CN114240256A-电热气综合能源系统及协同优化运行控制的方法.docx

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1、CN 114240256 A权利要求书1/3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 CN 114240256 A(43)申请公布日2022.03.254(21)申请号 202210108475 .7(22)申请日 2022.01 .28(71)申请人内蒙古工业大学地址010051内蒙古自治区呼和浩特市新城区爱民路(北)49号(72)发明人任永峰祝荣孟庆天云平平潘禹米珥(74)专利代理机构天津佳盟知识产权代理有限公司12002代理人刘书元(51)Int.CI.G06Q 10/06 (2012.01)G06Q 30/02(2012.01)G06Q 50/06

2、(2012.01)权利要求书3页说明书13页附图2页(54)发明名称电热气综合能源系统及协同优化运行控制的方法(57)摘要本发明涉及综合能源优化控制技术，具体涉及电热气综合能源系统及协同优化运行控制的方法。所述综合能源系统包括：电网、热力管网、天然气管网、可再生能源系统，燃气热电厂，碳捕集电厂；所述可再生能源系统包括风电、光伏和电池储能；所述燃气热电厂包括：热电联产机组CHP、电转气设备P2G、燃气锅炉GB、热储能；所述碳捕集电厂包括：火电机组、碳捕集和封存设备；所述风电或光伏分别向电网和电池储能输电；本发明各综合能源主体的协同更有助于IES实现盈利，当形成RCG系统协同运行时，系统收益相较于

3、独立运行有所提高；而当参与子系统未达到个体理性时，通过Sh叩ley值法对子系统收益进行分配可以提高子系统的积极性。1 .电热气综合能源系统，其特征在于，所述综合能源系统包括：电网、热力管网、天然气管网、可再生能源系统，燃气热电厂，碳捕集电厂；所述可再生能源系统包括风电、光伏和电池储能；所述燃气热电厂包括：热电联产机组CHP、电转气设备P2G、燃气锅炉GB、热储能；所述碳捕集电厂包括：火电机组、碳捕集和封存设备；所述风电或光伏分别向电网和电池储能输电；所述热电联产机组CHP分别向电网、热力管网和热储能输电；所述电转气设备P2G从电网输入电能，以碳捕集和封存设备中的二氧化碳为气源，产生的天然气向热

4、电联产机组CHP、燃气锅炉GB、天然气管网分别输气；所述的燃气锅炉GB的气源为天然气管网，热力输出到热力管网或热储能；所述热储能的热源是热电联产机组CHP或燃气锅炉GB,热储能的热力输出到热力管网；所述火电机组的电能向电网输送，所述火电机组的二氧化碳供给碳捕集和封存设备；所述碳捕集和封存设备从电网输入能源，对二氧化碳进行捕集和存储，供给到电转气设备P2GO2 .对权利要求1所述综合能源系统进行协同优化运行控制的方法，其特征在于，包括如下过程：步骤1 ：测量综合能源系统的如下参数；电转气设备P2G ：电转气设备P2G的最小耗电功率PP2G.min,电转气设备P2G的最大耗电功率PP2G.max,

5、电转气设备P2G效率“P2G,生成单位功率天然气时所需CO2的量（XCO2 ；热电联产机组CHP ：热电联产机组CHP输出电功率的上限PcHPmx,热电联产机组CHP输出电功率的下限PCHP.min,天然气低位燃烧热值Kgas ；燃气锅炉GB ：燃气锅炉GB出力下限HGB.min,燃气锅炉GB出力上限HGB ,max,燃气锅炉GB效率9碳捕集电厂：碳捕集和封存设备处理单位CO2所需能耗ac.碳捕集电厂碳排放强度K,单位电量的碳排放配额及；电池储能：电池储能充放电的最小功率即：，电池储能充放电的最大功率3时刻电池的充电效率加a J时刻电池的放电效率壮:可再生能源系统：风电、光伏各自在未来24小时

