CN117436672A - 考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行方法，先基于等效循环寿命、温控负荷、综合需求响应构建综合能源系统优化运行模型，再基于构建的模型进行计算，输出优化后的综合能源系统运行策略，该综合能源系统优化运行模型的目标函数为系统运行成本最小，约束条件包括功率平衡约束、设备出力约束、基线负荷约束。本发明能够合理调用多种可调性资源，缓解电能供需平衡压力；考虑等效循环寿命，能够更精准的计算电储能系统EES、电动汽车EV的运行成本；考虑了阶梯碳交易机制，能够精准计算系统低碳运行成本；同时引入考虑需求响应的现货市场出清收益，提高系统运行经济性并激励系统及用户提供需求响应服务。
Description
技术领域
本发明属于综合能源系统调度自动化技术领域，具体涉及一种考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行方法及系统。
背景技术
随着电力行业向低碳、可持续发展迈进，新能源在电网中的渗透比例不断上升，电源侧的电量平衡能力日益不足。在极端气候等不利因素的影响下，容易出现源荷两侧电量不平衡的情况，造成的电量缺口严重影响系统的安全稳定运行。
综合能源系统（IES）作为大工业用户的用能管理主体，负责安排系统内供能设备的运行计划，并为系统内用户提供各类能量流。IES通过多能流的耦合互补、协调管理和系统内综合需求响应（IDR）资源的合理调用，能够降低系统整体的运行成本，并具备向电网提供DR服务的能力。电储能系统（EES）、电动汽车（EV）和温控负荷是IES内的优质灵活性资源。
一方面，现有的IES运行策略研究主要对EES和EV的运行成本进行基于交互功率或放电深度的定值计算，但得到的结果缺乏精确性，这将影响IES在现货市场下的运行策略；另一方面，现有研究主要集中于利用DR和灵活性资源降低IES的运行成本，但未考虑IES可以调用系统内电储能设备、温控负荷额外的功率和容量，参与现货市场，为电网提供DR服务；还有，员工私有的EV在白天大量被闲置，具有极大的调度潜力。因此，迫切需要建立一种能够合理调用EES、EV和温控负荷等优质灵活性资源，考虑等效循环寿命、综合能源需求响应的综合能源系统优化运行模型，以优化IES运行策略，为电网提供优质需求响应服务。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种能够合理调用EES、EV、温控负荷等优质灵活性资源，并且考虑等效循环寿命、综合能源需求响应，以优化IES运行策略的考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行方法及系统。
为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
第一方面，本发明提出一种考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行方法，所述综合能源运行方法包括以下步骤：
S1、基于等效循环寿命、温控负荷、综合需求响应构建综合能源系统优化运行模型；所述综合能源系统优化运行模型的目标函数为系统运行成本最小，约束条件包括功率平衡约束、设备出力约束、基线负荷约束；
S2、基于构建的综合能源系统优化运行模型进行计算，输出优化后的综合能源系统运行策略。
所述目标函数为：
；
；
；
；
；
；
；
上式中，为系统运行成本；、、、、分别为能源购置成本、设备运行成本、多类型需求响应成本、碳排放成本、现货市场出清收益；、分别为综合能源系统IES向电网购电的价格和功率；、分别为综合能源系统IES从气网购气的价格、气网输入综合能源系统IES的天然气功率；、分别为热电联产机组CHP的启、停成本；、、、、、、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB、电锅炉EB、溴化锂制冷系统LBRS、卡琳娜循环发电系统KLN、热储能系统TES、冷储能系统CES的运行成本；、分别为需求响应前、需求响应后的用户购电成本；、、、分别为冷、热、电、气四种能源对应的功率；为时刻的综合需求响应DR资源出清价格；为时刻综合能源系统IES第m段投标的中标量；为规划期限；为投标段数；为温度调整成本；为电动汽车EV参与综合需求响应DR调用的补偿成本；为电储能系统EES的循环寿命损耗成本；为碳交易基价；为碳排放交易额；为碳交易价格增长率；为阶梯式碳交易区间长度；为电动汽车EV参与综合能源系统IES内综合需求响应DR调用的经济补偿系数；为电动汽车EV的循环寿命损耗成本。
所述电储能系统EES的循环寿命损耗成本、电动汽车EV的循环寿命损耗成本基于以下公式计算得到：
；
；
；
；
上式中，、、分别为电储能系统EES的单位功率投资成本、运维成本、单位容量投资成本；、分别为电储能系统EES的额定功率、额定容量；、分别为电动汽车EV电池单位容量成本、电动汽车EV额定容量；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV的电池寿命损耗成本；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV在100%放电深度下的等效循环次数；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV的线性化等效循环次数；
所述温度调整成本基于温控负荷等效热参数模型得到，所述温控负荷等效热参数模型为：
；
；
；
；
