【摘 要】
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综合能源系统打破了不同能源子系统之间的壁垒,实现了不同能源的有机协调,近年来得到了广泛的关注。对综合能源系统内多种能源的协同优化规划,可以提高供能可靠性和能源利用效率,促进可再生能源的开发和利用。综合能源系统的规划周期较长,目前广泛采用的单阶段规划方法不考虑规划周期内负荷水平的变化,容易造成规划前期设备利用效率不高,和规划后期设备容量不足、供能可靠性下降等问题。本文旨在对综合能源系统多阶段规划方法
【基金项目】
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国家重点研发计划“中低压直流配用电系统关键技术及应用”(项目号:2018YFB0904700);
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综合能源系统打破了不同能源子系统之间的壁垒,实现了不同能源的有机协调,近年来得到了广泛的关注。对综合能源系统内多种能源的协同优化规划,可以提高供能可靠性和能源利用效率,促进可再生能源的开发和利用。综合能源系统的规划周期较长,目前广泛采用的单阶段规划方法不考虑规划周期内负荷水平的变化,容易造成规划前期设备利用效率不高,和规划后期设备容量不足、供能可靠性下降等问题。本文旨在对综合能源系统多阶段规划方法进行研究,以此来解决单阶段规划产生的问题。本文的主要工作如下:(1)建立了广义多能源网络的状态参量模型。首先,利用强度量和广延量分别作为节点和支路的状态参量来描述能源在管线中的传递过程,并对电能、流体和热能三种常见能源形式的传递方程进行推导;其次,针对能源转换设备建立了能源转换支路方程,考虑了定广延量控制和定强度量控制两种控制方式;最后,根据节点广延量守恒定律建立了网络方程。该模型适用于系统半径较大的跨区级综合能源系统。(2)建立了广义多能源网络的能量流模型。对节点和支路进行了分类;针对不同类型的支路建立了各自的支路能量流传递方程;根据节点能量流守恒定律建立了网络方程。该模型适用于系统半径较小的楼宇级综合能源系统和园区级综合能源系统。(3)基于上述数学模型,建立了综合能源系统多阶段规划模型。以包括投资成本、运行成本和维护成本在内的全生命周期成本最小化为目标函数,根据广义多能源网络的状态参量模型和能量流模型设定各个规划阶段的约束条件,采用混合整数线性规划算法进行求解得到各规划阶段的设备/线路配置方案。以华北某待建综合能源系统为例,进行了仿真分析,验证了多阶段规划的有效性和经济性。(4)基于MATLABGUI平台,设计和开发了综合能源系统规划计算平台,包括登录界面、主界面和结果显示界面三个部分,具有使用方便、交互直观的优点,在实现本文研究成果可视化的同时,为综合能源系统规划者提供了方便快捷的计算工具。
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