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专利号: 202110396712X
申请人: 西华大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.计及电转气的多源储能型区域综合能源低碳运行优化方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、根据天然气网络和电力网络结构,综合电转气模型、热电联产模型、电锅炉模型、碳捕系统模型和储能模型,建立电‑热‑气互联的综合能源系统模型,实现电‑热‑气能源闭环协调优化互补;

S2、建立电‑热‑气互联的综合能源系统模型对应的目标函数与约束条件;

S3、建立单目标连续优化脉冲神经膜系统,并采用其对目标函数进行求解,得到能源调度最低成本与各能源单元系统的出力情况。

2.根据权利要求1所述的多源储能型区域综合能源低碳运行优化方法,其特征在于,所述步骤S1中的电转气模型包括第一阶段和第二阶段;

所述第一阶段将富余风电用于电解水过程,产生氢气和氧气;

所述第二阶段将产生的氢气与电网侧火电机组产生的二氧化碳在高温下结合生成天然气;

所述电转气模型中电能与天然气之间的耦合关系表示为:其中 表示t时刻电转气产生的天然气量, 表示t时刻参与电转气的电能,ηe→g表示电转气能效;

所述电转气模型的约束条件为:

其中 为电转气系统的最大输入功率。

3.根据权利要求1所述的多源储能型区域综合能源低碳运行优化方法,其特征在于,所述步骤S1中的热电联产模型中,在热电联产作用下天然气分别与电能、热能之间的耦合关系表示为:

其中, 表示t时刻热电联产产生的电能, 表示t时刻热电联产产生的热能,ηg→e为气转电能效,ηg→h为气转热能效, 表示t时刻参与热电联产的天然气能;

所述热电联产模型的约束条件为:其中, 为热电联产系统的最大输入功率。

4.根据权利要求1所述的多源储能型区域综合能源低碳运行优化方法,其特征在于,所述步骤S1中的电锅炉模型中,在电锅炉作用下电能与热能之间的耦合关系表示为:其中, 表示t时刻电锅炉产生的热能, 表示t时刻参与电锅炉系统的电能,ηe→h表示电转热能效;

所述电锅炉模型的约束条件为:

其中, 为电锅炉系统的最大输入功率。

5.根据权利要求1所述的多源储能型区域综合能源低碳运行优化方法,其特征在于,所述步骤S1中的碳捕系统模型的能耗表示为:Pc(t)=Poc(t)+Pmc(t)其中,Pc(t)表示t时刻碳捕系统模型的总能耗,Pmc(t)表示t时刻碳捕系统模型的维持能耗,Poc(t)表示t时刻碳捕系统模型的捕碳能耗,其计算公式为:Poc(t)=ηc1Wc(t)其中,ηc1表示碳捕系统模型的单位捕碳能耗,Wc(t)表示t时刻捕获的CO2量,其计算公式为:

Wc(t)=ηc2ηfPp(t)其中,ηc2为CO2捕获率,ηf表示单位功率火电产生CO2气体量,Pp(t)表示t时刻电网侧火电机组产生的电功率。

6.根据权利要求1所述的多源储能型区域综合能源低碳运行优化方法,其特征在于,所述步骤S1中的储能模型包括电储能系统、热储能系统和气储能系统,其通用的充、放电情况表示为:

Pss(t)=εPss,out(t)‑(1‑ε)Pss,in(t)其中,Pss(t)为t时刻储能模型传输的电量,ε为控制储能模型充放电变量,ε=1表示储能模型为放电状态,ε=0表示储能模型为充电状态,Pss,out(t)为t时刻储能模型的放电功率,Pss,in(t)为t时刻储能模型的充电功率;

所述储能模型的通用储能容量表示为:Qss(t)=Qss(t‑1)‑Pss(t)其中,Qss(t)表示t时刻储能模型的存储能量;

所述储能模型的约束条件为:

Qs_min≤Qss(t)≤Qs_max其中, 和 分别表示在t时刻储能模型的最大存入功率和最大输出功率,Qs_min和Qs_max分别表示储能模型的最小储能容量和最大储能容量。

7.根据权利要求1所述的多源储能型区域综合能源低碳运行优化方法,其特征在于,所述步骤S1中的电‑热‑气互联的综合能源系统模型采用电转气模型、热电联产模型、电锅炉模型作为电‑热‑气多向能源转化模型,实现电‑热‑气能源闭环协调优化互补,采用储能模型进一步实现对可再生能源的消纳,并采用碳捕系统模型进一步实现综合能源低碳运行目标。

8.根据权利要求1所述的多源储能型区域综合能源低碳运行优化方法,其特征在于,所述步骤S2中的目标函数为:

fmin=Cp_c+Cg_c+Cs_d+Cc其中,fmin表示综合能源系统模型当前能源调度最低成本,Cp_c表示综合能源系统模型与电力网络的交互成本,Cg_c表示综合能源系统模型的天然气成本,Cs_d表示储能模型的运行成本,Cc表示环境成本;

