一种多能源系统关口电功率实时安全校正的优化控制方法与流程

本发明涉及一种多能源系统关口电功率实时安全校正的优化控制方法，属于综合能源系统运行和控制技术领域。

背景技术：

我国的能源系统正面临着重大变革，能源互联网成为新一代能源系统的重要形式。多能源系统也叫综合能源系统，要求电、热、冷、气等各类能源统一规划、运行和控制，突破了传统能源系统的技术、市场和管理壁垒，对于推动我国的能源结构转型，推进能源革命具有重要意义，是实现能源互联网的重要途径，有助于提升能源效率，促进可再生能源消纳，降低用能成本，提高用能可靠性，减少或延缓能源投资和建设等。

多能源系统涵盖楼宇、小区、工业园区、校园、区域等多种能源系统。多能源系统由多种能源设备组成，典型的设备包括热电联产机组、燃气锅炉、溴化锂吸收式制冷机组、电制冷机组、电制热机组、电储能设备、热储能设备、冷储能设备等。多能源系统组成复杂，设备多样，其运行控制比传统能源系统更加困难，需要协同控制不同类型的能源设备，共同实现多能源系统的安全、高效运行。

多能源系统运行时，负荷、光伏发电、风力发电等都会发生变化，导致多能源系统关口电功率(即从外部电网输入到该多能源系统的电功率)也会发生变化。由于关口处的线路或变压器存在最大容量限制，当关口电功率超过该容量时，可能导致设备损坏。在电力市场中，多能源系统可能和外部供电公司签订包含最大关口电功率上限的合同，如果实际关口电功率超过上限则违反合同，需要缴纳额外费用。因此，多能源系统的运行控制需要保证关口电功率尽可能不超过关口电功率的上限值。在实时运行中，当出现关口电功率越限时，需要采取安全校正控制。

技术实现要素：

本发明的目的是保证多能源系统关口电功率尽可能不要超过其上限值，提出一种多能源系统关口电功率实时安全校正的优化控制方法，当关口电功率出现越限时，通过调节各设备减小关口电功率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种多能源系统关口电功率实时安全校正的优化控制方法，其特征在于该优化控制方法包括以下步骤：

(1)从多能源系统的监测控制中心获取多能源系统的实时关口电功率p关口、实时总电负荷p负荷、实时总热负荷h负荷、实时总冷负荷c负荷、热电联产机组实时产生的电功率p热电联产、热电联产机组实时产生的热功率h热电联产、电制热机组实时消耗的电功率p电制热、电制热机组实时产生的热功率h电制热、电制冷机组实时消耗的电功率p电制冷、电制冷机组实时产生的冷功率c电制冷、燃气锅炉实时产生的热功率h锅炉、溴化锂吸收式制冷机组实时消耗的热功率h溴化锂、溴化锂吸收式制冷机组实时产生的冷功率c溴化锂、电储能设备的实时充放电功率p电储、电储能设备的实时存储电量e电储、热储能设备的实时充放热功率h热储、热储能设备的实时存储热量e热储、冷储能设备的实时充放冷功率c冷储以及冷储能设备的实时存储冷量e冷储；

(2)从多能源系统的参数管理系统获取多能源系统的关口电功率上限值热电联产机组的热电比η热电联产、热电联产机组产生的电功率允许的最大值热电联产机组产生的电功率变化率允许的最大值电制热机组的电制热效率系数cop电制热、电制热机组消耗的电功率允许的最小值p电制热、电制冷机组的电制冷效率系数cop电制冷、电制冷机组消耗的电功率允许的最小值p电制冷、燃气锅炉产生的热功率允许的最小值h锅炉、燃气锅炉产生的热功率变化率允许的最大值溴化锂吸收式制冷机组的制冷效率系数cop溴化锂、溴化锂吸收式制冷机组消耗的热功率允许的最大值电储能设备存储电量允许的最大值电储能设备存储电量允许的最小值e电储、电储能设备放电功率允许的最大值热储能设备存储热量允许的最大值热储能设备存储热量允许的最小值e热储、热储能设备充热功率允许的最大值冷储能设备存储冷量允许的最大值冷储能设备存储冷量允许的最小值e冷储、冷储能设备放冷功率允许的最大值电储能设备充放电功率调节系数ω电储、热电联产机组产生的电功率调节系数ω热电联产、电制热机组消耗的电功率调节系数ω电制热、电制冷机组消耗的电功率调节系数ω电制冷、电负荷调节系数ω电负荷、热储能设备充放热功率调节系数ω热储、燃气锅炉产生的热功率调节系数ω锅炉、溴化锂吸收式制冷机组消耗的热功率调节系数ω溴化锂、热负荷调节系数ω热负荷、冷储能设备充放冷功率调节系数ω冷储和冷负荷调节系数ω冷负荷；