上式中，、分别为室内温度下限、上限；、、分别为时刻的室内设定温度、室内下调温度、室内上调温度；为时刻的室内温度；为整日调整温度累计值；为温度调整惩罚系数；为惩罚增幅系数；为单位区间。
所述功率平衡约束包括电功率平衡约束、热功率平衡约束、冷功率平衡约束、天然气平衡约束；其中，所述电功率平衡约束为：
；
上式中，、、分别为热电联产机组CHP、光伏系统PV、卡琳娜循环发电系统KLN生产的电功率；、、分别为电锅炉CACS、电锅炉EB、工业制冷机IR消耗的电功率；、分别为电储能系统EES的充、放电功率；、为电动汽车EV的充、放电功率；为时刻的生活类负荷功率；为时刻的工业类负荷功率；
所述热功率平衡约束为：
；
上式中，、、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB、电锅炉EB生产的热功率；、分别为热储能系统TES的充、放热功率；为时刻工业类负荷产生的冷功率；
所述冷功率平衡约束为：
；
上式中，、分别为工业制冷机IR、溴化锂制冷系统LBRS生产的冷功率；、分别为电锅炉CACS充、放冷功率；为时刻工业类负荷产生的冷功率；
所述天然气平衡约束为：
；
上式中，、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB耗费的天然气功率；为时刻工业类负荷产生的天然气功率；
所述设备出力约束包括热电联产机组约束、燃汽锅炉约束、余热锅炉约束、溴化锂制冷机约束、卡琳娜循环发电系统约束，所述热电联产机组约束为：
；
上式中，为热电联产机组CHP最大产热功率时对应的发电功率；、、分别为热电联产机组CHP的最小发电功率、最大发电功率和发电效率；、分别为热电联产机组CHP的热电耦合出力区间的下限斜率、上限斜率；为热电联产机组CHP的启停变量；为天然气热值；为热电联产机组CHP热电联产过程中产生的余热功率；为热电联产机组CHP最大产热功率；
所述燃汽锅炉约束为：
；
上式中，为燃气锅炉GB的产热效率；为燃气锅炉GB的最大产热功率；
所述余热锅炉约束为：
；
上式中，为余热锅炉利用高温热气残余热量再加热后输出的热功率；为余热锅炉热能回收效率；为时刻燃气锅炉GB产生的余热功率；
所述溴化锂制冷机约束为：
；
；
上式中，为溴化锂制冷系统LBRS从系统余热功率吸收的热功率；为余热利用系数；为溴化锂制冷系统LBRS的热冷转换效率；为时刻光伏系统产热功率；为时刻溴化锂制冷系统产热功率；
所述卡琳娜循环发电系统约束为：
；
上式中，为卡琳娜循环发电系统KLN从系统余热功率吸收的热功率；为卡琳娜循环发电系统KLN的热电转换效率；
所述基线负荷约束为：
；
；
上式中，为综合能源系统IES未提供综合需求响应DR服务的综合能源系统IES基线负荷，对应综合能源系统IES的日常生产计划。
第二方面，本发明提出考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行系统，所述运行系统包括模型构建模块、优化计算模块；
所述模型构建模块用于基于等效循环寿命、温控负荷、综合需求响应构建综合能源系统优化运行模型，所述综合能源系统优化运行模型的目标函数为系统运行成本最小，约束条件包括功率平衡约束、设备出力约束、基线负荷约束；
所述优化计算模块用于基于综合能源系统优化运行模型进行计算，输出优化后的综合能源系统运行策略。
所述模型构建模块用于如下目标函数：
所述目标函数为：
；
；
；
；
；
；
上式中，为系统运行成本；、、、、分别为能源购置成本、设备运行成本、需求响应成本、碳排放成本、现货市场出清收益；、分别为综合能源系统IES向电网购电的价格和功率；、分别为综合能源系统IES从气网购气的价格、气网输入综合能源系统IES的天然气功率；、分别为热电联产机组CHP的启、停成本；、、、、、、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB、电锅炉EB、溴化锂制冷系统LBRS、卡琳娜循环发电系统KLN、热储能系统TES、冷储能系统CES的运行成本；、分别为需求响应前、需求响应后的用户购电成本；、、、分别为冷、热、电、气四种能源对应的功率；为时刻的综合需求响应DR资源出清价格；为时刻综合能源系统IES第m段投标的中标量；为规划期限；为投标段数；为温度调整成本；为电动汽车EV参与综合需求响应DR调用的补偿成本；为电储能系统EES的循环寿命损耗成本；为碳交易基价；为碳排放交易额；为碳交易价格增长率；为阶梯式碳交易区间长度；为电动汽车EV参与综合能源系统IES内综合需求响应DR调用的经济补偿系数；为电动汽车EV的循环寿命损耗成本。
所述电储能系统EES的循环寿命损耗成本、电动汽车EV的循环寿命损耗成本基于以下公式计算得到：
；
；
；
；
上式中，、、分别为电储能系统EES的单位功率投资成本、运维成本、单位容量投资成本；、分别为电储能系统EES的额定功率、额定容量；、分别为电动汽车EV电池单位容量成本、电动汽车EV额定容量；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV的电池寿命损耗成本；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV在100%放电深度下的等效循环次数；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV的线性化等效循环次数；
所述温度调整成本基于温控负荷等效热参数模型得到，所述温控负荷等效热参数模型为：
；
；
；
；
上式中，、分别为室内温度下限、上限；、、分别为时刻的室内设定温度、室内下调温度、室内上调温度；为时刻的室内温度；为整日调整温度累计值；为温度调整惩罚系数；为惩罚增幅系数；为单位区间。
