面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其優(yōu)化控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其優(yōu)化控制方法，屬于能源優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域；主要是為了解決現(xiàn)有技術(shù)能源轉(zhuǎn)換利用不全面等問題；本系統(tǒng)包括電能供能單元、熱能供能單元、能源轉(zhuǎn)換中心和能量輸出單元，其控制方法通過計(jì)算單目標(biāo)下運(yùn)行費(fèi)用、污染治理費(fèi)用的最小值，隨機(jī)設(shè)定粒子的初始位置和初始速度，并對每個(gè)粒子的速度進(jìn)行限制，對粒子的位置和速度進(jìn)行更新，求得使交集隸屬度函數(shù)的最大隸屬度值，更新粒子的群體極值，通過一定的準(zhǔn)則生成當(dāng)前解的鄰域解，并從生成的鄰域解中選出若干解作為候選解，判斷生成的候選解是否滿足藐視準(zhǔn)則，更新粒子的迭代次數(shù)，判斷最新生成的最優(yōu)解以及迭代次數(shù)是否滿足迭代終止條件。
【專利說明】
面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其優(yōu)化控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于能源優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及 其優(yōu)化控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源是人類賴以生存的基礎(chǔ)，近年來，由于資源的過度使用導(dǎo)致不可再生能源的 存儲(chǔ)量極度減少，為了應(yīng)對能源危機(jī)，各國專家致力于研究新能源技術(shù)。由于風(fēng)能、太陽能、 潮汐能等可再生能源有可再生、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，故作為主要研究對象，而可再生能源發(fā)電 的隨機(jī)性和間歇性比較大，分布式能源的分散接入會(huì)造成電網(wǎng)潮流分布復(fù)雜多變，不僅嚴(yán) 重影響供電的質(zhì)量而且也會(huì)引起系統(tǒng)保護(hù)誤動(dòng)以及動(dòng)作的靈敏度降低等問題，以至于對電 網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生威脅。
[0003] 為了使分布式能源能夠高效利用以及保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，需要解決分布式能源分 散接入引起的問題。一種新的能源結(jié)構(gòu)_能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，能源互聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上通 過電力電子技術(shù)和信息技術(shù)把可再生能源發(fā)電系統(tǒng)以及分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)合起來，相對于 大電網(wǎng)而言是一個(gè)完整的模塊化單元，從用戶的角度看，能源互聯(lián)網(wǎng)可以滿足用戶對電能 的基本要求。能源互聯(lián)網(wǎng)通過一個(gè)能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將不同類型的分布式能源以熱能和電能的 形式呈現(xiàn)出來，解決分布式能源的分散接入引起的問題。
[0004] 目前的現(xiàn)有技術(shù)有基于能源互聯(lián)網(wǎng)的能源路由器，比如將風(fēng)能和太陽能兩種電能 能量輸入到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，可在出口獲得兩種電能能量的總和，但這種技術(shù)沒有同時(shí)集 成電能和熱能，其存在的問題是供能不穩(wěn)定、供能質(zhì)量不高、能源轉(zhuǎn)換利用不全面;可見，提 高資源的利用率，保證負(fù)荷用能，并對用戶側(cè)的負(fù)荷量進(jìn)行預(yù)測，使能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)出口可同 時(shí)獲得電能和熱能等能量，提高供能質(zhì)量顯得尤為重要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其優(yōu)化控制 方法，其電能由電網(wǎng)、風(fēng)能、太陽能和CHP單元(即熱電聯(lián)供單元）四個(gè)部分構(gòu)成，將這四種能 量輸入到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，在出口獲得這四種電能能量總和;熱能由熱網(wǎng)、CHP單元、電蓄熱 和電鍋爐供熱系統(tǒng)四個(gè)部分組成，通過能量輸轉(zhuǎn)換系統(tǒng)獲得的熱能是這四種熱源的總和。 本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)使用分布式電源為系統(tǒng)單獨(dú)供能，供能不穩(wěn)定、供能質(zhì)量不高、能源 轉(zhuǎn)換利用不全面等問題。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0007] -種面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括電能供能單元、熱能供能單元、能源轉(zhuǎn) 換中心和能量輸出單元;所述能源轉(zhuǎn)換中心包括逆變升壓單元一、交流電力線一、交流電力 線二、整流器一、儲(chǔ)能電池單元、CHP單元、電蓄熱單元、電鍋爐供熱單元、熱力網(wǎng)和控制單 元;所述電能供能單元包括光伏發(fā)電機(jī)組、風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng);所述熱能供能單元包括燃 氣輸送單元和熱網(wǎng);所述能量輸出單元包括直流負(fù)荷、交流負(fù)荷和熱負(fù)荷;所述儲(chǔ)能電池單 元包括整流器二、儲(chǔ)能電池、逆變升壓單元二和靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，所述整流器二與儲(chǔ)能電池相 連，所述儲(chǔ)能電池與逆變升壓單元二相連，所述整流器二與逆變升壓單元二之間接有靜態(tài) 轉(zhuǎn)換開關(guān)，所述CHP單元包括燃?xì)忮仩t、換熱器、余熱回收閥、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、電壓縮制冷機(jī)、電 控制柜一、系統(tǒng)水栗和栗用電負(fù)荷需求，所述燃?xì)忮仩t與換熱器相連，換熱器連接余熱回收 閥，余熱回收閥分別與燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和電壓縮制冷機(jī)相連，燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和電壓縮制冷機(jī)均與 電控制柜一相連，電控制柜一接系統(tǒng)水栗，系統(tǒng)水栗與栗用電負(fù)荷需求相連;所述電鍋爐供 熱單元包括過濾器、循環(huán)水栗、電熱鍋爐、蓄熱水箱、膨脹水箱、電控制柜二和分水器，所述 膨脹水箱一端連接自來水處理器，另一端連接過濾器和循環(huán)水栗，所述過濾器與蓄熱水箱 之間接有分水器，所述蓄熱水箱與電熱鍋爐連接，所述電熱鍋爐連接循環(huán)水栗和電控制柜 二;所述電蓄熱單元包括電控制柜三、蓄熱電鍋爐、蓄熱系統(tǒng)和出熱控制閥，所述電控制柜 三與蓄熱電鍋爐相連，蓄熱電鍋爐連蓄熱系統(tǒng)，蓄熱系統(tǒng)連接出熱控制閥;所述光伏發(fā)電機(jī) 組和風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組與逆變升壓單元一相連，所述逆變升壓單元一、整流器一、整流器二和電 網(wǎng)均接入交流電力線一，所述整流器一與直流負(fù)荷連接，所述直流負(fù)荷與儲(chǔ)能電池相連;所 述燃?xì)廨斔蛦卧佑腥細(xì)饪刂乒瘢細(xì)饪刂乒衽c燃?xì)忮仩t相連，逆變升壓單元二、電網(wǎng)、電 控制柜一、電控制柜二和電控制柜三均與交流電力線二相連，所述交流電力線二接交流負(fù) 荷，所述電控制柜二與電控制柜三相連接，所述熱網(wǎng)與熱網(wǎng)控制閥相連，所述燃?xì)忮仩t、換 熱器、分水器、出熱控制閥和熱網(wǎng)控制閥均接入熱力網(wǎng)，所述熱力網(wǎng)接熱負(fù)荷，所述儲(chǔ)能電 池單元、電蓄熱單元、CHP單元和電鍋爐供熱單元均與控制單元相連。
