考虑经济性和可靠性的综合能源系统优化配置.pdf
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1、现代电子技术Modern Electronics TechniqueOct.2023Vol.46 No.202023年10月15日第46卷第20期0 引 言为实现“双碳”战略目标,新能源、天然气等清洁低排放的发电方式备受关注并得到了大力发展,清洁高效的综合能源电力系统正蓬勃兴起1。随着我国经济的快速发展和人们生活水平的不断提高,对不同能源的需求也与日俱增。污染日趋严重、能源利用率过低、能源短缺等问题已成为我国乃至全世界亟待解决的问题2。综合能源系统是能源互联网的物理载体3,通过整合不同形式的能源,可将能源进行更高效的利用4。由电网、供热系统、供冷系统、天然气系统等组成的综合能源系统对能源的梯级
2、利用,可实现系统高效、经济运行5。根据研究对象范围划分,现有的综合能源系统分为区域综合能源系统67、城市综合能源系统89和终DOI:10.16652/j.issn.1004373x.2023.20.024引用格式:吴少祥,王维庆,樊小朝,等.考虑经济性和可靠性的综合能源系统优化配置J.现代电子技术,2023,46(20):130134.考虑经济性和可靠性的综合能源系统优化配置吴少祥1,王维庆1,樊小朝2,史瑞静1,2,吴佩隆1(1.新疆大学 可再生能源发电与并网控制教育部工程研究中心,新疆 乌鲁木齐 830047;2.新疆工程学院 新能源科学与工程系,新疆 乌鲁木齐 830023)摘 要:“碳
3、达峰、碳中和”已经上升成为我国未来发展的重要战略目标,综合能源系统对能源的梯级利用能为这一目标提供助力。以园区综合能源为基本构架,构建一种含燃气轮机、燃气锅炉、电制冷机、电锅炉等机组的冷热电联供系统优化模型。在此基础上,建立一种兼顾设备优化配置及优化运行的双层系统规划模型,外层采用改进粒子群优化算法,以系统年投资最优为目标进行设备容量配置,内层调用CPLEX以运行成本最小为目标,优化各机组出力。最后利用改进后的粒子群优化算法对所建立的规划及优化运行的多约束模型进行求解,验证所提优化配置能够同时兼顾系统的经济性和可靠性。关键词:综合能源系统;优化配置;碳中和;冷热电联供;粒子群优化算法;CPLE
4、X中图分类号:TN91934;TK123 文献标识码:A 文章编号:1004373X(2023)20013005Integrated energy system optimal configuration considering economy and reliabilityWU Shaoxiang1,WANG Weiqing 1,FAN Xiaochao2,SHI Ruijing1,2,WU Peilong1(1.MOE Engineering Research Center of Renewable Energy Power Generation and Grid Connection C
5、ontrol,Xinjiang University,Urumqi 830047,China;2.Department of New Energy Science and Engineering,Xinjiang Institute of Engineering,Urumqi 830023,China)Abstract:Carbon peaking and carbon neutrality has risen to become an important strategic goal for Chinas future development,and the cascade utilizat
6、ion of energy by the integrated energy system can provide assistance for this goal.Taking the comprehensive energy of the park as the basic framework,the optimization model for a combined cooling,heating and power system that includes gas turbines,gas boilers,electric refrigerators,electric boilers,
7、and other units is constructed.On this basis,a two tier system planning model that takes into account the optimal configuration and optimal operation of equipment is established,the improved particle swarm optimization algorithm is used at the outer layer to optimize the annual investment of the sys
8、tem for equipment capacity configuration,and the CPLEX is called at inner layer to optimize the output of each unit with the goal of minimizing operating cost.The improved particle swarm optimization algorithm is used to solve the established multiconstraint model of planning and optimization operat
9、ion,and it is verified that the proposed optimization configuration can take into account the economy and reliability of the system at the same time,so as to make the system operation more optimized.Keywords:integrated energy system;optimize configuration;carbon neutrality;combined cooling;heating a
10、nd power;particle swarm optimization algorithm;CPLEX收稿日期:20230315 修回日期:20230426基金项目:国家自然科学基金项目(52067020);新疆维吾尔自治区教育厅重点项目(XJEDU2019I009);新疆维吾尔自治区重大专项项目(2022A010012)130130第20期端系统1014三类。终端系统可以就地满足客户对负荷的需求,促进可再生能源的利用,从而提高系统的能效利用率,具有广阔的应用前景。近几年,针对综合能源规划和设备配置的研究已经取得了初步研究成果。文献10提出了考虑能效性、环保性与经济性的综合评价指标,在指定运
11、行策略下采用粒子群算法与最大矩阵法相结合的优化方法进行系统容量配置。文献11以综合能源站配置的设备类型及容量为决策变量,从环境和经济利益两方面建立了年总成本及碳排放量最少的多目标优化配置模型,提出了一种改进的带精英策略的快速非支配排序遗传算法对模型进行求解。文献12以运行成本最低为目标,建立将随机规划和鲁棒优化相结合的鲁棒机会约束优化模型来处理风电出力的不确定性。文献13系统以年投资运行成本最少为目标,建立了集电、气、热、冷能于一体的西南地区综合能源系统优化配置模型,并对模型进行分段线性化处理,降低了模型的非线性度。文献14提出以经济和环境效益最大为目标的综合能源配置模型,并采用路径跟踪内点法
12、进行求解。系统配置的结果可能会受到环境、设备故障、碳排放等因素的影响,因此,综合能源系统的优化配置问题需要考虑多方面的影响。本文建立了兼顾设备优化配置及优化运行的双层系统规划模型,外层采用粒子群算法,内层调用 CPLEX求解器进行求解,最后通过算例来验证模型的合理性。1 综合能源系统架构综合能源系统能源输入侧通过风电、光伏、气网、大电网等对系统进行供能,能源转换侧通过燃气轮机、电锅炉、燃气锅炉、吸收式制冷机、电制冷机等设备将能源转换为用户所需的电、热、冷负荷。此外,为实现能源更高效的利用,还将电储能、冷储能等设备作为能源多样性的补充。综合能源系统的结构如图1所示。2 双层设备优化配置模型2.1
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