冷热电联供型多微网主动配电系统日前优化

冷热电联供型多微网主动配电系统日前优化

彭亚莎

（武汉烽火富华电气有限责任公司湖北武汉430073）

摘要：随着社会的高速发展，能源消耗巨大。传统能源逐渐枯竭的同时，各种污染问题也越来越突出。各国也在积极探索清洁、环保的新型能源，以保证能在能源利用的同时，实现经济环境的可持续发展。在这种社会需求下，冷热电联供系统由于其效率高、应用广、环境亲和性好等特点，逐渐受到各国的重视，并取得了快速的发展。然而由于冷热电联供的不确定性，分布式的冷热电联供多微网设计值与日内发电实际值差别较大，数值无法确定，无法满足日内平稳运行的要求，急需加以优化。

关键词：冷热电联供；配电；日前优化

1冷热电联供型多微网的模型及特点

冷热电联供是在一次能源的基础上建立起来的，主要原理是在一次能源带动发电设备发电的同时，对于系统排放出的热能进行二次利用，通过回收设备的再利用之后，产生可供用户利用的能量。这种模式不仅大大提高了能源利用的效率，还可以与电力网进行能源互补，增加电力供应的综合效益。

冷热电联供具有高效利用能源、促进环境改善、提升社会效益的优点，由于其分布式能源的特点，实施建设方便，可以充分满足用户的多种需要，受到用户的喜爱。与常规系统相比也具有投资小，成本回收快的特点。

2冷热电联供系统的建立

2.1系统建立时充分考虑使用环境

冷热电联供系统属于小规模、小容量的系统，可以独立的为用户提供电、热、冷的能源供应。由于其分布式的特点，通常建立在用户的附近。这就要求我们在设立系统的时候充分考虑用户的需求和使用环境，根据科学合理的布置来设立适合用户需求的微网。如果所建立的微网与用户的要求不一致，不仅无法满足用户的用能需要，实现冷热电联供多微网的高效利用，更可能造成电网的不稳定，浪费资源和财力。而如果设立冷热电联供的地点选取不当，不仅会减少冷热电联供多微网的使用寿命，增加供电的波动，更可能出现多微网的部件损坏，造成不必要的危险事故。

2.2冷热电联供系统设立之前进行数学建模

冷热电联供建立之前需要建立相应的数学模型。由于用户的不同，机组的类型和容量也不同，同时还有其他的各种配套设备也都有差别，因此数学建模无法提前设立，需要根据当时的情况来进行。主要建模方法是首先根据发电设备的特性建立发电模型，然后研究微电网辅助部分及储能设备的运行特性，建立设备模型，最后根据用户的使用条件建立用能模型等。只有在建立之前对所有数据进行分析，建立正确的数学模型，才能保证其使用过程中平稳可靠运行，否则便可能导致用量或者负荷的不稳定。

冷热电联供型多微网系统中主要的设备有：燃气轮机、锅炉、余热回收锅炉、电制冷机、水换热设备、储能设备等，各种设备的建模如下：

2.2.1燃气轮机是多微网系统的主要发电设备，发电受输出的影响比较大，发电效率与输出功率呈现正相关，通过燃气轮机的额定发电效率，余热回收效率，排放余热量，发电功率，天然气热值来计算燃气轮机的发电效率。

2.2.2燃气锅炉产生的热量与燃料和锅炉的效率成正比，通过燃气锅炉在单位时间内的燃气量和热效率来计算锅炉的热功率。

2.2.3余热锅炉是将余热进行收集的装置，输出功率主要依赖余热锅炉的集热效率。

2.2.4电制冷机效率主要和输入功率及能效比相关，可直接利用两者乘积进行计算

2.2.5换热装置的效率与供给端的热负荷有关，可直接与效率相乘。

2.2.6储能设备采用储能电网进行调节，数学模型需要计算储能自身的效率消耗。

3冷热电联供系统的优化

3.1主要优化思想

冷热电联供系统由于是单独的小容量系统，预防其他因素影响的能力不是很大，因此在日内的发电能效方面存在很大的波动，不利于冷热电联供系统的发展，因此必须充分考虑环境使用因素及数学模型，进行优化，保证冷热电联供系统的健康持久发展。

