计及光热电站和温控设备的微电网及其最优经济运行方法

1.一种计及光热电站和温控设备的微电网，其特征在于：包括微源、储能系统与调度系统；微源包括新能源发电系统、微燃机与热泵；储能系统包括电储能系统与储热系统；新能源发电系统包括光伏发电站、风力发电机组与光热电站；光热电站包含将热能转化为电能的汽轮机；光热电站能够将太阳能转化为热能，并将热能输出给汽轮机或储热系统；热泵能够将电能转化为热能并输出给热负荷或储热系统；储热系统释放的热量输出给汽轮机或热负荷；光伏发电站与风力发电机组为不可控出力系统，定义t时刻的不可控出力系统的发电功率为P rer (t)，t时刻的电负荷为P load (t)，则多源微网t时刻的净负荷功率P unb (t)＝P rer (t)-P load (t)；将电储能系统作为高频子系统，用于通过充放电对净负荷功率中的高频净负荷功率分量进行平抑；将光热电站、热泵、微燃机与储热系统作为低频子系统，用于通过电热转化对净负荷功率中的低频净负荷功率分量进行平抑；将低频子系统中的储热系统和热泵作为温控设备，用于通过温度调节对热负荷进行平衡；调度系统中配置有混合储能功率分配模型，用于将净负荷功率P unb (t)分解成高频净负荷功率分量与低频净负荷功率分量，并分别分配给高频子系统与低频子系统；调度系统中还配置有根据最优经济运行模型对高频子系统、低频子系统与温控设备进行综合控制以使运行成本最低的调度程序；最优经济运行模型包括目标函数、光热电站和热泵的闭环耦合温控模型以及约束条件，其中，约束条件包括高频子系统运行约束与低频子系统运行约束；目标函数：minC op ＝min(C op,1 +C op,2 )；式中，C op,1 表示高频子系统运行费用并包含电储能系统运行费用C ESS 、电储能系统损耗费用C Ebat 、高频弃风\光惩罚费用C rer,1 与高频失负荷惩罚费用C load,1 ；C op,2 表示低频子系统运行费用并包含微燃机运行费用C MGT 、热泵运行费用C HP 、光热电站运行费用C CSP 、储热系统供热费C CL 、热泵供热费用C HL 、低频弃风\光惩罚费用C rer,2 、弃热惩罚费用C hot,2 与低频失负荷惩罚费用C load,2 ；光热电站和热泵的闭环耦合温控模型包括能量流动模型与热负荷温控模型：能量流动模型：光热电站中，太阳能光场吸收的热功率：Q CSP (t)＝n s-th S SF D(t)；光热电站吸收的热功率可直接通过传热流体供给汽轮机发电，也可传递至储热系统存储起来，剩余的热功率将被舍弃：Q CSP (t)＝Q FE (t)+Q FS (t)+Q spill (t)储热系统吸热时，热量来源于光热电站收集的热量和热泵注入的热量；放热时，一部分热量流向汽轮机，另外一部分热量供给热负荷，储热系统的热存储量：Q TSS (t)＝(1-η loss )Q TSS (t-1)Δt+η F-S (Q FS (t)+Q H-TSS (t))Δt-(Q SE (t)+Q TS-load (t))Δt；光热电站汽轮机发电所需热量由光场和储热系统流向发电系统的热量构成：P CSP (t)＝μ(Q FE (t)+n S-E Q SE (t))；式中，Q CSP (t)为光热电站在t时刻吸收的总热功率，n s-th 为光-热转换效率；S SF 为光热电站的光场面积；D(t)为t时刻光照直接辐射指数；Q FE (t)、Q FS (t)、Q spill (t)分别表示t时刻由光场流向发电系统的热量、光场流向储热系统的热量和光场舍弃的热量；Q TSS (t)、Q H-TSS (t)、Q SE (t)、Q TS-load (t)分别表示t时刻储热系统热存储量、热泵注入储热系统的热量、储热系统流向发电系统热量和储热系统供给热负荷的热量；P CSP (t)表示光热电站t时刻发电量；η loss 、n F-S 、n S-E 、μ、Δt分别表示储热系统热损失效率、储热损失效率、储热系统至发电系统热转换效率、热电转换系数和充放热周期；热负荷温控模型：当温控设备关断时，热负荷温度随外界温度自然变化：T load (t+1)＝T o (t+1)-(T o (t+1)-T load (t))e -Δt/RC ；当温控设备开启时：T load (t+1)＝T o (t+1)+Q HVAC (t)R-(T o (t+1)+Q HVAC (t)R-T load (t))e -Δt/RC ；式中，T load (t+1)和T load (t)分别为热负荷下一时刻和当前时刻的温度；T o (t)为外环境温度；R为等值热电阻；C为等值热电容；Δt为仿真步长；Q HVAC (t)为温控设备等值热功率，Q HVAC (t)＝Q H-load (t)+Q TS-load (t)；Q H-load (t)为热泵供给热负荷的热量；Q TS-load (t)为储热系统供给热负荷的热量；高频子系统运行约束包括高频电功率平衡约束与电储能系统约束：高频电功率平衡约束：P imbalance,1 (t)+P discharge (t)-P charge (t)＝P lostrer,1 (t)-P lostload,1 (t)；式中，P charge (t)表示充电功率；P discharge (t)表示放电功率；P lostrer,1 (t)表示t时刻弃风\光量；P lostload,1 (t)表示高频失负荷量；P imbalance,1 (t)表示高频净负荷功率分量电储能系统约束：0≤P charge (t)≤U ES (t)P charge,rate ；0≤P discharge (t)≤(1-U ES (t))P discharge,rate ；SOC min ≤SOC(t)≤SOC max ；式中，P charge,rate 表示额定充电功率；P discharge,rate 表示额定放电功率；U ES (t)为0～1的变量，充电时U ES (t)为1，放电时U ES (t)为0；SOC(t)表示荷电状态，SOC min 表示电储能系统最小容量，SOC max 表示电储能系统最大容量；低频子系统运行约束包括低频电功率平衡约束、微燃机与热泵约束、光热电站约束与温度约束：低频电功率平衡约束：P imbalance,2 (t)+P MGT (t)+P CSP (t)-N HP P HP (t)＝P lostrer,2 (t)-P lostload,2 (t)；式中，P MGT (t)为微燃机发电功率；P CSP (t)为光热电站发电功率；N HP 为热泵数量，P HP (t)为热泵耗电功率；P lostrer,2 (t)为t时段低频净负荷功率分量弃风/光量、P lostload,2 (t)为低频失负荷量；P imbalance,2 (t)表示低频净负荷功率分量；微燃机与热泵约束：P g,min ≤P MGT (t)≤P g,max ；0≤P HP (t)≤P HP,rate ；式中，P MGT (t)表示微燃机出力，P g,min 、P g,max 分别表示微热机出力的最小出力限制与最大出力限制；P HP (t)表示热泵出力，P HP,rate 表示热泵最大出力；光热电站约束：U CSP (t)P CSP,min ≤P CSP (t)≤U CSP (t)P CSP,max ；-R CSP,down ≤P CSP (t)-P CSP (t-1)≤R CSP,up ；Q TSS,min ≤Q TSS (t)≤ρP CSP,max ；0≤Q FS (t)+Q H-TSS (t)≤U TS (t)Q FS,max ；0≤Q SE (t)+Q TS-load (t)≤(1-U TS (t))Q SE,max ；式中，U CSP (t)、U TS (t)均为0～1变量；光热电站开机时U CSP (t)为1，光热电站关机时U CSP (t)为0；储热系统吸热时U TS (t)为1，储热系统放热时U TS (t)为0；R CSP,up 、R CSP,down 分别为光热电站最大向上爬坡率、最大向下爬坡率；温度约束：T load,min ≤T load (t)≤T load,max ；式中，T load (t)表示热负荷温度，T load,min 、T load,max 分别表示热负荷温度下限、热负荷温度上限。 2.根据权利要求1所述的计及光热电站和温控设备的微电网，其特征在于：各种费用的计算公式如下：电储能系统运行费用C ESS ： 电储能系统损耗费用C Ebat ： 高频弃风\光惩罚费用C rer,1 ： 高频失负荷惩罚费用C load,1 ： 微燃机运行费用C MGT ： 热泵运行费用C HP ： 光热电站运行费用C CSP ：储热系统供热费C CL ： 热泵供热费用C HL ： 低频弃风\光惩罚费用C rer,2 ： 弃热惩罚费用C hot,2 ： 低频失负荷惩罚费用C load,2 ： 式中，P charge (t)为电储能充电功率；P discharge (t)为电储能放电功率；P MGT (t)为微燃机发电功率；P HP (t)为热泵耗电功率；P rer,1 (t)为高频部分弃风/光量；P load,1 (t)为高频部分失负荷量；P rer,2 (t)为低频部分弃风/光量；P hot,2 (t)为弃热量；P load,2 (t)为低频部分失负荷量；f run (t)为光热电站运维成本；f op (t)为光热电站启停成本；a ESS 、a MGT 、a HP 、a HL 、a CL 分别为电储能运维成本、微燃机运维成本、热泵运维成本、热泵供热成本系数、热储供热成本系数；a rer,1 、a load,1 、a rer,2 、a hot,2 、a load,2 分别为高频部分弃风/光惩罚系数、高频部分失负荷惩罚系数、低频部分弃风/光惩罚系数、弃热惩罚系数、低频部分失负荷惩罚系数；T表示时间总数；x(t)为光热机组状态变量，x(t)＝1表示光热机组开机，x(t)＝0表示光热机组停机；β、γ、σ均为光热电站的开机费用系数，t t ′为光热电站在t时段前的停运时间；N C 为调度周期内蓄电池充放电次数；N k 表示蓄电池第k次充放电时对应的最大充放电循环次数；C inv 为微电网中蓄电池投资费用。 