半实物综合能源系统仿真与优化运行研究

发布时间：2020-09-22 16:29

　　为了促进可再生能源集成与消纳,打破原有各供用能系统(如供电、供气、供冷/热等)单独规划、单独设计和独立运行的既有模式,以电力为中心,通过冷、热、电、气等多能流的综合规划、协调控制、智能调度与多元互动,实现多种形式能源的转换与多种能源网络的互联互通,提高能源综合利用效率,实现能源可持续发展。在传统节能改造的基础上,结合互联网、大数据、云计算等信息技术,建立信息采集平台、运营管理平台,将多类型能源生产、存储、传输、消费等环节深度融合,并提供系统设计、运行优化等服务。以下是本文主要研究内容:(1)建立了系统从主动配电网升级改造成综合能源系统的优化设计模型,以综合成本最低和综合能效最高为目标,构建隶属度函数进行多目标决策,基于最大满意度法将原多目标问题转化为非线性单目标优化问题,采用混合整型非线性规划模型进行求解。进行算例分析,比较了单目标和多目标优化的配置结果。此外分别对综合能源系统在不同运行方式下进行仿真,分析比较其配置结果。(2)阐述了基于能源集线器的综合能源系统的供能结构,建立了综合能源系统日前经济调度模型,对含有风力、光伏发电系统、CCHP系统以及储能系统的综合能源系统,基于能源集线器建立冷热电功率平衡,采用混合整型线性规划模型求解优化问题。算例分析,对完成优化设计的系统优化运行,在不同电价机制、不同储能配置情况下对不同季节典型日负荷进行仿真,得到优化结果并总结了综合能源系统的调度策略。(3)研究了基于模型预测控制算法的实时优化运行模型,建立了基于PSO-ANN的负荷预测模型,根据最新信息(例如最新的天气信息、系统实际运行数据等),校正后续可再生能源功率及冷热电负荷功率,以日前调度计划为参考值,以有功出力的调整量最小为目标,进行动态滚动优化,引入实时调整层以应对可再生能源和冷热电负荷预测误差带来的扰动,对日前计划进行校正,达到闭环控制。进行算例分析,并研究了控制时长和预测精度对优化结果的影响。(4)建立了半实物综合能源系统仿真平台,平台基于MATLAB/Simulink和LabVIEW软件搭建,包含数据采集、负荷及可再生能源预测、优化设计、优化运行、储能系统仿真、经济性评估、实时监控等模块。半实物仿真平台可组态,为不同用户提供系统设计方案和优化运行策略的咨询服务。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK01;TM732
【部分图文】：

结构图,主要部件,结构图,风力发电

蓄热装置、电池等储能设备模型，还有吸收式制冷机、电制冷机等制冷装置以及逡逑余热锅炉、锅炉等热相关设备模型，然后介绍了综合能源系统的不同运行方式。逡逑２．１关键设备数学模型逡逑２．１．１风力发电模型逡逑风力发电（Ｗｉｎｄ邋Ｐｏｗｅｒ）是一种无污染，纯净的可再生能源，是最成熟的可逡逑再生能源发电技术之一，它利用风能转化为机械能，然后进行电能转换，其工作逡逑原理是利用风力推动风车叶片旋转，然后通过增速机加速风力涡轮机叶片，并且逡逑驱动发电机以发电。按轴向不同，风力发电机归纳起来可分为两类：一是水平轴逡逑风力发电机；二是垂直轴风力发电机。图２－１是一个水平轴风力发电机主要部件结逡逑构图。风力发电在欧洲国家盛行，近些年在我国发展也很迅猛。中国地域广阔，逡逑北部地势开阔，东南部海岸线长，风能资源丰富，开发性好。据最新统计，中国逡逑的风能技术开发量为２．５亿千瓦，技术可开发面积约２０万平方公里。此外，有潜逡逑在的技术可以产生大约７９００万千瓦。逡逑

传统的ＣＣＨＰ系统有以热定电和以电定热两种运行方式以电定热即以满逡逑足系统电负荷需求为主要目标，热能作为其运行的副产品当产生的热量无法满足逡逑系统冷、热负荷需求时，则通过燃气锅炉等其他产热设备补足；当产生的热量大逡逑于热需求时，余热废弃，会造成大量能源的浪费。以热定电则是以满足热负荷需逡逑求为主要优化目标，可以很好地避免热量的浪费，当发电量不能满足系统需求时逡逑则从电网购电补足缺额，当发电量超过系统用电量需求时，若发电可上网则可以逡逑将多余的电量售给电网，但若不能上网，则多余的电量也需要处理。逡逑无论ＣＣＨＰ采用哪种运行方式都存在其局限性，对于不同系统，不同热电比逡逑的情况下，ＣＣＨＰ系统需要一种灵活的运行方式来满足经济性和环保性的要求。因逡逑此，取消对其采用哪种运行方式的约束限定，一切以优化目标为核心，目标可以逡逑为运行成本最低或是一次能源利用率最高等，ＣＣＨＰ系统选择其满足优化目标的运逡逑行方式进行工作。逡逑２．３本章小结逡逑

多目标优化,算法流程图,标志位,单目标优化

式如下：逡逑ｍｉｎ／（ｘ，＞0逡逑＼ｈ｛ｘ，ｙ）邋＝邋０，ｇ｛ｘ，ｙ）＜０逦（３－１７）逡逑ｅ邋｛０，１｝邋，／６邋＜邋ｘ邋＜邋ｕｂ逡逑式中，变量ｘ包括各设备出力、与电网交互功率以及各设备容量大小；变量；；逡逑包括购／售电标志位，电池充／放电标志位，蓄热装置、冰蓄冷空调充／放能标志位，逡逑微燃机的停启状态标志位等，因此优化算法可以使用混合整数非线性规划逡逑（Ｍｉｘｅｄ－ｉｎｔｅｇｅｒ邋Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ邋Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，ＭＩＮＬＰ）模型求最优解。算法流程见图逡逑３－１，算法步骤如下：逡逑（１）求解单目标最优解。分别以综合成本最低和综合能效最高为目标函数进行逡逑单目标优化，求得单目标优化的最优值／？ｍｎ。逡逑（２）构建隶属度函数如式（３－１５），将各单目标函数模糊化处理，确定伸缩值逡逑又，（／邋＝邋１，２，．．．）。逡逑（３）求出整体满意度，目标函数和补充约束条件见式（３－１６）逡逑（４）运用ＭＩＮＬＰ模型求解优化问题，得出最终优化结果。逡逑

【参考文献】