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

1、在國家推動能源生產(chǎn)和消費(fèi)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(shí)施調(diào)度，以達(dá)到對區(qū)域冷熱電負(fù)荷進(jìn)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(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)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(shí)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(diǎn)進(jìn)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(jìn)行冷熱電混合能源系統(tǒng)的日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度。然后，針對多種運(yùn)行目標(biāo)要求，進(jìn)行冷熱電混合

3、能源系統(tǒng)的多目標(biāo)運(yùn)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(biāo)優(yōu)化運(yùn)行方案。最后，基于冷熱電混合能源系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)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(shí)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?yàn)閰⒄眨谠搮^(qū)域供能結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)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(jìn)行了研究;分析了微型能源網(wǎng)中燃?xì)廨啓C(jī)三聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電

4、功率、余熱利用效率隨著負(fù)載率的變化規(guī)律，對微型燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、吸收式制冷機(jī)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(jī)組、蓄能裝置、戶用空調(diào)系統(tǒng)、電儲熱鍋爐、燃?xì)忮仩t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(jìn)而給出了系統(tǒng)的運(yùn)行場景和運(yùn)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(jì)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(jìn)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(fù)荷細(xì)分為純電負(fù)荷，熱水負(fù)荷，空間熱負(fù)荷，冷凍制冷負(fù)荷和空間冷負(fù)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(jì)優(yōu)化調(diào)度模型，模型以冷熱電混合能源系統(tǒng)日運(yùn)行費(fèi)用最低為目標(biāo)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(yùn)行約束;采用基于Hessian矩陣迭代的內(nèi)點(diǎn)法對模型進(jìn)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(yùn)行方式和出力，可以顯著降低系統(tǒng)的日運(yùn)行費(fèi)用，從而實(shí)現(xiàn)冷熱電混合能源系統(tǒng)的日前經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行。
　　(4)考慮冷熱電混合能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行在降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)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(jì)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(biāo)，建立多目標(biāo)下的冷熱電混合能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行模型;

7、根據(jù)模型特點(diǎn)提出了基于改進(jìn)NSGA-Ⅱ的多目標(biāo)分層遞進(jìn)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(biāo)達(dá)到法進(jìn)行加速收斂方面進(jìn)行了改進(jìn)，并根據(jù)算法特點(diǎn)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(biāo)下的冷熱電混合能源聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行應(yīng)用場景進(jìn)行分析，對面向多目標(biāo)的冷熱電混合能源系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化典型日運(yùn)行情況進(jìn)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(jìn)行了比較，證實(shí)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(shí)際工程應(yīng)用中，可以根據(jù)用戶不同需求選擇最優(yōu)運(yùn)行方案，實(shí)現(xiàn)冷熱電混合能源系統(tǒng)的多目標(biāo)聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行。
　　(5)分析并借鑒了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)和微電網(wǎng)的實(shí)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(diǎn)對調(diào)度方法進(jìn)行改造，提出了冷熱電混合能源系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行修正模型;實(shí)時修正模型對日前制定的冷熱電混合能源系統(tǒng)運(yùn)行方案作出實(shí)時修正以