CN114362152B - 综合能源***多时间尺度调度方法 - Google Patents
综合能源***多时间尺度调度方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114362152B CN114362152B CN202111599154.3A CN202111599154A CN114362152B CN 114362152 B CN114362152 B CN 114362152B CN 202111599154 A CN202111599154 A CN 202111599154A CN 114362152 B CN114362152 B CN 114362152B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- scheduling
- carbon
- energy system
- day
- comprehensive energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 54
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 119
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 70
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 53
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 22
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 15
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 9
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 claims description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 7
- 230000009194 climbing Effects 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 claims description 3
- 241000282461 Canis lupus Species 0.000 claims description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明涉及能源***技术领域,尤其涉及一种综合能源***多时间尺度调度方法,其特征在于:首先构建分布式能量单元、碳捕集***和电转气设备的模型及其约束条件;其次以运行费用最小和碳排放成本最小为目标,考虑日前调度和日内滚动调度,建立综合能源***多目标优化调度模型;最后,获取综合能源***的运行参数,在约束条件下,利用算法求解综合能源***优化调度模型的最优解,以最优解为调度方案,对综合能源***进行多能互补的调度。本发明考虑经济性和低碳性,使综合能源***的优化调度更加合理可靠。
Description
技术领域
本发明涉及能源***技术领域,尤其涉及一种综合能源***多时间尺度调度方法。
背景技术
综合能源***作为综合能源服务重要的物质基础,实现了冷、热、电、气等多种能源之间的相互转换与互补互济。
为缓解可再生能源面临的困境,电转气设备作为综合能源***中的核心环节可将低谷时无法被消纳的剩余风电转化为天然气并联合储能装置和各类能源转换装置(如冷热电联供***(combined cooling,heating and power,CCHP))互联运行,实现联供***之间的强耦合,从而提高***运行灵活性,增强其对风电的消纳能力,而碳交易市场的出现使得电转气不仅能消纳风电的同时还能参与碳交易,降低综合能源***经济成本,促进碳减排的实现,能够更好引导社会良性发展。
然而,在综合能源***中,需要考虑各能源***的特性和约束条件,降低***运行成本、经济成本,提高可再生能源消纳率和抑制供需两侧波动,寻求整个能源***的最佳状态。当前对综合能源***互补优化调度模型方面已进行深入研究,但模型调度的全面性和准确性还有待提升。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种综合能源***多时间尺度调度方法,考虑经济性和低碳性,使综合能源***的优化调度更加合理可靠。
为解决以上技术问题,本发明的技术方案为:综合能源***多时间尺度调度方法,步骤包括:
步骤1:建立综合能源***模型及约束条件;综合能源***包括火电机组、燃气轮机、燃气锅炉、电转气设备、储能设备、碳捕集***、吸收式制冷机、分布式电源;
步骤2:以经济成本和环境成本最小为目标建立目标函数,建立综合能源***多时间尺度优化调度模型;
步骤3:在约束条件下,求解综合能源***优化调度模型的最优解,以最优解为调度方案,对综合能源***进行多能互补的调度。
进一步地,所述***模型中,引入了碳捕集***和电转气设备,以实现对***中产生的二氧化碳的治理,提高***的低碳性;电转气设备的具体模型为:
式中,为电转气设备ptg的输入功率;/>为电转气设备ptg中的制氢气效率,取值为0.73;/>为电转气设备ptg制取氢气量,/>为氢气的高热值,ξe,g为电能转换为等值热能的系数;
对于碳捕集***,在综合能源***运行时,综合能源***火电机组生成的二氧化碳可表示为:
Qcc=μccPcc
Pcc为综合能源***中火电机组的总发电功率,μcc为二氧化碳排放强度,Qcc为生成的二氧化碳;
