小型综合能源系统建模及优化调度

作     者：陈禹含 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：卢闻州;赵旭东

授予年度：2022年

学科分类：080702[工学-热能工程] 0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：小型综合能源系统 碳排放 粒子群算法 多目标优化 优化调度 

摘      要：在国家“双碳政策下,如何推动能源转型、促进可再生能源普及化利用、减少碳排放、实现能源阶梯利用已成为当前重点研究课题。综合能源系统可以实现冷、热、电、气等多种能源的协调互联,对不同能源进行调度管理,接入和消纳可再生能源,提高能源综合利用效率,为能源结构转型提供了新思路。其中小型综合能源系统能够提高建筑自主性,满足负荷需求的灵活性较高,并且效率更高、应用更广泛,极具发展潜力。本文将围绕小型综合能源系统,针对系统配置、优化目标、求解算法等几个方面展开深入研究,构建一套完整的小型综合能源系统理论体系。首先,本文分析了综合能源系统广义架构,针对容量级别为几十千瓦的小型综合能源系统进行设备配置并建立系统能源集线器模型。系统由光伏、微型内燃机、余热锅炉、吸收式制冷机、燃气锅炉、空气源热泵、换热器、蓄电池、储能水箱等设备组成,输入电能、太阳能和天然气,输出用户所需的冷、热、电能。针对系统中各设备的原理和变工况特性进行了详细的数学建模。其次,以夏热冬冷地区独栋别墅建筑为研究对象,基于当地典型年气象数据,建立了建筑负荷动态仿真模型,得到全年逐时冷热负荷需求曲线。分析光伏发电的原理和影响因素,建立了光伏电池板的数学模型,并通过仿真得到全年光伏发电功率。同时基于K-means算法进行了气象数据相似日聚类分析,将全年划分成不同的天气类型,为后续系统的优化运行提供数据支撑。再次,以经济指标和环境指标为优化目标,考虑到能量平衡约束以及各设备运行约束,构建了小型综合能源系统单目标优化调度模型。提出基于随机动态权重和遗传思想的改进粒子群算法对模型求解,通过算例仿真验证了所提模型和改进算法的有效性,同时分析了在运行成本最低时和CO排放量最低时系统中主要设备的优化运行策略。最后,基于上述研究工作,综合考虑经济性和环保性的要求,构建了小型综合能源系统多目标优化调度模型,采用基于随机动态权重、自适应收缩因子和自适应变异操作的改进多目标粒子群算法对模型求解,得到了各类典型日的Pareto最优前沿曲线,进一步揭示了各优化目标之间的耦合关系。并通过模糊隶属度函数选取曲线上满意度最高的解作为系统最优调度方案,计算全年运行结果,通过与传统分供系统进行对比验证了小型综合能源系统在年运行成本和碳排放方面具有显著优势。