计及设备生命周期价值的综合能源系统优化调度方法与流程

1.本发明涉及综合能源系统优化调度技术领域，具体的，涉及一种计及设备生命周期价值的综合能源系统优化调度方法。


背景技术：

2.传统能源系统包括电力系统、天然气系统、热力系统，它们大多是分开规划、单独运行，彼此之间缺乏协调与配合，不利于供能系统的经济、高效运行，而综合能源系统(integrated energy system,ies)能优化不同能源系统的供应形式，提高运行效率。考虑到整个能源系统的生命周期成本，即设备生命周期内所发生的所有成本的总和设备的使用率、使用方式等相关，而设备的使用率、使用方式又与系统供能调度相关。
3.文献《刘维康,王丹,余晓丹,等.考虑电气转换储能和可再生能源集成的微能源网多目标规划[j].电力系统自动化,2018,42(16):11
‑
20.》中基于全生命周期法计算微能源网全生命周期成本，以全生命周期成本最低和年co2排放量最小为优化目标，考虑电制冷比例和电制热比例等运行方式的影响，对微能源网的关键设备容量进行多目标优化配置研究；文献《丁煜蓉,陈红坤,吴军,等.计及综合能效的电
‑
气
‑
热综合能源系统多目标优化调度[j].电力系统自动化,2021,45(02):64
‑
73.》中为挖掘综合能源系统(ies)用能侧的用能潜力，兼顾供能侧与用能侧的协同优化，提出ies多目标优化调度模型及求解方法，以系统经济成本最低与综合能效最高为目标，建立电、气、热ies多目标优化调度模型；文献《陈中豪,林晓明,陈丽萍,等.社区级综合能源系统多目标模糊日前优化调度模型[j].广东电力,2019,32(01):93
‑
99.》中以运行成本最小化、co2排放量最小化和综合能源利用率最大化为优化目标，构建社区级综合能源系统的多目标日前优化调度模型，通过模糊隶属度函数将各指标的模糊化，用层次分析法确定各指标的综合权重，用满意度指标将多目标问题转化为单目标问题进行求解。上述研究中，设备全寿命周成本只考虑设备静态的设计使用寿命，没有考虑设备使用率以及使用方式对设备寿命的动态影响；从而导致传统的优化调度方法不能全面真实的反应能源系统内部各能源之间的协调控制关系，不利于能源系统的经济、高效运行。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是解决传统优化调度方法不能全面真实的反应能源系统内部各能源之间的协调控制关系，提出了一种计及设备生命周期价值的综合能源系统优化调度方法；考虑设备使用方式对设备使用寿命的影响，引入设备生命周期价值，综合能源利用率、各种能源的安全、经济、高效供应与设备动态最优经济生命周期，减少综合能源系统整体运行成本。
[0005]
为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，计及设备生命周期价值的综合能源系统优化调度方法，包括如下步骤：步骤s1，构建区域内综合能源系统结构，根据设备价格以及重要性确定关键设备；
步骤s2、将关键设备的历史特征数据作为设备剩余寿命预测模型的输入，预测关键设备的剩余寿命值；以此计算使用年限内的报废回收残值，估算未来关键设备每年运维费用；步骤s3、根据关键设备的最优经济寿命模型衡量设备在其生命周期内的最大价值；步骤s4、根据关键设备报废回收的残值/关键设备总的报废回收的残值为权重确定关键设备总的最小年平均使用成本；步骤s5、以综合能源整体运行成本最小化为目标函数，根据最优目标函数值制定调度计划；整体运行成本包括有购电成本、购气成本以及关键设备年平均使用成本。
[0006]
作为优选，区域内综合能源系统内的关键设备包括有储气罐、燃气锅炉、储热罐、燃气轮机、储电池、电锅炉、吸收式制冷机以及电制冷机。
[0007]
作为优选，步骤s2中，采用基于韦伯分布的设备寿命预测模型对关键设备寿命进行预测，其中将关键设备的历史运行时间、历史连续工作时间、历史负荷水平、计划运行时间、计划连续工作时间、计划负荷水平、历史故障率、自然折旧率作为设备寿命预测模型的输入因子，根据关键设备的寿命预测曲线得到关键设备动态得到设备动态使用寿命t，以此计算1
‑
t年报废回收残值c
t，waste
(n)，估算未来每年运维费用c
t
(n)，已发生的运维费用以实计入，n表示关键设备的类别，关键设备总类别数为n。
[0008]
作为优选，步骤s3中，最优经济寿命模型以最小年平均使用成本c
