一種基于全能流模型的微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微電網(wǎng)的能量?jī)?yōu)化方法，具體涉及一種基于全能流模型的微電網(wǎng) 能量?jī)?yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)境的日益惡化和不可再生能量的減少，W風(fēng)能、太陽(yáng)能為代表的可再生清 潔能量發(fā)電技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。將小型風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等靈活、分散地接入用戶側(cè)配 網(wǎng)，提高了局部供電可靠性、減少了輸電損耗、也提高一次能量的利用率和減少?gòu)U氣排放。 W送種方式接入配網(wǎng)的風(fēng)、光發(fā)電系統(tǒng)等被統(tǒng)稱為分布式發(fā)電。微電網(wǎng)是指由分布式發(fā)電、 儲(chǔ)能、負(fù)荷和保護(hù)控制裝置一起集成的獨(dú)立智能系統(tǒng)，它既可W并網(wǎng)運(yùn)行，也可W離網(wǎng)運(yùn) 行。
[0003] 針對(duì)目前的微電網(wǎng)中的動(dòng)態(tài)特性和能量管理問(wèn)題，需要提供一種系統(tǒng)化的優(yōu)化管 理與評(píng)估方法，W克服現(xiàn)有管理方法中，把熱力系統(tǒng)與電力系統(tǒng)分割開(kāi)來(lái)，通過(guò)不同量化因 子，對(duì)他們進(jìn)行分別控制和管理，從而忽略了他們之間相互關(guān)聯(lián)和相互禪合的關(guān)系，不能系 統(tǒng)化的描述各個(gè)環(huán)節(jié)能量流通的特征的缺陷，W全面評(píng)估各環(huán)節(jié)的經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于全能流模型的微電網(wǎng)能量?jī)?yōu) 化方法，該方法通過(guò)統(tǒng)一量化的全能流數(shù)字模型，系統(tǒng)化地描述了能流在產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸、 儲(chǔ)存及利用過(guò)程中的能量特性，有助于從靜態(tài)能量?jī)?yōu)化和動(dòng)態(tài)能量?jī)?yōu)化兩個(gè)方面，全面開(kāi) 展該能源網(wǎng)絡(luò)的能量?jī)?yōu)化管理；同時(shí)該理論通過(guò)集總化約束，還可靈活用于單個(gè)設(shè)備的能 量?jī)?yōu)化管理和評(píng)估。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，根據(jù)需求，可W自由靈活的選擇微電網(wǎng)能源網(wǎng)絡(luò)中的各 個(gè)環(huán)節(jié)，全面考慮各種狀況和約束下的影響因子，系統(tǒng)化地推導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的能量?jī)?yōu)化管理方 法，從而實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)多級(jí)精細(xì)化能量管理，提高全局能量利用水平，保證經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行。
[0005] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明提供一種基于全能流模型的微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化方法，其改進(jìn)之處在于，所述 方法包括下述步驟：
[0007] (1)構(gòu)建全能流模型；
[000引 似構(gòu)建全能流數(shù)學(xué)模型；
[0009] (3)基于全能流數(shù)學(xué)模型的能量?jī)?yōu)化管理，包括能量靜態(tài)優(yōu)化管理和能量動(dòng)態(tài)優(yōu) 化管理。
[0010] 進(jìn)一步地，所述步驟（1)中，全能流模型包括能量類元素、裝置類元素和信息類元 素；能量類元素是微電網(wǎng)通過(guò)裝置類元素進(jìn)行轉(zhuǎn)換利用的主體，信息類元素是能量類元素、 裝置類元素的抽象描述；
[0011] 所述能量類元素包括自然界中不同類型的一次能源和二次能源；裝置類元素包括 不同類型能量產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸、儲(chǔ)存、利用裝置及控制裝置；信息類元素包括不同類型能量 的數(shù)字模型和各設(shè)備的數(shù)字模型。
[0012] 進(jìn)一步地，所述步驟（2)中，構(gòu)建全能流數(shù)學(xué)模型包括構(gòu)建全能流網(wǎng)絡(luò)模型和構(gòu) 建全能流數(shù)學(xué)模型；所述全能流網(wǎng)絡(luò)由裝置類元素連接起來(lái)，構(gòu)成能源輸送通道組合，用于 能量的流通和利用，包括全局優(yōu)化層、分布自治層和就地接入層。