所述功率平衡约束包括电功率平衡约束、热功率平衡约束、冷功率平衡约束、天然气平衡约束；其中，所述电功率平衡约束为：
；
上式中，、、分别为热电联产机组CHP、光伏系统PV、卡琳娜循环发电系统KLN生产的电功率；、、分别为电锅炉CACS、电锅炉EB、工业制冷机IR消耗的电功率；、分别为电储能系统EES的充、放电功率；、为电动汽车EV的充、放电功率；为时刻的生活类负荷功率；为时刻的工业类负荷功率；
所述热功率平衡约束为：
；
上式中，、、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB、电锅炉EB生产的热功率；、分别为热储能系统TES的充、放热功率；为时刻工业类负荷产生的冷功率；
所述冷功率平衡约束为：
；
上式中，、分别为工业制冷机IR、溴化锂制冷系统LBRS生产的冷功率；、分别为电锅炉CACS充、放冷功率；为时刻工业类负荷产生的冷功率；
所述天然气平衡约束为：
；
上式中，、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB耗费的天然气功率；为时刻工业类负荷产生的天然气功率；
所述设备出力约束包括热电联产机组约束、燃汽锅炉约束、余热锅炉约束、溴化锂制冷机约束、卡琳娜循环发电系统约束，所述热电联产机组约束为：
；
上式中，为热电联产机组CHP最大产热功率时对应的发电功率；、、分别为热电联产机组CHP的最小发电功率、最大发电功率和发电效率；、分别为热电联产机组CHP的热电耦合出力区间的下限斜率、上限斜率；为热电联产机组CHP的启停变量；为天然气热值；为热电联产机组CHP热电联产过程中产生的余热功率；为热电联产机组CHP最大产热功率；
所述燃汽锅炉约束为：
；
上式中，为燃气锅炉GB的产热效率；为燃气锅炉GB的最大产热功率；
所述余热锅炉约束为：
；
上式中，为余热锅炉利用高温热气残余热量再加热后输出的热功率；为余热锅炉热能回收效率；为时刻燃气锅炉GB产生的余热功率；
所述溴化锂制冷机约束为：
；
；
上式中，为溴化锂制冷系统LBRS从系统余热功率吸收的热功率；为余热利用系数；为溴化锂制冷系统LBRS的热冷转换效率；为时刻光伏系统产热功率；为时刻溴化锂制冷系统产热功率；
所述卡琳娜循环发电系统约束为：
；
上式中，为卡琳娜循环发电系统KLN从系统余热功率吸收的热功率；为卡琳娜循环发电系统KLN的热电转换效率；
所述基线负荷约束为：
；
；
上式中，为综合能源系统IES未提供综合需求响应DR服务的综合能源系统IES基线负荷，对应综合能源系统IES的日常生产计划。
第三方面，本发明考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行设备，所述运行设备包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述计算机程序代码中的指令执行前述的方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明一种考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行方法，构建了现货市场下含电储能系统EES、电动汽车EV、温控负荷的综合能源系统优化运行模型，能够合理调用综合能源系统IES内多种可调性资源，为IES提供最优DR运行策略，缓解电能供需平衡压力，提高综合能源系统IES的整体经济性；该综合能源系统优化运行模型的目标函数为系统运行成本最小，在系统运行成本的计算中，考虑等效循环寿命，能够更精准的计算电储能系统EES、电动汽车EV的运行成本；考虑了阶梯碳交易机制，能够精准计算系统低碳运行成本；同时，引入考虑需求响应的现货市场出清收益，能够提高系统运行经济性并激励系统及用户提供需求响应服务。
附图说明
图1为本发明所述运行方法的流程图。
图2为本发明所述运行系统的结构框图。
图3为本发明所述运行设备的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式以及附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明所面对的综合能源系统IES内部存在电、热、冷、气4种能源形式和多类能源设备，能源设备的主要组成为：热电联产机组CHP、燃气锅炉GB、光伏系统PV、电锅炉EB、CACS、卡琳娜循环发电系统KLN、溴化锂制冷系统LBRS、工业制冷机IR、电储能系统EES、冷储能系统CES、热储能系统TES。综合能源系统IES通过设备间的能量转换和系统内的能流互补，实现低碳经济运行，并通过调整运行策略来削减购电功率，从而为电网提供DR服务。
实施例1：
参见图1，本发明一种考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行方法，依次按照以下步骤进行：
S1、构建综合能源系统优化运行模型；所述综合能源系统优化运行模型的目标函数为系统运行成本最小，所述目标函数具体为：
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；
；
