冷热电联供型微电网高效运行的建模和优化方法

Developing the CCHP (Combined Cooling, Heating and Power) microgrid with distributed cogeneration units and renewable energy is the important direction of the future power systems. With regards to this trend, researches about the key problem of CCHP microgrid efficient operation are carried out from three aspects of distributed units modelling, system planning and energy management in this project and the main research includes:①establishing mathematical models with limited complexity for each distributed unit which are available for both CCHP microgrid planning and energy management;②studying evaluation methods and index for CCHP microgrid planning from three aspects of economic benefits, energy efficiency and environmental benefits; proposing multi-period forecasting method for cooling, heating and power loads; establishing the CCHP microgrid planning model which considers the integration of renewable energy and takes economic benefits, energy efficiency and environmental benefits as multi-objectives; studying the solving method for this planning model; ③establishing the dynamic nonlinear coupling optimization model with multi-dimensions and multi-variables for CCHP microgrid energy management and exploring its decoupling methods; putting forward the new approach which involves with the multi-stage Benders decomposition, solutions for stochastic problems, Pareto set. The feasibility of proposed mathematical models of distributed units and energy management can be tested and verified by the CCHP microgird experimental system. Research achievements of this project can lay a theoretical foundation and technical guidance for the high operation efficiency of CCHP microgrid.

利用分布式联供设备和可再生能源发电单元构建冷热电联供型微电网，是未来电力系统的重要发展方向。本项目从分布式单元建模、规划以及能量管理三个方面研究冷热电联供型微电网高效运行的关键问题，主要研究内容包括：①建立具有有限复杂度并可用于规划及能量优化管理的分布式单元数学模型；②研究联供型微电网规划在经济、能效及环境等方面的评价方法和指标，提出冷热电负荷多时间尺度的多元负荷预测方法，提出计及可再生能源接入并以经济、能效及环境为多目标的规划模型并研究其求解方法；③建立联供型微电网能量管理的多维、多变量、非线性、动态耦合优化模型，探索模型解耦方法，构建基于多阶段Benders分解，融合随机问题处理及Pareto排序的随机多目标问题的算法结构；依托冷热电联供型微电网实验平台，对分布式单元建模及能量管理进行试验验证。本项目研究成果将为冷热电联供型微电网的高效、清洁运行提供重要的理论基础和技术支持。

能源紧缺、环境污染和气候变化是制约当今世界经济和社会可持续发展的重要因素。冷热电联供型微网遵循“分配得当、各取所需、温度对口、梯级利用”的原则，集制冷、供热及发电于一体，以其高效的能源利用效率，灵活可靠的能源供应模式成为了实现能源生产和消费转型、提升能源综合利用效率和解决能源环境问题的重要手段。本项目从冷热电联供型微电网的分布式单元建模、系统规划和能量优化管理三个方面开展了相关研究。在分布式单元建模方面，建立了可精确表述微型燃气轮机和燃料电池多工况运行特性、复杂度适中的规划以及能量优化管理数学模型，研究了余热锅炉、燃气锅炉、蓄热槽、吸收式制冷机在多运行工况下的能量转化效率、能量损耗以及动态响应特性，建立了能够表述各自静动态特性的数学模型。在系统规划方面，从经济、能效及环境三个方面，提出了冷热电联供型微电网规划的评价指标，建立了含多类型联供设备、计及可再生能源接入、适合不同冷热电需求特性并且以经济、能效及环境为多目标的规划模型。在能量优化管理方面，提出了日前/日内/实时多时间尺度协调优化的策略，减小预测误差对系统运行经济性和安全性的影响。在日前调度阶段，提出了基于区间规划和鲁棒优化联合决策的优化调度方法；日内和实时调度阶段，提出了基于模型预测控制的优化调度方法。. 此外，结合未来能源系统互联性、分布式、可再生、智能化等发展趋势，本项目增加了综合能源系统的规划与能量管理研究，具体包括：（1）建立了多区域综合能源系统的经济指标，提出了确定设备类型和数量、考虑可再生能源接入的综合能源系统规划方法；（2）建立了区域热网能量传输模型，提出了考虑热网特性、以经济性为目标的区域综合能源系统能量优化管理方法。. 本项目的研究成果为冷热电联供型微电网的科学规划与安全、经济、高效运行提供了理论支持，同时为综合能源系统的理论研究奠定了基础。