[0008] 所述逆變升壓單元一和逆變升壓單元二均包括不控整流電路、boost升壓電路和 全橋逆變電路，所述不控整流電路將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，所述boost升壓電路將不控整流 電路產(chǎn)生的直流電升壓，為后續(xù)的全橋逆變電路提供符合逆變要求的直流電；所述全橋逆 變電路將boost升壓電路產(chǎn)生的直流電通過逆變電路轉(zhuǎn)化為可與電網(wǎng)并聯(lián)以及直接供給直 流負(fù)荷和交流使用的交流電。
[0009] 所述儲(chǔ)能電池單元通過充放電調(diào)整面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的電能，當(dāng)系 統(tǒng)產(chǎn)生的電能供大于求時(shí)，儲(chǔ)能電池單元進(jìn)行充電；當(dāng)系統(tǒng)供電供不應(yīng)求時(shí)，儲(chǔ)能電池單元 進(jìn)行放電。
[0010 ]所述CHP單元，即熱電聯(lián)供單元，可提供交流負(fù)荷和熱負(fù)荷所需的電能和熱能。 [0011]所述電蓄熱單元，當(dāng)系統(tǒng)中的電能供大于求時(shí)，可將電能轉(zhuǎn)化為熱能并將轉(zhuǎn)化的 熱能進(jìn)行儲(chǔ)存;當(dāng)系統(tǒng)中的電能供不應(yīng)求時(shí)，可釋放熱能。
[0012] 所述電鍋爐供熱單元，可將電能轉(zhuǎn)化為熱能;且當(dāng)單位運(yùn)行電費(fèi)費(fèi)用較低時(shí)，采用 電鍋爐供熱單元直接向熱負(fù)荷提供熱能。
[0013] 本發(fā)明還提供一種面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換優(yōu)化控制方法，具體包括以下步 驟：
[0014] 步驟1:按照優(yōu)化結(jié)果的需要建立多目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算運(yùn)行費(fèi)用、污染治理費(fèi)用等子 目標(biāo)函數(shù)在約束條件下的最小值，通過隸屬度函數(shù)建立關(guān)于目標(biāo)函數(shù)的隸屬度函數(shù)，求解 隸屬度函數(shù)的最小值，進(jìn)而將多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)非線性優(yōu)化問題；
[0015] 步驟2:根據(jù)選取粒子個(gè)數(shù)以及系統(tǒng)中電、熱負(fù)荷的預(yù)測值，隨機(jī)設(shè)定粒子的初始 位置和初始速度，并對每個(gè)粒子的速度進(jìn)行限制，同時(shí)設(shè)置空的禁忌表；
[0016] 步驟3:對現(xiàn)有粒子的位置和速度進(jìn)行更新，尋找目標(biāo)隸屬度函數(shù)的最優(yōu)值；
[0017] 步驟4:根據(jù)通過更新得到的粒子的位置計(jì)算得到此時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用以及環(huán)境 污染治理費(fèi)用，然后通過隸屬度函數(shù)求得交集隸屬度函數(shù)的最大值，此解為多目標(biāo)函數(shù)對 應(yīng)的最優(yōu)解；
[0018] 步驟5:根據(jù)對比各粒子得到的多目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解得到滿足條件的個(gè)體極值，通 過比較當(dāng)前個(gè)體極值和當(dāng)前群體極值更新粒子的群體極值；
[0019] 步驟6:根據(jù)生成的當(dāng)前解，通過一定的準(zhǔn)則生成當(dāng)前解的鄰域解，并從生成的鄰 域解中選出若干解作為候選解；
[0020] 步驟7:判斷生成的候選解是否滿足藐視準(zhǔn)則;若是，執(zhí)行步驟7.1;若否，則執(zhí)行步 驟7.2;
[0021]步驟7.1:將滿足藐視準(zhǔn)則的候選解作為當(dāng)前解，用其對應(yīng)的對象替換最早進(jìn)入禁 忌表中的對象，更新最優(yōu)解，并返回步驟6;
[0022] 步驟7.2:將非禁忌的候選最佳解作為當(dāng)前解，用該解對應(yīng)的對象替換最早進(jìn)入禁 忌表中的對象，執(zhí)彳丁步驟8;
[0023] 步驟8:根據(jù)將上一步生成的解代入隸屬度函數(shù)，求出使隸屬度函數(shù)取最大隸屬度 值對應(yīng)的解，更新粒子的個(gè)體極值和群體極值，并更新粒子的迭代次數(shù)；
[0024] 步驟9:判斷最新生成的最優(yōu)解以及迭代次數(shù)，兩者任意一項(xiàng)是否滿足迭代終止條 件;若是，執(zhí)行步驟10;若否，則返回步驟3;
[0025] 步驟10:迭代終止，輸出多目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解。
[0026]所述步驟1的具體步驟如下：
[0027] 步驟1.1:根據(jù)按照優(yōu)化結(jié)果的需要建立多目標(biāo)函數(shù)：
[0028] (?) : f 私(，)+ 心義(〇 + Cs W] ⑴ 1=1
[0029] ce(t) - (0*^)+(2)
[0030] 其中，Cq(t)為t時(shí)刻系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，Cf(t)為t時(shí)刻系統(tǒng)的燃料費(fèi)用，CR, rast(t)為t 時(shí)刻系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組和光伏發(fā)電機(jī)組的維護(hù)費(fèi)用，Cs(t)為t時(shí)刻系統(tǒng)與電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)電 量交易費(fèi)用為t時(shí)刻由CHP單元產(chǎn)生的污染懲罰費(fèi)用，<(/)為t時(shí)刻產(chǎn)生S0 X的懲罰價(jià) 格，O)為t時(shí)刻產(chǎn)生N0的懲罰價(jià)格，<(〇為t時(shí)刻產(chǎn)生C0X的懲罰價(jià)格，p g⑴為t時(shí)刻系統(tǒng) 向電網(wǎng)購電功率，v (t)為t時(shí)刻燃燒天然氣的體積；
[0031] 步驟1.2:對不可控能源出力情況預(yù)測;將近幾年同一時(shí)刻的系統(tǒng)負(fù)荷需求量作為 歷史數(shù)據(jù)，通過負(fù)荷預(yù)測方法得到系統(tǒng)此時(shí)的負(fù)荷預(yù)測值;將受天氣因素變化的風(fēng)機(jī)發(fā)電 機(jī)組、光伏機(jī)組的出力情況進(jìn)行預(yù)測;其中，機(jī)組約束為：
[0032] (1)電功率平衡
[0033] eg(t)+ev(t)+ew(t)+ec(t)-eb(t) = ei〇ad(t) (3)
[0034] 其中，eg(t)為t時(shí)刻電網(wǎng)提供的電量，ev(t)為t時(shí)刻光伏輸出電量，ew(t)為t時(shí)刻 風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組輸出電量，e。⑴為t時(shí)刻CHP單兀提供電量，eb⑴為t時(shí)刻儲(chǔ)能電池充放電量， 61?！阇(1:)為1:時(shí)刻系統(tǒng)電負(fù)荷量；
