Page 8 - 电力与能源2022年第五期

3 7 0 陈云辉, 等: 多能流耦合的综合能源系统规划运行一体化优化

能源综合利用效率 [ 9-10 ] , 最终为区域内用户提供 别, 通过线性化处理后可将能量枢纽的多能流进
能源一体化解决方案, 被认为是未来人类社会能 行耦合计算。对于每个优化时间断面, 能量枢纽
源的主要承载形式。 整体的能量流入和流出可由下式计算:
传统的能源规划存在不同能源系统之间互相 é P e t ù é P e , k t ù
in
in
()
()
ê ú ê ú
解耦、 互相割裂, 规划与运行相对割裂的问题。同 ê P g t ú ê P g , k t ú
()
in
()
in
时, 采用复杂优化算法求解优化模型, 求解复杂度 ê in () ú= ∑ N k ê in () ú ( 1 )
ê P h t ú k ∈S e ê P h , k t ú
高。针对上述问题, 本文建立能量转换元件与能 ê ú ê ú
()
in
ë P c t ) û ë P c , k t û
in
(
量存储元件的实用化数学模型, 提出“ 电、 热、 冷、 out out
()
()
é P e t ù é P e , k t ù
气” 多能流耦合输入输出矩阵, 实现多能流之间耦 ê ú ê ú
out
ê P g t ú ê P g , k t ú
out
()
()
合转换、 分配和存储关系的建模, 建立双层迭代的 ê ú= ∑ N k ê ú ( 2 )
out
out
()
()
ê P h t ú k ∈S e ê P h , k t ú
规划运行一体化混合整数优化规划模型。 ê ú ê ú
out
out
ë P c t û ë P c , k t û
()
()
(), (), (), ()——— t 时刻能
1 综合能源系统能流 式中 P e t P g t P h t P c t
in
in
in
in
———能量枢纽内各
量枢纽的电、 气、 热、 冷输入; S e
多能协同的综合能源系统规划问题主要关注
类设备的集合; N k ———各类设备的数量, 根据设
多种能源之间的转换过程, 能量枢纽目前被广泛
in
备类型的不同可为连续变量或者离散变量; P e , k
用于综合能源系统的建模中。能量枢纽将一个综
()——— t 时刻第k 个设
in
in
in
( t ), P g , k t P h , k t P c , k t
(),
(),
合能源系统抽象成为一个能源的输入、 输出双端
(),
备的电、 气、 热、 冷输入; P e t P g t P h t
out
(),
out
(),
out
口网络, 多种能源在其内部进行转换、 分配和存
out
(
P c t )——— t时刻能量枢纽的电、 气、 热、 冷输出;
储。能量枢纽的输入端与能源网络连接以输入相
()——— t时刻第k 个
out
out
out
out
(),
(),
(),
应的电、 气、 油等能源, 在输出端输出电、 热、 冷等 P e , k t P g , k t P h , k t P c , k t
设备的电、 气、 热、 冷输出。
形式的能源以满足消费侧的负荷需求。从实体而
根据多能设备的输入输出特性, 可以将其分
言, 能量枢纽往往可以对应于一座综合能源站。
为能量转换元件、 能量存储元件以及分布式可再
一个典型的能量枢纽包括光伏、 电储能系统、
电热锅炉、 热泵、 储热装置、 单工况制冷机、 蓄冷装 生能源元件 3 种类型。
( 1 ) 能量转换元件输入输出模型。能量转换
置以及三联供机组。可以把能量枢纽中的系统元
元件的输入输出功率关系如下:
件分为 3 类: 能量转换元件( 如电热锅炉、 热泵、 制
out () in ()
P e , k t ù
é
冷机、 三联供)、 能量存储元件( 如电储能、 储热、 蓄 é ê ú é ê η ee , k η e g , k η eh , k η ec , k ù P e , k t ù ú
ú ê
ê P g , k t ú ê η g e , k η gg , k η g h , k η g c , k ú P g , k t ú
in
ê
out
()
()
冷)、 分布式可再生能源元件( 如光伏)。
ê ú= ê ú ê ú
out () in ()
ê
典型能量枢纽能流如图 1 所示。 ê P h , k t ú ê η he , k η h g , k η hh , k η hc , k ú P h , k t ú
ê ú ê ú ê ú
in
out
ë P c , k t û ë η ce , k η c g , k η ch , k η cc , k û P c , k t û
()
()
ë
( 3 )
———能量转换元件k 从能量 i 转换到
式中 η i j , k
能量 j 的效率。
一般来说能量转换元件只将一种能源形式转
换为另一种能源形式, 如热泵将电能转换为热能,
则 η i j , k 为性能系数 COP , 所以效率矩阵绝大部分元
素为0 。三联供机组则能将气转换为电、 热、 冷能,
则效率矩阵中 η g e , k η g h , k η g c , k 不为0 , 其他元素为0 。
、
、
图 1 典型能量枢纽能流图 ( 2 ) 能量存储元件输入输出模型。能量存储
2 综合能源系统多能流耦合计算方法 元件是单输入单输出元件, 能量存储元件k 对于
能量 i 的输入输出功率关系如下:
每种元件均可等效为能源输入和能源输出的
()
S i , k t =S i , k t-1 ) +
(
双端元件, 只是在输入和输出能源类型上有所差 in in out out
]
()/
()
[ , ×P i , k t -P i , k t η i , k Δt / E k ( 4 )
η ik