一种含光伏和蓄能的冷热电联供系统调峰调蓄优化调度模型技术方案

本发明专利技术公开了一种含光伏和蓄能的冷热电联供系统调峰调蓄优化调度模型，本发明专利技术建立了含有光伏和蓄能的冷热点联供系统调峰调蓄优化调度数学模型，以最小化经济成本和最小化电网供电方差为目标；研究了CCHP在夏季供冷和冬季供热两种工况下的能源调度方式；模型中引入了经济折算系数，将多目标优化转化为单目标优化问题；针对光伏机组预测出力、负荷预测具有的随机性和不确定性，采用概率约束的形式表示其能量平衡方程。本发明专利技术可以有效提高终端用户的能源利用效率，缓解区域电网能源供需的矛盾，促进分布式可再生能源的就地消纳，还能最大程度实现区域电网的削峰填谷。

An optimal dispatching model for CCHP system with photovoltaic and energy storage

The invention discloses an optimal dispatching model for peak regulation and storage of a combined cooling, heating and power supply system with photovoltaic and energy storage, and establishes a mathematical model for optimal dispatching of peak regulation and storage of a combined cooling and heat supply system with photovoltaic and energy storage, aiming at minimizing the economic cost and minimizing the power supply variance of the grid; and studies the cooling and storage of CCHP in summer. The energy dispatching mode under two conditions of heating in winter is introduced; the economic conversion coefficient is introduced in the model, and the multi-objective optimization is transformed into a single-objective optimization problem; aiming at the randomness and uncertainty of the output and load forecasting of photovoltaic units, the energy balance equation is expressed in the form of probability constraints. The invention can effectively improve the energy utilization efficiency of the end user, alleviate the contradiction between the energy supply and demand of the regional power grid, promote the local absorption of Distributed Renewable energy, and realize the peak shaving and valley filling of the regional power grid to the greatest extent.