′
min
作为目标函数，公式如下：其中，为年平均使用成本，c
t
(n)为第t年的运维费用，c
spend
为设备购置费用，c
twaste
(n)为使用t年后报废回收的残值。
[0009]
作为优选，关键设备总的最小年平均使用成本c
′
t，min
公式如下：其中，w
t
为残差权重系数。
[0010]
作为优选，综合能源整体运行成本最小化为目标函数公式如下：其中，关键设备运行成本最小化目标函数c
t，min
(n)的公式表示如下；其中t表示调度时刻，c
t，grid
为调度时刻电价，c
t，gas
为调度时刻气价，p
t，grid
为调度时刻购电量，g
t，grid
为调度时刻购气量。
[0011]
作为优选，综合能源系统需要满足供能平衡、供气平衡、供热平衡以及供冷平衡；电网购电量p
t，grid
和燃气轮机发电量p
t，gt
将电能供给蓄电池pt
，es
、电锅炉p
t，eb
、电制冷机p
t，ec
和用电负荷p
t，load
，满足供能平衡公式如下：p
t，grid
+p
t，gt
＝p
t，es
+p
t，eb
+p
t，ec
+p
t，load
；
气网购气g
t，grid
供给燃气轮机g
t，gt
、储气罐g
t，gs
、燃气锅炉g
t，gb
和气负荷g
t，load
，满足供气平衡公式如下：g
t，grid
＝g
t，gt
+g
t，gs
+g
t，gb
+g
t，load
；燃气轮机产热q
t，gt
、电锅炉产热q
t，gb
和燃气锅炉产热q
t，gb
供热给储热罐q
t，qs
、吸收式制冷机q
t，ac
以及热负荷q
t，load
，满足供热平衡公式如下：q
t，gt
+q
t，eb
+q
t，gb
＝q
t，qs
+q
t，ac
+q
t，load
；吸收式制冷机c
t，ac
和电制冷机c
t，ec
供冷给冷负荷c
t，load
满足供冷平衡公式如下：c
t，ac
+c
t，ec
＝c
t，load
。
[0012]
作为优选，综合能源系统还需要满足：燃气轮机热电联产实现电、气耦合，公式如下：p
t，gt
＝η
t，eg
g
t，gt
；燃气轮机热电联产实现热、气耦合，公式如下：q
t，gt
＝η
t，qgt
g
t，gt
；电锅炉实现热、电耦合，公式如下：q
t，eb
＝η
t，qe
p
t，eb
；燃气锅炉实现热、气耦合，公式如下：q
t，gb
＝η
t，qgb
g
t，gb
；电制冷机实现冷、电耦合，公式如下：c
t，ec
＝η
t，ce
p
t，ec
；吸收式制冷机实现冷、热耦合，公式如下：c
t，ac
＝η
t，cq
q
t，ac
；其中，η
t，eg
为燃气轮机热电联产的电、气耦合系数；η
t，qgt
为燃气轮机热电联产的热、气耦合系数；η
t，qe
为电锅炉的热、电耦合系数；η
t，qgb
为燃气锅炉的热、气耦合系数；η
t，ce
为电制冷机的冷、电耦合系数；η
t，cq
为吸收式制冷机的冷、热耦合系数。
[0013]
本发明的有益效果：本发明在综合能源调度时，考虑设备使用方式(投入时间、连续工作时间、负荷水平等)对设备使用寿命的影响，引入设备生命周期价值，在系统运行成本最小的基础上综合考虑设备生命周期价值最大化作为综合能源系统优化调度的目标；用设备动态生命周期模型估算设备使用寿命，再以动态最优经济寿命来衡量其生命周期价值；以关键设备单个报废回收的残值/总报废回收的残值为权重，计算关键设备总的最优年均使用成本，以关键设备总的年均使用成本与调度期运行成本和最小为优化目标；综合能源利用率、各种能源的安全、经济、高效供应与设备动态最优经济生命周期，减少综合能源系统整体运行成本。
附图说明
[0014]
图1为本发明的一种计及设备生命周期价值的综合能源系统优化调度方法。
具体实施方式
[0015]
为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种
最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]
实施例：如图1所示，计及设备生命周期价值的综合能源系统优化调度方法流程图，包括如下步骤：步骤s1，构建区域内综合能源系统结构，根据设备价格以及重要性确定关键设备；区域内综合能源系统内的关键设备包括有储气罐、燃气锅炉、储热罐、燃气轮机、储电池、电锅炉、吸收式制冷机以及电制冷机，对关键设备进行编号。
[0017]
