[发明专利]一种污水再利用型综合能源系统运行优化方法

摘要

本发明公开了一种污水再利用型综合能源系统运行优化方法，包括如下步骤：S1、构建污水再利用型综合能源系统架构；S2、构建污水再利用型综合能源系统运行模型；S21、建立目标函数，建立成本最小化函数：S3、模型的约束；S31、设备运行约束包括S311、沼气燃机约束；S312、污水源热泵约束，S313、储能运行约束；S32、能量供需传输约束包括S321、电负荷供需平衡约束，S322、能量单元的出力/传输容量约束：S323、线路单向传递约束；S4、模型的优化算法运用智能粒子群算法，并运用pareto最优算法对多目标规划问题进行寻优，以实现模型的更优求解。

主权项

1.一种污水再利用型综合能源系统运行优化方法，其特征在于：该运行优化方法包括如下步骤：S1、构建污水再利用型综合能源系统架构以污水处理子系统、电网子系统和供热子系统组成污水再利用综合能源系统的运行模型；在污水处理子系统中，将沉淀池污泥作厌氧处理生成生物质燃机所需沼气；并且在处理点出水处设置污水源热泵系统，利用处理点出水的低位热能满足需求侧的冷热负荷；在电网子系统中，将风电、光伏和沼气燃机作为电网子系统的源配置，同时作为分布式电源配置电储能装置，以消纳分布式电源的随机性，与电网输入协同满足系统内电负荷；在供热子系统中，将沼气燃机、直热电锅炉和污水源热泵作为供热子系统的组成，沼气燃机产生的余热和污水源热泵系统发热满足系统内的大部分热负荷，缺热情况下启动电锅炉为供热系统补热；S2、构建污水再利用型综合能源系统运行模型；S21、以沼气燃机、分布式光伏、风电的弃气、弃风、弃光量最低和污水源热泵的最优先运行作为污水再利用型综合能源系统优化目标，实现可再生能源利用效率的最大化，基于以上策略建立目标函数：其中，W_ere为通过可再生能源出力满足的电量，包括风机发电出力、光伏发电出力、沼气电出力；W_e为系统总需求电量；W_tre为通过可再生能源出力满足的热量，包括沼气热出力、五水源热泵热出力；W_t为系统总需求热量；S22、以系统运行成本最小化，综合能源系统通过多能的互补耦合作用，结合电价、补贴等激励响应机制，实现系统内设备运行维护费用、购电购气费用成本的最小化；基于以上策略，以经济成本最低为目标，建立成本最小化函数：min F₁＝ξ_fuel+ξ_om+ξ_grid+ξ_Env+ξ_Stp  (2)即供热费用ξ_fuel、运维费用ξ_om、购电费用ξ_grid、储能运行费用ξ_Env、污水处理费用ξ_Stp最低；S3、模型的约束；S31、设备运行约束S311、沼气燃机约束针对燃机的燃烧室模型，对其电负荷进行约束；当沼气提供量大于最高运行效率情况下满负荷运行的沼气消耗量时，燃机输出功率等于最高效率运行功率，多余的沼气储存或是通过燃烧消耗；当沼气提供量小于沼气燃机的最低可运行的沼气消耗量时，燃机不启动，沼气储存或是通过燃机消耗，缺热由直热电锅炉补充；当沼气提供量在可运行范围内时，燃机输出功率等于沼气提供量下的最大输出功率；即：其中，P为沼气燃机的实际输出功率，P_si为沼气燃机的设计最大输出功率，G_fac为系统实际处理污水水量，π_τ，η_τ，η_e分别为燃机的实际压气机压比、压气机效率和燃烧室燃烧效率，G_fsi为沼气燃机的设计最大日污水转换量，G_min为沼气燃机的设计最小日污水转换量；S312、污水源热泵约束污水源热泵考虑出水量和出水温度两方面因素，对热泵的电负荷进行约束；在出水量方面，污水处理出水池水位大于热泵设计的取水水位时，机组正常运行，否则停运；在出水温度方面，在正常运行状态下，系统的供热功率如下所示：式中，P_ac为污水源热泵系统的实际供热功率，T_wac为运行实际的换热水体温度，T_aac为供热区域初始实际温度，ΔT_si为系统设计换热温差，P_si为系统设计能效比，h_w为换热水源的介质流体速度，Q_w为换热水量；S313、储能运行约束储能单元还应满足荷电状态要求，并保证调度周期内初始时刻t₀和结束时刻t_N存储能量相同，即:式中:和分别为储电单元的最小和最大荷电状态；和分别为储热单元的状态要求；和分别为单元j中储电和储热单元的安装容量；S32、能量供需传输约束S321、电负荷供需平衡约束电热平衡表达式分别为:式中:分别为t时刻能量单元j的电、热负荷；和分别为t时刻单元j中第m个产电单元的输出功率和第n个电—冷转换单元的消耗电功率；和分别为t时刻单元j中储电设备的放电、充电功率；和分别为t时刻单元k在首端向j送达的电功率、单元j在首端向k输出的电功率，可见二者至少有一为0，它们的差表示单元j与k间连接线路的功率方向及大小；为t时刻单元j中输出为热单元的输出功率；为t时刻热—冷转换单元的消耗热量和分别为单元k在首端向j送达的热功率、j在首端向k输出的热功率；和分别为t时刻储能设备的储热、放热功率；S322、能量单元的出力/传输容量约束：式中:和分别为能量单元j中第s个设备的最大和最小负荷率；和分别为单元j和k间线路的最大和最小负荷率；C_j,s和α_r,j,k为各能量单元安装容量；为t时刻单元j向k通过第r种线路传输的功率；x_t,j,s和x_t,r,j,k∈{1，0}为调度因子，前者表示t时刻单元j中第s个单元是否调度，后者表示t时刻单元j向k是否通过第r种线路传输功率；S323、线路单向传递约束所有安装因子统一用y表示，相应的调度因子统一用x表示，各能量单元安装后才被调度，即：x≤y  (9)同一条线路不可以双向同时传递，即：x_t,r,j,k+x_t,r,k,j≤1  (10)S4、模型的优化算法运用智能粒子群算法，并运用pareto最优算法对多目标规划问题进行寻优，以实现模型的更优求解。