[发明专利]结合热网模型的多区域综合能源系统配置模型的建立方法

摘要

本发明公开了一种结合热网模型的多区域综合能源系统配置模型的建立方法，该方法包括以下步骤：步骤10）分别建立热网模型和CCHP模型；步骤20）结合建立的热网模型和CCHP模型，建立配置模型。该方法能够很好的利用各区域内冷热电负荷存在的明显的峰谷交错现象，实现多种能源的供需互补，降低容量配置，解决单独规划时出现的配置浪费、设备利用率低的问题，有效提升系统整体经济性。

主权项

1.一种结合热网模型的多区域综合能源系统配置模型的建立方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤10)分别建立热网模型和CCHP模型；所述的步骤10)中，建立热网模型的过程为：步骤101)建立目标函数，具体包括步骤1011)—步骤1012)：步骤1011)建立管道年投资成本函数：式中：C_pi,inv为管道年投资成本，R为管道成本年折算系数，K_pi,fix为管道固定费用，N_l为热网管道总数；L_k为热网中第k段管道的长度，单位：m；K_pi,var为与管道容量相关的可变费用，单位：元/kW·m；为第k段管道流过热能的最大值，单位：kW；步骤1012)建立水泵运行费用函数：式中：C_pu,ope为水泵运行费用；N_c为CCHP联供系统总数，η_ehr,i为第i个CCHP系统中，水泵的耗电输热比，表示传输单位热量时耗费的电量,单位：kW；QH_ex,i,t为在t时刻，第i个CCHP系统与热网交互的热能，单位：kW；K_e,i,t为第i个CCHP系统t时刻购电单价，单位：元/kWh；△t为时间间隔，N_t表示全年时段数，N_t＝8760/△t；步骤102)建立约束条件，具体包括步骤1021)—步骤1023)：步骤1021)建立如式(4)所示的节点流量平衡约束条件：[q_i,t+∑q_ij,t]_i＝0   式(4)式中：q_i,t为t时刻第i个节点与第i个CCHP系统之间的流量；节点是CCHP系统与热网相连的点，节点与CCHP系统相对应设置；q_ij,t为t时刻与第i个节点相连接的各管段流量；步骤1022)建立如式(5)所示的热能‑流量约束条件：q_i,t＝QH_ex,i,t/c(T_s‑T_r)   式(5)其中：c为水的比热容，T_s为给水温度，T_r为回水温度；将式(5)带入式(4)，得到式(6)：[QH_ex,i,t+∑QH_ij,t]_i＝0   式(6)式中：QH_ij,t为在t时刻，与第i个节点相连接的各管段热量；步骤1023)建立热损平衡约束：设管道k与管道k‑1之间的节点为节点i，QH_k,t,1为流入管道k的热量，QH_k,t,2为流出管道k的热量；由式(6)可知，对于节点i有：QH_ex,i,t＝QH_k‑1,t,2‑QH_k,t,1   式(7)式中：QH_k,t,1为t时刻流入管道k的热量，即为节点i流向下一节点j的热量，QH_k‑1,t,2为t时刻流出管道k‑1的热量，即为上一节点i‑1流向节点i的热量；QH_ex,i,t为在t时刻，第i个CCHP系统与热网交互的热能；对于管段k有：式中：QH_k,t,1和QH_k,t,2表示管道k两端的热能；δ为单位长度管道热损率；l_k为第k段管道的长度；所述的步骤10)中，建立CCHP模型的过程为：步骤111)，建立目标函数，具体包括步骤1111)至步骤1113)：步骤1111)：建立如式(9)所示的机组年投资成本函数：式中：C_cchp,inv表示机组年投资成本；Ω_GT表示燃气轮机型号