[发明专利]一种热电联产型微电网的经济性优化运行方法

摘要

本发明公开了一种热电联产型微电网的经济性优化运行方法，该方法通过研究热电联产型微电网系统中热泵装置的电热特性、储能装置充放电寿命损耗费用、弃风损失、热电联产机组的开机费用和燃料费用等多方面影响，折算为费用成本加入到目标函数之中，建立了微电网最优经济运行模型，并采用粒子群算法对模型进行求解，求解过程中制定了相关约束条件用以进行粒子群约束调整，以提高求解效率，得到热电联产型微电网最优经济运行方案，并按照该最优经济运行方案对热电联产型微电网在调度周期的热、电性能加以控制，从而减少微电网系统出现发电量过盛、电力及能源资源浪费的情况，在满足供电负荷需求的情况下帮助降低微电网系统运行成本。

主权项

一种热电联产型微电网的经济性优化运行方法，其特征在于，包括如下步骤：1)建立计及热电联产型微电网中热电联产机组的电热特性和损耗以及储能装置的储能寿命损耗的微电网最优经济运行模型；所述微电网最优经济运行模型如下：微电网最优经济运行模型的目标函数为：$\min E=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}\left(\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}\right({\mathrm{EF}}_t^n+{\mathrm{ES}}_t^n)+E_t^{wc})+E_b;$其中，E为热电联产型微电网调度周期内的总费用，N为微燃机台数，T为一个调度周期所包含的时段数，为t时段第n台微燃机的燃料费用，为第n台微燃机单次开机费用，为t时段风电机组弃风损失费用，E_b为调度周期内储能装置损耗费用；且有：${\mathrm{EF}}_t^n=P_f{x}_t^n\frac{P_t^n}{{\mathrm{\η}}_e^{n}q}\mathrm{\Δ}t;$${\mathrm{ES}}_t^n=\[max\{0,x_t^n-x_{t-1}^n\}\]\·\[{\mathrm{\β}}_n+{\mathrm{\γ}}_n(1-e^{(-t_{n,t}^{\′}/{\mathrm{\σ}}_n)})\];$其中，P_f为单位天然气价格；q分别为t时段第n台微燃机的供热出力以及天然气热值；η₁ⁿ为t时段第n台微燃机发电效率、散热损失系数；为t时段第n台微燃机的状态变量，表示t时段第n台微燃机开机，表示t时段第n台微燃机停机；为t‑1时段第n台微燃机的状态变量，表示t‑1时段第n台微燃机开机，表示t‑1时段第n台微燃机停机；β_n、γ_n、σ_n为第n台微燃机的开机费用系数，t′_n，t为第n台微燃机在t时刻前的停运时间；Δt为相邻两时段间的时间间隔；$E_t^{wc}=\mathrm{\ρ}(P_t^w-P_t^{wa})\mathrm{\Δ}t;$$E_b=\underset{k=0}{\overset{N_T}{\Σ}}\frac{E_{in}}{N_k};$其中，ρ为单位弃风量的弃风惩罚系数，为风电机组输出功率，为微电网消纳的风电功率，N_T为调度周期内储能设备充放电次数，E_in为储能设备投资费用，N_k为铅酸蓄电池故障前最大循环充放电深度；其中，风电机组输出功率利用预测的风速由风电机组出力模型计算得到：${P_t}^w=\left\{\begin{array}{cc}0& 0\≤v_t\≤v_{ci}or{v}_t\≥v_{co}\\ \frac{v_t-v_{ci}}{v_r-v_{ci}}{P}_{w-rate}& v_{ci}\<v_t\≤v_r\\ P_{w-rate}& v_r\<v_t\<v_{co}\end{array}\right.;$其中，v_ci、v_r、v_co分别为切入风速、额定风速和切出风速；P_w‑rate为风电机组额定输出功率；当铅酸蓄电池充放电循环深度为D_k时，故障前最大循环充放电深度N_k表示为：$N_k={\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2{e}^{{\mathrm{\α}}_3{D}_k}+{\mathrm{\α}}_4{e}^{{\mathrm{\α}}_5{D}_k};$其中，α₁、α₂、α₃、α₄和α₅为铅酸蓄电池的损耗相关系数，这些相关系数由铅酸蓄电池厂商提供的寿命测试数据得到；微电网最优经济运行模型的约束条件为：①功率平衡约束条件：$P_t^n+y_t{P}_t^{EHP}=\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{x}_t^n{P}_t^n+P_t^{wa}+P_t^{ESS};$$H_t^d=\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{x}_t^n{H}_t^n+y_t{H}_t^{EHP};$其中，分别为预测得到的微电网电、热负荷；分别为热泵装置t时刻的供热出力和输入功率；为t时段铅酸蓄电池的充放电功率；y_t为热泵装置状态变量，y_t＝1表示热泵装置开机，y_t＝0表示热泵装置停机；为t时段第n台微燃机的发电出力，且有为t时段第n台微燃机的消耗的天然气量，η_eⁿ、η₁ⁿ为t时段第n台微燃机发电效率、散热损失系数，δ_hⁿ为第n台微燃机的制热系数，q为t时段第n台微燃机的天然气热值；②微燃机开机状态下的功率约束条件：$P_{min}^n\≤P_t^n\≤P_{max}^n;$其中，分别为第n台微燃机的最小、最大发电出力限制；分别为第n台微燃机的最小、最大供热出力限制；③热泵装置开机状态下的功率约束条件：$P_{\min }^{EHP}\≤P_t^{EHP}\≤P_{max}^{EHP};$其中，分别为热泵装置开机状态下输入功率的最小限制和最大限制；分别为热泵装置开机状态下供热出力的最小限制和最大限制；④铅酸蓄电池约束条件：$P_{cmax}^{ESS}\≤P_t^{ESS}\≤P_{d\max }^{ESS};$S_min≤S(t)≤S_max；$S(t+1)=S\left(t\right)-\frac{P_t^{ESS}\mathrm{\η}\mathrm{\Δ}t}{C_{bat}};$S(T‑1)＝S(0)；其中，为t时段铅酸蓄电池的充放电功率，分别为铅酸蓄电池的最大充、放电功率；S_max、S_min分别为铅酸蓄电池荷电状态的上限、下限；S(t+1)、S(t)分别为t+1时段和t时段铅酸蓄电池的荷电状态，η为铅酸蓄电池的充放电效率，C_bat为铅酸蓄电池的初始容量值；S(0)、S(T‑1)分别为调度周期中最初始的一个时段酸蓄电池的剩余容量值和最后一个时段铅酸蓄电池的剩余容量值；2)采用粒子群算法对所建立的微电网最优经济运行模型进行求解，并在求解过程中对微电网最优经济运行模型中的各组微燃机出力、热泵装置出力以及铅酸蓄电池的充放电功率进行调整，确定热电联产型微电网最优经济运行方案；3)按照该最优经济运行方案，对热电联产型微电网在调度周期内各时段的各组微燃机出力、热泵装置出力以及铅酸蓄电池的充放电功率加以控制。