柔性区域综合能源系统冷热气电联供调度方法和系统技术方案

柔性区域综合能源系统冷热气电联供调度方法，包括：逐步引进电转气两阶段运行以及电制冷机与溴化锂吸收式制冷机联合制冷技术，并分别建模；以RIES中的电力系统网损和从上级网络购能成本之和为目标函数，建立RIES优化调度模型，并给出RIES电、气、热、冷功率平衡约束关系；使用线性化和二阶锥松弛技术，将原始搭建的模型转化为混合整数二阶锥规划模型；根据预测得到的风机、光伏和各类负荷的运行曲线，利用已经搭建的模型在装有Yalmip优化工具箱的Matlab上调用Cplex算法包进行优化求解；分析SOP、P2G技术和溴化锂吸收式制冷机对降低系统网损和成本、提升系统消纳风光能力所产生的经济效益。本发明专利技术还包括柔性区域综合能源系统冷热气电联供调度系统。热气电联供调度系统。热气电联供调度系统。

【技术实现步骤摘要】
柔性区域综合能源系统冷热气电联供调度方法和系统


[0001]本专利技术涉及一种含智能软开关的柔性区域综合能源系统冷热气电联供优化调度方法。

技术介绍

[0002]以传统化石能源为驱动力的能源供给方式正加速被风电、光伏等可再生清洁能源(Renewable Clean Energy， RCE)供给方式所替代。然而，发电比率逐年提高的风、光等RCE，由于其与生俱来的低调峰能力、强不确定性和强波动性，使其难以很好地被完全消纳，弃风、弃光率持续居高不下，逐渐成为制约持续健康推进RCE发电替代的瓶颈问题。与此同时，高比例的RCE渗透率，容易造成能源综合利用率低下、配电网电压越限和功率波动等问题，这也给电能的供求平衡带来了极大挑战，进而显著削弱了电力系统对其经济安全运行的灵活控制能力。
[0003]另一方面，尽管近些年来我国的能源体系建设(如煤炭、石油、天然气、电力供应、热力供应等)已经取得了长足的进步，但它们之间的相互耦合利用依然呈现缺乏状态，能源供求局部失衡的状况时有发生。在能源建设投资和能源耦合设备协调利用方面也存在着效率低下等诸多问题。而区域综合能源系统(RegionalIntegrated Energy System，RIES)经过近几年的发展完善逐步趋于成熟，恰好为改善弃风弃光现象、提高能源综合利用率和促进传统化石能源替代等问题提供了良好途径，用以实现各类异质供能系统之间的协调规划、协同管理、交互响应、互补互济和优化运行。在满足其系统内负荷多样化用能需求的同时，还可有效提高系统内多类异质能源利用质量及效率，推动当地能源和社会的绿色持续发展。
[0004]然而，目前RIES在优化调度方面所面临的首要问题是如何促进RIES内部多种异质能源供给的协调优化运行，在尽可能就地消纳RCE的同时，加快推进“两碳”愿景进程，提高RIES内部能源的综合利用率与安全稳定性，并进一步降低RIES的运行成本。但是当前有关RIES方面的研究，主要集中在系统规划、建模与优化调度3方面，并不能很好地解决目前RIES在优化调度方面所面临的首要问题。同时又由于前述所提到的高渗透率风、光等RCE本身的性质，使得 RIES的能量转化、协调和消纳能力大大减弱，还导致了RIES电能的供求失衡。不过近年来兴起并迅速发展的电转气(Power to Gas，P2G)技术和新型电力电子装置智能软开关(Soft Open Point，SOP)，对促进RCE消纳、减少RIES从上级网络购能成本、降低电力系统损耗、改善系统电压水平，并将其维持在安全稳定运行状态提供了新的解决思路。
[0005]基于此，亟需一种含SOP的柔性RIES冷热气电联供优化调度方法，以进一步研究多种能源供给的RIES协调优化运行，提高RIES的能源利用效率和安全稳定性，促进RCE消纳，减少RIES向上级网络购能的成本。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术针对含SOP的柔性RIES冷热气电联供优化调度
方法，以进一步研究多种能源供给的RIES协调优化运行，提高RIES的能源利用效率和安全稳定性，促进RCE消纳，减少RIES向上级网络购能的成本。
[0007]本专利技术在模型搭建过程中，逐步引进SOP、电转气两阶段运行以及溴化锂吸收式制冷机制冷技术。在求解过程中再使用线性化和二阶锥松弛，将原始模型转化为混合整数二阶锥规划(mixed
‑
integer second
‑
