[发明专利]大型园区综合能源系统能源站优化配置方法

权利要求书

1.一种大型园区综合能源系统能源站优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1:构建园区综合能源系统供能设备模型；

步骤S2:构建园区综合能源系统供能网络模型；

步骤S3:初始化园区综合能源系统供能设备模型和园区综合能源系统供能网络模型的参数；

步骤S4:根据参数初始化后的园区综合能源系统供能设备模型，构建园区综合能源系统能源站上层优化配置模型：上层优化配置模型的目标函数为园区综合能源系统总投资的年等值费用最小，其优化变量为各个能源站内配置的能源设备容量；

步骤S5:根据参数初始化后的园区综合能源系统供能网络模型，构建园区综合能源系统能源站下层优化调度模型：下层优化调度模型在给定能源站供能设备容量配置方案下，以年运行费用最小为目标，对供能设备功率输出进行优化；

步骤S6:采用粒子群算法对上层优化配置模型进行求解，采用二阶锥优化方法对下层优化调度模型进行求解，通过上下层的交替求解，得到最终的优化配置方案；

所述园区综合能源系统供能设备模型包括CHP机组模型、燃气锅炉模型、电锅炉模型、热泵模型，具体建模方法如下：

CHP机组模型采用文献背压式CHP机组模型：

式中，H_CHP、P_CHP分别为CHP机组的热输出功率和电输出功率；P_CHP、分别为CHP机组的电输出功率的下限和上限；α_CHP、η_CHP分别为CHP机组的热电比和电转换效率；v_gas,CHP为CHP机组消耗的天然气流量；q_gas为天然气热值；

燃气锅炉模型为：

式中，H_GB为燃气锅炉的热输出功率；v_gas,GB为燃气锅炉消耗的天然气流量；η_GB为燃气锅炉的热转换效率；H_GB、分别为燃气锅炉热输出功率的下限、上限值；

电锅炉模型为：

式中，H_EB为电热锅炉的热输出功率；P_EB为电热锅炉的电输入功率；η_EB为电热锅炉的热转换效率；H_EB分别为电热锅炉热输出功率的上限、下限值；

热泵模型为：

式中，H_HP为热泵输出的热功率；P_HP为热泵输入的电功率；COP_HP为热泵的制热能效比；H_HP、分别为热泵输出功率的下限、上限值；

所述园区综合能源系统供能网络模型包括园区配电系统模型和园区热力模型；

采用Distflow二阶锥模型对园区配电系统进行建模，具体建模方法如下：对于任意时刻，对于园区配电系统中任意节点j，有以下功率平衡关系：

其中，δ(j)表示以j为末端节点的支路首端节点集合；ξ(j)表示以j为首端节点的支路末端节点集合；P_ij和Q_ij分别为节点i流向节点j的有功和无功功率；P_i和Q_i分别是节点i的有功和无功注入功率；r_ij和x_ij分别为线路ij的电阻和电抗；I_ij为线路ij上的电流幅值；P_grid,i和Q_grid,i表示节点i处大电网注入的有功、无功功率；P_load,i和Q_load,i表示负荷节点i处的有功负荷和无功负荷；P_CHP,i和Q_CHP,i分别为节点i处CHP机组的有功、无功出力；P_EB,i为节点i处电热锅炉消耗的有功功率；

对于任意时刻，对于园区配电系统中任意支路ij，有以下关系成立：

其中，U_i是节点i的电压幅值；U分别为节点允许的电压上限和下限；为线路允许的最大电流；

令将式(7)所示的支路视在功率二次约束松弛为锥形约束：

式(10)通过等价变换表示为标准二阶锥形式：

节点电压和支路电流的约束表示为：

式(5)-(6)、(9)-(11)为园区配电系统的Distflow二阶锥模型；

采用线性热网能量流模型对园区热力系统建模，具体建模方法如下：

对于任意节点j，在任意时刻都满足以下热功率平衡关系：

其中，H_s,i为注入节点i的热功率；H_CHP,i、H_GB,i、H_EB,i分别为节点i处CHP机组、燃气锅炉和电热锅炉热输出功率；H_AC,i为节点i处的热负荷功率；H′_ij为供水管道ij流入节点i的热媒可利用热功率，热媒从i流出时，H′_ij为负，反之为正；分别为管段可传输的最大、最小热功率由公式(13)计算：

其中，∑R为热媒到周围介质每千米管道的热阻；为管段ij所允许的最大流速；S_ij为管段ij横截面积；T_s为供水温度，T_r为回水温度，T_a为环境温度；l_ij为管道ij长度；c_p为流体比热容；ρ为流体密度。