为综合能源***中化石燃料机组在碳捕集***的运行能耗即其耗电量,γcc为处理单位二氧化碳的能耗;
为碳捕集***的二氧化碳捕集量;τcc为碳捕集中的二氧化碳捕集率,取值为0.9。
进一步地,构建综合能源***模型的约束条件以满足综合能源***的能量平衡和机组出力,所述步骤1中的约束条件包括:火电机组的上下爬坡速率、开停机时间约束;燃气轮机、燃气锅炉、吸收式制冷机的功率约束;储能设备约束;电功率平衡约束;冷功率平衡约束;热功率平衡约束。
进一步地,所述调度模型中构建的考虑经济性和低碳性的目标函数,具体为:
目标函数1:经济成本:
CJ=fg+Cg+Cq
式中,fg为发电成本,Cg为耗气成本,Cq为弃风光惩罚成本。
目标函数2:碳交易成本:
CH=WCO2[CO2i,G+CO2GT.e-CO2cc-CO2gas]-(CO2td)*WCO2-CO2T
式中,WCO2为碳排放交易价格,CO2i,G为火电机组的碳排放量,CO2GT.e为气轮机的碳排放量,CO2cc为碳捕集***的捕获CO2量,CO2gas为甲烷化消耗CO2量,CO2td能源替代效益,CO2T为***中二氧化碳配额。
进一步地,多时间尺度优化调度模型中包括日前调度和日内滚动调度;
首先以1h为时段进行日前调度,以一天为周期,根据光伏、风电和冷热电负荷日前预测情况,以经济成本和环境成本最低,制定次日的24h调度计划,确定发电量、购气量、耦合设备单元及储能单元的开停机状态和出力;
其次,基于日前优化结果、日内短期负荷和风光预测,以每15min滚动一次制定调度计划,进行日内调度,通过调节耦合设备、碳捕集***及储能单元出力,调整***中负荷分配情况,应对日前调度方案产生的预测偏差,来满足日内电/热/气需求。
本发明具有如下有益效果:调度模型的核心思想是在不影响上级电网其自身利益的前提下,通过多能源***的耦合互补功能,解决***中的不确定因素。电转气设备和碳捕集***引入综合能源***后,得出的优化调度模型可有效考虑***经济性与低碳性,并有效降低综合能源***经济成本,使综合能源***的运行更符合实际要求,还可以提高***的经济效益、环境效益和风光消纳率,对于推动节能减排和新能源未来发展具有重要意义。通过多时间尺度优化来提升调度的全面性和准确性。
附图说明
图1为本发明优化调度流程图;
图2为综合能源***组成图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
请参考图1,本发明为一种综合能源***多时间尺度调度方法,步骤包括:
步骤1:建立综合能源***模型及约束条件;
参阅图2,本实施例中,综合能源***包括火电机组、燃气轮机、燃气锅炉、电转气设备、储能设备、碳捕集***、吸收式制冷机、分布式电源,该综合能源***具有代表性。
***模型中,引入了碳捕集***和电转气设备,以降低综合能源***的运行成本和环境成本。电转气设备的具体模型为:
式中,为电转气设备ptg的输入功率;/>为电转气设备ptg中的制氢气效率;为电转气设备ptg制取氢气量,/>为氢气的高热值,ξe,g为电能转换为等值热能的系数;
对于碳捕集***,在综合能源***运行时,综合能源***火电机组生成的二氧化碳表示为:
Qcc=μccPcc
Pcc为综合能源***中火电机组的总发电功率,μcc为二氧化碳排放强度,Qcc为生成的二氧化碳;
为综合能源***中化石燃料机组在碳捕集***的运行能耗即其耗电量,γcc为处理单位二氧化碳的能耗;
为碳捕集***的二氧化碳捕集量;τcc为碳捕集中的二氧化碳捕集率。
本实施例中,步骤1中的约束条件包括:火电机组的上下爬坡速率、开停机时间约束;储能设备约束;燃气轮机、燃气锅炉、吸收式制冷机的功率约束;电功率平衡约束;冷功率平衡约束;热功率平衡约束。
火电机组上下爬坡速率和开停机时间约束的具体公式如下:
Pi.G,min≤Pi.G≤Pi.G,max
式中,Pi.G为机组i的输出功率,Pi.G,max,Pi.G,min分别为机组i的最大输出功率和最小输出功率;Pi.G,t、Pi.G,t-1为机组i在t时刻和t-1时刻的输出功率;为机组i的上爬坡速率和下爬坡速率;Ii,t、Ii,t-1为t时刻和t-1时刻机组的开停机运行状态;为机组i在t-1时段已连续开机时间和已连续关机时间,/>为机组i的最小开机时间和最小停机时间。
燃气轮机具体约束条件如下:
式中,为燃气轮机电功率上下限,PGT.g为燃气轮机实际电功率。
燃气锅炉具体约束条件如下:
式中,为燃气锅炉热功率上下限,PGB.h为燃气锅炉实际出力。
吸收式制冷机具体约束条件如下:
式中,为电制冷机最大制冷功率,/>为电制冷机实际耗电量。
储能设备的具体约束条件如下:
式中,为蓄电池电量的上下限。
Uin(t)+Uout(t)≤0
式中,Uin(t)为蓄电池t时刻的充电状态;Uout(t)为蓄电池的放电状态;为蓄电池t时刻的充放电功率;/>为蓄电池的最大充电功率和最小充电功率。
电功率平衡约束:
式中,Pi,G为火电机组的输出功率,PGT.e为火电机组的输出功率,PPV、Pwind为光伏发电和风力发电输出功率,为储能电池的充放电功率,/>为碳捕集***的运行能耗,/>为电转气设备的运行能耗,Lp为用户侧消耗的电负荷功率。
热功率平衡约束:
式中,为吸收式制冷机的耗热功率,PGT.h、PGB.h分别为为燃气轮机和燃气锅炉的制热功率;Lq为用户侧消耗的热功率。
冷功率平衡约束:
PCOLD-QAC=Le
式中,PCOLD为***中的冷负荷,QAC为吸收式制冷机产生的冷负荷,Le为用户侧消耗的冷功率。
步骤2:以经济成本和环境成本最小为目标建立目标函数,建立综合能源***多时间尺度优化调度模型;
调度模型中构建的考虑经济性和低碳性的目标函数,具体为:
目标函数1:经济成本:
CJ=fg+Cg+Cq
式中,fg为发电成本,Cg为耗气成本,Cq为弃风光惩罚成本。