上式中，为系统运行成本；、、、、分别为能源购置成本、设备运行成本、多类型需求响应成本、碳排放成本、现货市场出清收益；、分别为综合能源系统IES向电网购电的价格和功率；、分别为综合能源系统IES从气网购气的价格、气网输入综合能源系统IES的天然气功率；、分别为热电联产机组CHP的启、停成本；、、、、、、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB、电锅炉EB、溴化锂制冷系统LBRS、卡琳娜循环发电系统KLN、热储能系统TES、冷储能系统CES的运行成本；、分别为需求响应前、需求响应后的用户购电成本；、、、分别为冷、热、电、气四种能源对应的功率；为时刻的综合需求响应DR资源出清价格；为时刻综合能源系统IES第m段投标的中标量；为规划期限；为投标段数；为温度调整成本；为电动汽车EV参与综合需求响应DR调用的补偿成本；为电储能系统EES的循环寿命损耗成本；为碳交易基价；为碳排放交易额；为碳交易价格增长率；为阶梯式碳交易区间长度；为电动汽车EV参与综合能源系统IES内综合需求响应DR调用的经济补偿系数；为电动汽车EV的循环寿命损耗成本；
所述模型的约束条件包括功率平衡约束、设备出力约束、基线负荷约束；所述功率平衡约束包括电功率平衡约束、热功率平衡约束、冷功率平衡约束、天然气平衡约束；所述设备出力约束包括热电联产机组约束、燃汽锅炉约束、余热锅炉约束、溴化锂制冷机约束、卡琳娜循环发电系统约束，其中，
所述电功率平衡约束为：
；
上式中，、、分别为热电联产机组CHP、光伏系统PV、卡琳娜循环发电系统KLN生产的电功率；、、分别为电锅炉CACS、电锅炉EB、工业制冷机IR消耗的电功率；、分别为电储能系统EES的充、放电功率；、为电动汽车EV的充、放电功率；为时刻的生活类负荷功率；为时刻的工业类负荷功率；
所述热功率平衡约束为：
；
上式中，、、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB、电锅炉EB生产的热功率；、分别为热储能系统TES的充、放热功率；为时刻工业类负荷产生的冷功率；
所述冷功率平衡约束为：
；
上式中，、分别为工业制冷机IR、溴化锂制冷系统LBRS生产的冷功率；、分别为电锅炉CACS充、放冷功率；为时刻工业类负荷产生的冷功率；
所述天然气平衡约束为：
；
上式中，、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB耗费的天然气功率；为时刻工业类负荷产生的天然气功率；
所述热电联产机组约束为：
；
上式中，为热电联产机组CHP最大产热功率时对应的发电功率；、、分别为热电联产机组CHP的最小发电功率、最大发电功率和发电效率；、分别为热电联产机组CHP的热电耦合出力区间的下限斜率、上限斜率；为热电联产机组CHP的启停变量；为天然气热值；为热电联产机组CHP热电联产过程中产生的余热功率；为热电联产机组CHP最大产热功率；
所述燃汽锅炉约束为：
；
上式中，为燃气锅炉GB的产热效率；为燃气锅炉GB的最大产热功率；
所述余热锅炉约束为：
；
上式中，为余热锅炉利用高温热气残余热量再加热后输出的热功率；为余热锅炉热能回收效率；为时刻燃气锅炉GB产生的余热功率；
所述溴化锂制冷机约束为：
；
；
上式中，为溴化锂制冷系统LBRS从系统余热功率吸收的热功率；为余热利用系数；为溴化锂制冷系统LBRS的热冷转换效率；为时刻光伏系统产热功率；为时刻溴化锂制冷系统产热功率；
所述卡琳娜循环发电系统约束为：
；
上式中，为卡琳娜循环发电系统KLN从系统余热功率吸收的热功率；为卡琳娜循环发电系统KLN的热电转换效率；
根据用户基线负荷认定IES提供DR服务的实施效果，为避免综合能源系统IES参与综合需求响应DR服务导致其余时段的负荷高升，造成非高峰时段电网电量不平衡，设置基线负荷约束；所述基线负荷约束为：
；
；
上式中，为综合能源系统IES未提供综合需求响应DR服务的综合能源系统IES基线负荷，对应综合能源系统IES的日常生产计划；
上述综合能源系统优化运行模型中，由于现阶段国内的配额方式主要为无偿分配，碳排放交易额的计算公式如下：
；
上式中，为实际碳排放量；、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB的初始碳排放分配量；、分别为单位电功率、单位热功率的碳排放配量；为单位天然气燃烧产生的实际碳排放量；
上述综合能源系统优化运行模型中，电储能系统EES的循环寿命损耗成本、电动汽车EV的循环寿命损耗成本的计算公式及推导过程如下：
步骤A1、引入布尔变量构建线性化计算模型，将等效循环次数线性化，得到电储能系统EES的线性化等效循环次数、电动汽车EV的线性化等效循环次数；
电储能系统EES的等效循环次数为：
；
上式中，为电储能系统EES在100%放电深度下的等效循环次数；为电储能系统EES在标准放电深度下的等效循环寿命；为放电深度；为雨流计数法拟合指数；
电动汽车EV的等效循环次数为：
；
上式中，为电动汽车EV在100%放电深度下的等效循环次数；为电动汽车EV在标准放电深度下的等效循环寿命；、、均为雨流计数法拟合指数； 、分别为放电循环的起始荷电状态和标准荷电状态；
因等效循环次数为指数函数，以为决策变量，选择分段点，所述布尔变量为：
；
上式中，、均为分段线性化函数参数，线性化的拟合程度取决于分段点的选取，分段点越多，取点位置越合适，则拟合程度越高；
电储能系统EES的线性化计算模型为：
；
上式中，、分别为辅助端点变量、辅助分段变量；为分段数量；
电动汽车EV的线性化计算模型构建流程与电储能系统EES一致；
步骤A2、调节DOD，通过计算充放电状态切换次数和状态切换前的累计电量来精确测算电化学电池的运行周期下的充放电深度，根据以下公式计算电储能系统EES的循环寿命损耗成本、电动汽车EV的循环寿命损耗成本：
；
；
；
；