[0035] (2)熱功率平衡
[0036] qc(t)+qb(t)+qh(t)+qe(t) = qi〇ads(t) (4)
[0037]其中，qc(t)為t時(shí)刻CHP單元提供的熱量，qb(t)為t時(shí)刻電鍋爐提供的熱量，q h(t) 為t時(shí)刻熱網(wǎng)提供的熱量，(t)為t時(shí)刻電蓄熱單元提供的熱量，qioads (t)為t時(shí)刻研究對象 熱負(fù)荷量；
[0038] (3)儲(chǔ)能電池約束 ' 0
[0039] Pid) -pomax < pb(t) <-pumin C5) .P^ia^Pbi^^Pnua,
[0040] 其中，p_x為儲(chǔ)能電池最大放電功率，pMin為儲(chǔ)能電池最小放電功率，pimin為儲(chǔ)能 電池最小充電功率，Pim ax為儲(chǔ)能電池最大充電功率;Pb(t)>0時(shí)電池處于放電狀態(tài)，pb(t)< 0時(shí)電池處于充電狀態(tài)；
[0041 ] (4)CHP單元條件約束
[0042] X, < xc(t) < J, ( 6 )
[pr 'Xr(t)-T X, <^xAt)<Xe
[0043] 伙' （7)
[0044] 其中，&為CHP單元的最小電負(fù)荷率，巧為CHP單元的最大電負(fù)荷率；
[0045] (5)供熱條件約束
[0046] CHP單元的供熱量、熱網(wǎng)、電鍋爐供熱單元以及電蓄熱供熱單元需要隨時(shí)間的變化 而變化，則單位時(shí)間CHP單元的運(yùn)行費(fèi)用為：
(B)
[0048]單位時(shí)間熱網(wǎng)的運(yùn)行費(fèi)用為：
[0049] Cr = C ? A t (9)
[0050] 單位時(shí)間電鍋爐供熱單元運(yùn)行費(fèi)用：
(10)
[0052]其中，Ch(t)為單位時(shí)間CHP單元運(yùn)行費(fèi)用，Cnl為天然氣價(jià)格，內(nèi)為丨時(shí)刻CHP單元電 功率，m為CHP單元電功率系數(shù)，L為天然氣低熱值，Cr為單位時(shí)間熱網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用，Cb為單位時(shí) 間電鍋爐供熱單元運(yùn)行費(fèi)用，C為熱網(wǎng)供熱價(jià)格，C grid(t)為t時(shí)刻電價(jià)，為t時(shí)刻電鍋爐供 熱功率，112為1時(shí)刻電轉(zhuǎn)熱轉(zhuǎn)化效率，A t為仿真時(shí)間段；
[0053]步驟1.3:選取單位時(shí)間內(nèi)除電蓄熱單元外的運(yùn)行費(fèi)用（即Ch、Cb、Cr)三者中較小的 作為主要供熱源；
[0054]步驟1.4:通過隸屬度函數(shù)建立關(guān)于目標(biāo)函數(shù)的隸屬度函數(shù)，
(1J) L〇〇56J 其中，y(Fi(t))為目標(biāo)函數(shù)Fi(t)的隸屬度函數(shù)，F(xiàn)i(t)為苐i個(gè)目標(biāo)函數(shù)，心為第i 個(gè)目標(biāo)函數(shù)能接受的伸縮度值，F(xiàn)imin為第i個(gè)目標(biāo)函數(shù)的最小函數(shù)值，其中i = l，2，t = l， 2，???，24;
[0057] 步驟1.5 :求解隸屬度函數(shù)的最小值，將多目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)非線性 優(yōu)化最優(yōu)問題，定義最大滿意度入：
[0058] 人=maxmin{li(Fi(t))，u(F2(t))} (12)
[0059] 將隸屬度函數(shù)交集取得的最小值中的最大值作為多目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，為系統(tǒng)提 供能源調(diào)度策略。
[0060] 所述步驟2中，對粒子的速度V的限制為：
[0061] -15<V<20 (13)
[0062]其中，V為表示粒子的速度；
[0063] 所述步驟3中，對粒子的速度和位置進(jìn)行更新的計(jì)算過程如下：
[0068] 其中，Vld為粒子的速度，以為第k次迭代粒子i的速度，匕)+1為第(k+1)次迭代粒子i 的速度，《為慣性權(quán)重，cdPc2為學(xué)習(xí)因子，為隨機(jī)因子，為第k次迭代平均最優(yōu)極 值，為種群的群體極值，#為第k次迭代粒子i的位置，X〗/ 1為第(k+1)次迭代粒子i的位 置，《 start為初始慣性權(quán)重，《 end為迭代至最大次數(shù)時(shí)的慣性權(quán)重;其中，d=l，2~D，i = l， 2,. .，n，N為當(dāng)前迭代次數(shù)，n為種群規(guī)模，Nmax為最大迭代次數(shù)，pnd為第k次迭代粒子n的極 值；
[0069] 所述步驟4中，對交集隸屬度函數(shù)的最大值計(jì)算過程如下：
[0070] 定義最大滿意度入，
[0071] 人=maxmin{ii(Fi(t))，y(F2(t))} (18)
[0072] 將求出的最大值作為多目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，為系統(tǒng)提供能源調(diào)度策略；
[0073] 所述步驟5中，尋找個(gè)體極值和群體極值的方法為：
[0074] 根據(jù)步驟4得到使隸屬度函數(shù)取最小值時(shí)粒子的位置，得到當(dāng)前粒子的多目標(biāo)函 數(shù)值，求解隸屬度函數(shù)的個(gè)體極值和群體極值，將各粒子的位置帶入隸屬度函數(shù)求取隸屬 度函數(shù)的值，比較粒子之間的隸屬度函數(shù)值，選取隸屬度函數(shù)的最大值作為個(gè)體極值;將當(dāng) 前迭代次數(shù)得到的個(gè)體極值和之前迭代得到的群體極值進(jìn)行比較選取兩者中較大的作為 群體極值。
[0075] 本發(fā)明的面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與優(yōu)化控制方法通過引入一種能源轉(zhuǎn) 換系統(tǒng)，加強(qiáng)不同能源之間的聯(lián)系，用于滿足用戶的電、熱需求，將分布式能源和電網(wǎng)連接 系統(tǒng)的出力整合后供給系統(tǒng)，減小了分布式能源的分散接入對電網(wǎng)潮流分布復(fù)雜多變的影 響，提高供電的質(zhì)量增加系統(tǒng)保護(hù)的靈敏度，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行;通過在系統(tǒng)中使用禁忌 粒子群優(yōu)化算法，減少了系統(tǒng)優(yōu)化的時(shí)間、提高系統(tǒng)精度，增加了優(yōu)化的可靠性，保證在系 統(tǒng)運(yùn)行過程中經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益最優(yōu)。
【附圖說明】
[0076] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的模塊連接圖；
[0077] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0078] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的儲(chǔ)能電池單元結(jié)構(gòu)圖；
[0079]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的CHP單元結(jié)構(gòu)圖；
[0080]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的電鍋爐供熱單元結(jié)構(gòu)圖；
[0081 ]圖6是本發(fā)明實(shí)施例的電蓄熱單元結(jié)構(gòu)圖；
[0082] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)化控制方法流程圖；