目标函数2:碳交易成本:
CH=WCO2[CO2i,G+CO2GT.e-CO2cc-CO2gas]-(CO2td)*WCO2-CO2T
式中,WCO2为碳排放交易价格,CO2i,G为火电机组的碳排放量,CO2GT.e为气轮机的碳排放量,CO2cc为碳捕集***的捕获CO2量,CO2gas为甲烷化消耗CO2量,CO2td能源替代效益,CO2T为***中二氧化碳配额。
步骤3:在约束条件下,利用算法求解综合能源***优化调度模型的最优解,以最优解为调度方案,对综合能源***进行多能互补的调度。本实施例中可使用多目标灰狼算法求解优化结果。
本实施例中,采用多时间尺度优化调度方案。首先以1h为时段进行日前调度,以一天为周期,根据光伏、风电和冷热电负荷日前预测情况,以经济成本和环境成本最低,制定次日的24h调度计划,确定发电量、购气量、耦合设备单元及储能单元的开停机状态和出力。其次,基于日前优化结果、日内短期负荷和风光预测,以每15min滚动一次制定调度计划,进行日内调度,通过调节耦合设备、碳捕集***及储能单元出力,调整***中负荷分配情况,应对日前调度方案产生的预测偏差,来满足日内电/热/气需求。
本发明考虑经济性和低碳性的综合能源***多时间尺度调度方法,将电转气设备和碳捕集***引入***模型中,以降低综合能源***的运行成本和环境成本。首先构建分布式能量单元、碳捕集***和电转气设备的模型及其约束条件;其次以运行费用最小和碳排放成本最小为目标,考虑日前调度和日内滚动调度,建立综合能源***多目标优化调度模型;最后,获取综合能源***的运行参数,在约束条件下,利用算法求解综合能源***优化调度模型的最优解,以最优解为调度方案,对综合能源***进行多能互补的调度。本发明专利对于促进清洁能源消纳,降低综合能源***的碳排放具有非常重要的作用,对于提升综合能源***的经济性和低碳性具有重要的现实意义和推广应用价值,能够为综合能源***的实际运行提供指导。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.综合能源***多时间尺度调度方法,其特征在于,步骤包括:
步骤1:建立综合能源***模型及约束条件;综合能源***包括火电机组、燃气轮机、燃气锅炉、电转气设备、储能设备、碳捕集***、吸收式制冷机、分布式电源;
电转气设备的具体模型为:
式中,为电转气设备ptg的输入功率;/>为电转气设备ptg中的制氢气效率;/>为电转气设备ptg制取氢气量,/>为氢气的高热值,ξe,g为电能转换为等值热能的系数;
对于碳捕集***,在综合能源***运行时,综合能源***火电机组生成的二氧化碳表示为:
Qcc=μccPcc
Pcc为综合能源***中火电机组的总发电功率,μcc为二氧化碳排放强度,Qcc为生成的二氧化碳;
为综合能源***中化石燃料机组在碳捕集***的运行能耗即其耗电量,γcc为处理单位二氧化碳的能耗;
为碳捕集***的二氧化碳捕集量;τcc为碳捕集***的二氧化碳捕集率;
步骤2:以经济成本和环境成本最小为目标建立目标函数,建立综合能源***多时间尺度优化调度模型;所述调度模型中构建的考虑经济性和低碳性的目标函数,具体为:
目标函数1:经济成本:
CJ=fg+Cg+Cq
式中,fg为发电成本,Cg为耗气成本,Cq为弃风光惩罚成本;
目标函数2:碳交易成本:
CH=WCO2[CO2i,G+CO2GT.e-CO2cc-CO2gas]-(CO2td)*WCO2-CO2T式中,WCO2为碳排放交易价格,CO2i,G为火电机组的碳排放量,CO2GT.e为燃气轮机的碳排放量,CO2cc为碳捕集***的捕获CO2量,CO2gas为甲烷化消耗CO2量,CO2td为能源替代效益,CO2T为***中二氧化碳配额;
所述多时间尺度优化调度模型中包括日前调度和日内滚动调度;
首先以1h为时段进行日前调度,以一天为周期,根据光伏、风电和冷热电负荷日前预测情况,以经济成本和环境成本最低,制定次日的24h调度计划,确定发电量、购气量、耦合设备单元及储能设备的开停机状态和出力;
其次,基于日前优化结果、日内短期负荷和风光预测,以每15min滚动一次制定调度计划,进行日内调度,通过调节耦合设备、碳捕集***及储能设备出力,调整***中负荷分配情况,应对日前调度方案产生的预测偏差,来满足日内电/热/气需求;
步骤3:在约束条件下,利用多目标灰狼算法求解综合能源***优化调度模型的最优解,以最优解为调度方案,对综合能源***进行多能源互补的调度。
2.根据权利要求1所述的综合能源***多时间尺度调度方法,其特征在于,所述步骤1中的约束条件包括:火电机组的上下爬坡速率、开停机时间约束;燃气轮机、燃气锅炉、吸收式制冷机的功率约束;储能设备约束;电功率平衡约束;冷功率平衡约束;热功率平衡约束。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111599154.3A CN114362152B (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 综合能源***多时间尺度调度方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111599154.3A CN114362152B (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 综合能源***多时间尺度调度方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114362152A CN114362152A (zh) | 2022-04-15 |
CN114362152B true CN114362152B (zh) | 2024-03-26 |