上式中，、、分别为电储能系统EES的单位功率投资成本、运维成本、单位容量投资成本；、分别为电储能系统EES的额定功率、额定容量；、分别为电动汽车EV电池单位容量成本、电动汽车EV额定容量；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV的电池寿命损耗成本；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV的线性化等效循环次数；
上述综合能源系统优化运行模型中，温度调整成本基于温控负荷等效热参数模型得到，所述温控负荷等效热参数模型的表达式如下：
；
；
；
；
上式中，、分别为室内温度下限、上限；、、分别为时刻的室内设定温度、室内下调温度、室内上调温度；为时刻的室内温度；为整日调整温度累计值；为温度调整惩罚系数；为惩罚增幅系数；为单位区间；
S2、基于构建的综合能源系统优化运行模型进行计算，输出优化后的综合能源系统运行策略。
下面为验证本发明所提考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行方法的有效性，在综合能源系统上分别利用以下4种方法进行优化，方法1为本发明所提方法，方法2为考虑交换功率成本和温控负荷的综合能源系统运行方法，方法3为将系统中的室外气温上升2℃后再运行本发明所提方法，方法4为考虑等效循环寿命和温控负荷，不考虑低碳的综合能源系统运行方法；
参数设置：天然气热值为3.6万；购买天然气价格为3.5元；电储能系统采用磷酸铁锂电池；单位功率投资成本为2200元/kW；单位功率维护成本200元/kW；单位容量投资成本为1500元/（kW•h）；冷、热、电能源的单位需求响应补偿设为2元/kW；
（1）运行由4种方法输出的优化后综合能源系统运行策略，计算各项成本并进行对比分析，各项成本的计算结果如表1所示，DR中标量和出清价格为800kW•h、1.73元/(kW•h)：
表1、4种方法的各项成本
由表1可知，对比方法1和方法2，方法2的总运行成本较方法1更低，这是因为方法2中对电储能系统EES、电动汽车EV调用成本的计算不够准确，会影响IES中其他能源设备的运行结果，方法1在成本计算中充分考虑电化学电池的循环寿命更为合理；
对比方法1和方法3，更高的室外温度将增加综合能源系统IES的各项运行成本，方法1考虑了温控负荷的影响，能够反映室内外温度、辐照强度、等效热源等对综合能源系统IES运行策略的影响，从而提高了模型结果的准确性；
对比方法1和方法4，方法4未考虑阶梯碳交易成本时，碳排放成本上升至1103.6元，可见方法1在考虑阶梯碳交易后，通过减少高排碳设备的使用成功降低了碳排放，这不仅有助于环境保护和解决电量不平衡问题，同时降低了整体运行成本，促进实现“双碳”目标。
（2）在不同DR中标量和出清价格下运行方法1，计算调用DR资源成本以及系统总成本，计算结果如表2所示：
表2、不同DR中标量和出清价格所对应的调用DR资源成本以及系统总成本
由表2可知，随着综合能源运行系统IES调用内部DR资源成本上升，但系统总运行成本减小，证明本发明所提方法能够激励综合能源运行系统IES为电网提供DR服务。
实施例2：
参见图2，一种考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行系统，包括模型构建模块、优化计算模块；所述模型构建模块用于基于等效循环寿命、温控负荷、综合需求响应构建如下的综合能源系统优化运行模型，所述综合能源系统优化运行模型包括目标函数及约束条件：
目标函数为：
；
；
；
；
；
；
上式中，为系统运行成本；、、、、分别为能源购置成本、设备运行成本、需求响应成本、碳排放成本、现货市场出清收益；、分别为综合能源系统IES向电网购电的价格和功率；、分别为综合能源系统IES从气网购气的价格、气网输入综合能源系统IES的天然气功率；、分别为热电联产机组CHP的启、停成本；、、、、、、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB、电锅炉EB、溴化锂制冷系统LBRS、卡琳娜循环发电系统KLN、热储能系统TES、冷储能系统CES的运行成本；、分别为需求响应前、需求响应后的用户购电成本；、、、分别为冷、热、电、气四种能源对应的功率；为时刻的综合需求响应DR资源出清价格；为时刻综合能源系统IES第m段投标的中标量；为规划期限；为投标段数；为温度调整成本；为电动汽车EV参与综合需求响应DR调用的补偿成本；为电储能系统EES的循环寿命损耗成本；为碳交易基价；为碳排放交易额；为碳交易价格增长率；为阶梯式碳交易区间长度；为电动汽车EV参与综合能源系统IES内综合需求响应DR调用的经济补偿系数；为电动汽车EV的循环寿命损耗成本；
基于以下公式计算电储能系统EES的循环寿命损耗成本、电动汽车EV的循环寿命损耗成本：
；
；
；
；
上式中，、、分别为电储能系统EES的单位功率投资成本、运维成本、单位容量投资成本；、分别为电储能系统EES的额定功率、额定容量；、分别为电动汽车EV电池单位容量成本、电动汽车EV额定容量；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV的电池寿命损耗成本；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV在100%放电深度下的等效循环次数；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV的线性化等效循环次数；
基于温控负荷等效热参数模型计算温度调整成本，所述温控负荷等效热参数模型为：
；
；
；
；
