一种绿色低碳综合能源系统优化方法及装置与流程

1.本发明涉及新能源应用领域，尤其涉及一种绿色低碳综合能源系统优化方法 及装置。


背景技术：

2.通过电力批发市场购电的电力用户和拥有自备电厂的企业需要承担可再生 能源消纳责任，消纳方式包括实际消纳和认购绿证。作为城市重要组成部分的综 合能源系统如何做到最优经济运行，是当前综合能源系统迫切需要解决的问题。
3.目前，对综合能源系统优化运行研究方法有很多，主要集中在建模方法、系 统规划、优化算法和需求侧响应四个方面。而在建模方法的研究中，大多数的建 模方法均只针对碳排放指标，鲜有同时考虑到碳排放指标和绿电消纳指标，因此 造成实际优化结果与实际不符。


技术实现要素：

4.鉴于以上现有技术存在的问题，本发明提出一种绿色低碳综合能源系统优化 方法及装置，主要解决现有技术优化结果与实际不符，准确性差的问题。
5.为了实现上述目的及其他目的，本发明采用的技术方案如下。
6.一种绿色低碳综合能源系统优化方法，包括：
7.构建综合能源系统模型，其中，所述综合能源系统模型包括：电母线、冷母 线，热母线，发电设备、制热设备、制冷设备、储能设备、电负荷、热负荷和冷 负荷；
8.根据所述综合能源系统模型的评估参数构建目标函数，其中，所述评估参数 包括：系统燃气购置成本、系统运行成本、系统与配电网之间的功率交互成本、 系统绿电成本和系统碳排放成本；
9.确定所述综合能源模型的约束条件，结合所述目标函数获取所述综合能源模 型的总成本最低的优化结果，其中，所述约束条件包括：电母线约束、冷母线约 束、热母线约束、发电设备约束、制热设备约束、制冷设备约束、储能设备约束、 电负荷约束、热负荷约束和冷负荷约束。
10.可选地，所述发电设备、制热设备、制冷设备以及制冷设备分别挂载在所述 电母线上，所述冷母线分别对接所述制冷设备、储能设备和冷负荷；所述热母线 分别对接所述制热设备、储能设备和热负荷。
11.可选地，所述发电设备包括：光伏装置、风电装置、储电装置、电网、燃气 发电装置；所述燃气发电装置包括燃气轮机、燃气锅炉、余热锅炉；所述燃气电 机分别对接所述电母线和所述余热锅炉，所述余热锅炉通过吸收式制冷装置与所 述冷母线对接，所述燃气锅炉与所述热母线对接。
12.可选地，所述目标函数表示如下：
[0013][0014]
其中：f表示系统的总运行成本；f
fut
表示系统的燃气购置成本；f
omt
表示系 统的运行维护成本；f
cot
表示系统与配电网之间的交互成本；f
gret
表示系统绿电 成本，f
reddt
表示系统碳排放成本。
[0015]
可选地，所述系统绿电成本如下：
[0016][0017]
其中：表示t时段单个绿证的市场价格；表示t时段系统总负荷功 率；分别表示系统在t时段的绿电目标消纳占比和实际消纳占比。
[0018]
若大于0，则系统在t时段绿电消纳占比量未达到规定值，需要 购买绿证指标；若小于0，则系统在t时段绿电消纳占比量超过规定 值，其中，的计算公式为：
[0019][0020]
其中：x取值为0或1，若当前时段需要从电网购电，则取1，其余情况均 取0；表示t时段区域配电网购电所含绿电占比。
[0021]
可选地，所述系统碳排放成本如下：
[0022][0023]
其中：表示t时段每吨碳的市场价格，表示t时段综合能源系 统实际碳排放量，表示t时段综合能源系统碳配额；若大于0，则系统在t时段碳排放量大于碳配额，需要购入碳指标；若小于0，则系统在t时段碳排放量小于碳配额。
[0024]
可选地，采用序列二次规划算法对所述约束条件和所述目标函数进行求解， 获取优化结果。
[0025]
一种绿色低碳综合能源系统优化装置，包括：
[0026]
模型构建模块，用于构建综合能源系统模型，其中，所述综合能源系统模型 包括：电母线、冷母线，热母线，发电设备、制热设备、制冷设备、储能设备、 电负荷、热负荷和冷负荷；
[0027]
优化目标创建模块，用于根据所述综合能源系统模型的评估参数构建目标函 数，其中，所述评估参数包括：系统燃气购置成本、系统运行成本、系统与配电 网之间的功率交互成本、系统绿电成本和系统碳排放成本；
[0028]
优化模块，用于确定所述综合能源模型的约束条件，结合所述目标函数获取 所述综合能源模型的总成本最低的优化结果，其中，所述约束条件包括：电母线 约束、冷母线约束、热母线约束、发电设备约束、制热设备约束、制冷设备约束、 储能设备约束、电负荷约
束、热负荷约束和冷负荷约束。
[0029]
如上所述，本发明一种绿色低碳综合能源系统优化方法及装置，具有以下有 益效果。
[0030]
本发明构建了一种考虑绿电消纳和碳排放权交易的综合能源系统优化运行 模型，综合考虑可再生能源消纳责任权重约束、绿色证书交易、碳排放等因素， 贴近综合能源系统最优经济性运行目标，极大地提高了系统优化的准确性。
附图说明
[0031]
图1为本发明一实施例中综合能源系统的结构示意图。
具体实施方式