Family
ID=81101701
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111599154.3A Active CN114362152B (zh) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | 综合能源***多时间尺度调度方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114362152B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114819341B (zh) * | 2022-04-25 | 2024-07-09 | 东南大学 | 燃煤电站耦合碳捕集***的多时间尺度控制感知调度方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110417006A (zh) * | 2019-07-24 | 2019-11-05 | 三峡大学 | 考虑多能协同优化的综合能源***多时间尺度能量调度方法 |
CN112332412A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-02-05 | 三峡大学 | 一种含p2g弃风启停的电-气互联综合能源***优化调度方法 |
-
2021
- 2021-12-24 CN CN202111599154.3A patent/CN114362152B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110417006A (zh) * | 2019-07-24 | 2019-11-05 | 三峡大学 | 考虑多能协同优化的综合能源***多时间尺度能量调度方法 |
CN112332412A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-02-05 | 三峡大学 | 一种含p2g弃风启停的电-气互联综合能源***优化调度方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
电-气综合能源***环境经济调度研究;何良策;中国博士学位论文全书数据库;第14-42页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114362152A (zh) | 2022-04-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111445090B (zh) | 一种离网型综合能源***双层规划方法 | |
CN108154309B (zh) | 计及冷热电多负荷动态响应的能源互联网经济调度方法 | |
CN109523092B (zh) | 多能互补冷热电联供***及其协同调度方法 | |
CN110889600A (zh) | 一种考虑柔性热负荷的区域综合能源***优化调度方法 | |
CN113315242B (zh) | 基于氢能经济促进弃风消纳的虚拟弃风-制氢联合体 | |
CN112464477A (zh) | 计及需求响应的多能耦合综合能源运行仿真方法 | |
CN109474025B (zh) | 一种园区级综合能源***优化调度模型 | |
CN107358345B (zh) | 计及需求侧管理的分布式冷热电联供***优化运行方法 | |
CN112990523B (zh) | 区域综合能源***分层优化运行方法 | |
CN110826815A (zh) | 一种考虑综合需求响应的区域综合能源***运行优化方法 | |
CN112736939A (zh) | 掺氢天然气综合能源***制氢储氢装置优化容量配置方法 | |
CN110930073A (zh) | 计及价格型需求响应的风-光-光热联合发电***日前调度方法 | |
CN113592200A (zh) | 一种含水源热泵的区域综合能源***低碳优化运行方法 | |
CN114065530A (zh) | 一种能源站运行优化和综合评估方法 | |
CN117081143A (zh) | 促进分布式光伏就地消纳的园区综合能源***协调优化运行方法 | |
CN114362152B (zh) | 综合能源***多时间尺度调度方法 | |
CN113128868A (zh) | 一种区域综合能源***调度优化方法及装置 | |
CN116316888A (zh) | 氢电耦合***的优化调度方法、***及装置 | |
CN113313329B (zh) | 一种含综合能源***的配电网优化调度方法 | |
CN115660142A (zh) | 一种园区综合能源***源荷储协调优化调度方法 | |
CN114386256A (zh) | 一种考虑电热设备灵活性约束及热网特性的区域电热***优化调度方法 | |
CN114676897A (zh) | 一种含chp-p2g-氢能的园区综合能源***优化调度方法 | |
CN114330835A (zh) | 一种综合能源微网中电/热混合储能***的优化配置方法 | |
Fu et al. | Optimal Operation strategy of low-carbon integrated energy system considering power to gas and carbon capture technology | |
CN114759610B (zh) | 一种基于风光虚拟同步机的风光燃储综合能源*** |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |