冷熱電混合能源聯合優(yōu)化運行與調度策略研究.pdf

1、在國家推動能源生產和消費革命、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成為政府、企業(yè)與民眾的共識。微型能源網包含冷、熱、電和氣四種能源形式，利用物聯網技術和信息技術對區(qū)域內的所有供能及儲能設備統(tǒng)一整合并實施調度，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模式成為了實現能源生產和消費轉型、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、冷能源和電能結合起來，打破傳統(tǒng)區(qū)域電網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，實現整個區(qū)域的能源高效利用。本文首先對區(qū)域內冷熱能源的用能特點進行研究，總結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)中多種供能設備及儲能設備的數學模型，以此為基礎進行冷熱電混合能源系統(tǒng)的日前經濟優(yōu)化調度。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)域內冷熱電混合能源聯合多目標優(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，考慮能源供需預測可能出現的偏差，提出冷熱電混合能源實時優(yōu)化調度方案。本文具體開展的工作如下:
　　(1)以天津中新生態(tài)城內動漫園區(qū)域為參照，在該區(qū)域供能結構的基礎上進行拓展，搭建了微型能源網的供能框架;對微型能源網的供能結構和微型能源網內主要的供能及儲能設備組成進行了研究;分析了微型能源網中燃氣輪機三聯供系統(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的供能數學模型;分析了微型能源網中輔助供能設備的靜態(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)建立了相應的供能及儲能數學模型。
　　(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)的集中式供能結構;進而給出了系統(tǒng)的運行場景和運行約束條件;隨后分別從調度方式的典型應用場

5、景、執(zhí)行過程、調度方法對系統(tǒng)中能源設備的配置影響及利用情況和調度方法的經濟性這幾個方面對“以電定熱”和“以熱定電”這兩種調度方式進行了研究。
　　(3)提出基于集中互連能源交換網絡的冷熱電混合能源系統(tǒng)供用能架構，將架構內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;圍繞該架構建立了冷熱電混合能源系統(tǒng)日前經濟優(yōu)化調度模型，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，約束條件包括功率平衡約束、設備容

6、量約束和設備運行約束;采用基于Hessian矩陣迭代的內點法對模型進行了求解。通過調度冷熱電混合能源系統(tǒng)內各供能設備的運行方式和出力，可以顯著降低系統(tǒng)的日運行費用，從而實現冷熱電混合能源系統(tǒng)的日前經濟優(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)日前經濟優(yōu)化調度的基礎上結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，并根據算法特點引入了并行計算技術，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合優(yōu)化運行應用場景進行分析，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;在實際工程應用中，可以根據用戶不同需求選擇最優(yōu)運行方案，實現冷熱電混合能源系統(tǒng)的多目標聯合優(yōu)化運行。
　　(5)分析并借鑒了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)和微電網的實時優(yōu)化調度方案，結合冷熱電混合能源系統(tǒng)的特點對調度方法進行改造，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