[0013] 進(jìn)一步地，所述全局優(yōu)化層是指區(qū)域范圍內(nèi)多級(jí)微網(wǎng)的能源互聯(lián)，通過(guò)電能的形 式來(lái)傳輸與轉(zhuǎn)供，傳輸距離為Ikm-lOkm ;分布式自治層是指局部地區(qū)內(nèi)單個(gè)微網(wǎng)的能源互 聯(lián)，通過(guò)電能或熱能的形式來(lái)傳輸與轉(zhuǎn)供，傳輸距離為lOOm-lkm ;就地接入層為單個(gè)能源 裝置的接入與利用，各種能源向冷、熱、電需求能源轉(zhuǎn)換。
[0014] 進(jìn)一步地，所述全能流網(wǎng)絡(luò)的能流公式如下：
[001 引 E。" = E"-Ei0s = Dm正" 1);
[0016] 其中；E。。,是總輸出能量瓜。是在總輸入能量；Eim是損失的總輸入能量化。是全 能流模型的表征系數(shù)。
[0017] 進(jìn)一步地，根據(jù)實(shí)際工程能源網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將各能源轉(zhuǎn)換和利用裝置進(jìn)行抽象 建模。
[0018] 進(jìn)一步地，所述步驟（3)中，能量靜態(tài)優(yōu)化管理是針對(duì)能效低的能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)和 能量利用環(huán)節(jié)，進(jìn)行最優(yōu)的技術(shù)改造和設(shè)備升級(jí)，提高能源的靜態(tài)轉(zhuǎn)換效率或利用效率，能 量靜態(tài)優(yōu)化管理包括：
[0019] 基于全能流模型，在各環(huán)節(jié)能源轉(zhuǎn)換或利用效率統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，依次選取轉(zhuǎn) 換效率或利用效率較低的環(huán)節(jié)，計(jì)算各自技術(shù)改造和設(shè)備升級(jí)費(fèi)用，技術(shù)改造和設(shè)備升級(jí) 方案的成本C用下述表達(dá)式表示：
[0020] 〇=ΣΓφυ)
[0021] 其中；Di,是能源網(wǎng)絡(luò)中的能源轉(zhuǎn)換或利用裝置；
[0022] 結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際的等式約束和不等式約束，
[002引 hi 值 U) = 0, 1 = 1，2,…，L 扣；
[0024] gs值U)《0，m= 1，2，...，S 4);
[00巧]其中；1和S分別表示關(guān)于微電網(wǎng)麗全能流網(wǎng)絡(luò)中的第ij個(gè)能源轉(zhuǎn)換或能量利 用裝置〇1，的等式和不等式約束的個(gè)數(shù)；i是微網(wǎng)Μ個(gè)發(fā)用能子系統(tǒng)中的第i個(gè)，j是第i個(gè) 發(fā)用能子系統(tǒng)中的第j個(gè)能級(jí)轉(zhuǎn)換過(guò)程。
[0026] 經(jīng)過(guò)比較分析，令技術(shù)改造和設(shè)備升級(jí)方案的成本胃則選取技術(shù)改造和設(shè) 備升級(jí)方案，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的能量靜態(tài)優(yōu)化管理。
[0027] 進(jìn)一步地，所述步驟（3)中，所述能量動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理包括模式判定、預(yù)測(cè)計(jì)劃、實(shí) 際運(yùn)行和優(yōu)化調(diào)度，并依次循環(huán)；
[0028] 模式判定；通過(guò)微網(wǎng)中分布式電源、儲(chǔ)能與負(fù)荷進(jìn)行投入或退出運(yùn)行時(shí)，其全能流 模型中的信息元素類將隨之變化，微網(wǎng)控制系統(tǒng)根據(jù)信息類元素變化自動(dòng)更新電氣網(wǎng)絡(luò)拓 撲結(jié)構(gòu)，確定微電網(wǎng)的運(yùn)行模式；
[0029] 預(yù)測(cè)計(jì)劃；根據(jù)冷、熱和電負(fù)荷的構(gòu)成，結(jié)合能量品位特性，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法確 定能源生產(chǎn)及利用的短期預(yù)測(cè)值和超短期預(yù)測(cè)值；根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，結(jié)合生產(chǎn)目標(biāo)，制定每日 的生產(chǎn)計(jì)劃；
[0030] 實(shí)際運(yùn)行；在微電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)際供能量和需求供能量之間存在差異， 不同類型能源之間的轉(zhuǎn)換也存在差異，包括實(shí)際供熱或供電的不足，熱電轉(zhuǎn)換的不足；實(shí)時(shí) 采集各運(yùn)行數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)需求差異值，確定優(yōu)化調(diào)整目標(biāo)；
