冷熱電混合能源聯(lián)合優(yōu)化運行與調(diào)度策略研究.pdf

1、在國家推動能源生產(chǎn)和消費革命、加大節(jié)能減排力度和防治霧霾的新形勢下，提升能源利用效率，減少污染物排放已經(jīng)成為政府、企業(yè)與民眾的共識。微型能源網(wǎng)包含冷、熱、電和氣四種能源形式，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)對區(qū)域內(nèi)的所有供能及儲能設(shè)備統(tǒng)一整合并實施調(diào)度，以達到對區(qū)域冷熱電負荷進行優(yōu)化供能，提升能源利用效率的效果。冷熱電混合能源系統(tǒng)作為微型能源網(wǎng)的典型代表，以其高效的能源利用效率，靈活可靠的能源供應(yīng)模式成為了實現(xiàn)能源生產(chǎn)和消費轉(zhuǎn)型、提升能源綜合利

2、用效率和解決能源環(huán)境問題的重要手段。
　　本文以冷熱電混合能源系統(tǒng)為研究對象，將熱、冷能源和電能結(jié)合起來，打破傳統(tǒng)區(qū)域電網(wǎng)僅僅局限于電力系統(tǒng)的優(yōu)化過程，將冷熱資源融入優(yōu)化過程中，實現(xiàn)整個區(qū)域的能源高效利用。本文首先對區(qū)域內(nèi)冷熱能源的用能特點進行研究，總結(jié)冷熱能源的用能特征，與此同時建立冷熱電混合能源系統(tǒng)中多種供能設(shè)備及儲能設(shè)備的數(shù)學(xué)模型，以此為基礎(chǔ)進行冷熱電混合能源系統(tǒng)的日前經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度。然后，針對多種運行目標要求，進行冷熱電混合

3、能源系統(tǒng)的多目標運行優(yōu)化，提出了區(qū)域內(nèi)冷熱電混合能源聯(lián)合多目標優(yōu)化運行方案。最后，基于冷熱電混合能源系統(tǒng)實時運行要求，考慮能源供需預(yù)測可能出現(xiàn)的偏差，提出冷熱電混合能源實時優(yōu)化調(diào)度方案。本文具體開展的工作如下:
　　(1)以天津中新生態(tài)城內(nèi)動漫園區(qū)域為參照，在該區(qū)域供能結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行拓展，搭建了微型能源網(wǎng)的供能框架;對微型能源網(wǎng)的供能結(jié)構(gòu)和微型能源網(wǎng)內(nèi)主要的供能及儲能設(shè)備組成進行了研究;分析了微型能源網(wǎng)中燃氣輪機三聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電

4、功率、余熱利用效率隨著負載率的變化規(guī)律，對微型燃氣輪機、余熱鍋爐、吸收式制冷機組建立了相應(yīng)的供能數(shù)學(xué)模型;分析了微型能源網(wǎng)中輔助供能設(shè)備的靜態(tài)輸出特性，分別對電冷水機組、蓄能裝置、戶用空調(diào)系統(tǒng)、電儲熱鍋爐、燃氣鍋爐和光伏發(fā)電系統(tǒng)建立了相應(yīng)的供能及儲能數(shù)學(xué)模型。
　　(2)以天津中新生態(tài)城中某樓宇型混合能源系統(tǒng)為例，建立了樓宇型冷熱電混合能源系統(tǒng)的集中式供能結(jié)構(gòu);進而給出了系統(tǒng)的運行場景和運行約束條件;隨后分別從調(diào)度方式的典型應(yīng)用場

5、景、執(zhí)行過程、調(diào)度方法對系統(tǒng)中能源設(shè)備的配置影響及利用情況和調(diào)度方法的經(jīng)濟性這幾個方面對“以電定熱”和“以熱定電”這兩種調(diào)度方式進行了研究。
　　(3)提出基于集中互連能源交換網(wǎng)絡(luò)的冷熱電混合能源系統(tǒng)供用能架構(gòu)，將架構(gòu)內(nèi)的冷熱電負荷細分為純電負荷，熱水負荷，空間熱負荷，冷凍制冷負荷和空間冷負荷;圍繞該架構(gòu)建立了冷熱電混合能源系統(tǒng)日前經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度模型，模型以冷熱電混合能源系統(tǒng)日運行費用最低為目標函數(shù)，約束條件包括功率平衡約束、設(shè)備容

6、量約束和設(shè)備運行約束;采用基于Hessian矩陣迭代的內(nèi)點法對模型進行了求解。通過調(diào)度冷熱電混合能源系統(tǒng)內(nèi)各供能設(shè)備的運行方式和出力，可以顯著降低系統(tǒng)的日運行費用，從而實現(xiàn)冷熱電混合能源系統(tǒng)的日前經(jīng)濟優(yōu)化運行。
　　(4)考慮冷熱電混合能源系統(tǒng)優(yōu)化運行在降低系統(tǒng)運行費用以及控制污染物排放方面的重要意義，在冷熱電混合能源系統(tǒng)日前經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度的基礎(chǔ)上結(jié)合考慮冷熱電混合能源系統(tǒng)的環(huán)保性目標，建立多目標下的冷熱電混合能源系統(tǒng)優(yōu)化運行模型;

7、根據(jù)模型特點提出了基于改進NSGA-Ⅱ的多目標分層遞進并行算法，算法在非支配層排序算法和改變收斂判定條件引入目標達到法進行加速收斂方面進行了改進，并根據(jù)算法特點引入了并行計算技術(shù)，在兼顧算法搜索解的多樣性的前提下加快了算法的收斂速度;對多目標下的冷熱電混合能源聯(lián)合優(yōu)化運行應(yīng)用場景進行分析，對面向多目標的冷熱電混合能源系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化典型日運行情況進行了求解，并對求解得出的帕列托解集作出了解釋;將本文所提算法同傳統(tǒng)加權(quán)算法和NSGA-Ⅱ算法在

8、解的多樣性和求解耗時方面進行了比較，證實了本文所提算法在在搜尋解的多樣性、迭代時間、收斂性等多方面均具有較好的效果;在實際工程應(yīng)用中，可以根據(jù)用戶不同需求選擇最優(yōu)運行方案，實現(xiàn)冷熱電混合能源系統(tǒng)的多目標聯(lián)合優(yōu)化運行。
　　(5)分析并借鑒了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)和微電網(wǎng)的實時優(yōu)化調(diào)度方案，結(jié)合冷熱電混合能源系統(tǒng)的特點對調(diào)度方法進行改造，提出了冷熱電混合能源系統(tǒng)實時運行修正模型;實時修正模型對日前制定的冷熱電混合能源系統(tǒng)運行方案作出實時修正以