考虑可再生能源和电动汽车的区域综合能源系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑可再生能源和电动汽车的区域综合能源系统及其方法，本发明专利技术的区域综合能源系统包括冷负荷单元、热负荷单元、燃气单元、预热回收装置以及微电网；本发明专利技术方法包括确定区域综合能源系统的总成本最小、碳排放量最小并引入了碳排放惩罚因子的目标函数，确定区域综合能源系统的约束条件；针对区域综合能源系统建立考虑光伏和风电出力随机性的鲁棒优化模型；基于区域综合能源系统的约束条件以及目标函数，求解所述鲁棒优化模型得到区域综合能源系统的最佳优化方案，以确定区域综合能源系统中各设备在每个时间段的出力。本发明专利技术能够减少电动汽车无序接入对系统的影响，实现能源的梯级利用，鲁棒性好，兼顾系统的经济性和环保性。经济性和环保性。经济性和环保性。

【技术实现步骤摘要】
考虑可再生能源和电动汽车的区域综合能源系统及其方法


[0001]本专利技术涉及区域综合能源运行优化领域，具体涉及一种考虑可再生能源和电动汽车的区域综合能源系统及其方法。

技术介绍

[0002]随着环境问题日益凸显，人们越来越重视可再生能源的发展。以风电和光伏为代表的可再生能源发展迅速，主要因其对全球气候和环境污染的负面影响较小，且发电的建设成本持续下降，使得其不断发展。为了提升可再生能源的利用率，利用RIES可以实现不同能源之间的梯级利用，从而有效提高能源利用率、降低系统的能源成本等多目标功能，具有经济、环保的特点。但是可再生能源所具有的不确定性，将对优化结果产生一定的影响。对于RIES中多种不确定性带来的影响，常用的建模方法有区间优化、随机优化和鲁棒优化。然而，采用区间优化描述不确定性，无法保证解决方案在操作约束上的鲁棒性，随机优化需要实际工程中难以获得的大量场景来近似不确定性。而鲁棒优化不需要详细了解基础随机变量的结构或分布，基于预测的不确定性区间构建预定义的不确定集，并且鲁棒优化的解可以不受不确定性集合内的任何不确定性实现的影响，因此本专利技术选用鲁棒优化模型表征风光出力的不确定度。系统在运行时，不仅要求保证系统的经济性，同时要求兼顾系统的环保性，多目标函数相对于单目标函数而言，求解更加困难，如何去量纲化各目标函数成为关键。
[0003]在考虑可再生能源出力不确定性时，现有研究中较少考虑到电动汽车对系统优化的影响。电动汽车(EV)可以与电网实现双向互动既V2G模式，且双向充放电模式被认为是有序充放电模式。同时，EV作为内燃机汽车的环保替代品，在全球范围内得到广泛推广。虽然EV作为一种可移动的储能设备，可削峰填谷，达到降低峰谷差的目的，但EV的充放电行为完全取决于车主的私人意愿，随机性较强，可能对系统产生不可预见的影响。利用电动汽车的行驶规律建立充放电模型，得到充放电功率，将其作为优化模型的输入，可以减少电动汽车无序接入对系统的负面影响，为大规模电动汽车并网奠定重要的基础。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种考虑可再生能源和电动汽车的区域综合能源系统及其方法，本专利技术能够减少电动汽车无序接入对系统的影响，综合考虑电能、冷能、热能联合供应，实现能源的梯级利用，并且针对可再生能源出力不确定性的问题，建立鲁棒优化模型，在多种不确定因素的干扰下具有良好的鲁棒性，最后引入碳排放因子将多目标问题转化为单目标问题进行求解，同时兼顾系统的经济性和环保性。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种考虑可再生能源和电动汽车的区域综合能源系统，包括冷负荷单元、热负荷单元、燃气单元、预热回收装置以及微电网，所述冷负荷单元包括电制冷机和吸收式制冷
机，所述热负荷单元包括电锅炉和热交换器，所述燃气单元包括燃气轮机和燃气锅炉，所述微电网包括用于给电负荷功能的供电母线以及分别连接到供电母线的风电单元、光伏单元、电动汽车充电桩和储能电池，所述燃气轮机的输出端与供电母线相连，所述供电母线分别与电锅炉、电制冷机的电源端相连，所述预热回收装置用于回收燃气轮机和燃气锅炉的热量并与燃气锅炉产生的热量一起利用热交换介质为热交换器和吸收式制冷机提供循环的热交换介质，所述供电母线与上级电网相连。
[0007]一种前述考虑可再生能源和电动汽车的区域综合能源系统的应用方法，包括：