(3)对多能源系统实时关口电功率p关口与关口电功率的上限值相比较，若不进行安全校正控制，保持正常运行，若执行步骤(4)-步骤(6)；

(4)设定多能源系统关口电功率实时安全校正的优化控制的目标函数为各设备的调节量加权和为最小，即：

其中，δp电储为电储能设备充放电功率的减少量，δp热电联产为热电联产机组产生的电功率的增加量，δp电制热为电制热机组消耗的电功率的减少量，δp电制冷为电制冷机组消耗的电功率的减少量，δp负荷为电负荷的减少量，δh热储为热储能设备充放热功率的增加量，δh锅炉为燃气锅炉产生的热功率的减少量，δh溴化锂为溴化锂吸收式制冷机组消耗的热功率的增加量，δh负荷为热负荷的减少量，δc冷储为冷储能设备充放冷功率的减少量，δc负荷为冷负荷的减少量；

(5)设定多能源系统关口电功率实时安全校正的优化控制的约束条件，包括：

(5-1)关口电功率变化量的约束条件：

其中，δp关口为关口电功率的减少量；

(5-2)电功率平衡的约束条件：

δp关口-δp热电联产-δp电制热-δp电制冷-δp电储-δp负荷＝0

(5-3)热功率平衡的约束条件：

δh热电联产-δh锅炉-δh电制热-δh溴化锂-δh热储+δh负荷＝0

其中，δh热电联产为热电联产机组产生的电功率的增加量，δh电制热为电制热机组产生的热功率的减少量；

(5-4)冷功率平衡的约束条件：

δc溴化锂-δc电制冷+δc冷储+δc负荷＝0

其中δc溴化锂为溴化锂吸收式制冷机组产生的冷功率的增加量，δc电制冷为电制冷机组产生的冷功率的减少量；

(5-5)热电联产机组运行的约束条件：

δh热电联产＝η热电联产δp热电联产

(5-6)电制热机组运行的约束条件：

δh电制热＝cop电制热δp电制热

p电制热-δp电制热≥p电制热

(5-7)电制冷机组运行的约束条件：

δc电制冷＝cop电制冷δp电制冷

p电制冷-δp电制冷≥p电制冷

(5-8)燃气锅炉运行的约束条件：

h锅炉-δh锅炉≥h锅炉

(5-9)溴化锂吸收式制冷机组运行的约束条件：

δc溴化锂＝cop溴化锂δh溴化锂

(5-10)电储能设备运行的约束条件：

e电储-e电储≤p电储-δp电储

(5-11)热储能设备运行的约束条件：

e热储-e热储≤h热储+δh热储

(5-12)冷储能设备运行的约束条件：

e冷储-e冷储≤c冷储-δc冷储

(5-13)负荷减少量的约束条件：

δp负荷≤p负荷

δh负荷≤h负荷

δc负荷≤c负荷

(5-14)所有设备的改变量大于等于0的约束条件：

δp电储≥0

δp热电联产≥0

δp电制冷≥0

δh热储≥0

δh锅炉≥0

δh溴化锂≥0

δc冷储≥0

δp负荷≥0

δh负荷≥0

δc负荷≥0

(6)使用线性规划方法，求解由上述步骤(4)的目标函数和步骤(5)的约束条件组成的线性优化模型，计算得到多能源系统中各设备的调节量，实现对多能源系统关口电功率实时安全校正的优化控制。

本发明提出的多能源系统关口电功率实时安全校正的优化控制方法，其优点是：

本发明方法利用多能耦合互补的特性，通过电、热、冷等多种能源设备协同控制实现削减多能源系统关口电功率，使用线性优化实现最优的实时安全校正控制。本发明方法提出的实时安全校正优化控制模型，通过指定各设备的调节方向，实现优化模型的线性化，有利于快速求解和工程应用。该方法可以应用于多能源系统实时的在线运行控制中，当监测到关口电功率出现越上限时，通过该方法计算各设备的调节量，削减关口电功率，保障多能源系统的安全运行。

附图说明

图1是本发明方法中涉及的多能源系统结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的多能源系统关口电功率实时安全校正的优化控制方法，其中涉及的多能源系统结构示意图如图1所示。包括以下步骤：

(1)从多能源系统的监测控制中心获取多能源系统的实时关口电功率p关口、实时总电负荷p负荷、实时总热负荷h负荷、实时总冷负荷c负荷、热电联产机组实时产生的电功率p热电联产、热电联产机组实时产生的热功率h热电联产、电制热机组实时消耗的电功率p电制热、电制热机组实时产生的热功率h电制热、电制冷机组实时消耗的电功率p电制冷、电制冷机组实时产生的冷功率c电制冷、燃气锅炉实时产生的热功率h锅炉、溴化锂吸收式制冷机组实时消耗的热功率h溴化锂、溴化锂吸收式制冷机组实时产生的冷功率c溴化锂、电储能设备的实时充放电功率p电储、p电储＞0表示电储能设备充电，p电储＜0表示电储能设备放电，电储能设备的实时存储电量e电储、热储能设备的实时充放热功率h热储、h热储＞0表示热储能设备充热，h热储＜0表示热储能设备放热，热储能设备的实时存储热量e热储、冷储能设备的实时充放冷功率c冷储、c冷储＞0表示冷储能设备充冷，c冷储＜0表示热储能设备放冷，以及冷储能设备的实时存储冷量e冷储；

