1.一种含可逆固体氧化物电池的综合能源系统优化调度方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤S1:构建考虑热损失和用户实际热需求的供热网络的线性模型,将区域供热网络与传统供电网络通过CHP机组连接形成综合能源系统;
步骤S2:建立含可逆固体氧化物电池的电‑氢双向制储模型;
步骤S3:使用需求弹性理论和用户温度偏好评价,建立多响应级别的热需求响应模型;
步骤S4:采集日前调度数据和系统设备参数,并基于步骤S1~S3建立的模型,建立以运营商获得最大净利润为目标函数的含可逆固体氧化物电池的综合能源系统的日前调度模型;
步骤S5:基于matlab平台和yalmip工具箱搭建步骤S4的含可逆固体氧化物电池的综合能源系统日前调度模型,调用求解器gurobi进行求解;
步骤S1中构建考虑热损失和用户实际热需求的供热网络的线性模型包括以下步骤:区域供热网络的模型由五个部分构成:热电联产机组供能模型、主供热网络模型、次供热网络模型、热交换站模型和用户热负荷模型构成;
1)热电联产机组供能模型建立如下所示:
热电联产机组的电能和热能的输出功率可以用运行域的顶点的输出的线性组合来表示:式中, 表示t时刻第q1个CHP机组供电功率, 表示t时刻第q1个CHP机组供热功率;
表示第q1个CHP机组凸多边形运行区域的顶点数, 表示第q1个CHP机组第n个运行区域顶点的供电功率, 表示第q1个CHP机组第n个运行区域顶点的供热功率, 表示t时刻第q1个CHP机组对其运行域第n个顶点的线性组合;
2)主供热网络的模型建立如下所示:
主供热网络调度周期如下所示:
式中,ρw表示热水密度, 表示第j1条主供热管道的质量流速, 表示第j1条主供热管道横截面积, 表示第j1条主供热管道长度,Δt表示一个调度周期所需的时间, 表示对调度周期向下取整, 表示第j1条主供热管道热水流经管道向下取整调度周期数, 表示第j1条主供热管道热水流经管道向上取整调度周期数,Φp,Ι表示主供热管道集合;
主供热网络出口处水温表达式如下所示:
式中, 表示第j1条主供热管道 个周期流体质量总和, 表示第j1条主供热管道 个周期流体质量总和, 表示第j1条主供热管道 个周期里面水的温度,表示第j1条主供热管道 个周期里面水的温度, 表示t时刻完全隔热时的第j1条主供热管道出口温度;
主供热网络考虑热损失的出口温度如下所示:
式中, 表示t时刻第j1条主供热管道考虑热损失的出口温度, 表示第j1条主供热cw管道导热系数,cw表示水的比热容,Tt 表示t时刻环境预测温度;
3)热交换站模型如下:
式中, 表示t时刻位于节点i的热交换站交换总热量, 表示t时刻主供热管道j1出口处供应温度, 表示t时刻次供热管道j2入口处供应温度, 表示t时刻次供热管道j2出口处回流温度, 表示t时刻主供热管道j1入口处回流温度, 表示通过次供热管道j2的质量流速, 表示流入节点i的主供热管道集合, 表示流出节点i的次供热管道集合;
4)次供热网络模型如下所示:
式中,Φp表示次供热管道集合, 表示流入供热网络节点i的次供热管道集合, 表示时间t供热网络节点i供应温度;
次供热网络的降温方程的等效方程如下所示:
供热节点i处用户热负荷需求和热交换站出口的供应温度关系的公式如下所示:式中, 表示t时刻次供热节点i的热需求, 表示t时刻通过次供热节点i的质量流速, 表示t时刻供热网络第i个节点入口供应温度;
热交换站提供的热功率如下式所示:
式中, 表示节点i处热交换站所连接的次供热节点的集合, 表示t时刻第i个次供热节点所需供热与其管道运输热损失之和;