[0083] 其中：1、光伏發(fā)電機(jī)組;2、風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組;3、逆變升壓單元一;4、整流器一;5、儲(chǔ)能 電池單元;6、CHP單元;7、電鍋爐供熱單元;8、電蓄熱單元;9、電網(wǎng)；10、燃?xì)廨斔蛦卧?1、燃 氣控制柜；12、熱網(wǎng)控制閥；13、熱網(wǎng)；14、熱網(wǎng)控制閥；51、整流器二;52、儲(chǔ)能電池;53、逆變 升壓單元二;54、靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān);61、燃?xì)忮仩t;62、換熱器;63、余熱回收閥;64、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)； 65、電壓縮制冷機(jī);66、電控制柜一;67、系統(tǒng)水栗;71、過濾器;72、循環(huán)水栗;73、電熱鍋爐； 74、蓄熱水箱;75、電控制柜二;76、分水器;81、電控制柜三;82、蓄熱電鍋爐;83、蓄熱系統(tǒng)； 84、出熱控制閥
【具體實(shí)施方式】
[0084]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0085 ]如圖1所示，面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括電能供能單元、熱能供能單元、 能源轉(zhuǎn)換中心和能量輸出單元;所述能源轉(zhuǎn)換中心包括逆變升壓單元一、交流電力線一、交 流電力線二、整流器一、儲(chǔ)能電池單元、CHP單元、電蓄熱單元、電鍋爐供熱單元、熱力網(wǎng)和控 制單元。
[0086] 如圖2所示(為了使該圖清晰，省略了控制單元），電能供能單元包括光伏發(fā)電機(jī)組 1、風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組2和電網(wǎng)9;熱能供能單元包括燃?xì)廨斔蛦卧?0和熱網(wǎng)13;能量輸出單元包 括直流負(fù)荷、交流負(fù)荷和熱負(fù)荷。
[0087] 如圖3所示，儲(chǔ)能電池單元5包括整流器二51、儲(chǔ)能電池52、逆變升壓單元二53和靜 態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)54,整流器二51與儲(chǔ)能電池52相連，儲(chǔ)能電池52與逆變升壓單元二53相連，整流 器二51與逆變升壓單元二53之間接有靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)54。儲(chǔ)能電池單元5用于調(diào)節(jié)供需不平 衡問題，作為備用單元，還可提高系統(tǒng)的分布式發(fā)電單元的可調(diào)度性，對于不可調(diào)度的分布 式發(fā)電單元，儲(chǔ)能電池單元5可以提高機(jī)組的可調(diào)度性，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行。儲(chǔ)能電池 單元通過充放電調(diào)整系統(tǒng)的電能；當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生的電能供大于求時(shí)，儲(chǔ)能電池單元進(jìn)行充電， 將多余的電能以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存起來;當(dāng)系統(tǒng)供電供不應(yīng)求時(shí)，儲(chǔ)能電池單元進(jìn)行放電， 將化學(xué)能重新轉(zhuǎn)化為電能為系統(tǒng)供電。
[0088] 逆變單元升壓單元一 3和逆變升壓單元二53均包括不控整流電路、boost升壓電路 和全橋逆變電路，用于實(shí)現(xiàn)分布式電源直接供給負(fù)荷使用以及和電網(wǎng)并網(wǎng)，不控整流主要 用于將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，減少頻率變化的影響;boost升壓電路用于將不控整流電路產(chǎn) 生的直流電升壓，為后續(xù)的全橋逆變電路提供符合逆變要求的直流電；其中，逆變升壓單元 一中的全橋逆變電路用于將boost升壓電路產(chǎn)生的直流電通過轉(zhuǎn)化為可以和電網(wǎng)并聯(lián)的交 流電，逆變升壓單元二中的全橋逆變電路用于將boost升壓電路產(chǎn)生的直流電通過轉(zhuǎn)化為 直接供給交流負(fù)荷使用的交流電。
[0089] 如圖4所示，CHP單元6，即熱電聯(lián)供單元，可提供交流負(fù)荷和熱負(fù)荷所需的電能和 熱能。CHP單元6包括燃?xì)忮仩t61、換熱器62、余熱回收閥63、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)64、電壓縮制冷機(jī) 65、電控制柜一 66、系統(tǒng)水栗67和栗用電負(fù)荷需求，燃?xì)忮仩t61與換熱器62相連，換熱器62 連接余熱回收閥63，余熱回收閥63分別與燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)64和電壓縮制冷機(jī)65相連，燃?xì)鈨?nèi)燃 機(jī)64和電壓縮制冷機(jī)65均與電控制柜一 66相連，電控制柜一 66接系統(tǒng)水栗67,系統(tǒng)水栗67 與栗用電負(fù)荷需求相連。CHP單元6根據(jù)提供的燃料產(chǎn)生一定比例的電能和熱能，提供負(fù)荷 所需的電能和熱能;CHP單元6還用于充當(dāng)備用電站，根據(jù)系統(tǒng)中發(fā)電單元的發(fā)電情況適當(dāng) 的調(diào)整CHP單元的供能情況，增加系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性；用于尖峰負(fù)荷發(fā)電，根據(jù)各時(shí)段分布 式發(fā)電單元出力情況以及負(fù)荷情況，通過對比CHP單元供能費(fèi)用和其他可調(diào)度供能單元的 功能費(fèi)用調(diào)整分布式供能單元出力情況，提高能源的利用率。
[0090] 如圖5所示，電鍋爐供熱單元7包括過濾器71、循環(huán)水栗72、電熱鍋爐73、蓄熱水箱 74、膨脹水箱、電控制柜二75和分水器76,膨脹水箱一端連接自來水處理器，另一端連接過 濾器71和循環(huán)水栗72,過濾器71與蓄熱水箱74之間接有分水器76,蓄熱水箱74與電熱鍋爐 73連接，電熱鍋爐73連接循環(huán)水栗72和電控制柜二75。電鍋爐供熱單元7可將電能轉(zhuǎn)化為熱 能;且當(dāng)單位運(yùn)行電費(fèi)費(fèi)用較低時(shí)，采用電鍋爐供熱單元7直接向熱負(fù)荷提供熱能。電鍋爐 供熱單元7用于將電能轉(zhuǎn)化為熱能，比較系統(tǒng)中的熱網(wǎng)供熱單元、電蓄熱單元、電鍋爐供熱 單元三種供熱方式，當(dāng)電鍋爐供熱單元的單位運(yùn)行費(fèi)用較低時(shí)，采用電鍋爐供熱單元直接 給熱負(fù)荷提供熱能，減少電蓄熱過程中的損失以及CHP單元中對不可再生能源的消耗。 [0091]如圖6所示，電蓄熱單元8包括電控制柜三81、蓄熱電鍋爐82、蓄熱系統(tǒng)83和出熱控 制閥84,電控制柜三81與蓄熱電鍋爐82相連，蓄熱電鍋爐82連蓄熱系統(tǒng)83,蓄熱系統(tǒng)83連接 出熱控制閥84。當(dāng)系統(tǒng)中的電能供大于求時(shí)，電蓄熱單元8可將電能轉(zhuǎn)化為熱能并將轉(zhuǎn)化的 熱能進(jìn)行儲(chǔ)存；當(dāng)系統(tǒng)中的電能供不應(yīng)求時(shí)，可釋放熱能，并將轉(zhuǎn)化的熱能儲(chǔ)存以供系統(tǒng)之 需；電蓄熱單元用于調(diào)節(jié)供需不平衡問題，根據(jù)系統(tǒng)中的供需要求可以儲(chǔ)存多余的電量保 證系統(tǒng)電能的利用率，也可以根據(jù)需求釋放熱能保證系統(tǒng)供能的穩(wěn)定性，同時(shí)，還能減少對 環(huán)境的污染，電蓄熱單元主要用于儲(chǔ)存分布式電源產(chǎn)生多余電能和電網(wǎng)低谷時(shí)電能，將這 部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，避免了直接通過燃燒化石燃料提供熱能，進(jìn)而減少污染物的排放量 進(jìn)而保護(hù)環(huán)境。
