[发明专利]一种冷热电多能流微电网考虑运行的储能容量优化方法

摘要

本发明涉及一种冷热电多能流微电网考虑运行的储能容量优化方法，属于多能流耦合系统的运行中的优化调度技术领域。本方法整体考虑了储能容量的优化和多能流微网的运行优化。一方面充分考虑了冷热电储能对多能流微网中冷热电能流调度带来的经济效益和对大电网削峰填谷的效果，另一方面也考虑到冷热电储能配置的较高成本，通过和多能流微网运行优化相协调来对冷热电不同储能容量进行优化，实现系统整体经济效益的最优化。本方法能为微网运营商经济合理的选择储能的类型和容量以及与上级电网的交换容量提供参考，从而实现多能流微网运行的最优效益。

主权项

一种冷热电多能流微电网考虑运行的储能容量优化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)建立一个冷‑热‑电多能流微电网运行的优化模型，过程如下：(1‑1)建立冷‑热‑电多能流微电网中冷‑热‑电联供设备运行的优化模型：冷‑热‑电联供设备模型中供电设备的模型如下：P_lmin≤P_l(i)≤P_lmax‑RD_l≤P_l(i+1)‑P_l(i)≤RU_l其中：i为运行时段的编号，P_l为冷‑热‑电联供设备的有功功率，P_lmin和P_lmax分别为冷‑热‑电联供设备有功功率的上限和下限，RD_l为冷‑热‑电联供设备的有功功率向上爬坡率，RU_l为冷‑热‑电联供设备的有功功率向下爬坡率，RD_l和RU_l由冷‑热‑电联供设备的产品说明书提供；冷‑热‑电联供设备模型中供热/冷设备的模型如下：H_lmin≤H_l(i)≤H_lmax‑RD_hl≤H_l(i+1)‑H_l(i)≤RU_hlH_l(i)≥H_lh(i)/η_hex+L_lc(i)/η_COP其中：H_l为冷‑热‑电联供设备的热出力，H_lmin和H_lmax分别为冷‑热‑电联供设备的热出力的上限和下限，RD_hl为冷‑热‑电联供设备热出力的向上爬坡率，RU_hl为冷‑热‑电联供设备热出力的向下爬坡率，RD_hl和RU_hl从冷‑热‑电联供设备的产品说明书获取，H_lh为冷‑热‑电联供设备的供热功率，L_lc为冷‑热‑电联供设备的供冷功率，η_hex为冷‑热‑电联供设备的供热转换效率因数，η_cop为冷‑热电联供设备的供冷转换效率因数，η_hex和η_cop从冷‑热‑电联供设备的产品说明书获取；冷‑热‑电联供设备模型中电热冷耦合关系为：a_fP_l(i)+b_fH_l(i)＝F_l(i)H_l(i)＝c₁P_l(i)+c₂其中：F_l为冷‑热‑电联供设备的耗气量，a_f和b_f分别为冷‑热‑电联供设备的耗气效率因数，c₁，c₂为冷‑热‑电联供设备的电热出力耦合因数，a_f、b_f、c₁和c₂分别从冷‑热‑电联供设备的产品说明书获取；(1‑2)建立冷‑热‑电多能流微电网中供热锅炉运行的优化模型如下：0≤H(i)≤H_max‑RD_h≤H(i+1)‑H(i)≤RU_hH(i)＝ηF(i)其中：H为供热锅炉的热功率，H_max为供热锅炉的热功率上限，RD_h为供热锅炉的向上爬坡率，RU_h为供热锅炉的向下爬坡率，F为供热锅炉的耗气量，η为供热锅炉的热效率因数，H_max、RD_h、RU_h和η从供热锅炉的产品铭牌中获取；(1‑3)建立冷‑热‑电多能流微电网中能量转换设备运行的优化模型如下：0≤P_EH(i)≤P_EHmaxH_EH(i)＝η_EHP_EH(i)0≤P_EC(i)≤P_ECmaxL_EC(i)＝η_ECP_EC(i)其中：P_EH为能量转换设备的电热转换电功率，P_EHmax为能量转换设备电热转换电功率上限，H_EH为能量转换设备的电热转换热输出功率，η_EH为能量转换设备的电热转换效率因数，P_EC为能量转换设备的电冷转换电功率，P_ECmax为能量转换设备的电冷转换电功率上限，L_EC为能量转换设备的电冷转换冷输出功率，η_EC为能量转换设备的电冷转换效率因数，P_EHmax、η_EH、P_ECmax和η_EC从能量转换设备的产品说明书获取；(1‑4)建立冷‑热‑电多能流微电网中多能流储能设备运行的优化模型如下：电储能设备运行的优化模型如下：0≤P_dis,char(i)≤P_EmaxSoC(i)＝SoC(i‑