冷热电联供站群协同优化运行方法研究

论文摘要

多能冷热电联供系统的设备参数和运行模式是决定其性能优劣的重要因素,结构和设备参数的不合理设计将直接影响系统运行效率,导致经济、环境效益低下等现象。本文以冷热电三联供系统为基础,结合可再生能源中的太阳能和风能,打破传统区域供能方式,形成多能冷热电联供系统,并对系统运行中的设备参数和不确定性问题展开研究,从而为多能冷热电联供系统在不同时域、空间域和市场环境下的协同运行提供理论基础和参考,以实现能源的高效利用。首先,对冷热电联供系统设备参数及结构特征进行研究,并考虑带储能装置和可再生能源互补的冷热电联供系统参数对其运行效率和能源利用率的影响。然后,针对环境、经济、能源效率、系统稳定性等运行目标要求,建立经济分配模型,并采用随机动态规划算法优化系统运行,最后,基于多能冷热电联供系统运行要求,考虑风能和太阳能出力的多场景条件、时域季节特性、空间域区域类型以及市场政策条件下的系统协同运行,提出经济优化方案。本文主要研究内容包括:（1）对冷热电联供系统的运行设备建立数学模型,为研究冷热电联供系统经济运行提供基础。首先,采用热力学、热经济学等理论对带储能装置的冷热电三联供系统中的储气罐最大压力、压缩机级数和换热器效率进行研究,并分析这些参数改变对储能装置的存储效率、能量密度和往返效率的影响。然后,对风-光互补的冷热电三联供系统中的储气罐最大压力、空气质量流量和燃气轮机进口温度进行研究,并分析这些参数改变对系统压缩机和燃气轮机功率、储气罐充放电时间、热水产量以及相关火用损失的影响。对系统参数的敏感性分析可为系统优化运行提供参考。（2）对冷热电联供系统经济运行优化。首先,在冷/热电两联供的结构基础上对“以热定电”和“以电定热”的运行方法进行分析。然后,以投资成本和运行成本为目标,以能量平衡及各设备出力特性为约束条件,对多能三联供系统建立冷热电联供系统经济分配模型,并采用随机动态规划算法对能量进行合理调度和分配以到达最优经济效益。最后,考虑强风强光、强风弱光、弱风强光和弱风弱光场景下的风能和太阳能利用情况,并采用多目标遗传算法对压缩列机组压缩比和扩展列机组扩展比进行计算及系统能量分配,以实现成本最小化、收益最大化的目标。（3）对时域条件下的多能冷热电联供系统协同运行优化。首先,建立多能三联供系统矩阵结构模型,并根据设备运行系数、能源调度方式以及能量转换方法分别建立系数矩阵、调度矩阵和转换矩阵。然后,以系统运行成本、环境成本和系统收益为目标,以设备出力特性和能量平衡为约束条件,建立经济优化模型,并对目标函数和约束条件矩阵化。最后,采用混合滚动时域和粒子群优化算法对系统矩阵进行优化管理,对时间域上的夏季和冬季矩阵系统能量进行优化管理,以提高多能三联供系统在时间域上的经济和环境效益。（4）对空间域条件下的多能冷热电联供系统协同运行优化。首先,对集中型和分散型区域的多能三联供系统供能方式和能量流通模型进行分析。然后,把城市区域内多能三联供站群中各站点作为智能体,并按照站群内各站点功能分为能源供应智能体、能源需求智能体和能源调度智能体,根据智能体之间共享的供需信息及调度计划,建立城市区域多智能体模型。最后,采用遗传算法对智能体之间的数据进行收集和处理,并结合知识进行分析和推理,从而制定合理的调度计划,以实现城市区域内各站点的能量调度。（5）对市场环境条件下的多能冷热电联供系统协同运行优化。首先,分析影响多能三联供系统运行经济性的市场因素,主要包括成本利润、社会需求量、供应条件以及相关政策。然后,分析绿色证书交易机制、排污权交易机制、可再生能源电力配额制等市场政策对多能三联供系统经济运行的影响。最后,通过实例计算,研究绿色证书价格和排污权价格对系统运行的影响。结论得出,市场政策可刺激可再生能源的发展和减少污染气体排放。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 冷热电联供系统的发展现状
•   1.3 相关研究与发展现状
•     1.3.1 可再生能源研究现状
•     1.3.2 储能系统研究现状
•     1.3.3 运行策略研究现状
•   1.4 研究内容及结构安排
• 第二章 冷热电联供系统数学模型及参数敏感性分析
•   2.1 概述
•   2.2 冷热电联供系统组成与设备模型
•     2.2.1 系统组成
•     2.2.2 动力子系统
•     2.2.3 供热子系统
•     2.2.4 制冷子系统
•     2.2.5 储能子系统
