1.面向喀斯特地貌地区的溶洞能源利用系统,其特征在于,包括作为供给端的能源侧和作为需求端的负荷侧;能源侧包括:并网发电的常规新能源、太阳能光伏聚热模块、溶洞储热模块、溶洞热发电模块、溶洞温差发电模块,其中溶洞温差发电模块与太阳能光热聚热、溶洞储热模块、溶洞热发电模块相互辅助共同形成溶洞能源发储用体系;负荷侧包括:电负荷、沼气/燃气负荷、热负荷;
太阳能光伏聚热模块借助先进集热装置,将采集的太阳光照辐射热量,一部分热量通过溶洞热发电模块直接进行发电,另一部分热量灵活储存于溶洞储热模块之中,实现长时间稳定出力;以溶洞为载体的溶洞储热模块和溶洞热发电模块分别由储热单元TESS和功率转换单元PB构成,通过传热工质实现能量在各部分之间的传递;
光场通过定日镜阵列将直射太阳光辐射能量汇集吸收到集热装置,太阳能转换为热能传递到传热工质,传热工质中一部分热能输送到PB系统,用以加热水蒸气驱动电机进行发电,实现热‑电转换,另一部分热能储存至TESS中,在需要热量供应时,根据调控要求释放热量进行发电;
溶洞温差发电模块以溶洞中恒定温度的水为传热介质,通过水泵和管道将溶洞内部水引入TESS内部,形成温度差,进而产生电能并网发电。
2.如权利要求1所述的面向喀斯特地貌地区的溶洞能源利用系统,其特征在于,常规新能源包括上级电网、分散式风电发电机组、生物质沼气发电机组、应急柴油发电机组、太阳能光伏发电机组。
3.如权利要求1或2所述的面向喀斯特地貌地区的溶洞能源利用系统的优化运行方法,其特征在于,包含模型预测、滚动优化和反馈校正三个环节,核心思想是滚动时域动态预测,通常采用离散化状态空间的形式建立预测模型,即MPC模型,k为当前时刻,Rs(k)为设定的参考值,u(k)为输入的控制变量,y(k)为输出量,d(k)为扰动量,在滚动时域动态预测中,有两个时域:预测时域和控制时域,其中预测时域包括p个时间间隔,控制时域包括m个时间间隔,且有p≥m;
整个优化运行过程的具体步骤如下:
S1、在当前时刻k,基于当前的状态和预测模型,根据历史信息{u(k‑j),y(k‑j)|j≥1}和未来输入{u(k+j‑1)|j=1,…,m},预测系统的未来输出{y(k+j)|j=1,…,p},为优化模型提供先验信息;
S2、同时计及当前和未来的约束条件,对控制时域m内的优化问题进行求解,得到这些时段内的最优控制序列Δu(k+j);
S3、将计算得到的最优控制序列的第一个值实际应用于控制系统;
S4、在k+1时刻重新采样,根据系统实际输出对基于模型的预测输出进行修正,更新系统的状态,重复上述步骤S1~S4。
4.如权利要求3所述的面向喀斯特地貌地区的溶洞能源利用系统的优化运行方法,其特征在于,模型预测具体内容如下:根据溶洞能源利用系统的功率平衡方程、太阳能光伏聚热模块、溶洞储热模块、溶洞热发电模块内部的功率平衡方程和TESS的相关约束,选取常规机组出力、溶洞温差发电出力、G CSP cha dis溶洞TESS储/放热功率、溶洞TESS储热容量构成的向量x(k)=[P (k),P (k),P (k),PTESS T(k),E (k)]为状态变量;选取常规机组的出力增量、溶洞TESS放热功率增量构成的向量uG dis T(k)=[ΔP(k),ΔP (k)]为控制变量;选取光照强度、风电功率和负荷需求的预测功率增S W T量构成的向量d(k)=[ΔP (k),ΔP (k),ΔL(k)] 为扰动输入;选取常规机组出力、溶洞温G CSP T差发电出力构成的向量y(k)=[P (k),P (k)]为输出变量;建立如下的多输入、多输出状态空间表征的预测模型:式中, 为t时段溶洞TESS内存储的热能, 为防止储热熔盐凝固的溶洞TESS最小储热量, 为防止储热熔盐过热的溶洞TESS最大储热量; 和 分别为调度周期内溶洞TESS储热量的初始值和最终值,为满足下一调度周期的需求,TESS在一个调度周期内的始末储热量应相等; 为t时段溶洞TESS的储放热状态,为0‑1变量,1表示溶洞TESS存储热能,0表示溶洞TESS释放热能; 和 分别为溶洞TESS的最大储热、放热功率;γ为溶洞TESS的热量耗散系数;ηcha和ηdis分别为溶洞TESS的储热、放热效率。
5.如权利要求4所述的面向喀斯特地貌地区的溶洞能源利用系统的优化运行方法,其特征在于,滚动优化具体内容如下:滚动优化调度模型中的风电功率、光照强度和负荷需求的预测值随着预测域的前移压缩不断滚动更新,模型不断在线求解,直至执行完调度周期内的调度计划;
滚动优化调度模型的目标函数:
minFR=Fg+Fqt (3)
式中,ts为滚动优化调度的起始时段,不断滚动更新,向前推进;Fg为常规机组的燃料成本,Fqt为常规机组和溶洞温差发电模块单元的启停成本;t、i、j分别为时段编号、常规机组编号、溶洞温差发电模块单元编号;NT、NG、NCSP分别为调度时段数、常规机组台数、溶洞温差发电模块单元数; 为t时段常规机组i的出力;ai、bi、ci均为常规机组i的成本系数;Si、Qj分别为常规机组i、溶洞温差发电模块单元j的启停成本;ui,t、xj,t分别为常规机组i、溶洞温差发电模块单元j在时段t的启停状态,均为0‑1变量。
6.如权利要求5所述的面向喀斯特地貌地区的溶洞能源利用系统的优化运行方法,其特征在于,滚动优化调度约束条件包括:系统功率平衡约束、常规机组和溶洞温差发电运行约束、太阳能光热聚热、溶洞储热、溶洞热发电模块功率平衡约束和运行约束。
7.如权利要求6所述的面向喀斯特地貌地区的溶洞能源利用系统的优化运行方法,其特征在于,基于模型预测控制的实时动态调整,具体内容如下:根据光照强度、风电功率和负荷需求的在Δt’内的值,通过对此状态空间预测模型进行滚动迭代,向前预测N步,得到常规机组出力和溶洞温差发电模块单元出力在预测时域Δt内的预计输出值构成的向量Yf:在Δt’内,以动态调整时刻t’对应的滚动优化阶段求解得到的时段Δt内常规机组出力计划值和溶洞温差发电模块单元出力计划值构成的向量Rf为跟踪控制目标,以常规机组出力和溶洞温差发电模块单元出力在预测时域Δt内的预计输出值Yf与滚动优化出力计划值Rf之间的误差最小为目标;
实时动态调整模型目标函数:
T T
minJ=(Rf‑Yf) Werr(Rf‑Yf)+UQuU (7)式中, 为常规机组出力跟踪误差和溶洞温差发
电模块单元出力跟踪误差的权重系数矩阵;Qu为控制变量的权重系数矩阵;
实时动态调整模型约束条件:
*
式中,t’为间隔Δt’对应的时刻;t为动态调整时刻t’对应的滚动优化阶段的时刻。
8.如权利要求7所述的面向喀斯特地貌地区的溶洞能源利用系统的优化运行方法,其特征在于,基于MPC的日内大尺度滚动优化与实时小尺度动态调整相结合的多时间尺度协调优化调度控制流程,具体内容如下:在动态调整的每个时段开始前,对系统状态进行实时更新,获取风电功率、光照强度和负荷需求的实时信息,然后进行小尺度的优化调度,直至所有时段执行完毕,采集最新的系统状态信息传递给滚动优化层,进行大时间尺度的经济调度,不断向前滚动计算求解。