綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化調度方法技術方案

本發(fā)明專利技術提供一種綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化調度方法，所述綜合能源系統(tǒng)包括電力子系統(tǒng)、氫儲能子系統(tǒng)、天然氣子系統(tǒng)和耦合單元，所述耦合單元包括設置于所述氫儲能子系統(tǒng)與所述天然氣子系統(tǒng)之間的氫轉天然氣單元、設置于所述天然氣子系統(tǒng)與所述電力子系統(tǒng)之間的燃氣機發(fā)電單元、設置于所述電力子系統(tǒng)與所述氫儲能子系統(tǒng)之間的電解制氫單元和燃料電池單元，所述優(yōu)化調度方法包括以下步驟：構建以所述綜合能源系統(tǒng)的綜合運行成本最小為目標的目標函數(shù)，構建調度模型；確定約束條件，其中，所述約束條件包括所述氫儲能子系統(tǒng)約束、天然氣子系統(tǒng)約束和耦合單元約束；根據(jù)所述約束條件求解所述目標函數(shù)，并以求解結果對所述綜合能源系統(tǒng)進行優(yōu)化調度。行優(yōu)化調度。行優(yōu)化調度。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化調度方法


[0001]本專利技術涉及綜合能源系統(tǒng)
，具體涉及一種綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化調度方法。

技術介紹

[0002]綜合能源服務業(yè)務已逐漸成為功能企業(yè)的主營業(yè)務。氫是一種清潔無碳的優(yōu)質二次能源和重要的工業(yè)過程清潔原料，過去工商業(yè)用戶大多自行電解制氫，成本較高。相對于供熱，電網(wǎng)企業(yè)供氫的經(jīng)濟效益更好。在電網(wǎng)負荷低谷時段或利用高滲透風/光待消納電量，進行電解制氫，所得氫氣可直接供應用戶，也可進行氫存儲在電網(wǎng)高峰時段發(fā)電。因此，氫能對于電網(wǎng)企業(yè)不僅是極具競爭優(yōu)勢的能源供給形式，而且氫儲能對于電網(wǎng)的調峰和風光清潔能源消納亦具有重要作用。
[0003]對于包含氫儲能的綜合能源系統(tǒng)，如何對系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)進行運行調度成為目前亟需解決的問題。

