【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于综合能源领域，具体涉及考虑工载特性的社区综合能源系统优化调度方法。
技术介绍
1、具有环保、节能和清洁等特点的综合能源系统成为近些年的热点，综合能源系统可以实现多能转化及存储，提高系统的能源利用率，促进新能源的利用。
2、氢能源作为环保且高效的二次能源，近几年开始在综合能源系统中得到应用和发展；但现有研究阶段对电制氢的研究，并未对电解槽的变载特性和启停特性作为研究方向，未考虑电解槽的过载、变载、低载三种状态，对综合能源系统的灵活运行产生影响。
技术实现思路
1、本专利技术的技术问题：针对社区综合能源系统的需求响应的研究主要针对居民家庭，主要考虑的也是空调、电暖器、电热水器等能量转换设备，缺乏考虑用户的多能互补特性。在研究此类优化问题时，对氢能利用进行了研究和分析，忽视了电氢耦合设备的能效特性，同时研究需求响应时，一般采用价格弹性矩阵法来表征其不同的电价下的削减、转移以及替代行为，并未考虑实际用户的可替代能源。
2、本专利技术的目的是针对上述问题，提供考虑工载特性的社区综合能源系统优化调度方法，并建立了考虑电解槽启停特性以及变载特性精细化氢能利用模型，并在用户侧将用户负荷分为可转移、可削减以及基于消费者心理学的可替代负荷，并基于可替代负荷制定激励政策进一步优化负荷曲线，在考虑碳交易机制的基础上，达到优化综合能源系统运行以及新能源消纳的目的。
3、本专利技术的技术方案为：
4、考虑工载特性的社区综合能源系统优化调度方法，包括
5、s1：确立社区综合能源系统物理模型并考虑需求响应的不确定性；
6、s2：建立考虑工载特性的电解槽模型以及对应的氢能转化模型并确立热电联产设备的模型及运行方式；
7、s3：基于消费者心理学理论确定用户替代效应，确定替代型需求响应并考虑可转移以及可消减负荷，绘制用户侧的电、热负荷曲线；
8、s4：以社区综合能源系统日成本最低为优化目标，并增加满足功能要求和自身设备的约束条件，结合用户侧的电、热负荷曲线，建立社区综合能源系统的最优化调度模型；
9、s5：基于步骤s3得到用户侧的电、热负荷曲线，以步骤s4的优化目标作为目标函数求解综合能源系统的最优化调度模型，采用cplex得到调度结果，分析所采用模型以及机制对综合能源系统的影响。
10、优选的，步骤s1中，步骤s1中的建立的社区综合能源系统，包括风机、光伏、储能设备、燃气轮机、溴冷机、空气源热泵、甲烷反应器、燃料电池、电解槽；风机、光伏机组提供电能，社区综合能源系统通过主网及气网弥补能量缺失；以电解槽和燃料电池组成的电-氢耦合单元降低社区综合能源系统的能源梯级损耗，提高综合利用率，热泵装置将电能转化为热能，由燃气轮机和溴冷机组成的电热联产系统热电解耦，提高电热产出比。
11、进一步的，步骤s2中，热电联产系统运行的燃气轮机、溴冷机、热泵、甲烷反应器、燃料电池和电解槽，分别为：
12、（1）燃气轮机的制热功率的计算式为：
13、；
14、；
15、式中、分别表示t时段燃气轮机的发电和发热功率，、分别表示燃气轮机的发电效率以及余热散失损失率，表示t时段燃气轮机制热功率，、分别表示燃气轮机的余热回收率和制热效率，gt表示燃气轮机。
16、(2) 热泵制热功率的计算式为：
17、；
18、式中：表示t时段热泵的制热功率，表示t时段热泵的输入功率，表示制热系数,hp表示热泵；
19、(3) 燃料电池通过改变自身运行状态调节自身的热电比，表达式为：
20、；
21、式中：、和为时刻的用氢功率、产电功率和产热功率；为燃料电池的能量转换效率， hfc表示燃料电池；
22、（4）甲烷反应器将氢气转换为天然气并供给产热产电，表达式为：
23、；
24、式中：和为时刻的用氢功率和产气功率；表示甲烷反应器的氢-气转换效率, mt表示甲烷反应器。
25、（5）电解槽设备的电氢转化关系的计算式为：
26、；
27、式中，、表示第个电解槽在时间段的产氢功率和用电功率；表示电解槽的电-氢转换效率；表示电解槽处于冷待机状态所需的电功率；表示电解槽处于冷待机的惩罚系数；二进制变量为控制变量，当其为1时表示电解槽从冷待机转换到工作状态， pem表示电解槽；
28、优选的电解槽包含停机、冷待机、工作三个状态，用、来表示停机以及冷待机状态；其中工作状态又可以分为低载、变载和过载三个状态且只有工作状态制氢，用、、来描述，上述变量均为二进制变量。
29、停机状态；电解槽在任何时候可以迅速停机。
30、冷待机状态：电解槽以低功率待机维持控制和防冻单元的运行。
31、工作状态：为了保证电解槽制氢安全，其在大部分时间应处在変载状态。电解槽过载运行以及低载运行且时间不宜过长。
32、（1）控制变量约束条件为：
33、；
34、式中，控制变量表示第n个电解槽在t时刻的状态，.,,,表示第n个电解槽在t时刻的状态；
35、（2）电解槽不同状态之间的协调控制表达式为：
36、；
37、式中：为电解槽的额定功率；
38、（3）电解槽的状态转换的逻辑约束表达式为：
39、；
40、；
41、；
42、；
43、；
44、式中：上式依次为启停、启动间隔、运行状态互斥约束、过载与低载最长时间限制约束；和为电解槽过载、低载状态最长运行时间；
45、（4）停机以及冷待机时间约束条件为：
46、；
47、；
48、式中：、分别为电解槽连续运行在停机、冷待机状态的最短时间。
49、进一步的，步骤s2中，热电联产系统包括4个部分：能量供给、能量耦合、储能、用能单元。风机、光伏机组提供电能，同时社区综合能源系统通过主网及气网弥补能量缺失；电-氢耦合单元可以降低社区综合能源系统的能源梯级损耗，提高综合利用率；热泵装置可以将电能转化为热能，帮助由燃气轮机和溴冷机组成的电热联产系统实现热电解耦，改善系统的电热产出比；同时多元储能设备以及居民的综合需求响应将为系统的灵活性提供保证。
50、优选的，步骤s3中储能是综合能源系统的重要组成部分，在储能环节中的充放过程中，存在损耗以及具有随时间消散特性，数学模型为：
51、；
52、；
53、式中：表示储能装置在t时段的功率，和分别表示储能的输入输出功率，表示储能的剩余容量，表示损失系数，和表示能量转化率。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.考虑工载特性的社区综合能源系统优化调度方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑工载特性的社区综合能源系统优化调度方法，其特征在于：步骤S1中的建立的社区综合能源系统，包括风机、光伏、储能设备、燃气轮机、溴冷机、空气源热泵、甲烷反应器、燃料电池和电解槽；燃气轮机通过燃烧天然气将热能转化为电能，供给电负荷；空气源热泵将电能转化为热能，作为热电联产系统的补充。
3.根据权利要求2所述的考虑工载特性的社区综合能源系统优化调度方法，其特征在于：步骤S2中，热电联产系统包括燃气轮机、溴冷机、热泵、甲烷反应器、燃料电池和电解槽；
4.根据权利要求2所述的考虑工载特性的社区综合能源系统优化调度方法，其特征在于：步骤S2中，电解槽设备包含停机、冷待机、工作三个状态，约束条件为：
5.根据权利要求3所述的考虑工载特性的社区综合能源系统优化调度方法，其特征在于：步骤S2中，热电联产系统包括能量供给、能量耦合、储能、用能单元4个环节，其中能量供给环节存在损耗以及具有随时间消散特性。
6.根据权利要求4所述的考虑工载特性
7.根据权利要求5所述的考虑工载特性的社区综合能源系统优化调度方法，其特征在于：步骤S4中，以社区综合能源系统的日成本最低为优化目标，日成本最低的目标函数，包括交互、燃料、惩罚、补贴；社区综合能源系统模型的约束条件是其决策变量必须满足热、负荷峰值时的功能要求以及自身设备的运行约束；所述的以社区综合能源系统的日成本最低为优化目标，目标函数为：
8.根据权利要求6所述的考虑工载特性的社区综合能源系统优化调度方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述的满足功能要求和自身设备的约束条件为：
9.根据权利要求7所述的考虑设备变工况特性的综合能源系统规划方法，其特征在于：步骤S5中，采用CPLEX求解器求解综合能源系统的最优化调度模型，包括通过CPLEX求解器对所述最优化调度模型进行优化计算，模拟各场景下的电热负荷的优化曲线，随后对社区综合能源系统建模，引入碳交易机制，建立社区综合能源系统安全运行下的约束条件，最后确定社区综合能源系统的目标函数，对各种类型的运行成本定义，将所述约束条件输入CPLEX求解器求解，得到社区综合能源系统优化结果。
...【技术特征摘要】
1.考虑工载特性的社区综合能源系统优化调度方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑工载特性的社区综合能源系统优化调度方法，其特征在于：步骤s1中的建立的社区综合能源系统，包括风机、光伏、储能设备、燃气轮机、溴冷机、空气源热泵、甲烷反应器、燃料电池和电解槽；燃气轮机通过燃烧天然气将热能转化为电能，供给电负荷；空气源热泵将电能转化为热能，作为热电联产系统的补充。
3.根据权利要求2所述的考虑工载特性的社区综合能源系统优化调度方法，其特征在于：步骤s2中，热电联产系统包括燃气轮机、溴冷机、热泵、甲烷反应器、燃料电池和电解槽；
4.根据权利要求2所述的考虑工载特性的社区综合能源系统优化调度方法，其特征在于：步骤s2中，电解槽设备包含停机、冷待机、工作三个状态，约束条件为：
5.根据权利要求3所述的考虑工载特性的社区综合能源系统优化调度方法，其特征在于：步骤s2中，热电联产系统包括能量供给、能量耦合、储能、用能单元4个环节，其中能量供给环节存在损耗以及具有随时间消散特性。
6.根据权利要求4所述的考虑工载特性的社区综合能源系统优化调度方法，其特征在于：步骤s3中，分析用户需求响应，是利用logt...
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