[发明专利]含储能的综合能源微网优化规划方法及综合能源微网系统

权利要求书

1.一种含储能的综合能源微网优化规划方法，包括：

S100建立含储能的CCHP微网结构，其包括CCHP系统、可再生能源装置、储能装置、电制冷机组和用能负荷；

S200建立含储能的CCHP微网设备模型与负荷模型；

S300建立含储能的CCHP微网最优经济运行模型；

S400应用非线性规划方法求解含储能的CCHP微网最优经济运行模型，得到系统内各单元的优化出力分配并应用于实际；

其中，所述S300建立含储能的CCHP微网最优经济运行模型包括：

S310建立目标函数；所述的目标函数，其表达式为

W＝min(W_gas)

式中：W_gas是每日燃气的成本；W是每日燃气的成本的最小值；V_gas，t，n是第n台燃气轮机在t时刻的天然气进气体积流量；p_gas是天然气单价；N_T表示所有选取的典型日下计时周期的数目；N_gt是燃气轮机台数；

S320建立约束条件；

所述的约束条件，包括电负荷平衡约束、热负荷平衡约束、冷负荷平衡约束、机组出力约束、机组爬坡速率约束、抽凝式汽轮机抽汽量约束、储能容量约束、储能充放速率约束、储能始末状态平衡约束和可再生能源消纳量约束；

所述负荷的平衡约束包括电负荷平衡约束、热负荷平衡约束和冷负荷平衡约束；

所述电负荷平衡约束的表达式为

式中：P_load，t、P_wp，con，t、P_pv，con，t分别是t时刻电负荷大小、风电消纳量和光伏消纳量；P_st，t是t时刻抽凝式汽轮机输出的电功率；N_gt是燃气轮机台数；为燃气轮机总出力；

所述热负荷平衡约束的表达式为

Q_st，t＝Q_load，t+P_h，t

式中：Q_load，t是t时刻热负荷大小；P_h，t是t时刻储热装置的储放热功率，正为储热，负为放热；Q_st，t是t时刻通过抽汽实现的供热量；

冷负荷平衡约束，为

C_lb，t+C_ac，t＝C_load，t

式中：C_load，t是t时刻冷负荷大小；C_lb，t是t时刻溴化锂机组的制冷量；C_ac，t是t时刻电制冷机组的制冷量；

所述机组出力约束的表达式为

P_gt，min≤P_gt，t，n≤P_gt，max

P_st，min≤P_st，t≤P_st，max

式中：P_gt，min和P_gt，max是燃气轮机的出力上下限；P_st，min和P_st，max是抽凝式汽轮机的出力上下限；P_gt，t，n是第n台燃气轮机在t时刻的输出电功率；P_st，t是t时刻抽凝式汽轮机输出的电功率；

所述机组爬坡速率约束的表达式为

P_{gt，dn，min}≤P_gt，t，n-P_gt，t-1，n≤P_{gt，up，max}

P_{st，dn，min}≤P_st，t-P_st，t-1≤P_{st，up，max}

式中：P_{gt，up，max}和P_{gt，dn，min}是燃气轮机的爬坡速率上下限；P_{st，up，max}和P_{st，dn，min}是抽凝式汽轮机的爬坡速率上下限；P_gt，t，n是第n台燃气轮机在t时刻的输出电功率；P_st，t是t时刻抽凝式汽轮机输出的电功率；P_gt，t-1，n是第n台燃气轮机在t-1时刻的输出电功率；P_st，t-1是t-1时刻抽凝式汽轮机输出的电功率；

所述抽凝式汽轮机抽汽量约束的表达式为

m_ex，1，t+m_ex，2，t≤m_st，t·γ_max

式中：γ_max是最大抽汽比例；m_ex，1，t是t时刻抽取的蒸汽中用于供热部分的质量流量；m_ex，2，t是t时刻抽取的蒸汽中用于供热部分的质量流量；m_st，t是t时刻进出余热锅炉的水蒸汽；

所述储能容量约束的表达式为

SOC_t≤1

H_t≤1

式中：H_t是t时刻储热装置的储热状态，即剩余储热量与最大储热量之比；SOC_t是t时刻蓄电池的荷电状态，即剩余储电量与最大储电量之比；

所述储能充放速率约束的表达式为

|P_e|＜P_em

|P_h|＜P_hm

式中：P_em是储电装置的最大充放能速率；P_hm是储热装置的最大充放能速率；P_e、P_h分别是储电设备充放电功率、储热装置充放热功率；

所述储能始末状态平衡约束的表达式为

式中：SOC₁和是蓄电池始末时刻的荷电状态；H₁和是储热装置始末时刻的荷热状态；

所述可再生能源消纳量约束的表达式为

P_pv，con，t≤P_pv，t

P_wp，con，t≤P_wp，t

式中：P_pv，t和P_wp，t是t时刻光伏和风电的最大出力；P_wp，con，t、P_pv，con，t分别是t时刻风电消纳量和光伏消纳量；

其中，所述的CCHP系统包括燃气轮机、余热锅炉、抽凝式汽轮机和溴化锂机组；所述的可再生能源装置包括风机和光伏装置；所述的储能装置包括储电装置和储热装置；所述的用能负荷包括电负荷、热负荷和冷负荷；