目前根据研究可以使用局部优化的方法，对冷热电联供型多微网的主动配电进行优化。根据分布式多微网的最大预测出力，对所有联合设备进行优化，在日前根据环境等所产生的影响及所建立的数学模型，预测日中出力情况，调节实际出力。

3.2优化手段

要实现多微网主动配电系统的优化需要从两方面入手，一是对传统主动供电网的优化，另一方面是对多微网供电的调节。

传统发电以风力发电为例，风力发电位于较空旷的地区，由于发电依靠风力，虽然在选厂之前都有过风力发电的可行性研究，但毕竟风力的变化属于外部不可控的条件，风力的大小直接影响整个电网的平稳程度。因此需要建立主电网的电力调节，一般我们使用储能设备进行调节，在风力较大发电较多的情况下在保证用电负荷的同时，将多余的电力通过储能设备进行储能，平稳主电网。由于多微网的自调节能力小，如果主电网电力发生较大改变的时候，很可能对冷热电联供多微网产生不可预知的影响，因此优化主电网是优化多微网的重要途径。

冷热电联供多微网的自我优化是解决其发电不稳定的根本性方法，加大多微网的自我调节能力是治本之道。多微网自我调节可以分两部分，一部分是自身建立储能设备，实现用电的缓冲和调节，在电力充足的情况下进行储能，原理和主电网的储能相似。另一部分是向主电网供电，因为我们建立分布式多微网的初衷便是能最大的优化资源的合理配置，因此，向主电网主动配电是必须要考虑的，保证在多微网电力充足的情况下对主电网主动配电。

从研究冷热电联供型微电网的评估方法和指标入手，建立涵盖冷热电联供型微电网的经济、能源利用效率及环境三个方面的效益评估模型，分析采用不同类型和不同容量设备的冷热电联供型微电网的效益，对比联供系统与分产模式的效益水平差异。针对可再生能源功率间歇性，分析其接入对冷热电联供型微电网规划造成的影响，提出增加可再生能源接入能力的冷热电联供型微电网系统规划方法。考虑联供设备不同控制策略（最大功率模式、削峰填谷模式、电力负荷追踪模式、冷热负荷追踪模式等）对设备容量选择的影响。针对冷热电联供型微电网在减少系统运行成本、提高能源利用效率、减少气体排放等方面的潜力，研究含可再生能源的多目标协调规划方法。建立包含多种评估指标、涵盖现有联供设备类型及容量、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。

3.3优化结果

该方法通过将冷热电联供微网和主动供电网分为两个不同的主体，通过两者之间进行既独立又有联系的分析，以联合系统出力波动最小的原则进行优化，最终实现两者良性发展的目的。

优化后的供能方案能够满足3个冷热电联供型微网中冷负荷、热负荷和电负荷需求，且未出现废弃的冷/热/电量；主动配电网中机组出力能够满足电负荷、与多微网间电能交互及备用容量的需求。与集中式建模优化调度相比，分布式建模能够细化2个不同利益主体的利益博弈，通过2个优化调度模型的解耦与独立并行求解，使主动配电网和冷热电联供型多微网能够同时达到各自的经济最优。

4总结

通过对冷热电联供多微网的优化，可以满足供电系统中冷、热、电负荷的要求，不仅使系统中不会出现多余的废弃能量，更可以稳定多微网系统日中的发电量。通过构建多微网系统架构，将各个多微网负荷特性进行充分利用，可以给予各个多微网更加充分的发展。冷热电联供系统还有众多的难点和缺陷需要我们继续进行优化，我们在使用过程中需要时刻进行总结，将能源利用率进一步提高。

参考文献：

[1]张世达，孙永辉，卫志农，等.考虑可控光伏系统概率模型的主动配电网日前优化调度[J].电网技术，2018，42（1）：247-253.

[2]曾鸣，彭丽霖，王丽华，等.主动配电网下分布式能源系统双层双阶段调度优化模型[J].电力自动化设备，2016，36（6）：108-115.