[0031] 優(yōu)化調(diào)度；在預(yù)測(cè)計(jì)劃和實(shí)際運(yùn)行的基礎(chǔ)上，結(jié)合微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行約束、能源轉(zhuǎn)換 與利用裝置約束等條件，使微電網(wǎng)系統(tǒng)中各目標(biāo)函數(shù)極小或極大，包括經(jīng)濟(jì)效益最大、能量 損耗最小和經(jīng)濟(jì)成本最小，調(diào)度能源轉(zhuǎn)換裝置的供能及能源利用裝置的用能。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是：
[0033] 1、本發(fā)明提供了一種基于全能流模型的微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化方法，用統(tǒng)一量化的全能 流數(shù)字模型，系統(tǒng)化地描述了能流在產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸、儲(chǔ)存及利用過(guò)程中的能量特性，有助 于從靜態(tài)能量?jī)?yōu)化和動(dòng)態(tài)能量?jī)?yōu)化的兩個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)能源網(wǎng)絡(luò)的能量?jī)?yōu)化管理；同時(shí) 該理論通過(guò)集總化約束，還可靈活用于單個(gè)設(shè)備的能量?jī)?yōu)化管理和評(píng)估。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，根 據(jù)需求，可W自由靈活的選擇微電網(wǎng)能源網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，全面考慮各種狀況和約束下 的影響因子，系統(tǒng)化地推導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的能量?jī)?yōu)化管理方法，從而實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)多級(jí)精細(xì)化能量 管理，提高全局能量利用水平，保證經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行。
[0034] 2、本發(fā)明提供的方法通過(guò)統(tǒng)一量化指標(biāo)體系，在微電網(wǎng)整體和局部環(huán)節(jié)能效量化 分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)靜態(tài)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)優(yōu)化兩種方式，進(jìn)行多級(jí)能量精細(xì)化管理，提高全局能 量?jī)?yōu)化利用水平。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1是本發(fā)明提供的基于全能流模型的微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化方法的流程圖。
[0036] 圖2是本發(fā)明提供的全能流模型圖；
[0037] 圖3是本發(fā)明提供的動(dòng)態(tài)能量?jī)?yōu)化管理示意圖；
[003引圖4是本發(fā)明提供的具體實(shí)施例的微電網(wǎng)全能流網(wǎng)絡(luò)模型圖；
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0040] 本發(fā)明針對(duì)目前微電網(wǎng)尚無(wú)針對(duì)多種類型能源的統(tǒng)一優(yōu)化管理方法，而提供的一 種基于全能流模型的微電網(wǎng)能量?jī)?yōu)化方法。該方法通過(guò)統(tǒng)一量化指標(biāo)體系，在微電網(wǎng)整體 和局部環(huán)節(jié)能效量化分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)靜態(tài)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)優(yōu)化的兩種方式，進(jìn)行多級(jí)能量 精細(xì)化管理，提高了全局能量?jī)?yōu)化利用水平。
[0041] 該方法的流程圖如圖1所示，包括下述步驟：
[0042] 1.構(gòu)建全能流模型；
[0043] 根據(jù)實(shí)際工程能源網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將各能源轉(zhuǎn)換和利用裝置（如微型燃?xì)廨啓C(jī)、 光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、儲(chǔ)能裝置、用能負(fù)荷等）進(jìn)行抽象建模。其模型主要分為Η類；能量類 巧nergy)、裝置類值evic