[0008]S101，确定区域综合能源系统的总成本最小、碳排放量最小并引入了碳排放惩罚因子的目标函数，确定区域综合能源系统的约束条件；针对区域综合能源系统建立考虑光伏和风电出力随机性的鲁棒优化模型；
[0009]S102，基于区域综合能源系统的约束条件以及目标函数，求解所述鲁棒优化模型得到区域综合能源系统的最佳优化方案，以确定区域综合能源系统中各设备在每个时间段的出力。
[0010]可选地，步骤S101中目标函数的函数表达式为：
[0011][0012]上式中，F为目标函数，T为一天内的时间段数量，F
ect
为时间段t内的碳惩罚费用，F
dot
为时间段t内的运行成本，且有：
[0013][0014][0015]其中，为碳排放惩罚因子，G
ect
为时间段t内的碳排放量，F
et
为时间段t内的购电成本，F
gt
为时间段t内的购气成本，C
buyt
和C
sellt
分别为时间段t内的购电单价和售电单价，P
buyt
和P
sellt
分别为时间段t内的购电功率和售电功率，C
gt
为时间段t内的购气单价，V
Gridt
为时间段t内的购气量。
[0016]可选地，步骤S101中确定区域综合能源系统的约束条件包括电功率平衡、气功率平衡、燃气轮机约束、燃气锅炉约束、热功率平衡约束、热交换器约束、电锅炉约束、冷功率平衡、电制冷机约束、吸收式制冷机约束、蓄电池约束、与上级电网的交互容量约束、系统正备用约束以及系统负备用约束。
[0017]可选地，所述电功率平衡的函数表达式为：
[0018]P
Gridt
+P
wtt
+P
pvt
+P
GTt
+P
dist
＝P
ELt
+P
ECt
+P
EBt
+P
tEV
+P
chat
，
[0019][0020]上式中，P
Gridt
为时间段t内的电网交互功率，P
wtt
为时间段t内的风机出力，P
pvt
为时间段t内的光伏出力，P
GTt
为时间段t内的燃气轮机的出力，P
dist
和P
chat
分别为储能电池时间段t内的放电功率和放电功率，P
ELt
为时间段t内的电力负载功率，P
ECt
为时间段t内的电制冷机消耗的功率，P
EBt
为时间段t内的电锅炉消耗的功率，P
tEV
为时间段t内的电动汽车充放电功率，P
Grid,buyt
和P
Grid,sellt
分别为时间段t内的购电量和售电量，且在同一时间段内不能同
时向上级电网购电又售电。
[0021]可选地，所述气功率平衡的函数表达式为：
[0022]V
Gridt
＝V
GTt
+V
GBt
，
[0023]上式中，V
Gridt
为时间段t内的天然气用气量，V
GTt
为时间段t内的燃气轮机消耗的天然气量，V
GBt
为时间段t内的燃气锅炉消耗的天然气量。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑可再生能源和电动汽车的区域综合能源系统，其特征在于，包括冷负荷单元(1)、热负荷单元(2)、燃气单元(3)、预热回收装置(5)以及微电网(6)，所述冷负荷单元(1)包括电制冷机和吸收式制冷机，所述热负荷单元(2)包括电锅炉和热交换器，所述燃气单元(3)包括燃气轮机和燃气锅炉，所述微电网(6)包括用于给电负荷功能的供电母线以及分别连接到供电母线的风电单元、光伏单元、电动汽车充电桩和储能电池，所述燃气轮机的输出端与供电母线相连，所述供电母线分别与电锅炉、电制冷机的电源端相连，所述预热回收装置(5)用于回收燃气轮机和燃气锅炉的热量并与燃气锅炉产生的热量一起利用热交换介质为热交换器和吸收式制冷机提供循环的热交换介质，所述供电母线与上级电网相连。2.一种权利要求1所述的考虑可再生能源和电动汽车的区域综合能源系统的应用方法，其特征在于，包括：S101，确定区域综合能源系统的总成本最小、碳排放量最小并引入了碳排放惩罚因子的目标函数，确定区域综合能源系统的约束条件；针对区域综合能源系统建立考虑光伏和风电出力随机性的鲁棒优化模型；S102，基于区域综合能源系统的约束条件以及目标函数，求解所述鲁棒优化模型得到区域综合能源系统的最佳优化方案，以确定区域综合能源系统中各设备在每个时间段的出力。3.根据权利要求2所述的考虑可再生能源和电动汽车的区域综合能源系统的应用方法，其特征在于，步骤S101中目标函数的函数表达式为：上式中，F为目标函数，T为一天内的时间段数量，F
ect
为时间段t内的碳惩罚费用，F
dot
为时间段t内的运行成本，且有：F
dot
＝F
et
+F
gt
＝C
buyt
·
P
buyt