(2)从多能源系统的参数管理系统获取多能源系统的关口电功率上限值热电联产机组的热电比η热电联产、热电联产机组产生的电功率允许的最大值热电联产机组产生的电功率变化率允许的最大值电制热机组的电制热效率系数cop电制热、电制热机组消耗的电功率允许的最小值p电制热、电制冷机组的电制冷效率系数cop电制冷、电制冷机组消耗的电功率允许的最小值p电制冷、燃气锅炉产生的热功率允许的最小值h锅炉、燃气锅炉产生的热功率变化率允许的最大值溴化锂吸收式制冷机组的制冷效率系数cop溴化锂、溴化锂吸收式制冷机组消耗的热功率允许的最大值电储能设备存储电量允许的最大值电储能设备存储电量允许的最小值e电储、电储能设备放电功率允许的最大值热储能设备存储热量允许的最大值热储能设备存储热量允许的最小值e热储、热储能设备充热功率允许的最大值冷储能设备存储冷量允许的最大值冷储能设备存储冷量允许的最小值e冷储、冷储能设备放冷功率允许的最大值电储能设备充放电功率调节系数ω电储、热电联产机组产生的电功率调节系数ω热电联产、电制热机组消耗的电功率调节系数ω电制热、电制冷机组消耗的电功率调节系数ω电制冷、电负荷调节系数ω电负荷(一般比较大)、热储能设备充放热功率调节系数ω热储、燃气锅炉产生的热功率调节系数ω锅炉、溴化锂吸收式制冷机组消耗的热功率调节系数ω溴化锂、热负荷调节系数ω热负荷(一般比较大)、冷储能设备充放冷功率调节系数ω冷储和冷负荷调节系数ω冷负荷(一般比较大)；

(3)对多能源系统实时关口电功率p关口与关口电功率的上限值相比较，若不进行安全校正控制，保持正常运行，若执行步骤(4)-步骤(6)；

(4)设定多能源系统关口电功率实时安全校正的优化控制的目标函数为各设备的调节量加权和为最小，即：

其中，δp电储为电储能设备充放电功率的减少量，δp热电联产为热电联产机组产生的电功率的增加量，δp电制热为电制热机组消耗的电功率的减少量，δp电制冷为电制冷机组消耗的电功率的减少量，δp负荷为电负荷的减少量，δh热储为热储能设备充放热功率的增加量，δh锅炉为燃气锅炉产生的热功率的减少量，δh溴化锂为溴化锂吸收式制冷机组消耗的热功率的增加量，δh负荷为热负荷的减少量，δc冷储为冷储能设备充放冷功率的减少量，δc负荷为冷负荷的减少量；

(5)设定多能源系统关口电功率实时安全校正的优化控制的约束条件，包括：

(5-1)关口电功率变化量的约束条件：

其中，δp关口为关口电功率的减少量；

(5-2)电功率平衡的约束条件：

δp关口-δp热电联产-δp电制热-δp电制冷-δp电储-δp负荷＝0

(5-3)热功率平衡的约束条件：

δh热电联产-δh锅炉-δh电制热-δh溴化锂-δh热储+δh负荷＝0

其中，δh热电联产为热电联产机组产生的电功率的增加量，δh电制热为电制热机组产生的热功率的减少量；

(5-4)冷功率平衡的约束条件：

δc溴化锂-δc电制冷+δc冷储+δc负荷＝0

其中δc溴化锂为溴化锂吸收式制冷机组产生的冷功率的增加量，δc电制冷为电制冷机组产生的冷功率的减少量；

(5-5)热电联产机组运行的约束条件：

δh热电联产＝η热电联产δp热电联产

(5-6)电制热机组运行的约束条件：

δh电制热＝cop电制热δp电制热

p电制热-δp电制热≥p电制热

(5-7)电制冷机组运行的约束条件：

δc电制冷＝cop电制冷δp电制冷

p电制冷-δp电制冷≥p电制冷

(5-8)燃气锅炉运行的约束条件：

h锅炉-δh锅炉≥h锅炉

(5-9)溴化锂吸收式制冷机组运行的约束条件：

δc溴化锂＝cop溴化锂δh溴化锂

(5-10)电储能设备运行的约束条件：

e电储-e电储≤p电储-δp电储

(5-11)热储能设备运行的约束条件：

e热储-e热储≤h热储+δh热储

(5-12)冷储能设备运行的约束条件：

e冷储-e冷储≤c冷储-δc冷储

(5-13)负荷减少量的约束条件：

δp负荷≤p负荷

δh负荷≤h负荷

δc负荷≤c负荷

(5-14)所有设备的改变量大于等于0的约束条件：

δp电储≥0

δp热电联产≥0

δp电制冷≥0

δh热储≥0

δh锅炉≥0

δh溴化锂≥0

δc冷储≥0

δp负荷≥0

δh负荷≥0

δc负荷≥0

(6)使用线性规划方法，求解由上述步骤(4)的目标函数和步骤(5)的约束条件组成的线性优化模型，计算得到多能源系统中各设备的调节量，实现对多能源系统关口电功率实时安全校正的优化控制。