1)+η_cP_char(i)‑P_dis(i)/η_dSoC_min≤SoC(i)≤SoC_maxP_dis(i)·P_char(i)＝0其中：P_dis和P_char分别为电储能设备的充电功率和放电功率，P_Emax为电储能设备的最大充电功率和最大放电功率，SoC为电储能设备的电储能当前容量，SoC_min为电储能设备的电储能最小容量，SoC_max为电储能设备的电储能最大容量，η_c和η_d分别为电储能设备的充电效率因数和放电效率因数，其中，P_Emax、SoC_min、SoC_max、η_c和η_d从电储能设备的产品说明书中获取；热储能设备运行的优化模型如下：0≤H_TI,TO(i)≤H_TI,TO,maxHE_T(i)＝η_HHE_T(i‑1)+η_HIH_TI(i)‑H_TO(i)/η_HOHE_T,min≤HE_T(i)≤HE_T,maxH_TO(i)·H_TI(i)＝0其中：H_TI和H_TO分别为热储能设备的储热功率和放热功率，H_TI,TO,max为热储能设备的最大储热功率和最大放热功率，HE_T为热储能设备的热储能当前容量，HE_T,min为热储能设备的热储能最小容量，HE_T,max为热储能设备的热储能最大容量，η_HI和η_HO分别为热储能设备的储热效率因数和放热效率因数，η_H为热储能设备的热能耗散因数，其中，H_TI,TO,max、HE_T,min、HE_T,max、η_HI、η_HO和η_H从热储能设备的产品说明书中获取；冷储能设备运行的优化模型如下：0≤L_TI,TO(i)≤L_TI,TO,maxLE_T(i)＝η_CLE_T(i‑1)+η_CIL_TI(i)‑L_TO(i)/η_COLE_T,min≤LE_T(i)≤LE_T,maxL_TO(i)·L_TI(i)＝0其中：L_TI和L_TO分别为冷储能设备的储冷功率和放冷功率，L_TI,TO,max为冷储能设备的最大储冷功率和最大放冷功率，LE_T为冷储能设备的冷储能当前容量，LE_T,min为冷储能设备的冷储能最小容量，LE_T,max为冷储能设备的冷储能最大容量，η_CI和η_CO分别为冷储能设备的储冷效率因数和放冷效率因数，η_C为冷储能设备的冷能耗散因数，其中，L_TI,TO,max、LE_T,min、LE_T,max、η_CI、η_CO和η_C从冷储能设备的产品说明书中获取；(1‑5)建立冷‑热‑电多能流微电网与上级电网的能量交换模型如下：0≤P_buy(i)≤P_gridmax0≤P_sell(i)≤P_gridmaxP_buy(i)·P_sell(i)＝0其中：P_buy为冷‑热‑电多能流微电网从上级电网的购电功率，P_sell为冷‑热‑电多能流微电网向上级电网的售电功率，P_gridmax为冷‑热‑电多能流微电网与上级电网之间的能量交换最大功率；(1‑6)建立冷‑热‑电多能流微电网中能量的平衡模型如下：电能平衡模型为：$\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{P}_j+P_l+P_{buy}+P_{dis}=E_{load}+P_{sell}+P_{char}+P_{EH}+P_{EC}$其中：P_j为冷‑热‑电多能流微电网中可再生能源的有功功率，m为冷‑热‑电多能流微电网中可再生能源机组的数量，E_load为冷‑热‑电多能流微电网的总电能负荷，其余符号含义同上；热能平衡模型为：H_lh+H+H_EH+H_TO≥H_load+H_TI其中：H_load为冷‑热‑电多能流微电网的总热能负荷，其余符号含义同上；冷能平衡模型为：L_lc+L_EC+L_TO≥L_load+L_TI其中：L_load为冷‑热‑电多能流微电网的总冷能负荷，其余符号含义同上；(1‑7)建立冷‑热‑电多能流微电网运行的优化目标函数如下：$\min \underset{i}{\Σ}\left(\begin{array}{c}{C}_{Pbuy}\·P_{buy}-C_{Psell}\·P_{sell}+C_{gas}\·F_l+C_{gas}\·F+C_{Ec}\left(P_{char}\right)+C_{Ed}\left(P_{dis}\right)\\ +C_{Hc}\left(H_{TI}\right)+C_{Hd}\left(H_{TO}\right)+C_{Lc}\left(L_{TI}\right)+C_{Ld}\left(L_{TO}\right)-C_{all}\·P_l+C_{tras}{P}_{grid\max }\end{array}\right)$其中：C_Pbuy为冷‑热‑电多能流微电网从上级电网购电的电价，C_Psell为冷‑热‑电多能流微电网向上级电网售电的电价，C_gas为天然气价格，C_Ec和C_Ed分别为冷‑热‑电多能流微电网中电储能设备的充电费用和放电费用，C_Hc和C_Hd分别为冷‑热‑电多能流微电网中热储能设备的储热费用和放热费用，C_Lc和C_Ld分别为冷‑热‑电多能流微电网中冷储能设备的储冷费用和放冷费用，C_all为冷‑热‑电多能流微电网中冷热电联供设备的运行补贴，C_trans为冷‑热‑电多能流微电网与上级电网能量交换的容量费用；(2)建立一个考虑冷‑热‑电多能流微电网运行的储能容量优化模型如下：min(S_eec·EEC+S_hec·HEC+S_lec·LEC+min(C₀^Tx₀+S_trans·P_trans))其中：内部最小化模型min(C₀^Tx₀+S_trans·P_trans)为上述步骤(1)的冷‑热‑电多能流微电网运行的优化目标函数，其中的x₀表示除了冷‑热‑电多能流微电网与上级电网交换容量以外的其他优化变量，包括：冷热电联供耗气量、冷热电联供发电量、冷热电联供产热量、多能流微电网从上级电网购电量、向上级电网售电量、供热锅炉耗气量、电储能充放功率、热储能充放功率、冷储能充放功率等，EEC、HEC和LEC分别为冷‑热‑电多能流微电网的电储能、热储能和冷储能的容量优化变量，S_eec，S_hec，S_lec分别表示冷‑热‑电多能流微电网的电储能、热储能、冷储能单位容量的成本；(3)求解上述步骤(2)的储能容量优化模型，求解过程中将储能容量优化模型分解为两个阶段：第一阶段，将EEC、HEC和LEC分别设为定值，而与上级电网的交换容量P_trans为优化变量，第一阶段储能容量优化模型的表达式为：$\underset{x_0,P_{trans}}{min}({C_0}^T{x}_0+S_{trans}\·P_{trans})$求解第二阶段时，交换容量P_trans为设定值，储能容量为优化变量，第二阶段储能容量优化模型的表达式：$\underset{x_0,EEC,HEC,LEC}{min}(S_{eec}\·EEC+S_{hec}\·HEC+S_{lec}\·LEC+{C_0}^T{x}_0+S_{trans}\·P_{trans})$(4)采用迭代方法，对上述步骤(3)中分解为两个阶段的储能容量优化模型进行求解，过程如下：(4‑1)设定冷‑热‑电多能流微电网的冷热电储能容量初始值为S₀；(4‑2)将上述冷热电储能容量代入上述第一阶段储能容量优化模型，计算得到第一阶段优化结果，从第一阶段优化结果中获取冷热电多能流微电网与上级电网的交换容量，将该交换容量记为P_max；(4‑3)将上述步骤(4‑1)的冷热电储能容量及步骤(4‑2)的交换容量P_max，代入上述步骤(1)的冷‑热‑电多能流微电网运行的优化模型，计算得到冷‑热‑电多能流微电网运行的优化模型和储能成本整体效益，将运行和储能成本整体效益记为Q_A；(4‑4)将上述步骤(4‑2)的交换容量P_max代入上述第二阶段储能容量优化模型，计算得到第二阶段优化结果，折算到天，将运行和储能成本整体效益记为Q_B，从第二阶段优化结果中获取冷‑热‑电多能流微的储能容量，将储能容量记为S；(4‑5)将上述步骤(4‑3)的运行和储能成本整体效益Q_A与上述步骤(4‑4)的运行和储能成本整体效益Q_B进行比较，若|Q_A‑Q_B|≤δ，δ的取值范围为10^‑5‑10^‑7，则迭代结束，并将本次迭代的储能容量S和交换容量P_max作为冷‑热‑电多能流微电网运行的最优储能容量和冷‑热‑电多能流微网与上级电网的交换容量，本次迭代中的多能流微网运行和储能成本整体效益Q_A或Q_B作为冷‑热‑电多能流微网日运行的最优效益；若|Q_A‑Q_B|＞δ，则将本次迭代得到的储能容量S替换原有值，返回步骤(4‑2)。