[0092] 光伏發(fā)電機(jī)組1和風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組2與逆變升壓單元一 3相連，逆變升壓單元一 3、整 流器一 4、整流器二51和電網(wǎng)9均接入交流電力線一，整流器一 4與直流負(fù)荷連接，直流負(fù)荷 與儲(chǔ)能電池52相連;燃?xì)廨斔蛦卧?0接有燃?xì)饪刂乒?1，燃?xì)饪刂乒?1與燃?xì)忮仩t61相連， 逆變升壓單元二53、電網(wǎng)9、電控制柜一 66、電控制柜二62和電控制柜三81均與交流電力線 二相連，交流電力線二接交流負(fù)荷，電控制柜二62與電控制柜三81相連接，熱網(wǎng)13與熱網(wǎng)控 制閥14相連，燃?xì)忮仩t61、換熱器62、分水器76、出熱控制閥84和熱網(wǎng)控制閥14均接入熱力 網(wǎng)，熱力網(wǎng)接熱負(fù)荷，儲(chǔ)能電池單元5、電蓄熱單元8、CHP單元6、電鍋爐供熱單元7均與控制 單元相連。
[0093]如圖7所示，本發(fā)明還提供一種面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換優(yōu)化控制方法，具體包 括以下步驟：
[0094]步驟1:按照優(yōu)化結(jié)果的需要建立多目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算運(yùn)行費(fèi)用、污染治理費(fèi)用等子 目標(biāo)函數(shù)在約束條件下的最小值，通過隸屬度函數(shù)建立關(guān)于目標(biāo)函數(shù)的隸屬度函數(shù)，求解 隸屬度函數(shù)的最小值，進(jìn)而將多目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)非線性優(yōu)化最優(yōu)問題;其 具體步驟如下：
[0095] 步驟1.1:根據(jù)按照優(yōu)化結(jié)果的需要建立多目標(biāo)函數(shù)：
[0096] Q ⑴=(〇 + C"〇] CD
[0097] C (?) = X ^ s?〇 ^^si〇 > ^ Pg (〇>r) + s" (S'L -C s'!〇 ^)] (2.) /-I
[0098] 其中，Cq(t)為t時(shí)刻系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，Cf(t)為t時(shí)刻系統(tǒng)的燃料費(fèi)用，CR, cclst(t)為t 時(shí)刻系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組和光伏發(fā)電機(jī)組的維護(hù)費(fèi)用，Cs(t)為t時(shí)刻系統(tǒng)與電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)電 量交易費(fèi)用，sr的為t時(shí)刻由CHP單元產(chǎn)生的污染懲罰費(fèi)用，40)為t時(shí)刻產(chǎn)生so x的懲罰價(jià) 格，<的為t時(shí)刻產(chǎn)生NO的懲罰價(jià)格，為t時(shí)刻產(chǎn)生COx的懲罰價(jià)格，p g⑴為t時(shí)刻系統(tǒng) 向電網(wǎng)購電功率，V ( t)為t時(shí)刻燃燒天然氣的體積；
[0099] 步驟1.2:對不可控能源出力情況預(yù)測;將近幾年同一時(shí)刻的系統(tǒng)負(fù)荷需求量作為 歷史數(shù)據(jù)，通過負(fù)荷預(yù)測方法得到系統(tǒng)此時(shí)的負(fù)荷預(yù)測值;將受天氣因素變化的風(fēng)機(jī)發(fā)電 機(jī)組、光伏機(jī)組的出力情況進(jìn)行預(yù)測;其中，機(jī)組約束為：
[0100] (1)電功率平衡
[0101] eg(t)+ev(t)+ew(t)+ec(t)-eb(t) = ei〇ad(t) (3)
[0102] 其中，eg(t)為t時(shí)刻電網(wǎng)提供的電量，ev(t)為t時(shí)刻光伏輸出電量，ew(t)為t時(shí)刻 風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組輸出電量，e。⑴為t時(shí)刻CHP單兀提供電量，eb⑴為t時(shí)刻儲(chǔ)能電池充放電量， 61?！阇(1:)為1:時(shí)刻系統(tǒng)電負(fù)荷量；
[0103] (2)熱功率平衡
[0104] qc(t)+qb(t)+qh(t)+qe(t) = qi〇ads(t) (4)
[0105] 其中，q。(t)為t時(shí)刻CHP單元提供的熱量，qb (t)為t時(shí)刻電鍋爐提供的熱量，qh (t) 為t時(shí)刻熱網(wǎng)提供的熱量，(t)為t時(shí)刻電蓄熱單元提供的熱量，qioads (t)為t時(shí)刻研究對象 熱負(fù)荷量；
[0106] (3)儲(chǔ)能電池約束 . 0
[0107] pb (t) = < -pom^ < pb(t) < -pumia (5) ,Pnmn^Pbi^^Pn^x
[0108] 其中，p_x為儲(chǔ)能電池最大放電功率，pMin為儲(chǔ)能電池最小放電功率，Pimin為儲(chǔ)能 電池最小充電功率，Pim aX為儲(chǔ)能電池最大充電功率;Pb(t)>0時(shí)電池處于放電狀態(tài)，pb(t)< 0時(shí)電池處于充電狀態(tài)。
[0109] (4)CHP單元條件約束
[0110] ^ <xc(i)<xL (6)
[0川]O = ehe (7)
[0112] 其中，&為CHP單元最小電負(fù)荷率，瓦為CHP單元最大電負(fù)荷率。
[0113] (5)供熱條件約束
[0114] 熱網(wǎng)、電鍋爐供熱單元和CHP單元的供熱量需要隨時(shí)間的變化而變化，則單位時(shí)間 (8) CHP單元的運(yùn)行費(fèi)用為：
[0116] 單位時(shí)間熱網(wǎng)的運(yùn)行費(fèi)用為：
[0117] Cr = C ? A t (9)
[0118] 單位時(shí)間電鍋爐供熱單元運(yùn)行費(fèi)用：
(10)
[0120]其中，Ch(t)為單位時(shí)間CHP單元運(yùn)行費(fèi)用，Cnl為天然氣價(jià)格，內(nèi)為丨時(shí)刻CHP單元電 功率，m為CHP單元電功率系數(shù)，L為天然氣低熱值，Cr為單位時(shí)間熱網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用，Cb為單位時(shí) 間電鍋爐供熱單元運(yùn)行費(fèi)用，C為熱網(wǎng)供熱價(jià)格，At為仿真時(shí)間段。
[0121] 步驟1.3:選取單位時(shí)間內(nèi)除電蓄熱單元外的運(yùn)行費(fèi)用（即Ch、Cb、Cr)三者中較小的 作為主要供熱源。
[0122] 步驟1.4:通過隸屬度函數(shù)建立關(guān)于目標(biāo)函數(shù)的隸屬度函數(shù)，
[0124] 式中，WFdt))為目標(biāo)函數(shù)Fdt)的隸屬度函數(shù)Jdt)為第i個(gè)目標(biāo)函數(shù)，心為第i 個(gè)目標(biāo)函數(shù)能接受的伸縮度值，F(xiàn)imin為第i個(gè)目標(biāo)函數(shù)的最小函數(shù)值，其中i = l，2，t = l， 2,…，24〇
[0125] 步驟1.5:求解隸屬度函數(shù)的最小值，將多目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)非線性 優(yōu)化最優(yōu)問題，定義最大滿意度入：
[0126] 人=maxmin{ii(Fi(t))，y(F2(t))} (12)
[0127] 將隸屬度函數(shù)交集取得的最小值中的最大值作為多目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，為系統(tǒng)提 供能源調(diào)度策略。