上式中，、分别为室内温度下限、上限；、、分别为时刻的室内设定温度、室内下调温度、室内上调温度；为时刻的室内温度；为整日调整温度累计值；为温度调整惩罚系数；为惩罚增幅系数；为单位区间；
约束条件包括低碳经济运行约束条件、功率平衡约束、设备出力约束、基线负荷约束；所述功率平衡约束包括电功率平衡约束、热功率平衡约束、冷功率平衡约束、天然气平衡约束；所述设备出力约束包括热电联产机组约束、燃汽锅炉约束、余热锅炉约束、溴化锂制冷机约束、卡琳娜循环发电系统约束；
所述电功率平衡约束为：
；
上式中，、、分别为热电联产机组CHP、光伏系统PV、卡琳娜循环发电系统KLN生产的电功率；、、分别为电锅炉CACS、电锅炉EB、工业制冷机IR消耗的电功率；、分别为电储能系统EES的充、放电功率；、为电动汽车EV的充、放电功率；为时刻的生活类负荷功率；为时刻的工业类负荷功率；
所述热功率平衡约束为：
；
上式中，、、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB、电锅炉EB生产的热功率；、分别为热储能系统TES的充、放热功率；为时刻工业类负荷产生的冷功率；
所述冷功率平衡约束为：
；
上式中，、分别为工业制冷机IR、溴化锂制冷系统LBRS生产的冷功率；、分别为电锅炉CACS充、放冷功率；为时刻工业类负荷产生的冷功率；
所述天然气平衡约束为：
；
上式中，、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB耗费的天然气功率；为时刻工业类负荷产生的天然气功率；
所述热电联产机组约束为：
；
上式中，为热电联产机组CHP最大产热功率时对应的发电功率；、、分别为热电联产机组CHP的最小发电功率、最大发电功率和发电效率；、分别为热电联产机组CHP的热电耦合出力区间的下限斜率、上限斜率；为热电联产机组CHP的启停变量；为天然气热值；为热电联产机组CHP热电联产过程中产生的余热功率；为热电联产机组CHP最大产热功率；
所述燃汽锅炉约束为：
；
上式中，为燃气锅炉GB的产热效率；为燃气锅炉GB的最大产热功率；
所述余热锅炉约束为：
；
上式中，为余热锅炉利用高温热气残余热量再加热后输出的热功率；为余热锅炉热能回收效率；为时刻燃气锅炉GB产生的余热功率；
所述溴化锂制冷机约束为：
；
；
上式中，为溴化锂制冷系统LBRS从系统余热功率吸收的热功率；为余热利用系数；为溴化锂制冷系统LBRS的热冷转换效率；为时刻光伏系统产热功率；为时刻溴化锂制冷系统产热功率；
所述卡琳娜循环发电系统约束为：
；
上式中，为卡琳娜循环发电系统KLN从系统余热功率吸收的热功率；为卡琳娜循环发电系统KLN的热电转换效率；
所述基线负荷约束为：
；
；
上式中，为综合能源系统IES未提供综合需求响应DR服务的综合能源系统IES基线负荷，对应综合能源系统IES的日常生产计划；
所述优化计算模块用于基于综合能源系统优化运行模型进行计算，输出优化后的综合能源系统运行策略。
实施例3：
参考图3，一种考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行设备，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；所述处理器，用于根据所述计算机程序代码中的指令执行实施例1所述的方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1所述的方法。
Claims (10)
1.考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行方法，其特征在于：
所述综合能源运行方法包括以下步骤：
S1、构建综合能源系统优化运行模型；所述综合能源系统优化运行模型的目标函数为系统运行成本最小，所述系统运行成本为系统总成本与现货市场出清收益的差值，所述系统总成本包括能源购置成本、设备运行成本、需求响应成本、碳排放成本，其中，所述设备运行成本基于电储能系统EES的循环寿命损耗成本得到，所述需求响应成本基于温度调整成本、电动汽车EV的循环寿命损耗成本得到；所述综合能源系统优化运行模型的约束条件包括功率平衡约束、设备出力约束、基线负荷约束；
S2、基于构建的综合能源系统优化运行模型进行计算，输出优化后的综合能源系统运行策略。
2.根据权利要求1所述的考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行方法，其特征在于：
所述目标函数为：
；
；
；
；
；
；
；
上式中，为系统运行成本；、、、、分别为能源购置成本、设备运行成本、需求响应成本、碳排放成本、现货市场出清收益；、分别为综合能源系统IES向电网购电的价格和功率；、分别为综合能源系统IES从气网购气的价格、气网输入综合能源系统IES的天然气功率；、分别为热电联产机组CHP的启、停成本；、、、、、、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB、电锅炉EB、溴化锂制冷系统LBRS、卡琳娜循环发电系统KLN、热储能系统TES、冷储能系统CES的运行成本；、分别为需求响应前、需求响应后的用户购电成本；、、、分别为冷、热、电、气四种能源对应的功率；为时刻的综合需求响应DR资源出清价格；为时刻综合能源系统IES第m段投标的中标量；为规划期限；为投标段数；为温度调整成本；为电动汽车EV参与综合需求响应DR调用的补偿成本；为电储能系统EES的循环寿命损耗成本；为碳交易基价；为碳排放交易额；为碳交易价格增长率；为阶梯式碳交易区间长度；为电动汽车EV参与综合能源系统IES内综合需求响应DR调用的经济补偿系数；为电动汽车EV的循环寿命损耗成本。
