[发明专利]一种风电、光伏和储热联合热电系统及容量优化建模方法

权利要求书

1.一种风电、光伏和储热联合热电系统的容量优化建模方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，根据风电，光伏出力预测模型计算风电，光伏单位化出力曲线；风电出力取决于风机轮毂处的实际风速以及风机的风功率曲线，其计算方法如式(9)-(10)所示；

其中P_w表示风电实际出力，v表示风机轮毂处实际风速，v_ci，v_co和v_r表示风机的切入风速，切出风速以及额定风速，P_r表示风机额定出力；

当实际风速介于切入风速与额定风速之间时，风机实际出力根据风功率曲线采用分段线性插值计算；v_k和v_k+1表示风功率曲线上实际风速的邻近风速，P_k和P_k+1表示其对应出力；然而，当实际风速从大于切入风速变化至小于切入风速时，由于风机叶片的转动惯性，风电出力不会直接降为0；因此针对风机叶片的转动惯性对风电出力模型进行修正，修正方法如式(11)所示，其中v_t-1和v_t表示t-1时刻以及t时刻的实际风速，P_w.t-1和P_w.t表示其对应出力，α表示惯性系数；

P_w.t＝α×P_w.t-1，if v_t-1≥v_civ_t＜v_ci (11)；

光伏出力取决于倾斜面上的辐照强度以及光伏实际发电效率，而发电效率随着光伏组件运行温度的升高而降低，光伏出力的计算方法如式(12)-(14)所示：

P_PV＝I_T×A_m×N_m×η_PV (12)

η_PV＝η_PV.ref×[1-ε×(T_PV-T_stc)] (13)

其中，P_PV表示光伏实际出力；I_T表示倾斜面上的辐照强度；A_m和N_m表示光伏组件的面积及个数；η_PV表示光伏实际发电效率；η_PV.ref表示光伏参考发电效率；ε表示温度校正系数；T_PV表示光伏实际运行温度；T_stc表示标准测试工况温度；T_amb表示环境温度；NOCT表示光伏额定运行温度；T_ref和I_ref表示参考温度及辐照强度；

步骤2，根据单位化风电及光伏出力曲线在MATLAB中编写适应度函数；

本风电、光伏和储热联合热电系统的容量优化是以最小化平准化成本，最大化电负荷满足率，热负荷满足率以及能源利用率为目标；平准化成本用于评价系统全生命周期的经济性能，电负荷满足率以及热负荷满足率用于评价系统的可靠性，能源利用率用于评价系统的节能性和环保性；

平准化成本LCOE是系统全生命周期内的总成本与总发电量及供热量的比值，其计算方法如式(15)-(17)所示；

IC_system＝IC_w+IC_pv+IC_TES+IC_PB+IC_EH (16)

AC_system＝AC_w+AC_pv+AC_TES+AC_PB+AC_EH (17)

其中，IC_system表示系统的初始投资成本，主要包括设备购置费和建设费；AC_system表示系统每年投资成本，主要包括系统的运行及维护费用；d_w和d_PV表示风电光伏发电量的衰减率；E_w，E_PV和E_PB表示风电光伏及发电模块的上网电量；H表示系统供热量；i表示折现率；N_s表示系统的预期寿命；

电负荷满足率R_e是系统全年的总上网电量与总电负荷的比值，其计算方法如式(18)所示；热负荷满足率R_h是全年总供热量与总热负荷的比值，其计算方法如式(19)所示；能源利用率R_re是全年总上网电量与总风电光伏出力的比值，其计算方法如式(20)所示；

除了系统能量平衡的等式约束外，系统运行还存在一系列的不等式约束；发电模块的最大爬坡率约束如式(21)所示，其中R_D和R_U表示向下及向上爬坡限制；发电模块的最小运行时间与停机时间约束如式(22)-(23)所示，其中用于表示发电模块的开机或关机状态，和表示发电模块的最小运行/关停时间；储热系统的储热容量约束如式(24)所示；

-R_D≤Gp(t)-Gp(t-1)≤R_U (21)

ms_min≤ms(t)≤ms_max (24)

本文利用加权求和的方法组合四个目标函数并构建容量优化问题的适应度函数；适应度函数如式(25)所示，其中ω₁，ω₂，ω₃和ω₄表示各目标函数的优化权重；此外，该容量优化问题的决策变量为风电容量C_W，光伏容量C_PV以及储热系统容量C_TES；

步骤3，确定优化权重w1、w2、w3、w4，确定差分进化算法的控制参数N、F、CR，调用差分进化算法求解使得适应度函数值最小的一组决策变量值C_W、C_PV、C_TES。