6、内的功率预测值；步骤2 ：获取相关价格因素：阶梯电价：24小时内的阶梯购电电价，24小时内的阶梯上网电价；火电机组运行成本系数，单位天然气购买价格PG%碳交易价格yc,封存单位CO2的成本系数MS,单位CO2购买价格pCO2,电转气设备P2G运行成本系数脏2G,为过网费折算系数aNel、PNet,弃风单位惩罚成本系数仇，弃光单位惩罚成本系数优；步骤3 :以系统整体收益最大为目标，建立目标函数，目标函数为山+Cq +。+C（ +C. + Cp2G + Cr” +。加一。钻 -Csc）其中，Cr为可再生能源发电系统运行维护成本，Cq为弃风弃光惩罚成本，Cf为火电机组运行成本，CCS为碳封存成本，C

7、Gas为燃气热电厂购气成本，CP2G为P2G运行成本，CBuy为电网购电成本，CNet为过网费成本，CSE为售电收益，CSC为碳交易收益；具体计算公式如下：1 Z（忆）+氏Z（吗,-6），=|1=1。尸=之（叫：”+。）Mlr=PCiuZ(%Tj + %6j TTC P2C 一 Pea2”,，)+，T=ZajVf7(/3 / ) + .1 + Eja,Yet ( /温 J)十夕v/%2r j f-tTCse =+。小+ ?如）*，T.凄=4%-人）其中,a阴、p分别为风、光单位发电量睡隹成本系数，s为储能度电成本，I、2分别为弃风、弃光单位惩罚成本系数，a、b、c为火电机组运行成本系毅；cs为

8、封存单位CO2的成本系数，pGas为单位天然气购买价格，Pc。为单位CO2购买价格入P2G为P2G运行成本系数，P”为t时段电网购电电价，张 口、Net为过网费折算系数，pse,t为t时段平价上网电价，W为碳交易价格；此时，可再生能源系统，燃气热电厂，碳捕集电厂的收益与成本分别为：_上上_Res _ R2Alk+十 5. _ 5e - 5eCq 即=G+Ccs+c*/_ 4cGW=Cg+。2G+a纱+ 哨-偿pr _icqfp pGtpp SE 一 5e 十 5e 干C箫=，eZ&2C，一l其中，CRes、CCcpp. CGipp分别为可再生能源系统、碳捕集电厂和燃气热电厂的收维；为可再生能源

9、系统向其他系统售电的收益，C黑分别为碳捕集电厂和燃气热电厂向、可再生能源系统购电成本，C姬、产、C学分别为可再生能源系统、碳捕集电厂和燃气热电厂向电网售电的收益，YE为系统内协议电价；一个二元组博弈M = ,其中N为子系统的集合，即N=l,2,3n,对N的任意子集S q N，子系统S的收益记为v(S),子系统i参与不同子系统S为自身参与系统整体创造的边际贡献记为v(S) v(Si) , Si表示从集合S中删除元素i后的集合，当对系统S的总收益进行分配时，称每个子系统的分摊额为一种支付，并定义支付向量=外仍化表示收益的分摊方案；系统的效益可转移，即存在转移支付协调子系统之间收益/ 1r收益分配公

10、式如下：%(y)=ZXy(s)f(sj).也无幽削 记 ，其中，Ws为加权因子，即子系统i对于系统整体所应分得利益的权重。CN 114240256 A说明书10/13 页电热气综合能源系统及协同优化运行控制的方法技术领域：()()()”本发明涉及综合能源优化控制技术，具体涉及电热气综合能源系统及协同优化运行控制的方法。背景技术：1()0021 综合能源系统，英文为:Integrated energy system ,简称：IES ,相比于传统多种能源系统的独立运行，IES能实现多种能源间的优势互补，能流互济，在提高配电网能源利用率、改善系统运行灵活性以及减少环境污染等方面发挥了显著作用。000

