一种基于电力交易的综合能源系统的优化调度方法与流程

本发明属于综合能源系统运行的，具体涉及一种基于电力交易的综合能源系统的优化调度方法。

背景技术：

1、综合能源系统(integrated energy systems,ies)具有清洁能源消纳性强、多异质能源互补性好的优势，工业企业生产过程中用能负荷多样且规律明显，供能设备以及运行策略的选取决定了能量的传输及用户运行成本与碳排放水平。因此，开展工业企业综合能源系统配置与运行优化研究具有重要的理论和现实意义。

2、围绕工业综合能源系统配置，既有研究主要集中于对系统内各设备容量问题。罗艳玲等采用列队竞争算法优化了某工业园区设备容量，验证了优化后的系统在经济性上的优势(罗艳玲，鄢烈祥，卢海，等.考基于分布式能源的工业园区能源规划[j].化工进展，2013，32(02)：308-312，319)。赵瑾等建立了风、光不确定的随机模型以及冷、热、电负荷年需求量的随机分布模型，探讨了不同置信度水平下的设备容量配置结果(赵瑾，雍静，郇嘉嘉，等.基于长时间尺度的园区综合能源系统随机规划[j].电力自动化设备，2020，40(03)：62-67)。徐岩等对含冷、热、电、气的工业园区综合能源系统规划流程进行分析，并建立双层规划求解模型，从而确定各设备最优安装容量(徐岩，张建浩，张荟，等.含冷、热、电、气的园区综合能源系统选址定容规划案例分析[j].太阳能学报，2022，43(01)：313-322)。总的来说，在工业综合能源系统配置方面，现有的研究主要通过不同的目标函数得到设备容量。

3、在此基础上，部分学者将需求响应也引入了研究。在工业综合能源系统需求响应中，负荷需求响应特性取决于工业用户可调整的生产任务安排情况，在负荷转移方式下，只改变用能时间，可以认为工艺生产基本不受影响，从而企业总用电量也能保持不变。然而，现阶段对负荷转移成本的构成研究较少，并未考虑到企业每个阶段生产工艺流程的不同会导致其负荷转移成本的差异性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于电力交易的综合能源系统的优化调度方法，旨在解决上述的问题。

2、本发明主要通过以下技术方案实现：

3、一种基于电力交易的综合能源系统的优化调度方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：构建包含chp、储能和光伏设备的电热冷储耦合结构的工业综合能源系统；

5、步骤s2：对生产性负荷转移成本构成进行建模；

6、步骤s3：建立考虑生产任务时序调整的需求响应模型；

7、步骤s31：以系统年总成本z最低为目标函数；

8、minz＝ceco+ccome(6)

9、其中：ceco为经济性成本，

10、ccome为环保性成本，所述环保性成本包括碳排放成本；

11、所述经济性成本的计算公式如下：

12、ceco＝cin+cop+ctr+cch(7)

13、其中：cin为系统内设备投资费用，

14、cop为设备运行费用，

15、ctr为设备维护费用，

16、cch为生产性负荷转移成本；

17、步骤s32：构建模型约束条件；

18、步骤s321：能量供需平衡约束；

19、

20、其中：为系统与电网交互功率，

21、分别为系统与电网交互功率的上、下限；

22、系统满足用电需求：

23、

24、其中：分别为光伏机组、燃气轮机的输出功率，

25、分别为办公建筑和生产车间建筑的电功率，

26、分别为配制、加工、注塑和灌封、灭菌、包装、压缩空气制备和污水处理的电功率，

27、为电制冷机消耗的电功率，

28、分别为蓄电池的充、放电功率；

29、系统满足用热需求：

30、

31、其中：分别为燃气锅炉、太阳能工业蒸汽系统、蒸汽蓄热器和余热锅炉的产热功率，

32、分别为办公建筑、洁净区、吸收式制冷机、配制和灭菌的用热功率；

33、系统满足用冷需求：

34、

35、其中：分别为电制冷机和吸收式制冷机的制冷功率，

36、分别为办公建筑和洁净区的冷功率；

37、步骤s322：在描述生产任务的运行状态时，引入变量若典型日n中任务m在t时段处于运行状态，则否则同时引入变量若典型日n中任务m原计划在t时段处于运行状态，则否则