【技术实现步骤摘要】
一种含光伏和蓄能的冷热电联供系统调峰调蓄优化调度模型
本专利技术涉及电力系统运行分析与控制
，特别是一种含光伏和蓄能的冷热电联供系统调峰调蓄优化调度模型。技术背景冷热电联供系统(combinedcooling,heatingandpower,CCHP)是未来分布式能源发展的主要方向和形式，也是世界第三代能源技术发展的重要方向之一。CCHP建立在能量梯级利用的基础上，利用一次能源驱动发电机发电，再通过多种余热利用设备回收余热，提高能源利用率，实现更低的能源成本、更高的安全性以及更好的环保性。发展CCHP的意义在于三个方面：其一，提高能源利用，优化能源结构；其二，减轻环境污染，实现可持续发展；其三，电力产业革命，安全调峰的需求。因此，CCHP已成为国内外学者的研究热点。目前，我国已开展了大量关于CCHP的理论研究，并在多地建设了示范工程。天津中新生态城是致力于改善生态环境、建设生态文明的战略性工程，该工程是多种能源综合利用的能源示范项目。天津中新生态城动漫园能源站位于动漫园的一支路北侧，为整个动漫园提供集中冷、热源。能源中心采用冷热电三联供结合水蓄冷(热)实现其能源供应。其中，蓄能技术可以实现电网“削峰填谷”、均衡用电的目的。因此，如何制定合理的能源调度策略，以充分发挥能源站的经济性以及蓄能设备的调峰调蓄能力，具有重要的研究意义。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种冷热电联供系统的能源优化调度模型，使其有效提高终端用户的能源利用效率，缓解区域电网能源供需的矛盾，促进分布式可再生能源的就地消纳，最大程度实现区域电网的削峰填谷。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种含光伏和蓄能的冷热电联供系统调峰调蓄优化调度模型，包括以下步骤：步骤一，确定CCHP采用的设备及能源供应方式；CCHP采用的设备包括：燃气内燃发电机组、光伏机组、电制冷机组、地源热泵机组、烟气热水型溴冷机、水蓄冷罐、水蓄热罐；能源供应方式包括：电网、天然气、太阳能；步骤二，建立CCHP夏季供冷数学模型及CCHP冬季供热数学模型，同时建立各设备的数学模型；步骤三，建立CCHP调峰调蓄的优化调度模型，优化调度模型如下所示：CCHP优化运行的基本目标是合理使用电能和天然气资源，以实现能源站经济运行；以CCHP运行成本最小为目标函数，可表示为：式中：T为能源站调度周期；ke为峰谷电价；kg为天然气单价。蓄能对电网调峰调蓄具有重要的作用，利用谷时的低电价驱动蓄能设备蓄能，在峰时蓄能设备释放能量，从而缓减电力负荷的峰谷差，同时也降低了系统的运行成本。以电力系统“削峰填谷”为目标，目标函数为：式中：为各时段市政电网供电平均值；通过引入经济折算系数的方法，将多目标转化为单目标，如下：f＝f1+ωf2；步骤四，采用概率约束处理光伏预测、负荷预测误差的随机性和不确定性。前述的一种含光伏和蓄能的冷热电联供系统调峰调蓄优化调度模型，步骤二，在建立数学模型时，假设条件为：该CCHP系统与市政电网相连，市政电网向CCHP系统供电是单向的，CCHP系统产生的电能只用于自用；CCHP系统中设备的效率假设是恒定的，环境对其影响可忽略不计。前述的一种含光伏和蓄能的冷热电联供系统调峰调蓄优化调度模型，CCHP夏季供冷数学模型具体如下所述：建筑内电负荷由市政电网供应，冷负荷主要由CCHP系统地源热泵机组、吸收式制冷机组以及水蓄冷供应，缺额部分由电制冷机组供应；其中，电制冷机组由市政电网供电，地源热泵机组由燃气内燃发电机组或市政电网供应，燃气内燃发电同时产生余热，该部分余热回收后可被吸收式制冷机利用，产生需要的冷能；光伏机组光伏机组预测出力与其光伏电池板面积和辐照强度有关：式中：为光伏机组预测出力；ηpv为太阳能电池板效率；S为电池板面积；为单位面积光照强度；燃气内燃机组CCHP系统发电机组选用燃气内燃发电机，利用天然气燃烧产生的动力带动发电机发电，发出的电力不并入电网，只用于烟气热水型余热吸收式空调机及辅机和地源热泵机组及其辅机，可表示为：式中：为t时段燃气内燃机发电量；为第i台地源热泵机组耗电量；为吸收式制冷机耗电量；因烟气热水型余热吸收式制冷机主要利用热能，因而其耗电量主要用于给其辅机供电，相比于其值很小，可忽略不计；燃气内燃发电机组消耗天然气量以及热回收量分别为：式中：为燃气内燃机消耗天然气量；ηpgu为燃气内燃机组效率；为热回收量；ηr为热回收效率；电制冷机组电制冷机组的制冷量与其电能输入量成正比：式中：为电制冷机产生的冷能；为电网向电制冷机的供电量；COPec为电制冷机的性能系数；地源热泵机组地源热泵机组将低品位的电能转化为高品位的冷能或热能，其产生的能量可用于直接供应冷负荷，也可用于储存，表示为：式中：为第i台地源热泵机组供冷量；为蓄冷量；为由市政电网向地源热泵机组的供电量；为由燃气内燃机向地源热泵供电量；COPgshp,c为地源热泵制冷性能系数；为表示地源热泵供冷的状态量，为0-1变量，表示地源热泵供冷；为地源热泵供冷上限；水蓄冷水蓄冷罐储存的能量来源于地源热泵机组的供应考虑到蓄能设备热量损失，其蓄能量可表示为：式中：为t时段蓄冷设备的蓄冷量；ηST为热损失系数；为蓄冷设备释放的冷能；为表示蓄冷设备的运行状态的0-1变量，表示水蓄冷设备处于蓄冷状态，表示水蓄冷设备处于释放冷能状态；烟气热水型余热吸收式冷水机组；当发电机组运行时，首先利用发电机组的余热作为吸收机的热源，供应部分冷能，吸收式制冷机组的制冷量与其热能输入量成正比：式中：为吸收式制冷机的供冷量；COPam,c为吸收式制冷机性能系数。前述的一种含光伏和蓄能的冷热电联供系统调峰调蓄优化调度模型，CCHP冬季供热数学模型具体如下所述：CCHP冬季供热数学模型的热主要来源于地源热泵机组直接供热、余热吸收机供热以及蓄能槽释热；地源热泵机组式中：为第i台地源热泵机组供热量；为蓄热量；COPgshp,h为地源热泵制热性能系数；为表示地源热泵直接供热的状态量，为0-1变量，表示地源热泵供热；为地源热泵供热上限。水蓄热式中：为t时段蓄热设备的蓄热量；为蓄热设备释热量；为表示蓄热设备的运行状态的0-1变量，表示水蓄热设备处于蓄热状态，表示水蓄热处于释热状态；余热型吸收式制热机组式中：为吸收式制热机的供热量；COPam,h为吸收式制热机性能系数；前述的一种含光伏和蓄能的冷热电联供系统调峰调蓄优化调度模型，含光伏和蓄能的CCHP调峰调蓄优化调度模型的约束条件包括两类：一是冷、热、电能量的平衡约束；二是能源站各设备的物理约束；电能平衡约束可表示为：式中：为能源站电能负荷；冷负荷平衡约束可表示为：式中：为能源站冷负荷；热负荷平衡约束可表示为：式中：为能源站热负荷。前述的一种含光伏和蓄能的冷热电联供系统调峰调蓄优化调度模型，步骤四，采用概率约束处理光伏预测、负荷预测误差的随机性和不确定性；将电能平衡约束、冷负荷平衡约束、热负荷平衡约束的表达式用概率约束的形式表示为：式中：α、β、γ为概率约束成立的置信度；假设光伏出力预测、负荷预测误差服从正态分布，上式即可转化为：其中：式中：μ、σ分别表示期望值和标准差；zα、zβ、zγ为标准正态分布的α、β、γ分位数。本专利技术的有益之处在于：CCHP能联合供冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含光伏和蓄能的冷热电联供系统调峰调蓄优化调度模型，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，确定CCHP采用的设备及能源供应方式；CCHP采用的设备包括：燃气内燃发电机组、光伏机组、电制冷机组、地源热泵机组、烟气热水型溴冷机、水蓄冷罐、水蓄热罐；能源供应方式包括：电网、天然气、太阳能；步骤二，建立CCHP夏季供冷数学模型及CCHP冬季供热数学模型，同时建立各设备的数学模型；步骤三，建立CCHP调峰调蓄的优化调度模型，优化调度模型如下所示：目标函数CCHP优化运行的基本目标是合理使用电能和天然气资源，以实现能源站经济运行；以CCHP运行成本最小为目标函数，可表示为：