3.根据权利要求2所述的考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行方法，其特征在于：
所述电储能系统EES的循环寿命损耗成本、电动汽车EV的循环寿命损耗成本基于以下公式计算得到：
；
；
；
；
上式中，、、分别为电储能系统EES的单位功率投资成本、运维成本、单位容量投资成本；、分别为电储能系统EES的额定功率、额定容量；、分别为电动汽车EV电池单位容量成本、电动汽车EV额定容量；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV的电池寿命损耗成本；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV在100%放电深度下的等效循环次数；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV的线性化等效循环次数；
所述温度调整成本基于温控负荷等效热参数模型得到，所述温控负荷等效热参数模型为：
；
；
；
；
上式中，、分别为室内温度下限、上限；、、分别为时刻的室内设定温度、室内下调温度、室内上调温度；为时刻的室内温度；为整日调整温度累计值；为温度调整惩罚系数；为惩罚增幅系数；为单位区间。
4.根据权利要求3所述的考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行方法，其特征在于：
所述功率平衡约束包括电功率平衡约束、热功率平衡约束、冷功率平衡约束、天然气平衡约束；其中，所述电功率平衡约束为：
；
上式中，、、分别为热电联产机组CHP、光伏系统PV、卡琳娜循环发电系统KLN生产的电功率；、、分别为电锅炉CACS、电锅炉EB、工业制冷机IR消耗的电功率；、分别为电储能系统EES的充、放电功率；、为电动汽车EV的充、放电功率；为时刻的生活类负荷功率；为时刻的工业类负荷功率；
所述热功率平衡约束为：
；
上式中，、、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB、电锅炉EB生产的热功率；、分别为热储能系统TES的充、放热功率；为时刻工业类负荷产生的冷功率；
所述冷功率平衡约束为：
；
上式中，、分别为工业制冷机IR、溴化锂制冷系统LBRS生产的冷功率；、分别为电锅炉CACS充、放冷功率；为时刻工业类负荷产生的冷功率；
所述天然气平衡约束为：
；
上式中，、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB耗费的天然气功率； 为时刻工业类负荷产生的天然气功率；
所述设备出力约束包括热电联产机组约束、燃汽锅炉约束、余热锅炉约束、溴化锂制冷机约束、卡琳娜循环发电系统约束，所述热电联产机组约束为：
；
上式中，为热电联产机组CHP最大产热功率时对应的发电功率；、、分别为热电联产机组CHP的最小发电功率、最大发电功率和发电效率；、分别为热电联产机组CHP的热电耦合出力区间的下限斜率、上限斜率；为热电联产机组CHP的启停变量；为天然气热值；为热电联产机组CHP热电联产过程中产生的余热功率；为热电联产机组CHP最大产热功率；
所述燃汽锅炉约束为：
；
上式中，为燃气锅炉GB的产热效率；为燃气锅炉GB的最大产热功率；
所述余热锅炉约束为：
；
上式中，为余热锅炉利用高温热气残余热量再加热后输出的热功率；为余热锅炉热能回收效率；为时刻燃气锅炉GB产生的余热功率；
所述溴化锂制冷机约束为：
；
；
上式中，为溴化锂制冷系统LBRS从系统余热功率吸收的热功率；为余热利用系数；为溴化锂制冷系统LBRS的热冷转换效率；为时刻光伏系统产热功率；为时刻溴化锂制冷系统产热功率；
所述卡琳娜循环发电系统约束为：
；
上式中，为卡琳娜循环发电系统KLN从系统余热功率吸收的热功率；为卡琳娜循环发电系统KLN的热电转换效率；
所述基线负荷约束为：
；
；
上式中，为综合能源系统IES未提供综合需求响应DR服务的综合能源系统IES基线负荷，对应综合能源系统IES的日常生产计划。
5.考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行系统，其特征在于：
所述运行系统包括模型构建模块、优化计算模块；
所述模型构建模块用于构建综合能源系统优化运行模型；所述综合能源系统优化运行模型的目标函数为系统运行成本最小，所述系统运行成本为系统总成本与现货市场出清收益的差值，所述系统总成本包括能源购置成本、设备运行成本、需求响应成本、碳排放成本，其中，所述设备运行成本基于电储能系统EES的循环寿命损耗成本得到，所述需求响应成本基于温度调整成本、电动汽车EV的循环寿命损耗成本得到；所述综合能源系统优化运行模型的约束条件包括功率平衡约束、设备出力约束、基线负荷约束；
所述优化计算模块用于基于综合能源系统优化运行模型进行计算，输出优化后的综合能源系统运行策略。
6.根据权利要求5所述的考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行系统，其特征在于：
所述模型构建模块用于如下目标函数：
所述目标函数为：
；
；
；
；
；
；