38、

39、

40、

41、

42、其中：分别为生产任务m按原计划在典型日n中t时段启动时的电、热、冷负荷，

43、分别为负荷转移后生产任务m在t时段的电、热、冷负荷，

44、分别为生产任务m所需的电、热、冷负荷；

45、步骤s323：描述用户生产任务之间的时间关系，引入变量当时，生产任务m在t时段启动，否则

46、①运行状态约束：

47、

48、

49、②启动时间范围约束：

50、一个可转移负荷任务在给定时间范围内启动的约束：

51、

52、其中：和分别为典型日n中任务m启动时间的最大值和最小值；

53、③时序约束：

54、若可转移负荷任务m2必需在可转移负荷任务m1启动后启动，表示如下：

55、

56、可转移负荷任务m2需在可转移负荷任务m1完成之后td个时段启动，可表示如下：

57、

58、

59、④同时启动约束：

60、若可转移负荷任务m1和m2需要同时启动，表示如下：

61、

62、⑤同时运行约束：

63、可转移负荷任务m1和m2需要同时运行，可表示如下：

64、

65、步骤s324：对系统设备出力约束：

66、

67、其中：分别为第i类电、热、冷设备的出力；

68、分别为第i类供电设备的出力上、下限，

69、分别为第i类供热设备的出力上、下限，

70、分别为第i类制冷设备的出力上、下限。

71、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s324中，储蓄电池的运行约束为：

72、

73、其中：为蓄电池的蓄电量，

74、为蓄电池的额定容量，

75、β为蓄电池安全运行系数，用于保护蓄电池，且β介于0和1之间，

76、为每个储放电周期开始或结束时的蓄电量，其中r为自然数，

77、分别为单位时间内蓄电池的最大充、放电量，

78、分别为典型日n中t时段蓄电池的充、放电量，

79、fsbt,in、fsbt,out分别为蓄电池充、放电的状态值，取值为0或1；

80、d为对蓄电池状态进行限制，其不能同时进行充电和放电。

81、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s2中，所述生产性负荷转移成本包括废品成本、劳动成本、储存成本和辅助设备启停成本；计算公式如下：

82、废品成本包括可修复废品成本和不可修复废品成本；所述不可修复废品成本的计算公式如下：

83、

84、其中：cg(t)为t时段电价，

85、为废品的剩余价值，

86、为单位废品物料成本，

87、ts为废品制造消耗的时间，

88、为单位废品制造设备功率，

89、γ为产生废品概率；

90、劳动成本包括初始工作时间成本和变动后的工作时间成本，计算公式如下：

91、

92、其中：cl(t)为单位人工费用，

93、为生产所需的人工数量，

94、分别为负荷转移后任务m的工作开始时间和结束时间，

95、分别为原计划任务m的工作开始时间和结束时间；

96、储存成本的计算公式如下：

97、

98、其中：分别为负荷转移前、后任务m上一个任务工作结束时间，

99、θm为任务m单位时间的储存费用；

100、4)辅助设备启停成本的计算公式如下：

101、

102、其中：为启停所需辅助物料成本，

103、为启停所需辅助过程人工数量，

104、为启停所需辅助设备功率，

105、为启停所需辅助设备工作时间。

106、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s31中：生产性负荷转移成本的计算公式如下：

107、cch＝cpre+cpro+clmp+cste+clip (12)

108、

109、其中：cpre、cpro、clmp、cste、clip分别为配制、加工、注塑和灌封、灭菌、灯检和包装的负荷转移成本，

110、m为生产阶段，且包含配制、加工、注塑和灌封、灭菌阶段。

111、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s31中，系统内设备投资费用的计算公式如下：

112、

113、其中：r为投资回收系数，

114、nk为设备k装机容量，

115、ck为设备k每kw的投资成本，

116、k为设备的编号；

117、设备运行费用包括购气费用及购电费用，将全年分为过渡季、夏季、冬季三部分进行计算：

118、

119、其中：ts为第s季中的天数，

120、tn为典型日的时间，取24h，

121、分别为典型日n中t时刻的系统购电量和购气量，

122、cgas为天然气价格，元/m3，

123、cg(t)为t时段电价；

124、设备维护费用的计算公式如下：

125、

126、其中：mi为系统中第i类设备出力所需维护费用，

127、为第i类设备典型日n中t时刻出力。

128、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s31中，在考虑无偿碳配额的基础上建立碳排放成本模型，以基准线法确定碳排放配额，碳排放成本的计算公式如下：

129、电网公司碳排放配额的计算公式如下：

130、

131、其中：cg为电网公司碳排放配额，

132、σp为电网公司单位发电量碳排放配额；

133、chp机组碳排放配额的计算公式如下：

134、cchp＝cchp,p+cchp,q   (16)

135、

136、λchp＝ηh·uoph   (19)

137、其中：cchp,p、cchp,q分别为chp机组发电和供热碳排放配额；

138、σchp,p、σchp,h分别为chp机组单位供电基准值和供热量基准值；

139、λchp为chp机组供热量修正系数，

140、为典型日n中t时段的chp机组制热功率；

141、ηh为余热锅炉的烟气回收率；

142、uoph为余热锅炉的制热系数；

143、燃气锅炉碳排放配额的计算公式如下：

144、

145、其中：cgb为燃气锅炉碳排放配额，

146、σgb为燃气锅炉单位供热量碳排放配额，

147、为燃气锅炉的输出功率；

148、系统碳排放量的计算公式如下：

149、

150、其中：ggrid为电网购电碳排放系数，

151、ggas为天然气碳排放系数；

152、综上所述，可以得到碳排放成本：

153、ccome＝(come-cg-cchp-cgb)·ω(22)

154、其中：ω为碳价。

155、本发明的有益效果如下：

156、本发明首先构建了包含chp、储能和光伏等设备的电热冷储耦合系统结构，分析工业企业生产工艺的负荷特性，并对能源系统典型设备进行数学建模；在此基础上，分析各环节生产任务负荷转移成本构成，以经济性和环保性最优为目标函数建立考虑生产任务需求响应的工业综合能源系统模型。最终得出该工业综合能源系统的经济与环保最优运行方式，为管理者制定运行策略提供依据。本发明能够实现工业用户运行成本节约，并引导其参与碳排放综合需求响应，具有较好的实用性。