•   2.3 带储能装置的CCHP系统参数敏感性分析
•     2.3.1 系统结构
•     2.3.2 系统运行效率评价指标
•     2.3.3 实例仿真计算
•   2.4 风-光-气联合驱动的CCHP系统参数敏感性分析
•     2.4.1 系统结构
•     2.4.2 系统能源价值评价指标
•     2.4.3 实例仿真计算
•   2.5 本章小结
• 第三章 多能CCHP系统协同运行优化策略
•   3.1 概述
•   3.2 冷/热电联供系统协同运行优化策略
•     3.2.1 冷/热电物理结构
•     3.2.2 运行方式与数学模型
•   3.3 多能CCHP系统协同运行优化策略
•     3.3.1 多能CCHP系统结构
•     3.3.2 冷热电经济分配模型
•     3.3.3 随机动态规划方法
•     3.3.4 实例计算与分析
•   3.4 多场景下多能CCHP系统协同运行优化策略
•     3.4.1 多能CCHP系统能量流通结构
•     3.4.2 冷热电经济分配模型
•     3.4.3 多目标遗传算法
•     3.4.4 实例计算与分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 考虑季节特性的多能CCHP系统协同运行优化
•   4.1 概述
•   4.2 多能CCHP系统矩阵模型
•     4.2.1 多能CCHP系统矩阵结构
•     4.2.2 效率矩阵
•     4.2.3 调度矩阵
•     4.2.4 转换矩阵
•   4.3 经济优化模型
•     4.3.1 目标函数矩阵
•     4.3.2 约束条件矩阵
•   4.4 混合滚动时域和粒子群优化算法
•     4.4.1 滚动时域调度策略
•     4.4.2 粒子群优化算法
•     4.4.3 粒子群算法参数选择
•   4.5 实例计算与分析
•     4.5.1 冬季典型日优化分析
•     4.5.2 夏季典型日优化分析
•   4.6 本章小结
• 第五章 考虑区域类型的多能CCHP系统协同运行优化
•   5.1 概述
•   5.2 集中型区域多能CCHP系统模型
•     5.2.1 集中型区域供能方式
•     5.2.2 能源流通模型
•   5.3 分散型区域多能CCHP系统模型
•     5.3.1 分散型区域供能方式
•     5.3.2 能源流通模型
•   5.4 城市区域多能CCHP站群电能调度
•     5.4.1 多智能体系统与电能调度
•     5.4.2 能源调度数学模型
•     5.4.3 知识发现算法
•     5.4.4 实例计算与分析
•   5.5 本章小结
• 第六章 考虑市场条件的多能CCHP系统协同运行优化
•   6.1 概述
•   6.2 市场影响因子
•   6.3 环境政策及市场交易机制
•     6.3.1 可再生能源电力配额制
•     6.3.2 绿色证书交易机制
•     6.3.3 排污权交易机制
•   6.4 市场环境下多能CCHP系统运行优化
•     6.4.1 多能CCHP系统数学模型
•     6.4.2 目标函数
•     6.4.3 实例计算与分析
•   6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
•   7.1 本文结论
•   7.2 研究创新点
•   7.3 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 攻读学位期间参加的科研项目
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王亚楠

导师: 吴杰康

关键词: 冷热电联供站群,协同运行优化,随机动态规划,知识发现,粒子群优化

来源: 广东工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 数学,动力工程,电力工业

单位: 广东工业大学

分类号: O221.3;TK01;TM73

DOI: 10.27029/d.cnki.ggdgu.2019.000008

总页数: 127

文件大小: 7641K

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