综合能源系统模型与电力网络的交互成本Cp_c表示为:其中,λp表示综合能源系统模型向电力网络的购电单价,λup表示余电上网单价,Pp→c(t)表示t时刻综合能源系统模型向电力网络的购电量,Pc→p(t)表示t时刻余电上网电量,T表示综合能源系统模型运行周期;

综合能源系统模型的天然气成本Cg_c表示为:其中,λg表示综合能源系统模型向天然气网络的购气单价,Pg→c(t)表示t时刻综合能源系统模型向天然气网络的购气量;

储能模型的运行成本Cs_d表示为:其中,μe,μh,μg分别表示电储能系统、热储能系统和气储能系统的运行成本系数,Pess,out(t),Phss,out(t),Pgss,out(t)分别表示t时刻电储能系统、热储能系统和气储能系统的放电功率,Pess,in(t),Phss,in(t),Pgss,in(t)分别表示t时刻电储能系统、热储能系统和气储能系统的充电功率;

环境成本Cc表示为:

其中,τp表示常规火电厂单位发电的环境成本,τoc表示常规火电厂单位发电的CO2成本,τc表示外购二氧化碳成本,λf表示常规火电厂度电成本,Wc(t)表示t时刻捕获的CO2量,Pc(t)表示t时刻碳捕系统模型的总能耗,Qc(t)表示t时刻外购CO2量,其计算公式为:其中,ηc表示单位功率的天然气消耗CO2系数, 表示t时刻电转气产生的天然气量,若Qc(t)>0表示还需向CO2厂家购买Qckg的CO2,反之电网侧需将多余CO2做封存处理。

9.根据权利要求1所述的多源储能型区域综合能源低碳运行优化方法,其特征在于,所述步骤S2中的约束条件包括电功率平衡约束、热功率平衡约束和天然气功率平衡约束;

所述电功率平衡约束表示为:

其中,Pp(t)表示t时刻电网侧火电机组产生的电功率,Pwind(t)为t时刻风电厂输出电能,Pess(t)表示电储能系统的电能传输情况, 为t时刻区域电负荷, 表示t时刻热电联产产生的电能, 表示t时刻参与电锅炉系统的电能, 表示t时刻参与电转气的电能,Pc(t)表示t时刻碳捕系统模型的总能耗,Pc→p(t)表示t时刻余电上网电量;

所述热功率平衡约束表示为:

其中, 表示t时刻热电联产产生的热能, 表示t时刻电锅炉产生的热能,Phss(t)表示热储能系统的热能传输情况, 为t时刻区域热负荷;

所述天然气功率平衡约束表示为:其中,Pg→c(t)表示t时刻综合能源系统模型向天然气网络的购气量, 表示t时刻电转气产生的天然气量,Pgss(t)表示气储能系统的气能传输情况, 为t时刻区域气负荷, 表示t时刻参与热电联产的天然气能。

10.根据权利要求1所述的多源储能型区域综合能源低碳运行优化方法,其特征在于,所述步骤S3中的单目标连续优化脉冲神经膜系统∏具体为:∏=(S1,...,Sm,G)其中Sl=(O,σ1,...,σn+2,syn,Iout)表示第l个子系统,1≤l≤m,m表示子系统总数;

O={a}表示神经脉冲的集合,a表示一个神经脉冲;

Q=Qp∪Qs为神经元集合,其中Qp={σ1,...,σn}为脉冲产生神经元集合,Qs={σn+1,σn+2}为脉冲供给神经元集合;

σi=(θi,Ri,Pi)表示第i个脉冲产生神经元,1≤i≤n,其中θi为神经元σi的脉冲值,Ri=θ

{ri′,ri″}表示一组有限的规则集合,ri′表示神经元σi的点火规则,其形式为ri′={a→aβ θ β

},执行该规则时,该规则消耗一个脉冲a ,同时产生应一个新的脉冲,记为a ;ri″表示神经θ θ

元σi的遗忘规则,其形式为ri″={a →λ},执行该规则时,该规则消耗一个脉冲a ,同时产生一个空字符,记为λ;Pi={pi′,pi″}表示神经元σi内一组有限的规则选择概率集合,其中pi′对应于规则ri′,pi″对应于规则ri″,且pi′+pi″=1;

神经元σn+1,σn+2为神经元σi提供每个步骤执行所需的脉冲,其中σn+1,σn+2将同时执行点火规则,相互供应脉冲;σn+2向神经元σi供应脉冲;

syn={(i,j)|((1≤i≤n+1)∧(j=n+2))∨((i=n+2)∧(j=n+1))}表示神经元之间的定向突触连接;

Iout={σ1,σ2,...,σn}表示输出神经元的集合,单目标连续优化脉冲神经膜系统∏的输出是由神经元σi的输出组成的连续的脉冲串;

G表示导向器,用于调节神经元σi中规则选择概率。