1.一种并网型微网优化配置方法,其特征在于:所述方法的步骤如下:步骤1,建立微网内各元件模型;所述各元件模型,包括风机模型、光伏电池模型、SOFC-MGT联合发电系统模型、P2G系统模型、燃气锅炉模型、充电站模型、电动汽车模型、电池储能模型与热储能模型;
步骤2,建立净收益模型;
步骤3,建立微网优化配置模型;
步骤4,通过CPLEX求解器确定微网净收益最大的容量配置。
2.根据权利要求1所述的一种并网型微网优化配置方法,其特征在于:步骤1中,建立微网内各元件模型,具体过程如下:
1-1风机模型
式中,PWT为风机输出功率,v为风速,vci为切入风速,vco为切出风速,vN为额定风速,为风机额定功率;
1-2光伏电池模型
PPV=PSTCFPVGAC[1+k(Tw-Tr)]/GSTC (2)式中,PPV为光伏电池输出功率,PSTC为标准测试条件下的最大测试功率;FPV为光伏组件的降额因子,一般可取0.9~0.95;GAC为光照强度kw/m2;GSTC为标准测试条件下的光照强度,其值为1kw/m2;k为功率温度系数,其值一般为-0.5%~-0.35%/K;Tw为电池板工作温度;Tr为参考温度,其值为25℃;
1-3 SOFC-MGT联合发电系统模型为了便于微网优化配置,对SOFC-MGT联合发电系统的模型进行了简化,根据假定的条件,简化的模型如下:
PPT=ηPT·PGT (4)SOFC-MGT联合发电系统的模型如式(3),式中,PFC、PPT、PGT、Pgen分别为燃料电池、动力涡轮机、燃气轮机以及发电机的输出功率; 分别为联合发电系统输出的电、热功率;PCCS为捕获二氧化碳消耗的电功率; 为捕获的二氧化碳量;ηinv、 ηPT、ηgen、 分别为逆变器的效率、燃料电池的电效率、动力涡轮机的效率、发电机的效率以及燃气轮机的电效率; 分别为联合发电系统的综合电、热效率;nf为燃料的注入速率;LHVf为燃料的低热值;
1-4 P2G系统模型
(1)电解池
式中, 为电解池产生的氢气量;PP2G为电解池耗电功率; 为电解池产氢率; 为氢气低热值;
(2)天然气生产系统
式中, 分别为反应的二氧化碳量、氢气量与生成的天然气量; 为转换效率;
约束条件:
式中, 为二氧化碳储存罐容量;
放热:
QP2G=ηP2G,h·PP2G (15)式中,QP2G为P2G系统输出热功率;ηP2G,h为P2G系统放热效率;
1-5燃气锅炉模型
输出功率:
QGB=ηGB·xGB·LNG (16)式中,QGB为燃气锅炉输出功率;ηGB为燃气锅炉转换效率;xGB为消耗的天然气量;LNG为天然气低热值;
1-6充电站模型
式中,REV为充电站售电的收入;CEV为充电站从电动汽车用户处买电的成本;Psell-EV、Pbuy-EV分别为充电站售电功率、买电功率;θ1、θ2分别为充电站售电时间、买电时间;Csell-EV、Cbuy-EV分别为充电站售电价格、买电价格;
1-7电动汽车模型
EEVmin≤EEV(t)≤EEVmax (21)PEVcmin·δEVc(t)≤PEVc(t)≤PEVcmax·δEVc(t) (22)PEVdmin·δEVd(t)≤PEVd(t)≤PEVdmax·δEVd(t) (23)δEVc(t)+δEVd(t)≤1 (24)式中,ηEVc为电动汽车充电效率;ηEVd为电动汽车放电效率;PEVc(t)为t时段电动汽车充电功率;PEVd(t)为t时段电动汽车放电功率;EEV(t)为t时段电动汽车容量;EEV(t+1)为t+1时段电动汽车容量;Eev(t)为t时段单个电动汽车容量;EEVmin为电动汽车最小可用容量;EEVmax为电动汽车最大可用容量;PEVmin为电动汽车最小运行功率; 为电动汽车最大运行功率;δEVc(t)为t时段电动汽车充电状态;δEVd(t)为t时段电动汽车放电状态;
1-8电池储能模型
0≤PESc(t)≤PESc,max (26)
0≤PESd(t)≤PESd,max (27)SE,min≤SE(t)≤SE,max (28)PESc(t)·PESd(t)=0 (29)SE(0)=SE(T) (30)式中:SE(t)为t时刻电池的能量;SE(t+1)为t+1时刻电池的能量;σ为自放电比;PESc、PESd为充、放电功率;ηESc、ηESd为充、放电效率;Δt为间隔时间;PESc,max、PESd,max为充放电功率上限;SE,min、SE,max为电池能量上下限;
1-9热储能模型
HHSmin≤HHS(t)≤HHSmax (32)
0≤QHSc≤QHSc,max (33)
0≤QHSd≤QHSd,max (34)HHS(T)=HHS(0) (35)式中:HHS(t)为t时刻热储能容量;HHS(t+1)为t+1时刻热储能容量;μ为热储能散热损失率;QHSc、QHSd为储、放热功率;ηHSc、ηHSd为储、放热效率;Δt为间隔时间;QHSc,max、QHSd,max为储放热功率上限;HHSmin、HHSmax为储热容量上下限。
