冷热电混合能源联合优化运行与调度策略研究

冷热电混合能源联合优化运行与调度策略研究在国家推动能源生产和消费革命、加大节能减排力度和防治雾霾的新形势下提升能源利用效率,减少污染物排放已经成为政府、企业与民众的共识。微型能源网包含冷、热、电和气四种能源形式,利用物联网技术和信息技术对区域内的所有供能及储能设备统一整合并实施调度,以达到对区域冷热电负荷进行优化供能,提升能源利用效率的效果。冷热电混合能源系统作为微型能源网的典型代表,以其高效的能源利用效率灵活可靠的能源供应模式成为了实现能源生产和消费转型、提升能源综合利用效率和解决能源环境问题的重要手段。本文以冷热电混合能源系统为研究对象,将热、冷能源和电能结合起来,打破传统区域电网仅仅局限于电力系统的优化过程,将冷热资源融入优化过程中,实现整个区域的能源高效利用。本文首先对区域内冷热能源的用能特点进行研究,总结冷热能源的用能特征与此同时建立冷热电混合能源系统中多种供能设备及储能设备的数学模型,以此为基础进行冷热电混合能源系统的日前经济优化调度。然后,针对多种运行目标要求,进行冷热电混合能源系统的多目标运行优化,提出了区域内冷热电混合能源联合多目标优化运行方案。最后,基于冷热电混合能源系统实时运行要求,考虑能源供需预测可能出现的偏差,提出冷热电混合能源实时优化调度方案。本文具体开展的工作如下:(以天津中新生态城内动漫园区域为参照,在该区域供能结构的基础上进行拓展,搭建了微型能源网的供能框架;对微型能源网的供能结构和微型能源网内主要的供能及储能设备组成进行了研究;分析了微型能源网中燃气轮机三联供系统的发电功率、余热利用效率随着负载率的变化规律,对微型燃气轮机、余热锅炉、吸收式制冷机组建立了相应的供能数学模型;分析了微型能源网中辅助供能设备的静态输出特性,分别对电冷水机组、蓄能装置、户用空调系统、电储热锅炉、燃气锅炉和光伏发电系统建立了相应的供能及储能数学模型。（2以）天津中新生态城中某楼宇型混合能源系统为例,建立了楼宇型冷热电混合能源系统的集中式供能结构;进而给出了系统的运行场景和运行约束条件;随后分别从调度方式的典型应用场景、执行过程、调度方法对系统中能源设备的配置影响及利用情况和调度方法的经济性这几个方面对“以电定热”和“以热定电”这两种调度方式进行了研究。（3提）出基于集中互连能源交换网络的冷热电混合能源系统供用能架构,将架构内的冷热电负荷细分为纯电负荷,热水负荷,空间热负荷,冷冻制冷负荷和空间冷负荷;围绕该架构建立了冷热电混合能源系统日前经济优化调度模型,模型以冷热电混合能源系统日运行费用最低为目标函数约束条件包括功率平衡约束、设备容量约束和设备运行约束采用基于矩阵迭代的内点法对模型进行了求解。通过调度冷热电混合能源系统内各供能设备的运行方式和出力,可以显著降低系统的日运行费用,从而实现冷热电混合能源系统的日前经济优化运行。（4考虑冷热电混合能源系统优化运行在降低系统运行费用以及控制污染物排放方面的重要意义,在冷热电混合能源系统日前经济优化调度的基础上结合考虑冷热电混合能源系统的环保性目标,建立多目标下的冷热电混合能源系统优化运行模型根据模型特点提出了基于改进 II的多目标分层递进并行算法算法在非支配层排序算法和改变收敛判定条件引入目标达到法进行加速收敛方面进行了改进,并根据算法特点引入了并行计算技术,在兼顾算法搜索解的多样性的前提下加快了算法的收敛速度;对多目标下的冷热电混合能源联合优化运行应用场景进行分析,对面向多目标的冷热电混合能源系统联合优化典型日运行情况进行了求解,并对求解得出的帕列托解集作出了解释;将本文所提算法同传统加权算法和 II算法在解的多样性和求解耗时方面进行了比较证实了本文所提算法在在搜寻解的多样性、迭代时间、收敛性等多方面均具有较好的效果;在实际工程应用中,可以根据用户不同需求选择最优运行方案,实现冷热电混合能源系统的多目标联合优化运行。（5分）析并借鉴了传统电力系统和微电网的实时优化调度方案,结合冷热电混合能源系统的特点对调度方法进行改造,提出了冷热电混合能源系统实时运行修正模型;实时修正模型对日前制定的冷热电混合能源系统运行方案作出实时修正以抵消预测误差的影响,以保障冷热电混合能源系统能够安全、稳定、可靠和经济运行;在此基础上提出了冷热电混合能源系统实时运行滚动优化模型,以更新各类供能设备下一时刻的计划运行点;通过执行实时运行修