order cone programming，MISOCP) 模型中，以实现电力系统线路潮流的快速、准确计算。并将目标函数设置为RIES 从上级网络购能成本与RIES电力系统网络线路损耗成本之和最小，最后采用修改的IEEE 33节点案例对文中所提模型的有效性进行测试。通过根据量化分析指标进行一系列优化对比分析，验证了文中所提调度方法对提高多能耦合利用效率与改善系统经济运行的有效性。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0009]柔性区域综合能源系统冷热气电联供调度方法，包括以下步骤：
[0010]S1：构建含智能软开关(Soft Open Point,SOP)的柔性区域综合能源系统 (Regional Integrated Energy System，RIES)架构下的数学模型，逐步引进电转气 (Power to Gas，P2G)两阶段运行以及电制冷机与溴化锂吸收式制冷机联合制冷技术，并分别对其建模；
[0011]S2：以RIES中的电力系统网损和从上级网络购能成本之和为目标函数，建立RIES优化调度模型，并给出RIES电、气、热、冷功率平衡约束关系；
[0012]S3：使用线性化和二阶锥松弛技术，将原始搭建的模型转化为混合整数二阶锥规划模型；
[0013]S4：以一天内的24小时为调度周期，根据预测得到的风机、光伏和各类负荷的运行曲线，利用已经搭建的模型在装有Yalmip优化工具箱的Matlab上调用 Cplex算法包进行优化求解；
[0014]S5：采用修改后的IEEE 33节点算例，分析SOP、P2G技术和溴化锂吸收式制冷机对降低系统网损和成本、提升系统消纳风光能力所产生的经济效益。
[0015]进一步，所述步骤S1中，在含SOP的柔性RIES架构的数学模型中引入电转气两阶段运行以及溴化锂吸收式制冷机制冷技术，包括以下构成：
[0016]S1
‑
1：构建SOP模型；
[0017]引入SOP能够起到控制RIES电力系统潮流和无功补偿的作用，从而降低电力系统损耗，改善电力系统节点电压越限情况。对于SOP，其可控变量主要包含 2个，分别为每个背靠背电压源型变流器(back
‑
to
‑
back voltage source converter， B2B VSC)各自传输的有功功率输出与提供的无功功率补偿。由于B2B VSC属于全控性电力电子器件，尽管其效率足够高，但是当其进行大规模有功功率传输时，一定的损耗仍然会不可避免地产生。而对于无功功率补偿，由于其内部大电容的隔离作用，两个B2B VSC彼此独立，故只需要满足其各自的容量限制即可。因此，SOP的运行控制需满足以下约束：
[0018]1)SOP有功功率传输约束：
[0019][0020][0021][0022]式中，分别为t时段SOP在节点i与节点j的B2B VS 输出的有功功率和无功功率，这里规定注入节点的方向为SOP有功传输与无功补偿的正方向；分别为t时段SOP在节点i与节点j的B2B VSC 的有功损耗；分别为SOP在节点i与节点j的B2B VSC的损耗系数。
[0023]2)SOP有功功率传输约束：
[0024][0025][0026]其中，分别为SOP在节点i与节点j的B2B VSC为提供无功补偿所能输出的无功功率上、下限。
[0027]3)SOP容量约束：
[0028][0029][0030]其中为接在节点i和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.柔性区域综合能源系统冷热气电联供调度方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：构建含智能软开关(Soft Open Point,SOP)的柔性区域综合能源系统(Regional Integrated Energy System，RIES)架构下的数学模型，逐步引进电转气(Power to Gas，P2G)两阶段运行以及电制冷机与溴化锂吸收式制冷机联合制冷技术，并分别对其建模；S2：以RIES中的电力系统网损和从上级网络购能成本之和为目标函数，建立RIES优化调度模型，并给出RIES电、气、热、冷功率平衡约束关系；S3：使用线性化和二阶锥松弛技术，将原始搭建的模型转化为混合整数二阶锥规划模型；S4：以一天内的24小时为调度周期，根据预测得到的风机、光伏和各类负荷的运行曲线，利用已经搭建的模型在装有Yalmip优化工具箱的Matlab上调用Cplex算法包进行优化求解；S5：采用修改后的IEEE 33节点算例，分析SOP、P2G技术和溴化锂吸收式制冷机对降低系统网损和成本、提升系统消纳风光能力所产生的经济效益。2.如权利要求1所述的柔性区域综合能源系统冷热气电联供调度方法，其特征在于，步骤S1所述的在含SOP的柔性RIES架构的数学模型中引入电转气两阶段运行以及溴化锂吸收式制冷机制冷技术，具体包括：S1
