能源互联背景下热电联供系统的优化调度探究

吴红波

摘 要：随着能源的日益枯竭，如何合理利用能源满足人们的工业生产需求，已成为当前所研究的重点问题。而热电联供系统是一种有效的解决途径，本文将针对能源互联背景下，热电联供系统的优化调度进行分析，提出能源系统集成构架，关键要素，分布式电源模型等。

关键词：能源互联；热电连供；系统；优化调度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.122

0 前言

建立热电联供系统的有关模型，并在其自身运行基础上，分析热电联供系统的优化调度方式，进而满足热负荷以及电负荷能源的需求。该系统的主要优点在于，能够有效缓解电力供需不平衡的现象，并有效提升利用效率，促进能源的供应更加稳定与可靠。

1 热电联供系统模型的建立

热电联供系统中包含众多设备，包括太阳能提供能源的蓄电池、光伏电池、大电网等，天然气提供能源的燃气内燃机，以及各种辅助设备。电源设备主要包括光伏电池、燃气内燃机、蓄电池等。光伏电池出力较易受到外部条件的影响，包括环境、温度等等。光照强度服从Bate分布，概率密度为：

其中，G（t）代表某时刻下的光照强度，Gmax代表最大的光照强度。α，β代表Bate的分布形状参数[1]。

燃气内燃机是整个体系的性能观念，包括燃料量、发电出力、可回收热量等参数。

蓄电池主要采用KiBaM模型，便于及时反映充放电功率特点，以及剩余容量。最大的充放电功率可表示为：

其中，out所代表的为最大放电功率，in所代表的为最大充电功率。

除此以外，热电联供系统还包括辅助设备，如蓄热槽、热泵、燃气锅炉等。其中，蓄热槽主要主要与设备的容量、效率、能耗损失等因素息息相关。热泵的性能则主要以制冷系数来分析，认为其输出与输入具有线性之关系。而余热锅炉的分析内容为热量的输出与输入之间的关系，分析其线性表达公式。燃气锅炉主要功能为加热液体成蒸汽状，进而提供热能。其制热效率与众多因素存在关系，利用公式： Hgb= ηgbQfuel_gb来表示。

2 能源互联背景下热电联供系统优化调度分析

（1）优化热电联供系统生产成本。该系统内的生产成本主要包括：上游的配电网络所产生的费用；燃气锅炉等辅助设备所产生的费用；微型燃气轮机、热交换器以及蓄电池等设备的维修养护费用。根据热电联供系统内的热电负荷不匹配性以及随机性的特点，分析在不同状态下，其所产生的成本。进而加以协调，构建最优化的调度系统。

其中，热电比，以及热电负荷的计算方法为：

H以及P分别表示微型燃气轮机的发电、发热量。热电负荷比的公式为：，其中，i=1，2，.....24。

根据以上公式，分析热电协调成本需要在该系统热电负荷需求基础上，进行分配。并要求整个热电联供系统处在最低的耗能状态下。

（2）优化算法。传统的GA算法中，包括繁殖、交叉以及基因突变现象，再选择最优的算法。这种计算方式十分复杂，且需要较长的时间。因此，采取分层优化以及精英策略分析法，在GA算法基础上，加以创新。以使得计算过程中，既快速，又能够规避陷入尴尬的局面。

其中，优化二进制编码空间：{0，1}L，集合N中包含个体集合。在实践中可以得出，差异度为0，每一位相异，差异度为1.传统的遗传算法难以适应多目标函数，可能带来各种问题。因此，在传统函数中引入新的函数，将其改进为F'（xi） = d（i，j） F（xi）[2]。

分层优化中，可将底层分为独立的若干个种群，并分别采用精英算法，优化几代，分别独立，并在总体上进行搜索。这种算法可有效避免陷入早熟收敛状态，提升准确率。在顶层的种群中，将底层最优的若干个种群进行集合，再利用精英策略，在局部内进行搜索。这种搜索方式能够有效保障速度，并提升搜索效率。

（3）结果探讨。热储能装置中，设备自身的耗能十分高，并表现出高损失现象。由于设备管网都具有一定的存储特热能力，且对自身周围环境具有较强的适应性。在设备自身热惯性以及对周围热能不敏感的角度来看，电热可靠性方面具有较大差异特点。即，电能不平衡时，可能造成电网崩潰，热能在满足指标时，可适当产生不平衡现象。

在实践中得出，能源利用效率得以满足的前提下，热能的可靠性越低，电网运行成本也就越低。当实时电价低于热电联供系统的成本时，该系统则仅满足热能的需求，进而减少燃料成本。若电价表现出较高的状态时，该系统则应出力高于热能可靠性需求。在热电联供系统的运行过程中得出，当电能出力高于原可靠性时，多余的电能售出将获得较高的收益。但由于额外的热力输出可能造成浪费，因此应在热电联供系统中合理进行规划，以实现供热发挥出最大效益。

3 不足与展望

本文在试验基础上，得出了电热联供系统能够降低运行成本，且提升能源利用效率的根本理论。且在该系统内，其能够合理分析电热发力关系，协调电热调度。充分发挥其在热电联供中的经济优势，降低能源利用效率。在本文中，充分考虑了电热联供系统的固有特点，并完善的分析了模型，力求能够降低成本，合理引导电热规划方式。但由于系统的差异，供热时刻差异，以及其他因素的不同。本文仅能够提供一种思路，未能详细的阐述所有想法。因此，将进一步结合具体情况，道出更为详尽的、精确的分析研究文献。

与此同时，热电联供系统中应加入孤岛型微电网研究内容，将两大系统充分结合，以实现优势互补，缺点协调，为能源互联提供新的思路与想法，促进其发展。

4 结论

综上所述，本文主要对热电联供系统优化调度进行了分析，在建立模型的基础上，利用公式得出其最优的调度方案。充分考虑的优化目标，以及约束条件，将调度问题转化为现实问题。并在原有GA计算方法基础上，引进新的算法，选取最为合适的函数计算公式，以提高计算结果的准确性。为热电联供系统的最优化调度提供参考与建议。

参考文献：

[1]陈鸿亮.面向大型园区供能的冷热电联供型微网优化调度研究[D].南京理工大学，2017.

[2]薛海龙.含可再生能源的热电联供型微网经济协调的多目标优化调度方法[J].电气应用，2015，34（11）：114-119.