3.根据权利要求1所述的一种并网型微网优化配置方法,其特征在于:步骤2中,建立净收益模型,具体过程如下:
以微网净收益最大为目标,构建成本-效益计算模型:
2-1成本模型
微网规划成本包含:初始投资成本,运行和维护成本,购电成本,购气成本;
(1)初始投资成本
Cinv=Cinit·CRF (36)式中,Cinv为微网内元件的投资成本;Cinit为微网元件最初投资成本;CRF为资本回收系数;i为利率;n为元件的寿命;
(2)运行和维护成本
Com=α·Cinit (38)式中,Com为微网元件的运行和维护成本;α为运行和维护成本系数;
(3)购电成本
微网购电的方式有两种:一种是向配电网买电;另一种是向电动汽车用户买电;购电成本为:
式中,Cbuy,e为微网购电成本;Cbuy-grid为微网向配电网买电的价格;θ3为微网向配电网买电的时间;Pbuy-grid为微网向配电网买电的功率;Cbuy-EV为微网向电动汽车用户买电的价格;
θ2为微网向电动汽车用户买电的时间;Pbuy-EV为微网向电动汽车用户买电的功率;
(4)购气成本
微网的购气成本即微网向天然气网买气的成本:式中,Cbuy,NG为微网购气成本;Cbuy-NG为微网购气价格;xbuy-NG为购气量;
2-2效益模型
微网的效益包含:实时电量效益、热负荷收益、充电站的收入、给电网售电收益、环境效益;
(1)实时电量效益
式中,Rele为微网的电量收益;Day为天数;Cele,i为i时刻售电价格;Pele,i为i时刻售电功率;Δt为时间间隔;
(2)热负荷效益
式中,Rh为微网的热负荷收益;Day为天数;Ch为售热价格;Ph,i为i时刻售热功率;Δt为时间间隔;
(3)充电站效益
充电站的收益来源于向电动汽车售电,收益如下:式中,REV为充电站售电的收入;Psell-EV为充电站售电功率;θ1为充电站售电时间;Csell-EV为充电站售电价格;
(4)环境效益
微网的环境效益来源两方面:
一方面,微网使用二氧化碳捕获系统和P2G系统结合,减少了SOFC-MGT发电系统的二氧化碳排放,因此减少的环境治理成本即为CCS系统环境收益;
另一方面,储热系统放热时,减少了燃气锅炉的出热,从而减少了燃气锅炉的出热排放,由此减少的环境治理成本即为储热系统环境收益;
环境收益如下:
式中,Renv为环境收益;Day为天数; 为二氧化碳排放价格, 为i时刻捕获的二氧化碳量; 为燃气锅炉单位热功率二氧化碳排放量;QHSd,i为i时刻储热系统放热功率;
Δt为时间间隔;
2-3净效益模型
微网的净收益为总收益减去总成本:总收益:
R=Rele+Rh+REV+Renv (45)总成本:
C=Cinv+Com+Cbuy,e+Cbuy,NG (46)净收益:
Pnet=R-C (47)。
4.根据权利要求1所述的一种并网型微网优化配置方法,其特征在于:步骤3中,建立微网优化配置模型,具体过程如下:
3-1目标函数
以微网规划净收益最大为目标,目标函数为:max Pnet=R-C (48)
3-2约束条件
等式约束包括微网内能量的平衡约束;
不等式约束包括各单元的运行约束;
(1)能量平衡约束
电功率平衡:
热功率平衡:
式中,Pload(t)为微网内电负荷,Qh(t)为网内热负荷;
天然气平衡:
(2)与配网电功率交换约束
Pbuy-grid(t)≤Plinemax (52)Psell-grid(t)≤Plinemax (53)式中,Plinemax为联络线的最大功率;
(3)与天然气网交换约束
xbuy-NG(t)≤xpmax (54)式中,xpmax为管道的最大输送量;
(4)PV、WT的有功出力约束式中, 为风机、光伏的额定功率;
(5)燃气锅炉约束
QGBmin≤QGB(t)≤QGBmax (57)QGB(t)-QGB(t-1)≤Rup,GB (58)QGB(t-1)-QGB(t)≤Rdown,GB (59)式中,QGBmin、QGBmax为燃气锅炉输出最小、最大功率;Rup,GB、Rdown,GB为上坡速率、下坡速率;
(6)储能的相关约束
电池充、放电功率受最大充、放电倍率制约:式中, 为储能电池额定容量;γESc、γESd分别为储能的最大充、放电倍率。
5.根据权利要求2所述的一种并网型微网优化配置方法,其特征在于:对SOFC-MGT联合发电系统模型进行简化,简化条件为:(1)假定SOFC输出电效率恒定;
(2)假定SOFC-MGT联合发电系统输出电、热效率恒定;
(3)假定二氧化碳捕获系统消耗的能量与SOFC-MGT系统输出电功率有关;
(4)假定能捕获全部的二氧化碳。