热电联供型微电网建模及能量优化管理

摘要

热电联供型微电网是一种以联供设备为核心，包含多种分布式单元(可再生能源、联供设备、储能、蓄热等)，存在热电两种能量平衡的微电网形态，具有能源利用率高、供电可靠性高、环境污染小、调度灵活等特点。本文针对分别以燃料电池和微型燃气轮机为核心联供设备的热电联供微电网的能量优化管理问题进行研究。主要研究内容包括：
　　(1)建立了燃料电池、微型燃气轮机、蓄电池、风力发电以及光伏发电的数学模型，并计及燃料电池以及微型燃气轮机的发电功率、制热效率随着负载率的变化规律，此外提出了微型燃气轮机污染气体排放线性分段函数；对蓄电池的KiBAM模型进行了离散化，方便用于日前能量管理。
　　(2)采用基于机会约束规划方法处理热电联供型微电网能量优化管理模型所涉及的随机问题；建立了燃料电池型热电联供微电网的单目标优化模型，以运行费用最小为目标；此外，综合考虑运行费用、CO排放量以及NOx排放量最小的微型燃气轮机型热电联供微电网多目标优化模型；采用随机模拟技术和Pareto最优解集处理多目标机会约束规划问题，提出采用局部和全局记忆体的改进粒子群优化算法进行多目标问题求解。
　　(3)分别仿真分析了两种热电负荷类型下的燃料电池型热电联供微电网以及微型燃气轮机型热电联供微电网的能量管理结果；对比分析燃料电池采用两种不同额定功率、蓄电池采用两种不同额定容量对优化结果的影响。实例分析结果表明，对热电联供微电网进行能量管理可大幅减少运行费用、降低污染气体排放；合理的微源配置对于微电网优化运行具有重要作用。
　　本文的工作可以为热电联供微电网优化配置提供建议，提高系统经济、能效以及环境效益，增加热电联供微电网对可再生能源的接入能力，提高热电联供系统能量管理水平。