‑
1：构建SOP模型；引入SOP能够起到控制RIES电力系统潮流和无功补偿的作用，从而降低电力系统损耗，改善电力系统节点电压越限情况；对于SOP，其可控变量包含2个，分别为每个背靠背电压源型变流器(back
‑
to
‑
back voltage source converter，B2BVSC)各自传输的有功功率输出与提供的无功功率补偿；由于B2B VSC属于全控性电力电子器件，尽管其效率足够高，但是当其进行大规模有功功率传输时，一定的损耗仍然会不可避免地产生；而对于无功功率补偿，由于其内部大电容的隔离作用，两个B2B VSC彼此独立，故只需要满足其各自的容量限制即可；因此，SOP的运行控制需满足以下约束：T1)SOP有功功率传输约束：T1)SOP有功功率传输约束：T1)SOP有功功率传输约束：式中，分别为t时段SOP在节点i与节点j的B2B VS输出的有功功率和无功功率，这里规定注入节点的方向为SOP有功传输与无功补偿的正方向；分别为t时段SOP在节点i与节点j的B2B VSC的有功损耗；分别为SOP在节点i与节点j的B2B VSC的损耗系数；T2)SOP有功功率传输约束：T2)SOP有功功率传输约束：其中，分别为SOP在节点i与节点j的B2B VSC为提供无功补偿
所能输出的无功功率上、下限；T3)SOP容量约束：T3)SOP容量约束：其中为接在节点i和节点j的SOP接入容量；S1
‑
2：构建P2G设备模型；P2G设备可通过电解水反应生成H2和O2，生成的H2根据需要，一部分存储在储氢罐中，并在有需要的时段供给甲烷反应器与CO2通过Sabatier反应制得人工天然气注入RIES天然气管道供RIES用气设备或负荷使用，另一部分则在当前调度时段直接通过储氢罐传输至甲烷反应器合成人工天然气，从而实现多发电能到天然气的转化利用，同时也进一步加深了电
‑
气综合能源系统的耦合；由于P2G包含电制氢和H2甲烷化两个阶段，并且文章采用储氢罐作为储能装置，因此文章近似取电制氢和H2甲烷化的效率为固定值；构建的电解槽、甲烷反应器和储氢罐模型分别如下所示：M1)电解槽模型：P
P2Hout,t
＝η
P2H
P
P2Hin,t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)ΔP
P2Hin,min
≤P
P2Hin,t+1
‑
P
P2Hin,t
≤ΔP
P2Hin,max
ꢀꢀꢀꢀ
(10)式中，P
P2Hin,t
、P
P2Hout,t
分别为t时段电解槽的输入、输出功率；为电解槽输入功率上限；η
P2H
为电解槽的转化效率，文中取80％；ΔP
P2Hin,max
、ΔP
P2Hin,min
分别为电解槽爬坡上、下限；M2)甲烷反应器模型：P
H2Cout,t
＝η
H2C
P
H2Cin,t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)ΔP
H2Cin,min
≤P
H2Cin,t+1
‑
P
H2Cin,t
≤ΔP
H2Cin,max
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)式中，P
H2Cin,t
、P
H2Cout,t
分别为t时段甲烷反应器输入、输出功率；为甲烷反应器输入功率上限；η
H2C
为甲烷反应器转化效率，文中取80％；ΔP
H2Cin,max
、ΔP
H2Cin,min
分别为甲烷反应器的爬坡上、下限；M3)储氢罐模型：M3)储氢罐模型：M3)储氢罐模型：M3)储氢罐模型：M3)储氢罐模型：M3)储氢罐模型：
式中，分别为t时段储氢罐H2的输入、输出功率；分别为储氢罐H2在一个时间段内输入、输出功率的上、下限；分别为t时段储氢罐内所含H2功率和储氢罐的H2储量上限；N
T
为RIES调度周期，文中的RIES调度周期设为一天内的24h；S1