3.根据权利要求1所述的计及光热电站和温控设备的微电网，其特征在于：混合储能功率分配模型按如下方式对净负荷功率P unb (t)进行分配：首先，采用离散傅里叶变换对净负荷功率P unb (t)进行分解：将采样点数为N的时序净负荷功率P unb (t)进行DFT变换，得到净负荷功率频域信号F unb (k)，如下所示：式中，k为净负荷功率在频域上的频倍数，k＝0,1,...,N-1；k＝0时表征直流分量；k＝1时表征基频分量、k＝2时表征倍频分量，依此类推；由于净负荷功率频域信号F unb (k)的每一项相角平均分配了整个相角区间，每一项的相角占2π/N的带宽，将净负荷功率频域信号F unb (k)进一步表示为如下形式：选取分段点n，n∈[0,N/2]，将频域上的净负荷功率信号在k＝n处分段，分段后的净负荷功率频域信号F unb (k)：其中，F imbalance,1 (k)为高频分量，包含n+1倍频分量至N/2倍频分量，其他低倍数频率分量幅值置0，F imbalance,2 (k)为低频分量，包含直流分量，基频分量至n倍频分量的低倍数频率分量，其他高倍数频率分量幅值置0；然后，将频域分解转换后的高、低频分量F imbalance,1 (k)、F imbalance,2 (k)进行傅里叶逆变换转换到时域上，从而得到高频净负荷功率分量P imbalance,1 (t)、低频净负荷功率分量P imbalance,2 (t)如下：最后，将高频净负荷功率分量P imbalance,1 (t)分配给高频子系统，将低频净负荷功率分量P imbalance,2 (t)分配给低频子系统。 4.根据权利要求1所述的计及光热电站和温控设备的微电网，其特征在于：调度程序按如下步骤执行：步骤S1：数据初始化，读入设备参数、新能源发电功率、电负荷参数和外界环境数据，计算系统的净负荷功率P unb (t)：P unb (t)＝P rer (t)-P load (t)；P rer (t)＝P wind (t)+P solar (t)；式中，P rer (t)为t时刻光伏发电站与风力发电机组总出力，P load (t)为t时刻电负荷功率，P wind (t)为t时刻风机出力，P solar (t)为t时刻光伏出力；步骤S2：采用混合储能功率分配模型将净负荷功率P unb (t)分解成高频净负荷功率分量P imbalance,1 (t)、低频净负荷功率分量P imbalance,1 (t)，分别得到高频子系统与低频子系统所需平抑的波动功率；步骤S3：将高频净负荷功率分量P imbalance,1 (t)与低频净负荷功率分量P imbalance,1 (t)代入最优经济运行模型，并采用粒子群算法计算出调度周期内最优经济运行模型中的最优经济运行费用和各个微源及储能系统的出力数据，最优经济运行费用即目标函数的解。 5.根据权利要求4所述的计及光热电站和温控设备的微电网，其特征在于：粒子群算法的计算步骤如下：S103：设置混合粒子群算法各个参数，包括粒子数与最大迭代次数；初始化粒子位置和速度，产生初始化粒子群；S104：根据各微源发电功率和负荷数据，调整高、低频子系统中各微源、储能的功率，使其满足负荷平衡、出力约束条件；S105：计算适应度值，根以目标函数最优经济运行费用其作为适应度值；S106：更新粒子的速度和位置，同时对个体最优粒子和群体最优粒子根据计算的粒子适应度值进行更新；S107：判断迭代次数是否达到预设迭代次数，如果未达到迭代次数，则返回S104继续执行算法；如果达到迭代次数，则进行下一步骤：S108：循环迭代结束，输出全局最优值和最优粒子位置，即获得调度周期内经济运行模型中的最优经济运行费用和各个微源及储能系统的出力数据。 6.一种如权利要求1至5中任一所述的计及电热混合储能系统的多源微网的最优经济运行方法，其特征在于：设置调度周期，即时间总数T，计算调度周期内的净负荷功率曲线；实时对热负荷温度数据与电负荷功率进行采样，调度系统根据实时采集的热负荷温度数据、电负荷功率与净负荷功率曲线，运行调度程序得到调度周期内最优经济运行费用和各个微源及储能系统的出力数据；根据各个微源及储能系统的出力数据控制相应出力。