所述的含储能的CCHP微网设备模型与负荷模型包括燃气轮机模型、余热锅炉模型、抽凝式汽轮机模型、溴化锂机组模型、储能设备模型、电制冷机组模型、负荷模型与可再生能源出力模型；

所述燃气轮机模型，其包括燃气轮机的发电出力表达式和排出的烟气质量流量表达式，为

P_gt，t，n＝Vx_as，t，n·LHV·η_gt，t，n

式中：P_gt，t，n是第n台燃气轮机在t时刻的输出电功率；V_gas，t，n和LHV是第n台燃气轮机在t时刻的进气体积流量与天然气低位热值；m_eh，t，n和ΔH_eh，1是第n台燃气轮机在t时刻排出的烟气质量与烟气增加的焓值；α是天然气燃烧产热转移到烟气余热中的比例；η_gt，t，n是第n台燃气轮机在t时刻的发电效率，是关于负荷率ld_gt，t，n和燃气轮机额定发电效率η_gt，e的一个非线性函数，记为

式中：p₁、p₂和p₃是系数；

所述余热锅炉模型，其包括输出的水蒸汽质量流量表达式，为

式中：m_st，t和∑_nm_eh，t，n是t时刻进出余热锅炉的水蒸汽和烟气质量流量；ΔH_eh，2是余热烟气进出余热锅炉前后减少的焓值；ΔH_st是水蒸汽进出余热锅炉前后增加的焓值；η_b，t是t时刻余热锅炉的效率，是关于负荷率ld_b，t与额定效率η_b，e的一个非线性函数，记为

式中：q₁、q₂和q₃是系数；

所述抽凝式汽轮机模型，其包括发电出力表达式与抽汽供热表达式，为

P_st，t＝(k₁-k₂·γ)·m_st，t

式中：P_st，t是t时刻抽凝式汽轮机输出的电功率；k₁和k₂是由汽轮机出力曲线得到的系数；m_st，t是t时刻通入抽凝式汽轮机的水蒸汽质量流量；γ是抽汽比例；

从抽凝式汽轮机中压级抽取的水蒸汽温度、压强均符合供热标准，能够直接用于供热，供热量写为：

Q_st，t＝m_ex，1，t·ΔH_st，1

式中：Q_st，t是t时刻通过抽汽实现的供热量；m_ex，1，t是t时刻抽取的蒸汽中用于供热部分的质量流量；ΔH_st，1是供热前后水蒸汽的焓值差；

所述溴化锂机组模型，其包括制冷量表达式，为

C_lb，t＝m_ex，2，t·ΔH_st，2·COP_lb

式中：C_lb，t是t时刻溴化锂机组的制冷量；m_ex，2，t是t时刻抽取的蒸汽中用于制冷部分的质量流量；ΔH_st，2是进出溴化锂机组前后水蒸汽的焓值差；COP_lb是溴化锂机组的制冷系数；

所述储能设备模型，其包括储电设备的充电过程、放电过程与储热设备的储热过程、放热过程：

储电设备的充电过程表示为：

储电设备的放电过程表示为：

式中：SOC_t是t时刻蓄电池的荷电状态，即剩余储电量与最大储电量之比；P_e，t是t时刻蓄电池的充电功率，正为充电，负为放电；η_cg，in和η_cg，out是蓄电池充放电效率；Δt是一个计数周期的时长；E_m是蓄电池最大容量；

储热设备的储热过程表示为

储热设备的放热过程表示为

式中：H_t是t时刻储热装置的储热状态，即剩余储热量与最大储热量之比；P_h，t是t时刻储热装置的储热功率，正为储热，负为放热；η_h，in和η_h，out是储热装置储放热效率；Q_m是储热装置的最大容量；μ是每单位时间储热装置储热量的散失率；

所述电制冷机组模型，其包括电制冷机组的制冷量表达式，为

C_ac，t＝P_ac，t·COP_ac

式中，C_ac，t是t时刻电制冷机组的制冷量；P_ac，t是t时刻电制冷机组消耗的电功率；COP_ac是电制冷机组的制冷系数；

所述负荷模型与可再生能源出力模型，其由历史数据结合蒙特卡洛方法进行生成，得到典型日的负荷曲线和可再生能源出力曲线。