一種基于多能源協(xié)同供能的變電站容量優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于能源互聯(lián)網(wǎng)及配電網(wǎng)規(guī)劃領(lǐng)域，特別涉及一種基于多能源協(xié)同供能的 變電站容量優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源互聯(lián)網(wǎng)是未來能源供應(yīng)體系的重要發(fā)展方向之一，互聯(lián)的能源供應(yīng)鏈可大幅 提高安全性和可靠性，同時有利于根據(jù)能源特性實現(xiàn)資源優(yōu)化配置。在能源互聯(lián)體系下，目 前能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的一系列問題都可以得到有效的解決。
[0003] 由用戶用電習(xí)慣決定的季節(jié)性變化較大的電負(fù)荷特性，在夏季會出現(xiàn)用電高峰， 其峰值遠(yuǎn)高出冬季及過渡季節(jié)的用電峰值，由于變電站在規(guī)劃設(shè)計時需要考慮全年最高電 負(fù)荷，因此其實際容量在全年大部分時間中會有較大的冗余，設(shè)備的實際利用率不高，造成 了資源浪費。使用多能協(xié)同的能源供應(yīng)方式可以有效的削減用電負(fù)荷高峰，是優(yōu)化變電站 容量的有效手段之一。
[0004] 冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)為解決能源短缺、能源供應(yīng)安全、排放控制等能源相關(guān)問題提 供了解決方案。三聯(lián)供系統(tǒng)如圖1所示，一般以熱電聯(lián)供機組、雙源鍋爐、光伏發(fā)電作為動 力設(shè)備在一定的運行控制策略下，分別通過熱力網(wǎng)和電網(wǎng)傳輸熱能和電能，并在用戶側(cè)配 以余熱制冷設(shè)備以實現(xiàn)對冷負(fù)荷需求的供應(yīng)，其中三聯(lián)供機組和雙源鍋爐以天然氣為能 源，在發(fā)電過程中供應(yīng)熱負(fù)荷需求，輸出的電能直接供應(yīng)到公共配電網(wǎng)，輸出的熱能通過熱 力網(wǎng)絡(luò)傳輸至用戶端進行利用，夏季時可以通過溴化鋰制冷機組實現(xiàn)冷熱的轉(zhuǎn)換，從而支 撐空調(diào)等制冷設(shè)備的運行。此外，通過配置相變儲能設(shè)備，可以實現(xiàn)對冷和熱的存儲，以填 補冷熱負(fù)荷供需之間的差異。與傳統(tǒng)的能源供應(yīng)系統(tǒng)不同，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)中可以對熱 機余熱進行良好的利用，因此其能源利用效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)機組。
[0005] 光伏建筑一體化（BIPV)是指將光伏發(fā)電和建筑外圍結(jié)構(gòu)相結(jié)合，構(gòu)成一體形式， 是根據(jù)光伏效應(yīng)原理，利用太陽電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。太陽能光伏發(fā)電分為獨 立光伏發(fā)電與并網(wǎng)光伏發(fā)電，比如屋頂光伏和大規(guī)模的光伏電站，其中屋頂分布式光伏由 于安裝靈活，幾乎不占用土地資源，可以作為分布式能源的主要建設(shè)對象。
[0006] 以上兩類新型能源技術(shù)在電負(fù)荷的移峰填谷方面均有較好的效果，其中冷熱電三 聯(lián)供系統(tǒng)通過余熱制冷技術(shù)有效地利用了夏季熱機運行時產(chǎn)生的余熱，一方面提升了能源 的利用效率，此外也減少了夏季的電制冷空調(diào)的使用次數(shù)，有效地削減了夏季用電高峰。光 伏發(fā)電的出力與用戶用電負(fù)荷具有同時性，即在天氣良好的情況下，用電高峰時段與光伏 出力峰值時段近似相同，可以進一步優(yōu)化每日的電負(fù)荷特性。通過對用電負(fù)荷的峰值削減， 可以減少全年用電負(fù)荷峰值，從而達到優(yōu)化變電站容量的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足，提出一種基于多能協(xié)同供應(yīng)的變電站容 量優(yōu)化方法，這種方法通過多種系能源供應(yīng)方式削減全年用電負(fù)荷峰值實現(xiàn)。
[0008] 本發(fā)明提出的一種基于多種能源協(xié)同供能的變電站容量優(yōu)化方法，該方法用于配 有由相變儲能設(shè)備和集中式三聯(lián)供機組構(gòu)成的三聯(lián)供系統(tǒng)和分布式光伏組件的三聯(lián)供系 統(tǒng)，其中熱電聯(lián)供機組位于電源側(cè)，相變儲能設(shè)備及光伏發(fā)電設(shè)備位于用戶側(cè)；
[0009] 該方法中確定變電站容量遵循的是"N-1原則"及相關(guān)容載比規(guī)定，優(yōu)化用戶側(cè) 電負(fù)荷特性并針對優(yōu)化后的電負(fù)荷數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的變電站容量優(yōu)化配置；具體包括以下步 驟：