步骤s2、将关键设备的历史特征数据作为设备剩余寿命预测模型的输入，预测关键设备的剩余寿命值；以此计算使用年限内的报废回收残值，估算未来关键设备每年运维费用；包括如下步骤：采用基于韦伯分布的设备寿命预测模型对关键设备寿命进行预测，其中将关键设备的历史运行时间、历史连续工作时间、历史负荷水平、计划运行时间、计划连续工作时间、计划负荷水平、历史故障率、自然折旧率作为设备寿命预测模型的输入因子，根据关键设备的寿命预测曲线得到关键设备动态得到设备动态使用寿命t，以此计算1
‑
t年报废回收残值c
t，waste
(n)，估算未来每年运维费用c
t
(n)，已发生的运维费用以实计入，n表示关键设备的类别，关键设备总类别数为n，本实施例中，关键设备总类别数n＝8。
[0018]
步骤s3、根据关键设备的最优经济寿命模型衡量设备在其生命周期内的最大价值；最优经济寿命模型以最小年平均使用成本c
′
min
作为目标函数，公式如下：其中，为年平均使用成本，c
t
(n)为第t年的运维费用，c
spend
为设备购置费用，c
t，waste
(n)为使用t年后报废回收的残值。
[0019]
步骤s4、根据关键设备报废回收的残值/关键设备总的报废回收的残值为权重确定关键设备总的最小年平均使用成本；关键设备总的最小年平均使用成本c
′
t，min
公式如下：其中，w
t
为残差权重系数。
[0020]
步骤s5、以综合能源整体运行成本最小化为目标函数，根据最优目标函数值制定调度计划；调度计划包括有对关键设备的维护、更换或者终止使用。整体运行成本包括有购电成本、购气成本以及关键设备年平均使用成本；包括如下步骤：综合能源整体运行成本最小化为目标函数公式如下：其中，关键设备运行成本最小化目标函数c
t，min
(n)的公式表示如下；其中t表示调度时刻，c
t，grid
为调度时刻电价，c
t，gas
为调度时刻气价，p
t，grid
为调度时刻购电量，g
t，grid
为调度时刻购气量。
[0021]
综合能源系统需要满足供能平衡、供气平衡、供热平衡以及供冷平衡；电网购电量p
t，grid
和燃气轮机发电量p
t，gt
将电能供给蓄电池p
t，es
、电锅炉p
t，eb
、电制冷机p
t，ec
和用电负荷p
t，load
，满足供能平衡公式如下：p
t，grid
+p
t，gt
＝p
t，es
+p
t，eb
+p
t，ec
+p
t，load
；气网购气g
t，grid
供给燃气轮机g
t，gt
、储气罐g
t，gs
、燃气锅炉g
t，gb
和气负荷g
t，load
，满足供气平衡公式如下：g
t，grid
＝g
t，gt
+g
t，gs
+g
t，gb
+g
t，load
；燃气轮机产热q
t，gt
、电锅炉产热q
t，gb
和燃气锅炉产热q
t，gb
供热给储热罐q
t，qs
、吸收式制冷机q
t，ac
以及热负荷q
t，load
，满足供热平衡公式如下：q
t，gt
+q
t，eb
+q
t，gb
＝q
t，qs
+q
t，ac
+q
t，load
；吸收式制冷机c
t，ac
和电制冷机c
t，ec
供冷给冷负荷c
t，load
满足供冷平衡公式如下：c
tac
+c
t，ec
＝c
t，load
。
[0022]
综合能源系统还需要满足：燃气轮机热电联产实现电、气耦合，公式如下：p
t，g
t＝η
r，eg
g
tgt
；燃气轮机热电联产实现热、气耦合，公式如下：q
tgt
＝η
t，qgt
g
t，gt
；电锅炉实现热、电耦合，公式如下：q
t，eb
＝η
t，qe
p
t，eb
；燃气锅炉实现热、气耦合，公式如下：q
t，gb
＝η
t，qgb
g
t，gb
；电制冷机实现冷、电耦合，公式如下：c
t，ec
＝η
t，ce
p
t，ec
；吸收式制冷机实现冷、热耦合，公式如下：c
t，ac
＝η
t，cq
q
t，ac
；其中，η
t，eg
为燃气轮机热电联产的电、气耦合系数；η
t，qgt
为燃气轮机热电联产的热、气耦合系数；η
t，qe
为电锅炉的热、电耦合系数；η
t，qgb
为燃气锅炉的热、气耦合系数；η
t，ge
为电制冷机的冷、电耦合系数；η
t，cq
为吸收式制冷机的冷、热耦合系数。
[0023]
以上所述之具体实施方式为本发明一种计及设备生命周期价值的综合能源系统优化调度方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。