5)用户热负荷模型如下所示:
式中, 表示节点i的热需求和温度之间的关系系数, 和 表示t和t‑1时刻第i个节点的用户温度,ca表示空气的比热容,ρa表示空气的密度,Ajh表示用户建筑单位与空气的热交换面积,μ表示补偿常数,Swa表示单位供暖面积的墙的平均面积,Swi表示单位供暖面积的窗户的平均面积,TRwa表示墙的热阻,TRwi表示窗户的热阻, 表第i个节点用户的加热面积,Ne表示用户的建筑每小时与空气进行热交换的次数;
步骤S2中建立含可逆固体氧化物电池的电‑氢双向制储模型包括以下部分:
1)可逆固体氧化物电池模型;
可逆固体氧化物电池在燃料电池模式下能源转换关系如下所示:式中, 分别为t时刻燃料电池状态下的发电功率、产热功率和耗氢速率;Lhv为氢的低热值; 为t时刻燃料电池状态下的的电效率; 为t时刻燃料电池状态下的的热效率;
可逆固体氧化物电池在电解槽模式下消耗的电、热功率简化表达式如下所示:式中, 分别为t时刻电解池状态下的耗电功率、耗热功率和产氢速率; 为t时刻电解池状态下的耗热系数; 为t时刻电解池状态下的电解效率;
2)压缩机模型建立如下所示:
c
式中,p 是压缩机功率消耗;R是公共气体常数;Tin是氢气的入口温度;γ是各向同性指数;ηc是机械效率;Pin和Pout分别是入口和出口压力, 表示氢气质量流速;
3)储氢模型建立如下所示:
式中, 表示在时间t存储在罐中的氢气的质量;Mini为储氢罐初始储存氢气量;
和 表示在t时刻入口和出口氢气质量流量,ηEC表示氢气在存储和使用时的效率;
步骤S3中,多响应级别的热需求响应模型具体为:
H,N
式中, 表示供热网络节点i参与需求响应计划用户的加热面积;Pt 表示t时刻不参H,DR HD,P加需求响应用户的热价,Pt 表示t时刻参加需求响应用户的热价,rk 表示第k个热负荷HP,P峰值期的热需求响应率,rk 表示第k个热负荷峰值期的热价涨跌率;χt,k是二进制变量,表示热负荷在t时刻只能有一个电价, 表示第i个节点参加需求响应计划的用户热负荷,表示第i个节点不参加需求响应计划的用户热负荷, 表示节点i参加需求响应的用户的热需求与温度间的关系系数; 表示节点i不参加需求响应的用户的热需求与温度间的关系系数, 表示t时刻第i个节点参加需求响应用户温度;
步骤S4中,综合能源系统的日前调度数据包括电负荷预测、新能源机组出力预测和环境温度预测,系统设备参数包括出力设备的额定功率和转换效率,储能设备的储能、放能功率、效率和损耗率;日前调度模型的目标函数如下所示:式中,ΦTU表示火电机组集合,ΦCHP表示CHP机组集合,Φbus表示需求电能节点集合,Φhd表示需求热能节点集合, 表示t时刻第q2个火力发电机组运行成本, 表示t时刻第q1E个CHP机组运行成本, 表示t时刻电力网络中第ie个节点电力负荷需求,Pt表示t时刻电力售卖价格;其中火力发电机成本 和CHP机组的发电成本 的具体表达如下所示:式中, 表示火力发电机单位功率成本系数, 表
示CHP机组单位功率成本系数, 表示在时间t时刻内第q2台火力发电机电功率输出,表示在时间t时刻内第q1台CHP机组电功率输出, 表示在时间t时刻内第q1台CHP机组热功率输出。
2.根据权利要求1所述的一种含可逆固体氧化物电池的综合能源系统优化调度方法,其特征在于:步骤S5具体为:根据基于matlab平台和yalmip工具箱搭建步骤S1~S3中相应的模型,并将步骤S4中的日前调度数据和系统设备参数代入其中,确定以运营商获得的最大利润为目标函数后,利用gurobi求解器进行求解。