713A (zh) 基于多级能量枢纽模型的多能源系统互补优化配置方法
Zhu et al. Research on modes of energy utilization in regional energy internet
CN114118803B (zh) 一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法及装置
Wang et al. Application of improved cluster division method in active distribution network
Liu et al. Characteristic of integrated energy system and brief description on typical demonstration project
CN109390970B (zh) 基于多Agent通信网络的海岛微电网分布式控制方法及系统
CN110909988A (zh) 一种生物质能和风能太阳能互补供能系统及方法
Guo et al. Research on location planning of electric heating equipment connected to distribution power system based on load distribution method
Oyang et al. Study on steady-state power flow optimization of cold-heat-electricity integrated energy system
Gong et al. Operation mode of integrated energy system considering behavior characteristics of multiple subsystems
Ye et al. Research on optimal design and control method of integrated energy system based on improved cloud adaptive particle swarm
CN210624681U (zh) 一种冷、热、电三联供新能源储能供能及调峰系统
Zhao et al. The Optimal Operation Model of Electric-Thermal-Gas Integrated Energy System Considering Multi-Energy Complementarity

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP02 Change in the address of a patent holder
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: No. 8, Haitai Huake 4th Road, Huayuan Industrial Zone, High tech Zone, Binhai New Area, Tianjin, 300384

Patentee after: ELECTRIC POWER SCIENCE & RESEARCH INSTITUTE OF STATE GRID TIANJIN ELECTRIC POWER Co.

Patentee after: STATE GRID TIANJIN ELECTRIC POWER Co.

Patentee after: STATE GRID CORPORATION OF CHINA

Patentee after: Tianjin University

Address before: No.8, Haitai Huake 4th Road, Xiqing District, Tianjin 300384

Patentee before: ELECTRIC POWER SCIENCE & RESEARCH INSTITUTE OF STATE GRID TIANJIN ELECTRIC POWER Co.

Patentee before: STATE GRID TIANJIN ELECTRIC POWER Co.

Patentee before: STATE GRID CORPORATION OF CHINA

Patentee before: Tianjin University