计及网络约束与定容选址的区域热电综合能源系统优化运行与低碳优化配置研究

作     者：陈大为 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张明光

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：热电综合能源系统 量调节 优化运行 优化配置 碳排放 联合优化 

摘      要：在能源危机与环境保护的双重压力下,如何降低传统化石能源消耗、提高能源利用率的同时降低污染排放成为了世界各国的共同话题。综合能源系统能够改观单一能源形式运行效率低,新能源难以消纳的问题。其中以热、电两种能源形式为主的区域热电综合能源系统作为应用最早、最广泛的综合能源系统,如何协同系统的运行状态与其中设备的配置以提高经济性,降低碳排放是值得关注的问题。本文针对区域热电综合能源系统优化运行与配置问题,从热力网络建模、优化运行和配置-运行联合优化三个方面展开研究。首先,系统建模是区域热电综合能源系统研究的基础与前提,其中量调节运行方式下的热力网络建模仍待完善。本文建立了该运行方式下的热网模型,所建立的模型充分考虑了多热源热网中管道流向可变的因素以获得热网更经济的流量分布,并建立了该运行方式下热网的水力时延修正模型。该模型亦解决了配置模型中热网和储热装置的决策变量难以统一量化的问题。其次,建立了热电耦合设备和电力子系统模型,结合上述热网模型提出了计及热-电网络约束的区域热电综合能源系统优化运行模型。针对建立的非凸、非线性的优化模型难以求解的问题,提出了一种改进的二阶锥规划求解方法。相较于现有二阶锥规划求解方法,本文所提求解方法无需预先求解初值,能够在保证求解精度的同时,具有更快的求解速度。通过算例验证了所提模型和求解方法的有效性,并验证了量调节运行方式下热网的水力时延对优化运行结果的影响较大。最后,将上述运行模型及求解方法引入到区域热电综合能源系统的配置模型中。以其中的全部源-储设备作为配置对象,提出了一种配置-运行联合优化模型,该优化模型考虑了设备定容和选址的配置策略,以协同优化区域热电综合能源系统中所有源-储的容量、接入网络的节点位置及整个系统的运行状态。通过算例验证了考虑定容选址的配置策略的优势,也验证了本文所提的流向可变的热网模型能够提高设备配置的经济性。在此基础上,考虑整个系统的碳排放,建立了碳排放成本模型,进一步提出了计及定容选址和碳约束的配置-运行联合优化模型,以达到兼顾经济性、环保性和消纳新能源的目标。算例验证了碳排放因素的激励作用并分析了其对设备配置和系统运行的影响,为低碳背景下区域热电综合能源系统的设备配置和系统运行策略的制定提供参考。