上式中，为系统运行成本；、、、、分别为能源购置成本、设备运行成本、需求响应成本、碳排放成本、现货市场出清收益；、分别为综合能源系统IES向电网购电的价格和功率；、分别为综合能源系统IES从气网购气的价格、气网输入综合能源系统IES的天然气功率；、分别为热电联产机组CHP的启、停成本；、、、、、、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB、电锅炉EB、溴化锂制冷系统LBRS、卡琳娜循环发电系统KLN、热储能系统TES、冷储能系统CES的运行成本；、分别为需求响应前、需求响应后的用户购电成本；、、、分别为冷、热、电、气四种能源对应的功率；为时刻的综合需求响应DR资源出清价格；为时刻综合能源系统IES第m段投标的中标量；为规划期限；为投标段数；为温度调整成本；为电动汽车EV参与综合需求响应DR调用的补偿成本；为电储能系统EES的循环寿命损耗成本；为碳交易基价；为碳排放交易额；为碳交易价格增长率；为阶梯式碳交易区间长度；为电动汽车EV参与综合能源系统IES内综合需求响应DR调用的经济补偿系数；为电动汽车EV的循环寿命损耗成本。
7.根据权利要求6所述的考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行系统，其特征在于：
所述电储能系统EES的循环寿命损耗成本、电动汽车EV的循环寿命损耗成本基于以下公式计算得到：
；
；
；
；
上式中，、、分别为电储能系统EES的单位功率投资成本、运维成本、单位容量投资成本；、分别为电储能系统EES的额定功率、额定容量；、分别为电动汽车EV电池单位容量成本、电动汽车EV额定容量；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV的电池寿命损耗成本；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV在100%放电深度下的等效循环次数；、分别为电储能系统EES、电动汽车EV的线性化等效循环次数；
所述温度调整成本基于温控负荷等效热参数模型得到，所述温控负荷等效热参数模型为：
；
；
；
；
上式中，、分别为室内温度下限、上限；、、分别为时刻的室内设定温度、室内下调温度、室内上调温度；为时刻的室内温度；为整日调整温度累计值；为温度调整惩罚系数；为惩罚增幅系数；为单位区间。
8.根据权利要求7所述的考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行系统，其特征在于：
所述功率平衡约束包括电功率平衡约束、热功率平衡约束、冷功率平衡约束、天然气平衡约束；其中，所述电功率平衡约束为：
；
上式中，、、分别为热电联产机组CHP、光伏系统PV、卡琳娜循环发电系统KLN生产的电功率；、、分别为电锅炉CACS、电锅炉EB、工业制冷机IR消耗的电功率；、分别为电储能系统EES的充、放电功率；、为电动汽车EV的充、放电功率；为时刻的生活类负荷功率；为时刻的工业类负荷功率；
所述热功率平衡约束为：
；
上式中，、、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB、电锅炉EB生产的热功率；、分别为热储能系统TES的充、放热功率；为时刻工业类负荷产生的冷功率；
所述冷功率平衡约束为：
；
上式中，、分别为工业制冷机IR、溴化锂制冷系统LBRS生产的冷功率；、分别为电锅炉CACS充、放冷功率；为时刻工业类负荷产生的冷功率；
所述天然气平衡约束为：
；
上式中，、分别为热电联产机组CHP、燃气锅炉GB耗费的天然气功率； 为时刻工业类负荷产生的天然气功率；
所述设备出力约束包括热电联产机组约束、燃汽锅炉约束、余热锅炉约束、溴化锂制冷机约束、卡琳娜循环发电系统约束，所述热电联产机组约束为：
；
上式中，为热电联产机组CHP最大产热功率时对应的发电功率；、、分别为热电联产机组CHP的最小发电功率、最大发电功率和发电效率；、分别为热电联产机组CHP的热电耦合出力区间的下限斜率、上限斜率；为热电联产机组CHP的启停变量；为天然气热值；为热电联产机组CHP热电联产过程中产生的余热功率；为热电联产机组CHP最大产热功率；
所述燃汽锅炉约束为：
；
上式中，为燃气锅炉GB的产热效率；为燃气锅炉GB的最大产热功率；
所述余热锅炉约束为：
；
上式中，为余热锅炉利用高温热气残余热量再加热后输出的热功率；为余热锅炉热能回收效率；为时刻燃气锅炉GB产生的余热功率；
所述溴化锂制冷机约束为：
；
；
上式中，为溴化锂制冷系统LBRS从系统余热功率吸收的热功率；为余热利用系数；为溴化锂制冷系统LBRS的热冷转换效率；为时刻光伏系统产热功率；为时刻溴化锂制冷系统产热功率；
所述卡琳娜循环发电系统约束为：
；
上式中，为卡琳娜循环发电系统KLN从系统余热功率吸收的热功率；为卡琳娜循环发电系统KLN的热电转换效率；
所述基线负荷约束为：
；
；
上式中，为综合能源系统IES未提供综合需求响应DR服务的综合能源系统IES基线负荷，对应综合能源系统IES的日常生产计划。
9.考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行设备，其特征在于：
所述运行设备包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述计算机程序代码中的指令执行如权利要求1至4任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311754468.5A CN117436672B (zh) | 2023-12-20 | 2023-12-20 | 考虑等效循环寿命和温控负荷的综合能源运行方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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