集合，Ω_GB表示燃气锅炉型号集合，Ω_AC表示吸收式制冷机型号集合，Ω_EC表示电制冷机型号集合；r₁表示燃气轮机型号，r₂表示燃气锅炉型号，r₃表示吸收式制冷机型号，r₄表示电制冷机型号；表示r₁型燃气轮机的单位容量价格，表示r₂型燃气锅炉的单位容量价格，表示r₃型吸收式制冷机的单位容量价格，表示r₄型电制冷机的单位容量价格，单位：元/kW；表示第i站点r₁型燃气轮机的容量，表示第i站点r₂型燃气锅炉的容量，表示第i站点r₃型吸收式制冷机的容量，表示i站点r₄型电制冷机的容量，单位：kW；表示在第i站点安装r₁型燃气轮机，表示在第i站点安装r₂型燃气锅炉，表示在第i站点安装r₃型吸收式制冷机，表示在第i站点安装r₄型电制冷机；步骤1112)：建立如式(10)所示的燃料费用函数：式中：C_f,ope表示燃料费用，表示第i站点r₁型燃气轮机在t时刻的发出的电量，单位：kW；η_gt,i为燃气轮机的发电效率，表示第i站点r₂型燃气锅炉在t时刻发出的热能，单位：kW；η_gb,i为燃气锅炉的发热效率；K_f表示燃气单价，单位：元/m³；H_ng为天然气的热值；步骤1113)：建立如式(11)所示的购电费用函数：式中，C_e,ope表示系统全年运行电费，单位：元；K_e,i,t为第i个CCHP系统t时刻购电单价，单位：元/kWh；P_ex,i,t表示第i站点t时刻与上级电网交互的电能，单位：kW；步骤112)建立约束条件，具体包括步骤1121)至步骤1124)：步骤1121)：建立如式(12)所示的冷热电功率平衡约束条件：式中：P_d,i,t为第i个区域t时刻用户电负荷需求，表示第i站点r₁型燃气轮机在t时刻的发出的电量，单位：kW，P_ex,i,t表示第i站点t时刻与上级电网交互的电能，单位：kW；表示第i站点t时刻r₄型电制冷机吸收的电量，QH_d,i,t为第i区域t时刻用户热负荷需求，η_hr,i表示热回收器的回收效率，η_he,i为热交换器效率，表示第i站点t时刻r₃型吸收式制冷机机吸收的热量，QC_d,i,t为第i区域t时刻用户冷负荷需求，COP_ac,i为第i站点吸收式制冷机的制冷效率，COP_ec,i为第i站点电制冷机的制冷效率；步骤1122)建立设备容量约束条件：建立如式(13)所示的燃气轮机与燃气锅炉容量与设备型号及其安装状态匹配条件：其中，W_gt,i表示第i站点燃气轮机的总容量，W_gb,i表示第i站点燃气锅炉的总容量，W_ac,i表示第i站点吸收式制冷机的总容量，W_ec,i表示第i站点电制冷机的总容量；步骤1123)建立如式(14)所示的运行上下限约束：式中：u表示设备运行状态变量，表示第i站点t时刻r₁型燃气轮机运行状态，当时，表示第i站点t时刻r₁型燃气轮机运行；表示r₁型燃气轮机功率下限，表示r₁型燃气轮机功率上限；表示第i站点t时刻r₂型燃气锅炉运行状态，当时，表示第i站点t时刻r₂型燃气锅炉运行；为r₂型燃气锅炉功率上限，为r₂型燃气锅炉功率下限；表示第i站点t时刻r₃型吸收式制冷机运行状态，当时，表示第i站点t时刻r₃型吸收式制冷机运行；为r₃型吸收式制冷机功率上限，为r₃型吸收式制冷机功率下限；表示第i站点t时刻r₄型电制冷机运行状态，当时，表示第i站点t时刻r₄型电制冷机运行；表示r₄型电制冷机功率上限，表示r₄型电制冷机功率下限，为第i站点购电上限，为第i站点购电下限；为第i站点与热网交互上限，为第i站点与热网交互下限；步骤1124)建立如式(15)所示的状态变量约束：步骤20)结合建立的热网模型和CCHP模型，建立配置模型。