[0128] 步驟2:根據(jù)選取粒子個(gè)數(shù)以及系統(tǒng)中電、熱負(fù)荷的預(yù)測值，隨機(jī)設(shè)定粒子的初始 位置和初始速度，并對每個(gè)粒子的速度進(jìn)行限制，同時(shí)設(shè)置空的禁忌表以便后續(xù)放入需要 禁忌的粒子。該步驟中，對粒子的速度V的限制為：
[0129] -15<V<20 (13)
[0130] 式中，V為表示粒子的速度。
[0131 ]步驟3:對現(xiàn)有粒子的位置和速度進(jìn)行更新，尋找目標(biāo)隸屬度函數(shù)的最優(yōu)值;對粒 子的速度和位置進(jìn)行更新的計(jì)算過程如下：
[0136] 其中，Vld為粒子的速度，校為第k次迭代粒子i的速度，巧f為第(k+1)次迭代粒子i 的速度，《為慣性權(quán)重，cdPc2為學(xué)習(xí)因子，為隨機(jī)因子，為第k次迭代平均最優(yōu)極 值，感為種群的群體極值，#為第k次迭代粒子i的位置，# n為第(k+1)次迭代粒子i的位 置，《 start為初始慣性權(quán)重，為迭代至最大次數(shù)時(shí)的慣性權(quán)重;其中，d=l，2. .. .D，i = 1，2,. . .，n，N為當(dāng)前迭代次數(shù)，n為種群規(guī)模，Nmax為最大迭代次數(shù)，Pnd為第k次迭代粒子n的 極值。
[0137] 步驟4:根據(jù)通過更新得到的粒子的位置計(jì)算得到此時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用以及環(huán)境 污染治理費(fèi)用，然后通過隸屬度函數(shù)求得使交集隸屬度函數(shù)的最大隸屬度值，此解為多目 標(biāo)函數(shù)對應(yīng)的最優(yōu)解;對交集隸屬度函數(shù)的最大值計(jì)算過程如下：
[0138] 定義最大滿意度入，
[0139] 人=maxmin{ii(Ci(t))，y(C2(t))} (18)
[0140] 將求出的最大值作為多目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，為系統(tǒng)提供能源調(diào)度策略。
[0141] 步驟5:根據(jù)對比各粒子得到的多目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解得到滿足條件的個(gè)體極值，通 過比較當(dāng)前個(gè)體極值和當(dāng)前群體極值更新粒子的群體極值;尋找個(gè)體極值和群體極值的方 法為：根據(jù)步驟4得到使隸屬度函數(shù)取最小值時(shí)粒子的位置，得到當(dāng)前粒子的多目標(biāo)函數(shù) 值，求解隸屬度函數(shù)的個(gè)體極值和群體極值，將各粒子的位置帶入隸屬度函數(shù)求取隸屬度 函數(shù)的值，比較粒子之間的隸屬度函數(shù)值，選取隸屬度函數(shù)的最大值作為個(gè)體極值;將當(dāng)前 迭代次數(shù)得到的個(gè)體極值和之前迭代得到的群體極值進(jìn)行比較選取兩者中較大的作為群 體極值。
[0142] 步驟6:根據(jù)生成的當(dāng)前解，通過一定的準(zhǔn)則生成當(dāng)前解的鄰域解，并從生成的鄰 域解中選出若干解作為候選解。
[0143] 步驟7:判斷生成的候選解是否滿足藐視準(zhǔn)則;若是，執(zhí)行步驟7.1;若否，則執(zhí)行步 驟7.2;
[0144] 步驟7.1:將滿足藐視準(zhǔn)則的候選解作為當(dāng)前解，用其對應(yīng)的對象替換最早進(jìn)入禁 忌表中的對象，更新最優(yōu)解，并返回步驟6;
[0145] 步驟7.2:將非禁忌的候選最佳解作為當(dāng)前解，用該解對應(yīng)的對象替換最早進(jìn)入禁 忌表中的對象，執(zhí)彳丁步驟8;
[0146] 步驟8:根據(jù)將上一步生成的解代入隸屬度函數(shù)，求出使隸屬度函數(shù)取最大隸屬度 值對應(yīng)的解，更新粒子的個(gè)體極值和群體極值，并更新粒子的迭代次數(shù)。
[0147] 步驟9:判斷最新生成的最優(yōu)解以及迭代次數(shù)，兩者任意一項(xiàng)是否滿足迭代終止條 件;若是，執(zhí)行步驟10;若否，則返回步驟3;
[0148] 步驟10:迭代終止，輸出多目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解。
[0149] 本發(fā)明面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的具體運(yùn)行過程如下：
[0150]電能供能單元中的光伏發(fā)電機(jī)組以及風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)出一定的電量，通過逆變升 壓單元一將光伏發(fā)電機(jī)組和風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能轉(zhuǎn)化為可以和電網(wǎng)并網(wǎng)的交流電，將 光伏發(fā)電機(jī)組、風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)轉(zhuǎn)化后的交流電接入交流電力線一;結(jié)合本發(fā)明提供 的優(yōu)化控制方法得出的計(jì)算結(jié)果將交流電力線一中相應(yīng)的電能通過整流器一整流后供給 直流負(fù)荷;交流電力線一的另一部分電能通過整流器一整流后按照優(yōu)化控制方法向蓄電池 充電，蓄電池中的電能根據(jù)優(yōu)化控制方法可以直接供給直流負(fù)荷、經(jīng)逆變升壓單元二逆變 后連接到交流電力線二上向交流負(fù)荷供電或者供給交流電力線一進(jìn)而向直流負(fù)荷供電；電 網(wǎng)中的電能根據(jù)優(yōu)化控制方法傳輸?shù)浇涣麟娋€一向直流負(fù)荷以及蓄電池供電或者傳輸?shù)?交流電力線二;根據(jù)優(yōu)化控制方法控制燃?xì)廨斔蛦卧o燃?xì)忮仩t以及燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，輸送給 燃?xì)忮仩t中的燃?xì)馔ㄟ^燃燒產(chǎn)生熱能利用換熱器進(jìn)行熱能交換，將熱能連接到熱力網(wǎng)中， 輸送給燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)中的燃?xì)馔ㄟ^燃燒產(chǎn)生電能和熱能，其產(chǎn)生的電能接入交流電力線二， 產(chǎn)生的熱能通過余熱回收閥供給熱力網(wǎng)；交流電力線二為交流負(fù)荷提供電能;根據(jù)優(yōu)化控 制方法為電鍋爐供電，電熱鍋爐將電能轉(zhuǎn)化為熱能然后利用循環(huán)水栗將熱能傳遞給水流， 提高水的溫度，通過水流在電鍋爐供熱單元中流動(dòng)將熱能傳遞出去;根據(jù)優(yōu)化控制方法將 交流電力線二中的電能提供給電蓄熱單元，蓄熱單元將電能轉(zhuǎn)化為熱能，并進(jìn)行存儲(chǔ)，根據(jù) 所需提供的熱能控制電蓄熱單元將熱量釋放，進(jìn)而連接到熱力網(wǎng)中；根據(jù)優(yōu)化控制方法控 制熱網(wǎng)提供能量，熱網(wǎng)提供的能量也連接到熱力網(wǎng)中，將CHP單元、電鍋爐供熱單元、電蓄熱 單元和熱網(wǎng)提供的熱能集中起來，供給系統(tǒng)中的熱負(fù)荷。