+C
sellt
·
P
sellt
+C
gt
·
V
Gridt
，其中，为碳排放惩罚因子，G
ect
为时间段t内的碳排放量，F
et
为时间段t内的购电成本，F
gt
为时间段t内的购气成本，C
buyt
和C
sellt
分别为时间段t内的购电单价和售电单价，P
buyt
和P
sellt
分别为时间段t内的购电功率和售电功率，C
gt
为时间段t内的购气单价，V
Gridt
为时间段t内的购气量。4.根据权利要求3所述的考虑可再生能源和电动汽车的区域综合能源系统的应用方法，其特征在于，步骤S101中确定区域综合能源系统的约束条件包括电功率平衡、气功率平衡、燃气轮机约束、燃气锅炉约束、热功率平衡约束、热交换器约束、电锅炉约束、冷功率平衡、电制冷机约束、吸收式制冷机约束、蓄电池约束、与上级电网的交互容量约束、系统正备用约束以及系统负备用约束。5.根据权利要求4所述的考虑可再生能源和电动汽车的区域综合能源系统的应用方法，其特征在于，所述电功率平衡的函数表达式为：P
Gridt
+P
wtt
+P
pvt
+P
GTt
+P
dist
＝P
ELt
+P
ECt
+P
EBt
+P
tEV
+P
chat
，
上式中，P
Gridt
为时间段t内的电网交互功率，P
wtt
为时间段t内的风机出力，P
pvt
为时间段t内的光伏出力，P
GTt
为时间段t内的燃气轮机的出力，P
dist
和P
chat
分别为储能电池时间段t内的放电功率和放电功率，P
ELt
为时间段t内的电力负载功率，P
ECt
为时间段t内的电制冷机消耗的功率，P
EBt
为时间段t内的电锅炉消耗的功率，P
tEV
为时间段t内的电动汽车充放电功率，P
Grid,buyt
和P
Grid,sellt
分别为时间段t内的购电量和售电量，且在同一时间段内不能同时向上级电网购电又售电。6.根据权利要求4所述的考虑可再生能源和电动汽车的区域综合能源系统的应用方法，其特征在于，所述气功率平衡的函数表达式为：V
Gridt
＝V
GTt
+V
GBt
，上式中，V
Gridt
为时间段t内的天然气用气量，V
GTt
为时间段t内的燃气轮机消耗的天然气量，V
GBt
为时间段t内的燃气锅炉消耗的天然气量。7.根据权利要求4所述的考虑可再生能源和电动汽车的区域综合能源系统的应用方法，其特征在于，所述燃气轮机约束的函数表达式为：上式中，Q
GTt
表示在时间段t燃气轮机的热输出功率；P
GTt
为时间段t内的燃气轮机的出力，σ
GTe
和η
GT1
分别表示燃气轮的发电效率和热损失系数；V
GTt
和V
GTt
‑1分别为燃气轮机在时间段t和t
‑
1内的天然气用气量，L
HVNG
表示天然气的低位热值，P
GTmax
和P
GTmin
分别为燃气轮机的输出功率上下限；V
GTdown
和V
GTup
分别为燃气轮机消耗天然气爬坡的上下限约束；所述燃气锅炉约束的函数表达式为：上式中，V
GBt
在时间段t燃气锅炉的天然气用气量，Q
GBt
表示在时间段t燃气锅炉的热输出功率，η
GB
表示燃气锅炉的转换效率，V
GBt
和V
GBt
‑1分别为燃气锅炉在时间段t和t
‑
1内的天然气用气量，Q
GBmin
和Q
GBmax
分别表示燃气锅炉输出功率下上限，V
GBdown
和V
GBup
分别表示燃气锅炉消耗天然气的下上限约束；所述热功率平衡约束的函数表达式为：Q
EVt
+Q
HE,outt
＝Q
HLt
，上式中，Q
EBt
为电锅炉在时间段t的热输出功率；Q
HLt
为热负荷在时间段t的功率需求；Q
HE,outt
为热交换器在时间段t的输出功率；所述热交换器约束的函数表达式为：
上式中，Q
GTt
为时间段t内的燃气轮机的热输出功率，P
GTt
为时间段t内的燃气轮机的出力，η
GTe
为燃气轮机的发电效率，η
GT1
为燃气轮机的热损失系数，V
GTt
和V
GTt
‑1分别为时间段t和时间段t
‑
1内的燃气轮机消耗的天然气量，L
HVNG
为天然气的低位热值，P
GTmin
和P
GTmax
分别为燃气轮机的输出功率上下限，V
GTdown
和V
GTup
分别为燃气轮机消耗天然气爬坡的上下限约束。8.根据权利要求4所述的考虑可再生能源和电...

【专利技术属性】
技术研发人员：施星宇，易纯，吴公平，王炜宇，颜勤，张永熙，曹一家，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：