技術實現(xiàn)思路

[0004]本專利技術為解決上述技術問題，提供了一種綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化調度方法，能夠大大降低綜合能源系統(tǒng)的綜合運行成本。
[0005]本專利技術采用的技術方案如下：
[0006]一種綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化調度方法，所述綜合能源系統(tǒng)包括電力子系統(tǒng)、氫儲能子系統(tǒng)、天然氣子系統(tǒng)和耦合單元，所述耦合單元包括設置于所述氫儲能子系統(tǒng)與所述天然氣子系統(tǒng)之間的氫轉天然氣單元、設置于所述天然氣子系統(tǒng)與所述電力子系統(tǒng)之間的燃氣機發(fā)電單元、設置于所述電力子系統(tǒng)與所述氫儲能子系統(tǒng)之間的電解制氫單元和燃料電池單元，所述優(yōu)化調度方法包括以下步驟：構建以所述綜合能源系統(tǒng)的綜合運行成本最小為目標的目標函數(shù)，構建調度模型；確定約束條件，其中，所述約束條件包括所述氫儲能子系統(tǒng)約束、天然氣子系統(tǒng)約束和耦合單元約束；根據(jù)所述約束條件求解所述目標函數(shù)，并以求解結果對所述綜合能源系統(tǒng)進行優(yōu)化調度。
[0007]所述目標函數(shù)為：
[0008][0009]其中，f為所述綜合能源系統(tǒng)的綜合運行成本，f1、f2分別為所述綜合能源系統(tǒng)的系統(tǒng)運行成本、環(huán)境成本；f
1max
、f
2max
分別為系統(tǒng)運行成本、環(huán)境成本的設計最大值；ω1、ω2分別為系統(tǒng)運行成本、環(huán)境成本的權重系數(shù)，且滿足ω1+ω2＝1,0≤ω1,ω2≤1。
[0010]所述綜合能源系統(tǒng)的系統(tǒng)運行成本為：
[0011]f1＝f
11
+f
12
[0012]其中，f
11
為電運行成本；f
12
為氫運行成本，
[0013]其中，所述電運行成本為：
[0014][0015]其中，f
11MT
為所述燃氣機發(fā)電單元的發(fā)電成本，f
11G
為所述電力子系統(tǒng)的購電成本，
[0016]其中，所述燃氣機發(fā)電單元的發(fā)電成本為：
[0017][0018]其中，T為調度周期的總時間段數(shù)；C
n1
為天然氣購買價格；H為天然氣高熱值；η為所述燃氣機發(fā)電單元中燃氣機組發(fā)電效率；N
MT
為所述燃氣機發(fā)電單元中燃氣機組總數(shù)；為第i臺燃氣機組在第t時刻的有功出力；Δt為時間步長，
[0019]所述電力子系統(tǒng)的購電成本為：
[0020][0021]其中，λ
t
為第t時刻所述電力子系統(tǒng)中主網(wǎng)分時電價；P
tG
為第t時刻所述電力子系統(tǒng)中微網(wǎng)向主網(wǎng)購售電有功功率，大于0表示購電，小于0表示售電，
[0022]所述氫運行成本為：
[0023][0024]其中，f
12LOSS
為所述燃料電池單元充電、放電及所述氫轉天然氣單元在合成天然氣過程中的能量損失成本，f
12CH4
為所述氫轉天然氣單元合成的天然氣帶來的收益，
[0025]其中，所述氫儲能子系統(tǒng)充電、放電及所述氫轉天然氣單元在合成天然氣過程中的能量損失成本為：
[0026][0027]其中，α
E2H
為所述電解制氫單元的電解制氫效率；β
H2E
為所述燃料電池單元的發(fā)電效率；α
H2G
為所述氫轉天然氣單元的轉化效率；N
EL
為所述電解制氫單元中的電解槽總數(shù)；為第i臺電解槽在t時刻消耗的有功功率；N
FC
為所述燃料電池單元中的氫燃料電池總數(shù)；為第i臺氫燃料電池在t時刻的有功出力，
[0028]所述氫轉天然氣單元合成的天然氣帶來的收益為：
[0029][0030]其中，C
n2
為天然氣出售價格；N
H2G
為氫轉天然氣單元中的轉換裝置總數(shù)；為第i臺轉換裝置在第t時刻注入天然氣子系統(tǒng)中天然氣有功功率值。
[0031]所述綜合能源系統(tǒng)的環(huán)境成本為：
[0032][0033]其中，為微網(wǎng)所在區(qū)域電網(wǎng)單位供電平均二氧化碳排放系數(shù)；為所述燃氣機發(fā)電單元發(fā)電的CO2排放系數(shù)；為所述氫轉天然氣單元的CO2捕獲系數(shù)。
[0034]所述氫儲能子系統(tǒng)約束包括氫儲能容量約束和充放電功率約束，其中，
[0035]所述氫儲能容量約束為：
[0036][0037][0038]其中，分別為所述氫儲能子系統(tǒng)t時刻和t
?
1時刻末剩余電量；P
t1H
為所述氫儲能子系統(tǒng)t時刻流入所述氫轉天然氣單元的氫能功率；P
t2H
為直接供應氫負荷功率；E
H
和為所述氫儲能子系統(tǒng)的最小、最大容量限制，
[0039]所述充放電功率約束為：
[0040][0041][0042]其中，和P
EL
、和P
FC
、和P
H2G