[0032]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说 明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外 不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观 点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不 冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033]
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本 构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、 形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变， 且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0034]
本发明提供一种绿色低碳综合能源系统优化方法，包括步骤：
[0035]
s01，构建综合能源系统模型，其中，综合能源系统模型包括：电母线、冷 母线，热母线，发电设备、制热设备、制冷设备、储能设备、电负荷、热负荷和 冷负荷；
[0036]
s02，根据综合能源系统模型的评估参数构建目标函数，其中，评估参数包 括：系统燃气购置成本、系统运行成本、系统与配电网之间的功率交互成本、系 统绿电成本和系统碳排放成本；
[0037]
s03，确定所述综合能源模型的约束条件，结合目标函数获取综合能源模型 的总成本最低的优化结果，其中，约束条件包括：电母线约束、冷母线约束、热 母线约束、发电设备约束、制热设备约束、制冷设备约束、储能设备约束、电负 荷约束、热负荷约束和冷负荷约束。
[0038]
请参阅图1，在一实施例中，发电设备、制热设备、制冷设备以及制冷设备 分别挂载在所述电母线上，冷母线分别对接所述制冷设备、储能设备和冷负荷； 热母线分别对接制热设备、储能设备和热负荷；发电设备包括：光伏装置、风电 装置、储电装置、电网、燃气发电装置；燃气发电装置包括燃气轮机、燃气锅炉、 余热锅炉；燃气电机分别对接电母线和余热锅炉，余热锅炉通过吸收式制冷装置 与冷母线对接，燃气锅炉与热母线对接。储能设备可包括储冷装置和储热装置， 储冷装置可挂载在冷母线上，储热装置可挂载在热母线上。
[0039]
基于构建的综合能源系统模型，可进一步以系统总成本最小为目标构建目标 函数。系统的总成本包括燃气购置成本、系统运行成本、与配电网之间的功率交 互成本、绿电
成本和碳排放成本，目标函数表示如下：
[0040][0041]
其中：f表示系统的总运行成本；f
fut
表示系统燃气购置成本；f
omt
表示系统 运行维护成本；f
cot
表示系统与配电网之间的交互成本；f
gret
表示系统绿电成本， f
reddt
表示系统碳排放成本。
[0042][0043]
其中，p
mtt
、p
gbt
分别表示燃气轮机和燃气锅炉在t时段燃气的消耗功率；λ
mt
、 λ
gb
分别表示燃气轮机和燃气锅炉的工作效率；表示燃气在t时刻的价格，表示t时刻天然气的低位热值(kw.h/m3)。
[0044][0045]
其中：和分别表示t时刻光伏、风电、燃气轮 机和储能的维护成本。其计算公式分别为：
[0046][0047]
其中:和分别表示t时刻光伏、风电、燃气轮 机、电储能、冷储能和热储能的维护成本参数；分别表示t时刻光伏、 风电的输出功率；和分别表示t时刻电储能、冷储能和热储 能装置的总功率，其计算公式分别为：
[0048][0049]
其中：分别表示t时刻电储能的放电功率和充电功率；分别表示t时刻冷储能的释放功率和吸收功率；分别表示t时刻热储 能的吸收功率和释放功率。
分别表示t时段下爬坡和上爬坡约束。
[0068]
在一实施例中，功率约束可包括电功率约束、冷功率约束、热功率约束和交 互功率约束。
[0069]
电功率约束可表示为：
[0070][0071]
其中：表示t时段电制冷设备耗电功率，表示t时段电制热设备 耗电功率。
[0072]
冷功率约束可表示为：
[0073][0074]
其中：表示电制冷装置在t时刻输出的冷功率；表示吸收式制冷装置 在t时刻输出的冷功率；表示t时刻系统冷负荷功率。
[0075]
热功率约束可表示为：
[0076][0077]
其中：表示电制热装置在t时刻输出的冷功率；表示燃气锅炉在t时 刻输出的热功率；表示余热锅炉在t时刻输出的热功率；表示t时刻系 统热负荷功率。
[0078]
交互功率约束可表示为：
[0079][0080]
其中，分别表示t时刻与配电网交互功率的最小值和最大值。
[0081]
在一实施例中，储能设备约束可包括：电储能约束、储冷约束和储热约束。
[0082]
电储能约束可表示为：
[0083][0084]