‑
3：构建燃气机组模型；所述的燃气机组包含了燃气轮机和燃气锅炉两部分，其能量来源均是RIES天然气管道中的天然气，并在需要时段向电力(热力)系统中电(热)负荷供电(热)，同时兼具了电力系统中的电源之一、天然气系统中气负荷以及热力系统中热源的身份，促进电、气、热综合能源系统的耦合；构建的燃气轮机和燃气锅炉模型分别如下所示：N1)燃气轮机模型：P
g2Eout,t
＝η
g2E
P
gin,t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)Q
gout,t
＝η
g2Q
P
gin,t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(23)ΔP
gin,min
≤P
gin,t+1
‑
P
gin,t
≤ΔP
gin,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(25)式中，P
gin,t
、P
g2Eout,t
、Q
gout,t
分别为燃气轮机t时段的输入功率以及电、热输出功率；为燃气轮机的上限输入值；η
g2E
、η
g2Q
分别为燃气轮机电和热转化效率，文中分别取35％和45％；ΔP
gin,max
、ΔP
gin,min
分别为燃气轮机的爬坡上、下限；N2)燃气锅炉模型：Q
Gout,t
＝η
G2Q
P
Gin,t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(26)ΔP
Gin,min
≤P
Gin,t+1
‑
P
Gin,t
≤ΔP
Gin,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(28)式中，P
Gin,t
、Q
Gout,t
分别为燃气锅炉t时段气输入和热输出功率值；为燃气锅炉的上限输入值；η
G2Q
为燃气轮机热转化效率，文中取85％；ΔP
Gin,max
、ΔP
Gin,min
分别为燃气锅炉的爬坡上、下限；S1
‑
4：构建联合制冷机组模型；采用电制冷机和溴化锂吸收式制冷机联合供冷的方式，其中电制冷机直接使用RIES电力系统中的电能作为能量来源以推动压缩机工作制冷；而溴化锂吸收式制冷机组则利用燃气轮机和燃气锅炉产出的高温烟气及余热做功，可实现对余热和废热的再次利用，推进能源高效利用进程，促进RIES经济运行；文中构建的联合制冷机组模型分别如下所示：P1)电制冷机模型：P
P2Cout,t
＝η
P2C
P
P2Cin,t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(29)ΔP
P2Cin,min
≤P
P2Cin,t+1
‑
P
P2Cin,t
≤ΔP
P2Cin,max
ꢀꢀꢀꢀ
(31)式中，P
P2Cin,t
、P
P2Cout,t
分别为电制冷机t时段电输入、冷输出功率值；为电制冷机上限输入值；η
P2C
为电制冷机冷转化效率，文中取90％；ΔP
P2Cin,max
、ΔP
P2Cin,min
分别为电制冷机
爬坡上、下限；P2)溴化锂吸收式制冷机模型：Q
Lin,t
＝η
R
(η
gloss
Q
gout,t
+η
Gloss
Q
Gout,t
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(32)Q
Lout,t
＝η
L
Q
Lin,t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(33)ΔQ
Lin,min
≤Q
Lin,t+1
‑
Q
Lin,t
≤ΔQ
Lin,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(35)式中，Q
Lin,t
、Q
Lout,t
分别为溴化锂吸收式制冷机t时段热输入和冷输出功率值；为溴化锂吸收式制冷机上限输入值；η
...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊比益，张帆，徐汶，毛毳，陈玉萍，任冬冬，何虹莹，蔡浩元，张有兵，冯昌森，王力成，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：