【技术特征摘要】
1.一种含光伏和蓄能的冷热电联供系统调峰调蓄优化调度模型，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，确定CCHP采用的设备及能源供应方式；CCHP采用的设备包括：燃气内燃发电机组、光伏机组、电制冷机组、地源热泵机组、烟气热水型溴冷机、水蓄冷罐、水蓄热罐；能源供应方式包括：电网、天然气、太阳能；步骤二，建立CCHP夏季供冷数学模型及CCHP冬季供热数学模型，同时建立各设备的数学模型；步骤三，建立CCHP调峰调蓄的优化调度模型，优化调度模型如下所示：目标函数CCHP优化运行的基本目标是合理使用电能和天然气资源，以实现能源站经济运行；以CCHP运行成本最小为目标函数，可表示为：式中：T为能源站调度周期；ke为峰谷电价；kg为天然气单价。蓄能对电网调峰调蓄具有重要的作用，利用谷时的低电价驱动蓄能设备蓄能，在峰时蓄能设备释放能量，从而缓减电力负荷的峰谷差，同时也降低了系统的运行成本。以电力系统“削峰填谷”为目标，目标函数为：式中：为各时段市政电网供电平均值；通过引入经济折算系数的方法，将多目标转化为单目标，如下：f＝f1+ωf2；步骤四，采用概率约束处理光伏预测、负荷预测误差的随机性和不确定性。2.根据权利要求1所述的一种含光伏和蓄能的冷热电联供系统调峰调蓄优化调度模型，其特征在于，步骤二，在建立数学模型时，假设条件为：该CCHP系统与市政电网相连，市政电网向CCHP系统供电是单向的，CCHP系统产生的电能只用于自用；CCHP系统中设备的效率假设是恒定的，环境对其影响可忽略不计。3.根据权利要求2所述的一种含光伏和蓄能的冷热电联供系统调峰调蓄优化调度模型，其特征在于，上述CCHP夏季供冷数学模型具体如下所述：建筑内电负荷由市政电网供应，冷负荷主要由CCHP系统地源热泵机组、吸收式制冷机组以及水蓄冷供应，缺额部分由电制冷机组供应；其中，电制冷机组由市政电网供电，地源热泵机组由燃气内燃发电机组或市政电网供应，燃气内燃发电同时产生余热，该部分余热回收后可被吸收式制冷机利用，产生需要的冷能；光伏机组光伏机组预测出力与其光伏电池板面积和辐照强度有关：式中：为光伏机组预测出力；ηpv为太阳能电池板效率；S为电池板面积；为单位面积光照强度；燃气内燃机组CCHP系统发电机组选用燃气内燃发电机，利用天然气燃烧产生的动力带动发电机发电，发出的电力不并入电网，只用于烟气热水型余热吸收式空调机及辅机和地源热泵机组及其辅机，可表示为：式中：为t时段燃气内燃机发电量；为第i台地源热泵机组耗电量；为吸收式制冷机耗电量；因烟气热水型余热吸收式制冷机主要利用热能，因而其耗电量主要用于给其辅机供电，相比于其值很小，可忽略不计；燃气内燃发电机组消耗天然气量以及热回收量分别为：式中：为燃气内燃机消耗天然气量；ηpgu为燃气内燃机组效率；为热回收量；ηr为热回收效率；电制冷机组电制冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：南亚楠，聂耸，卢向东，赵勇，高海霞，孙建刚，杜志敏，田成凤，杨永标，朱庆，郑红娟，吴磊，宋杰，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司滨海供电分公司，国电南瑞科技股份有限公司，国家电网有限公司，南瑞集团有限公司，国电南瑞南京控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12