[0010] 1)根據(jù)變電站管轄地區(qū)的歷史冷熱電負(fù)荷數(shù)據(jù)及城市建設(shè)規(guī)劃預(yù)測其全年冷熱 電負(fù)荷數(shù)據(jù)，并獲取變電站管轄地區(qū)的年太陽輻射強度，可用屋頂面積及相應(yīng)的光伏組件 轉(zhuǎn)換效率；
[0011] 2)按照三聯(lián)供機組中熱電聯(lián)供機組的能源利用效率及溴化鋰機組的冷熱轉(zhuǎn)化比 例C0P值建立由熱電聯(lián)供機組經(jīng)濟性目標(biāo)函數(shù)和溴化鋰機組經(jīng)濟性目標(biāo)函數(shù)組成的運行 經(jīng)濟性模型；
[0012] 3)以典型日的供需關(guān)系平衡確定相變儲能設(shè)備的容量，并根據(jù)儲能效率確定相變 儲能設(shè)備的運行成本函數(shù)；相變儲能設(shè)備的運行成本函數(shù)?；ρ3，如式（3)所示：
[0013]
[0014] 式中η表示儲能設(shè)備的熱效率，Lh表示熱負(fù)荷（單位為：MW)，Tm (單位為小時） 表示全年中三聯(lián)供機組產(chǎn)熱大于熱負(fù)荷的時間，kd3和Cb3分別為燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組 的折舊率和建設(shè)費用；
[0015] 4)結(jié)合冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)、相變儲能設(shè)備，在限定的三聯(lián)供機組運行時間通過目 的規(guī)劃法對步驟2)的運行經(jīng)濟性模型和步驟3)運行成本函數(shù)求解其經(jīng)濟性最優(yōu)的三聯(lián)供 機組啟停時間安排；
[0016] 5)通過運行在步驟4)的經(jīng)濟性最優(yōu)條件下的三聯(lián)供機組啟停時間安排及相變儲 能設(shè)備，并利用分布式光伏組件發(fā)電對全年電負(fù)荷特性進行多目標(biāo)優(yōu)化；根據(jù)優(yōu)化后的負(fù) 荷側(cè)特性，在"N-1"原則和容載比標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定下，得到變電站優(yōu)化后的容量。
[0017] 本發(fā)明的技術(shù)特點及有益效果是：
[0018] 本發(fā)明中通過冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)、相變儲能設(shè)備和分布式光伏技術(shù)實現(xiàn)變電站的 容量優(yōu)化，冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)（CCHP,CombinedCooling,HeatingandPower)可以實現(xiàn)冷 熱電能源的同時供應(yīng)，在帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)的同時利用運行時產(chǎn)生的余熱同時供應(yīng)熱\冷負(fù) 荷需求，相變儲能設(shè)備（phase-changestoragedevice)使用相變材料在發(fā)生相變時產(chǎn)生 的潛熱進行冷或熱能的存儲和釋放，使用分布式光伏發(fā)電技術(shù)中的光伏建筑一體化（BIPV， BuildingIntegratedPhotovoltaic)，通過分布式光伏供電減輕電網(wǎng)供電壓力。本發(fā)明中 采用MATLAB作為仿真平臺，采用最高分辯率達到分鐘級的實際負(fù)荷數(shù)據(jù)進行運行方案優(yōu) 化及啟停機策略安排。本發(fā)明具有以下優(yōu)點；
[0019] 1.本發(fā)明的夏季制冷手段采用吸收式余熱制冷機組通過溴化鋰溶液等制冷機通 過吸收熱機產(chǎn)生的余熱進行制冷，同時采用了燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組對不同品位的熱能 進行分級利用，從而有效地提升了對燃料的利用效率，降低了機組運行成本。
[0020] 2.本發(fā)明通過考慮在相變儲能設(shè)備協(xié)調(diào)能源供需關(guān)系條件下運行的三聯(lián)供機組， 建立了運行經(jīng)濟性相關(guān)模型，并且結(jié)合模型給出了使得冷熱電三聯(lián)供機組整體運行經(jīng)濟效 益最高的啟停機策略安排方案。
【附圖說明】
[0021] 圖1是現(xiàn)有的三聯(lián)供系統(tǒng)組成框圖。
[0022] 圖2為本發(fā)明的變電站容量優(yōu)化方法流程圖。
[0023] 圖3(a)是采用本發(fā)明方法的夏季典型日冷熱電負(fù)荷特性。
[0024] 圖3(b)是采用本發(fā)明方法的夏季典型日7令熱電負(fù)荷特性。
[0025] 圖4(a)是采用本發(fā)明方法前的全年電負(fù)荷特性優(yōu)化效果。
[0026] 圖4(b)是采用本發(fā)明方法后的全年電負(fù)荷特性優(yōu)化效果。
【具體實施方式】
[0027] 本發(fā)明提出的一種基于多能源協(xié)同供能的變電站容量優(yōu)化方法結(jié)合附圖