[发明专利]一种微型燃气轮机热电联供系统的机组选型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机组选型的方法，特别涉及一种微型燃气轮机热电联供系统的机组选型方法。

背景技术

分布式能源系统因其灵活的变负荷运行，较低的初始投资，很好的供电可靠性，较小的输电损失，以及其可以消纳吸收可再生能源的特点，正在得到世界能源领域越来越多的重视。然而，热电联供设备作为分布式能源系统的核心，其选择方法大多依赖工程经验，通过对比多种待选方案得到，往往不够科学合理，在实际运行时造成浪费。

随着电力电子技术、信息技术以及互联网技术的不断进步，一些学者提出了微电网的概念。微电网是一种由负荷和微型电源共同组成系统，它可同时提供电能和热量；微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必需的控制；微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等的要求；微电网实现了可再生能源的本地化利用，与传统供电方式相比其没有输电环节，是一种高效、环保的资源整合利用方式。

将传统的分布式能源系统技术与目前的微电网技术融合，可以更好地促进分布式能源系统的发展。在传统分布式能源系统中，热电机组大多以“以热定电”的方式运行，系统不去跟随用电负荷的波动，往往造成机组低负荷率运行或者强迫停机，使得机组年利用小时数较小。微电网中的热电联供机组一般以“以电定热”方式运行，热电机组服从系统能量管理中心的调度，运行方式更加灵活，配合储能装置，在实现能量高效利用的同时，取得合理的经济效益。微型燃气轮机由于供电可靠性高，运行方式灵活，清洁环保，热电联供效率高，已经成为微电网中热电联供的主要设备，但是目前如何选择适合的微型燃气轮机热电联供机组类型及台数问题还没有较好的解决方法。

目前，国内对微型燃气轮机热电联供机组选型的研究还很少，技术相对空白。国外有部分学者使用混合整数非线性方法、分层优化方法等对联供系统中设备定容问题进行了研究，但其均没有考虑多台微型燃气轮机热电联供机组组合使用的情况；还有部分学者使用列举的方法，对1台、1+1台，1+1+1台燃气轮机选型进行了对比分析，但当微型燃气轮机机组型号较多时，无法进行很好的优化选择。

发明内容

本发明目的是克服现有技术在微型燃气轮机热电联供机组选型时没有考虑多台微型燃气轮机热电联供机组组合使用的情况或者使用简单的列举分析方法的缺点，提出一种微型燃气轮机热电联供系统的机组选型方法。本发明在保证系统设计规范、设计安全可靠的前提下，优化选择微型燃气轮机热电联供系统的机组型号和台数；在建立反映系统综合经济特性优化模型的基础上进行优化，避免常规依靠经验设计带来的不足，造成运行时的浪费。

本发明的主要应用对象为以微型燃气轮机为核心的分布式能源系统，该分布式能源系统中包含可再生能源发电装置、微型燃气轮机热电联供机组、燃气锅炉、储电装置、储热装置、热交换器、电热水器等。该分布式能源系统与外部电网相连。微型燃气轮机为热电耦合设备，如何选取微型燃气轮机是分布式能源系统规划设计的关键。

本发明为一种微型燃气轮机热电联供系统的机组选型方法，该方法包括负荷处理、微型燃气轮机热电联供机组建模、机组选择优化建模，以及模型求解等步骤。负荷处理步骤通过对微型燃气轮机热电联供系统能量需求的统计及简化，得到用于机组选型的负荷数据；微型燃气轮机热电联供机组建模步骤是对微型燃气轮机运行时技术经济特性进行综合分析，建立各种规划变量及机组参数的数学表达式关系；机组选择优化建模及模型求解步骤是在负荷处理步骤和微型燃气轮机热电联供机组建模步骤这两步的基础上，建立热电联供系统完整的混合整数非线性规划模型；模型求解步骤采用广义Benders分解方法对混合整数非线性规划模型进行优化计算，得到机组的选型结果。

所述的负荷处理方法根据预测得到的微型燃气轮机热电联供系统的热负荷、电负荷日分布曲线，得到该系统的峰值电负荷、热负荷以及热电比情况。在有可再生能源发电的系统中，由于可再生能源发电不可调度，可以将可再生能源发电功率视为负的负荷。根据负荷特性，为了简化计算，可以在不影响规划精度的前提下，将负荷进行分段处理，这样可以显著减小规划变量个数，从而使问题容易求解。负荷分段的处理方法为，按日负荷变化程度，把日负荷分成若干个水平，统计每个水平的时间尺度。最终得到用于规划的负荷数据。