分別表示所述電解制氫單元電解制氫功率、所述燃料電池單元中氫燃料電池放電功率、所述氫轉天然氣單元氫轉天然氣功率的上下限約束；B
EL
、B
FC
、B
H2G
分別為電解槽集合、氫燃料電池集合、轉換裝置集合；是0
?
1變量，分別表示所述氫儲能子系統(tǒng)的充電和放電狀態(tài)。
[0043]所述天然氣子系統(tǒng)約束包括氣壓約束、質量守恒約束和節(jié)點壓強約束，其中，
[0044]所述氣壓約束為：
[0045][0046]其中，為所述天然氣子系統(tǒng)中天然氣管網(wǎng)第i個節(jié)點t時的氣壓；和分別為第i節(jié)點允許的最小、最大壓力值；B
gas
表示管網(wǎng)節(jié)點集合，
[0047]所述質量守恒約束為：
[0048][0049]其中，分別表示第i節(jié)點在第t時刻氣源流入量、轉換裝置氣體注入量、燃氣機組消耗量、天然氣負荷消耗量；j∈i表示節(jié)點j與節(jié)點i直接相連；為節(jié)點j到節(jié)點i第t時刻的流量，規(guī)定流進節(jié)點i的方向為正方向，
[0050]所述節(jié)點壓強約束為：
[0051][0052]其中，表示天然氣管道流量；和分別表示管道上游和下游的壓力；K
ij
是表示管道和天然氣流體的綜合參數(shù)；E
gas
表示管網(wǎng)支路集本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化調度方法，其特征在于，所述綜合能源系統(tǒng)包括電力子系統(tǒng)、氫儲能子系統(tǒng)、天然氣子系統(tǒng)和耦合單元，所述耦合單元包括設置于所述氫儲能子系統(tǒng)與所述天然氣子系統(tǒng)之間的氫轉天然氣單元、設置于所述天然氣子系統(tǒng)與所述電力子系統(tǒng)之間的燃氣機發(fā)電單元、設置于所述電力子系統(tǒng)與所述氫儲能子系統(tǒng)之間的電解制氫單元和燃料電池單元，所述優(yōu)化調度方法包括以下步驟：構建以所述綜合能源系統(tǒng)的綜合運行成本最小為目標的目標函數(shù)，構建調度模型；確定約束條件，其中，所述約束條件包括所述氫儲能子系統(tǒng)約束、天然氣子系統(tǒng)約束和耦合單元約束；根據(jù)所述約束條件求解所述目標函數(shù)，并以求解結果對所述綜合能源系統(tǒng)進行優(yōu)化調度。2.根據(jù)權利要求1所述的綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化調度方法，其特征在于，所述目標函數(shù)為：其中，f為所述綜合能源系統(tǒng)的綜合運行成本，f1、f2分別為所述綜合能源系統(tǒng)的系統(tǒng)運行成本、環(huán)境成本；f
1max
、f
2max
分別為系統(tǒng)運行成本、環(huán)境成本的設計最大值；ω1、ω2分別為系統(tǒng)運行成本、環(huán)境成本的權重系數(shù)，且滿足ω1+ω2＝1,0≤ω1,ω2≤1。3.根據(jù)權利要求2所述的綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)化調度方法，其特征在于，所述綜合能源系統(tǒng)的系統(tǒng)運行成本為：f1＝f
11
+f
12
其中，f
11
為電運行成本；f
12
為氫運行成本，其中，所述電運行成本為：其中，f
11MT
為所述燃氣機發(fā)電單元的發(fā)電成本，f
11G
為所述電力子系統(tǒng)的購電成本，其中，所述燃氣機發(fā)電單元的發(fā)電成本為：其中，T為調度周期的總時間段數(shù)；C
n1
為天然氣購買價格；H為天然氣高熱值；η為所述燃氣機發(fā)電單元中燃氣機組發(fā)電效率；N
MT
為所述燃氣機發(fā)電單元中燃氣機組總數(shù)；為第i臺燃氣機組在第t時刻的有功出力；Δt為時間步長，所述電力子系統(tǒng)的購電成本為：其中，λ
t
為第t時刻所述電力子系統(tǒng)中主網(wǎng)分時電價；P
tG
為第t時刻所述電力子系統(tǒng)中微網(wǎng)向主網(wǎng)購售電有功功率，大于0表示購電，小于0表示售電，所述氫運行成本為：
其中，f
12LOSS
為所述燃料電池單元充電、放電及所述氫轉天然氣單元在合成天然氣過程中的能量損失成本，f
12CH4
為所述氫轉天然氣單元合成的天然氣帶來的收益，其中，所述氫儲能子系統(tǒng)充電、放電及所述氫轉天然氣單元在合成天然氣過程中的能量損失成本為：其中，α
E2H
為所述電解制氫單元的電解制氫效率；β
H2E
為所述燃料電池單元的發(fā)電效率；α
H2G
為所述氫轉天然氣單元的轉化效率；N
EL
為所述電解制氫單元中的電解槽總數(shù)；為第i臺電解...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：袁俊球，史如新，王迪，鄧中誠，錢鋒，曹健，黃黎明，張茜穎，
申請(專利權)人：常州金壇金能電力有限公司國網(wǎng)江蘇省電力有限公司國家電網(wǎng)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：