其中：分别表示t时刻储电装置的充电功率和放电功率；表示储电装置的额定容量；分别表示t时刻储电装置的最大充电和 放电倍率；和分别表示储电装置在t时刻的电量值和最小、 最大电容量；λ
es
表示储电装置的自放电率；和分别表示储电装置的充电 和放电效率。
[0085]
储冷约束可表示为：
[0086][0087]
其中：分别表示t时刻储冷装置的充冷功率和放冷功率；表示储冷装置的额定容量；分别表示t时刻储冷装置的最大充冷和 放冷倍率；和分别表示储冷装置在t时刻的储冷值和最小、 最大储冷值；λ
cs
表示储冷装置的自放冷率；和分别表示储冷装置的充冷 和放冷效率。
[0088]
储热约束可表示为：
[0089][0090]
其中：分别表示t时刻储冷装置的充热功率和放热功率；表示储热装置的额定容量；分别表示t时刻储热装置的最大充热和 放热倍率；和分别表示储热装置在t时刻的储热值和最小、 最大储热值；λ
hs
表示储热装置的自放热率；和分别表示储热装置的充热 和放热效率。
[0091]
在一实施例中，制冷设备约束可包括：电制冷装置约束、吸收式制冷装置约 束和热制冷装置约束。
[0092]
电制冷装置约束可表示为：
[0093][0094]
其中，表示t时刻电制冷设备的输出功率；表示电制冷装置的额定 功率；λ
ec
表示电制冷装置的制冷效率；和分别表示t时刻电制冷 装置的最小和最大输出功率。
[0095]
吸收式制冷装置约束可表示为：
[0096][0097]
其中，表示t时刻吸收式制冷装置的输出功率；表示吸收式制冷装 置的额定功率；表示t时刻余热锅炉的输出功率；ρ表示余热锅炉的制热分 配系数；和
分别表示t时刻吸收式制冷装置的最小和最大输出功率。
[0098]
在一实施例中，制热设备约束包括：电制热装置约束、燃气锅炉约束和余热 锅炉约束。
[0099]
电制热装置约束可表示为：
[0100][0101]
其中，表示t时刻电制热设备的输出功率；表示电制热设备的额定 功率；λ
eh
表示电制热设备的制热效率；和分别表示t时刻电制热 设备的最小和最大输出功率。
[0102]
燃气锅炉约束可表示为：
[0103][0104]
其中，表示t时刻燃气锅炉的输出功率；表示燃气锅炉制热的额定 输出功率；λ
gb
表示燃气锅炉制热工作效率；和分别表示t时刻燃气 锅炉制热输出的最小和最大功率。
[0105]
可选地，余热锅炉约束可表示为：
[0106][0107]
其中，表示t时刻余热锅炉制热的输出功率；表示余热锅炉制热的 额定输出功率；λ
rec
表示余热锅炉制热工作效率；和分别表示t 时刻余热锅炉制热输出的最小和最大功率。
[0108]
在一实施例中，可通过查询相关规范性文件，确定综合能源系统的绿电消纳 指标、绿证成本、碳排放指标和碳交易成本。
[0109]
根据前述确定的约束条件，基于matlab优化工具箱建立子程序，通过调用 fmincon函数中的序列二次规划(sqp)算法进行求解，具体求解过程这里不再赘述。
[0110]
本实施例提供一种一种绿色低碳综合能源系统优化装置，用于执行前述方法 实施例中所述的一种绿色低碳综合能源系统优化方法。由于装置实施例的技术原 理与前述方法实施例的技术原理相似，因而不再对同样的技术细节做重复性赘述。
[0111]
在一实施例中，一种绿色低碳综合能源系统优化装置，包括：
[0112]
模型构建模块，用于构建综合能源系统模型，其中，所述综合能源系统模型 包括：电母线、冷母线，热母线，发电设备、制热设备、制冷设备、储能设备、 电负荷、热负荷和冷负荷；
[0113]
优化目标创建模块，用于根据所述综合能源系统模型的评估参数构建目标函 数，其中，所述评估参数包括：系统燃气购置成本、系统运行成本、系统与配电 网之间的功率交互成本、系统绿电成本和系统碳排放成本；
[0114]
优化模块，用于确定所述综合能源模型的约束条件，结合所述目标函数获取 所述综合能源模型的总成本最低的优化结果，其中，所述约束条件包括：电母线 约束、冷母线约束、热母线约束、发电设备约束、制热设备约束、制冷设备约束、 储能设备约束、电负荷约束、热负荷约束和冷负荷约束。
[0115]
综上所述，本发明一种绿色低碳综合能源系统优化方法及装置，综合考虑可 再生能源消纳责任权重约束、绿色证书交易、碳排放等因素，贴近综合能源系统 最优经济性运行目标，极大地提高了系统优化的准确性。所以，本发明有效克服 了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0116]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任 何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修 饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的 精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵 盖。