[0151]雖然以上描述了本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但是本領(lǐng)域內(nèi)的熟練的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解，這些僅是舉例說明，可以對這些實(shí)施方式作出多種變更或修改，而不背離本發(fā)明的原理 和實(shí)質(zhì)。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括電能供能單元、熱能供能單元和能量輸 出單元，其特征在于:還包括能源轉(zhuǎn)換中心，所述能源轉(zhuǎn)換中心包括逆變升壓單元一、交流 電力線一、交流電力線二、整流器一、儲(chǔ)能電池單元、CHP單元、電蓄熱單元、電鍋爐供熱單 元、熱力網(wǎng)和控制單元;所述電能供能單元包括光伏發(fā)電機(jī)組、風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)；所述 熱能供能單元包括燃?xì)廨斔蛦卧蜔峋W(wǎng)；所述能量輸出單元包括直流負(fù)荷、交流負(fù)荷和熱 負(fù)荷;所述儲(chǔ)能電池單元包括整流器二、儲(chǔ)能電池、逆變升壓單元二和靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，所述 整流器二與儲(chǔ)能電池相連，所述儲(chǔ)能電池與逆變升壓單元二相連，所述整流器二與逆變升 壓單元二之間接有靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，所述CHP單元包括燃?xì)忮仩t、換熱器、余熱回收閥、燃?xì)鈨?nèi) 燃機(jī)、電壓縮制冷機(jī)、電控制柜一、系統(tǒng)水栗和栗用電負(fù)荷需求，所述燃?xì)忮仩t與換熱器相 連，換熱器連接余熱回收閥，余熱回收閥分別與燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)和電壓縮制冷機(jī)相連，燃?xì)鈨?nèi)燃 機(jī)和電壓縮制冷機(jī)均與電控制柜一相連，電控制柜一接系統(tǒng)水栗，系統(tǒng)水栗與栗用電負(fù)荷 需求相連;所述電鍋爐供熱單元包括過濾器、循環(huán)水栗、電熱鍋爐、蓄熱水箱、膨脹水箱、電 控制柜二和分水器，所述膨脹水箱一端連接自來水處理器，另一端連接過濾器和循環(huán)水栗， 所述過濾器與蓄熱水箱之間接有分水器，所述蓄熱水箱與電熱鍋爐連接，所述電熱鍋爐連 接循環(huán)水栗和電控制柜二;所述電蓄熱單元包括電控制柜三、蓄熱電鍋爐、蓄熱系統(tǒng)和出熱 控制閥，所述電控制柜三與蓄熱電鍋爐相連，蓄熱電鍋爐連蓄熱系統(tǒng)，蓄熱系統(tǒng)連接出熱控 制閥;所述光伏發(fā)電機(jī)組和風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組與逆變升壓單元一相連，所述逆變升壓單元一、整 流器一、整流器二和電網(wǎng)均接入交流電力線一，所述整流器一與直流負(fù)荷連接，所述直流負(fù) 荷與儲(chǔ)能電池相連;所述燃?xì)廨斔蛦卧佑腥細(xì)饪刂乒?，燃?xì)饪刂乒衽c燃?xì)忮仩t相連，逆變 升壓單元二、電網(wǎng)、電控制柜一、電控制柜二和電控制柜三均與交流電力線二相連，所述交 流電力線二接交流負(fù)荷，所述電控制柜二與電控制柜三相連接，所述熱網(wǎng)與熱網(wǎng)控制閥相 連，所述燃?xì)忮仩t、換熱器、分水器、出熱控制閥和熱網(wǎng)控制閥均接入熱力網(wǎng)，所述熱力網(wǎng)接 熱負(fù)荷，所述儲(chǔ)能電池單元、電蓄熱單元、CHP單元和電鍋爐供熱單元均與控制單元相連。2. 如權(quán)利要求1所述的面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:所述逆變升壓單 元一和逆變升壓單元二均包括不控整流電路、boost升壓電路和全橋逆變電路，所述不控整 流電路將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，所述boost升壓電路將不控整流電路產(chǎn)生的直流電升壓，為 后續(xù)的全橋逆變電路提供符合逆變要求的直流電；所述全橋逆變電路將boost升壓電路產(chǎn) 生的直流電通過逆變電路轉(zhuǎn)化為可與電網(wǎng)并聯(lián)以及直接供給直流負(fù)荷和交流使用的交流 電。3. 如權(quán)利要求1所述的面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:所述儲(chǔ)能電池單 元通過充放電調(diào)整面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的電能，當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生的電能供大于求 時(shí)，儲(chǔ)能電池單元進(jìn)行充電；當(dāng)系統(tǒng)供電供不應(yīng)求時(shí)，儲(chǔ)能電池單元進(jìn)行放電。4. 如權(quán)利要求1所述的面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:所述CHP單元，SP 熱電聯(lián)供單元，可提供交流負(fù)荷和熱負(fù)荷所需的電能和熱能。5. 如權(quán)利要求1所述的面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于：所述電蓄熱單 元，當(dāng)系統(tǒng)中的電能供大于求時(shí)，可將電能轉(zhuǎn)化為熱能并將轉(zhuǎn)化的熱能進(jìn)行儲(chǔ)存；當(dāng)系統(tǒng)中 的電能供不應(yīng)求時(shí)，可釋放熱能。6. 如權(quán)利要求1所述的面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:所述電鍋爐供熱 單元，可將電能轉(zhuǎn)化為熱能;且當(dāng)單位運(yùn)行電費(fèi)費(fèi)用較低時(shí)，采用電鍋爐供熱單元直接向熱 負(fù)荷提供熱能。7. 如權(quán)利要求1至6中任一權(quán)利要求所述的面向能源互聯(lián)網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的優(yōu)化控 制方法，其特征在于，具體包括以下步驟： 步驟1:按照優(yōu)化結(jié)果的需要建立多目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算運(yùn)行費(fèi)用、污染治理費(fèi)用等子目標(biāo) 函數(shù)在約束條件下的最小值，通過隸屬度函數(shù)建立關(guān)于目標(biāo)函數(shù)的隸屬度函數(shù)，求解隸屬 度函數(shù)的最小值，進(jìn)而將多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)非線性優(yōu)化問題； 步驟2:根據(jù)選取粒子個(gè)數(shù)以及系統(tǒng)中電、熱負(fù)荷的預(yù)測值，隨機(jī)設(shè)定粒子的初始位置 和初始速度，并對每個(gè)粒子的速度進(jìn)行限制，同時(shí)設(shè)置空的禁忌表； 步驟3:對現(xiàn)有粒子的位置和速度進(jìn)行更新，尋找目標(biāo)隸屬度函數(shù)的最優(yōu)值； 步驟4:根據(jù)通過更新得到的粒子的位置計(jì)算得到此時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用以及環(huán)境污染 治理費(fèi)用，然后通過隸屬度函數(shù)求得交集隸屬度函數(shù)的最大值，此解為多目標(biāo)函數(shù)對應(yīng)的 最優(yōu)解； 步驟5:根據(jù)對比各粒子得到的多目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解得到滿足條件的個(gè)體極值，通過比 較當(dāng)前個(gè)體極值和當(dāng)前群體極值更新粒子的群體極值； 步驟6:根據(jù)生成的當(dāng)前解，通過一定的準(zhǔn)則生成當(dāng)前解的鄰域解，并從生成的鄰域解 中選出若干解作為候選解； 步驟7:判斷生成的候選解是否滿足藐視準(zhǔn)則；若是，執(zhí)行步驟7.1;若否，則執(zhí)行步驟 7.2； 步驟7.1:將滿足藐視準(zhǔn)則的候選解作為當(dāng)前解，用其對應(yīng)的對象替換最早進(jìn)入禁忌表 中的對象，更新最優(yōu)解，并返回步驟6; 步驟7.2:將非禁忌的候選最佳解作為當(dāng)前解，用該解對應(yīng)的對象替換最早進(jìn)入禁忌表 中的對象，執(zhí)行步驟8; 步驟8:根據(jù)將上一步生成的解代入隸屬度函數(shù)，求出使隸屬度函數(shù)取最大隸屬度值對 應(yīng)的解，更新粒子的個(gè)體極值和群體極值，并更新粒子的迭代次數(shù)； 步驟9:判斷最新生成的最優(yōu)解以及迭代次數(shù)，兩者任意一項(xiàng)是否滿足迭代終止條件； 若是，執(zhí)行步驟10;若否，則返回步驟3; 步驟10:迭代終止，輸出多目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解。