11、3 在现有技术当中，综合能源系统各子系统处于非协同模式，电能系统直接以上网电价向电网售电，而电转气装置、碳捕集电厂则以工业电价向电网购电进行天然气生产与CO2捕集。0004 目前，针对综合能源系统优化运行问题，已有诸多研究成果，大多数研究着重考虑了IES的运行经济性，忽略了IES在实现碳减排方面的巨大潜力，碳捕集电厂作为风电的理想配合电源，为IES的低碳经济运行提供了重要途径。0005随着电力交易体系与交易模式日趋完善，独立考虑系统内部各子系统的收益与成本同样重要。此类问题的关键在于保证系统内部各子系统的利益分配公平合理，而博弈论为该类交互决策问题提供了参考，主要分为非合作博弈与合作博弈。非合

12、作博弈讨论纳什均衡点的存在情况，重点关注多主体间的竞争现象。与非合作博弈不同的是，合作博弈注重集体利益的提升与合作剩余的公平合理分配问题。0006通过上述分析可知，未来能源系统将迎来多种转型与变革，尤其是各种低碳与清洁技术的应用，各种转型与变革并非孤立存在，而是相辅相成，协同发展。因此有必要综合考虑IES低碳经济运行机制、运用电转气设备P2G促进风电消纳以及利用合作博弈理论提升IES收益三者协同运行对IES调度的影响。发明内容：100071本发明针对含有碳捕集电厂、电转气设备、燃气锅炉GB、可再生能源、电池储能等设备的综合能源系统，提出了一种基于合作博弈的电热气综合能源系统及协同优化运行控制的

13、方法。0008所述综合能源系统包括：电网、热力管网、天然气管网、可再生能源系统，燃气热电r.碳捕集电厂；10009所述可再生能源系统包括风电、光伏和电池储能；0010所述燃气热电厂包括：热电联产机组CHP、电转气设备P2G、燃气锅炉GB、热储能；loom所述碳捕集电厂包括：火电机组、碳捕集和封存设备；00所述风电或光伏分别向电网和电池储能输电；100131所述热电联产机组CHP分别向电网、热力管网和热储能输电；所述电转气设备P2G从电网输入电能，以碳捕集和封存设备中的二氧化碳为气源，产生的天然气向热电联产机组CHP、燃气锅炉GB、天然气管网分别输气；所述的燃气锅炉GB的气源为天然气管网，热力输

14、出到热力管网或热储能；所述热储能的热源是热电联产机组CHP或燃气锅炉GB,热储能的热力输出到热力管网；0014所述火电机组的电能向电网输送，所述火电机组的二氧化碳供给碳捕集和封存设备；所述碳捕集和封存设备从电网输入能源，对二氧化碳进行捕集和存储，供给到电转气设备 P2G。10015在一定的运行约束下，各子系统决策人依靠所掌握的信息，选择各自策略，以实现利益最大化或风险成本最小化的过程即博弈。在本专利所提综合能源系统中，将多个子系统组成一个系统整体，并按某种分配原则，在系统内部子系统间重新配置资源、分配收益，可使系统能源配置更加灵活合理，产生协同剩余，因此，本发明采用合作博弈理论来确定各综合能源系统的运行控制。0016电转气设备P2G可以实现电能到气能的转换，其运行约束条件：3600。，/_r / 2Cr rK*如00170018Qp2G广刃P2gPp2GjPp2G.mE Pp2G,l P2G,muxPp2GHsvn - Pp2Gj 一22GJ I 工弓2G,叩其中，QP2G,t、Vga.s,吩别为电转气设备P2G设备消耗的CO2量与生成的天然气体积,Kgas为天然气低位燃烧热值,Dp2G为电转筑装置效率，CO2为生成单位功率天然气时所需CO2的量，PP2G为电转气装置消耗的电功率，PP2Gmin、Pp2Gmax为电转气装置的耗电功率最小值、最大值,0019