8. 如權(quán)利要求7所述的優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述步驟1的具體步驟如下： 步驟1.1:根據(jù)按照優(yōu)化結(jié)果的需要建立多目標(biāo)函數(shù)：其中，Cq(t)為t時(shí)刻本系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，Cf(t)為t時(shí)刻本系統(tǒng)的燃料費(fèi)用，CR,_ t(t)為t 時(shí)刻本系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組和光伏發(fā)電機(jī)組的維護(hù)費(fèi)用，Cs(t)為t時(shí)刻本系統(tǒng)與電網(wǎng)并網(wǎng) 時(shí)電量交易費(fèi)用，V⑴為t時(shí)刻由CHP單元產(chǎn)生的污染懲罰費(fèi)用，< (〇為t時(shí)刻產(chǎn)生SOx的懲 罰價(jià)格，·4 (0為t時(shí)刻產(chǎn)生N0的懲罰價(jià)格，< ⑴為t時(shí)刻產(chǎn)生C0X的懲罰價(jià)格，pg⑴為t時(shí)刻 本系統(tǒng)向電網(wǎng)購電功率，v( t)為t時(shí)刻燃燒天然氣的體積； 步驟1.2:對不可控能源出力情況預(yù)測;將近幾年同一時(shí)刻的系統(tǒng)負(fù)荷需求量作為歷史 數(shù)據(jù)，通過負(fù)荷預(yù)測方法得到系統(tǒng)此時(shí)的負(fù)荷預(yù)測值;將受天氣因素變化的風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組、 光伏機(jī)組的出力情況進(jìn)行預(yù)測;其中，機(jī)組約束為： (1) 電功率平衡 6g ( t ) ?·θν( t ) +Gw( t ) +00 ( t ) -6b ( t ) 一 Θ load ( t ) ( 3 ) 其中，eg(t)為t時(shí)刻電網(wǎng)提供的電量，ev(t)為t時(shí)刻光伏輸出電量，ew(t)為t時(shí)刻風(fēng)機(jī) 發(fā)電機(jī)組輸出電量，e。(t)為t時(shí)刻CHP單兀提供電量，eb (t)為t時(shí)刻儲(chǔ)能電池充放電量，eioad (t)為t時(shí)刻系統(tǒng)電負(fù)荷量； (2) 熱功率平衡 qc(t)+qb(t)+qh(t)+qe(t) =qi〇ads(t) (4) 其中，qjt)為t時(shí)刻CHP單元提供的熱量，qb(t)為t時(shí)刻電鍋爐提供的熱量，qh(t)為t時(shí) 刻熱網(wǎng)提供的熱量，(t)為t時(shí)刻電蓄熱單元提供的熱量，qicmds (t)為t時(shí)刻研究對象熱負(fù) 荷量； (3) 儲(chǔ)能電池約束(5) 其中，p_x為儲(chǔ)能電池最大放電功率，Pcrnin為儲(chǔ)能電池最小放電功率，Pimin為儲(chǔ)能電池 最小充電功率，Pimax為儲(chǔ)能電池最大充電功率;Pb(t)>0時(shí)電池處于放電狀態(tài)，Pb(t)<0時(shí) 電池處于充電狀態(tài)； (4) CHP單元條件約束(6) (7) 其中，&為CHP單元的最小電負(fù)荷率，&SCHP單元的最大電負(fù)荷率； (5) 供熱條件約束 CHP單元的供熱量、熱網(wǎng)、電鍋爐供熱單元以及電蓄熱供熱單元需要隨時(shí)間的變化而變 化，則單位時(shí)間CHP單元的運(yùn)行費(fèi)用為：(8；) 單位時(shí)間熱網(wǎng)的運(yùn)行費(fèi)用為： Cr = C · Δ t (9) 單位時(shí)間電鍋爐供熱單元運(yùn)行費(fèi)用：? 10) 其中，Ch(t)為單位時(shí)間CHP單元運(yùn)行費(fèi)用，Cnl為天然氣價(jià)格，p2*t時(shí)刻CHP單元電功率， ηι為CHP單元電功率系數(shù)，L為天然氣低熱值，Cr為單位時(shí)間熱網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用，Cb為單位時(shí)間電 鍋爐供熱單元運(yùn)行費(fèi)用，C為熱網(wǎng)供熱價(jià)格，C grid(t)為t時(shí)刻電價(jià)，為t時(shí)刻電鍋爐供熱功 率，Π 2為t時(shí)刻電轉(zhuǎn)熱轉(zhuǎn)化效率，△ t為仿真時(shí)間段； 步驟1.3:選取單位時(shí)間內(nèi)除電蓄熱單元外的運(yùn)行費(fèi)用（即Ch、Cb、Cr)三者中較小的作為 (11) 主要供熱源； 步驟1.4:通過隸屬度函數(shù)建立關(guān)于目標(biāo)函數(shù)的隸屬度函數(shù)， 其中，為目標(biāo)函數(shù)FKt)的隸屬度函數(shù)，F(xiàn)i(t)為第i個(gè)目標(biāo)函數(shù)，δ,為第i個(gè)目標(biāo) 函數(shù)能接受的伸縮度值，F(xiàn)imin為第i個(gè)目標(biāo)函數(shù)的最小函數(shù)值，其中i = l，2，t=l，2，~，24; 步驟1.5:求解隸屬度函數(shù)的最小值，將多目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)非線性優(yōu)化 最優(yōu)問題，定義最大滿意度λ: A=max min{y(Fi(t))，y(F2(t))} (12) 將隸屬度函數(shù)交集取得的最小值中的最大值作為多目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，為系統(tǒng)提供能 源調(diào)度策略。9.如權(quán)利要求7所述的優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述步驟2中，對粒子的速度V的限 制為： -15<V<20 (13) 其中，V為表示粒子的速度； 所述步驟3中，對粒子的速度和位置進(jìn)行更新的計(jì)算過程如下：其中，Vid為粒子的速度，U為第k次迭代粒子i的速度，為第(k+Ι)次迭代粒子i的速 度，ω為慣性權(quán)重，cjPC2為學(xué)習(xí)因子，rjPr2為隨機(jī)因子，為第k次迭代平均最優(yōu)極值， ^為種群的群體極值，鳥為第k次迭代粒子i的位置，Xf 1為第(k+Ι)次迭代粒子i的位置， c〇start為初始慣性權(quán)重，coend為迭代至最大次數(shù)時(shí)的慣性權(quán)重;其中，d = l，2. . . .D，i = l， 2,. . .，n，N為當(dāng)前迭代次數(shù)，η為種群規(guī)模，Nmax為最大迭代次數(shù)，Pnd為第k次迭代粒子η的極 值； 所述步驟4中，對交集隸屬度函數(shù)的最大值計(jì)算過程如下： 定義最大滿意度入， A=maxmin{y(Fi(t))，y(F2(t))} (18) 將求出的最大值作為多目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，為系統(tǒng)提供能源調(diào)度策略； 所述步驟5中，尋找個(gè)體極值和群體極值的方法為： 根據(jù)步驟4得到使隸屬度函數(shù)取最小值時(shí)粒子的位置，得到當(dāng)前粒子的多目標(biāo)函數(shù)值， 求解隸屬度函數(shù)的個(gè)體極值和群體極值，將各粒子的位置帶入隸屬度函數(shù)求取隸屬度函數(shù) 的值，比較粒子之間的隸屬度函數(shù)值，選取隸屬度函數(shù)的最大值作為個(gè)體極值;將當(dāng)前迭代 次數(shù)得到的個(gè)體極值和之前迭代得到的群體極值進(jìn)行比較選取兩者中較大的作為群體極 值。
【文檔編號】G06N3/00GK105958537SQ201610403261
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】楊東升, 張化光, 程亞航, 梁雪, 王迎春, 羅艷紅, 楊珺
【申請人】東北大學(xué)