本發(fā)明涉及能源利用優(yōu)化及電網(wǎng)，尤其涉及一種煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)能源分配方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、鋼鐵行業(yè)能源調(diào)度是提升系統(tǒng)效率和靈活性的關(guān)鍵手段。然而，大多數(shù)研究都集中在對(duì)單一能源介質(zhì)如燃?xì)?、蒸汽和電力的?yōu)化，或者未能充分考慮內(nèi)部生產(chǎn)過(guò)程的約束，導(dǎo)致資源分配效率不高或?qū)φ{(diào)節(jié)能力的評(píng)估不夠準(zhǔn)確。另一方面，現(xiàn)有研究主要集中于在恒定電價(jià)條件下降低鋼鐵企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，忽視了鋼鐵企業(yè)作為虛擬電廠與電網(wǎng)交互的負(fù)荷調(diào)節(jié)潛力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)能源分配方法和裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)單一能源介質(zhì)如燃?xì)?、蒸汽和電力的?yōu)化，或者未能充分考慮內(nèi)部生產(chǎn)過(guò)程的約束，導(dǎo)致資源分配效率不高或?qū)φ{(diào)節(jié)能力的評(píng)估不夠準(zhǔn)確的缺陷，實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程能源的最優(yōu)分配。

2、本發(fā)明提供一種煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)能源分配方法，包括：

3、獲取目標(biāo)企業(yè)煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)的能源介質(zhì)參數(shù)；

4、基于所述能源介質(zhì)參數(shù)及不同時(shí)段的分時(shí)電價(jià)和煤價(jià)，建立煤氣-蒸汽-電力耦合能量流milp模型；

5、根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，確定所述煤氣-蒸汽-電力耦合能量流milp模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件；

6、基于所述目標(biāo)函數(shù)和所述約束條件，對(duì)所述煤氣-蒸汽-電力耦合能量流milp模型進(jìn)行求解，得到各所述能源介質(zhì)參數(shù)的求解結(jié)果。

7、根據(jù)本發(fā)明提供的煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)能源分配方法，所述能源介質(zhì)參數(shù)至少包括：能源介質(zhì)高爐煤氣bfg、焦?fàn)t煤氣cog、轉(zhuǎn)爐煤氣ldg、蒸汽、電力、煤的相關(guān)參數(shù)。

8、根據(jù)本發(fā)明提供的煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)能源分配方法，所述目標(biāo)函數(shù)是在分時(shí)電價(jià)條件下，煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)的最小運(yùn)行成本，具體為：

9、min

10、其中，y為煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)的運(yùn)行成本， ycoal表示購(gòu)煤的成本， yele表示從電網(wǎng)購(gòu)買電力的成本， yp1表示煤氣放散的懲罰成本， yp2表示煤氣柜的懲罰成本， yp3表示鍋爐燃燒器切換的懲罰成本， yp4表示燃料鍋爐同時(shí)切換2個(gè)或3個(gè)燃燒器的額外懲罰成本， ymain表示煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)中各設(shè)備的維護(hù)成本， ycoal、 yele、 yp1、 yp2、 yp3、 yp4、 ymain的計(jì)算公式分別為：

11、；

12、；

13、；

14、；

15、；

16、；

17、；

18、其中， t( i=1,2,...,t)代表時(shí)段； j( j=1,2,...,j)代表汽輪機(jī)； k( k=1,2,...,k)代表chp機(jī)組； q( q=1,2,...,q)?表示燃料的種類； i( i=1,2,...,i)代表鍋爐； m( m=1,2,…, m)代表cdq機(jī)組；c q表示煤的價(jià)格； v kqt表示熱電聯(lián)產(chǎn)裝置k在時(shí)間段t內(nèi)消耗的q類燃料的流量；表示時(shí)間長(zhǎng)度；cexp t和、cimp t分別表示購(gòu)售電價(jià)格； fimp t表示每個(gè)時(shí)段從電網(wǎng)購(gòu)買的電量； fexp t表示每個(gè)時(shí)段電網(wǎng)的電力銷售量；?eem q表示副產(chǎn)氣排放的懲罰系數(shù)；qem?qt表示時(shí)段t內(nèi)q型燃料儲(chǔ)氣罐副產(chǎn)氣體排放量；el q和eh q分別表示 q型副產(chǎn)氣的儲(chǔ)氣罐庫(kù)存水平處于低運(yùn)行區(qū)域的懲罰系數(shù)以及處于高運(yùn)行區(qū)域的懲罰系數(shù)； sinvl?qt和 sinvh?qt為兩個(gè)正的松弛變量，用于表示儲(chǔ)氣罐柜位偏離正常水平的情況；esw q表示 q型副產(chǎn)氣的儲(chǔ)氣罐偏離正常運(yùn)行水平的懲罰系數(shù)；變量 ibn1 iqt、 ibn2 iqt和 ibn3 iqt分別表示改變1、2和3個(gè)燃燒器狀態(tài)的情況；e2s q和e3s q分別表示鍋爐同時(shí)切換與 q型副產(chǎn)煤氣有關(guān)的兩個(gè)燃燒器及三個(gè)燃燒器的懲罰系數(shù)、cm i表示鍋爐每通過(guò)一頓水對(duì)應(yīng)的維修費(fèi)、cpm j、cpm k、cpm m分別表示汽輪機(jī)、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、余熱回收機(jī)組每產(chǎn)生一千瓦時(shí)電對(duì)應(yīng)的維修費(fèi)用；表示時(shí)段t內(nèi)鍋爐i用水流量；表示時(shí)段t內(nèi)汽輪機(jī) j的發(fā)電量；表示在時(shí)段t內(nèi)chp機(jī)組 k的發(fā)電量； f mt表示在時(shí)段t內(nèi)cdq機(jī)組的發(fā)電量。

19、根據(jù)本發(fā)明提供的煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)能源分配方法，所述約束條件包括蒸汽-電力系統(tǒng)模型約束條件，煤氣、蒸汽和電力平衡約束條件，煤氣柜運(yùn)行約束條件，燃燒器操作約束條件，發(fā)電功率爬坡率約束條件，時(shí)段電價(jià)約束條件及時(shí)段煤價(jià)約束條件。

20、根據(jù)本發(fā)明提供的煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)能源分配方法，所述蒸汽-電力系統(tǒng)模型包括鍋爐、汽輪機(jī)、chp機(jī)組和cdq機(jī)組；

21、對(duì)應(yīng)地，所述蒸汽-電力系統(tǒng)模型約束條件包括：

22、鍋爐約束條件：

23、；

24、；

25、；

26、其中， r( r=1,2,...,r)?代表不同等級(jí)的蒸汽； s irt表示在時(shí)段 t內(nèi)由鍋爐 i產(chǎn)生的 r等級(jí)蒸汽的流量； hs?r表示r級(jí)水蒸汽的焓值； sw?it表示在時(shí)段 t內(nèi)鍋爐 i的給水流量；表示鍋爐給水焓； v iqt表示在時(shí)段t內(nèi)供給鍋爐 i的燃料進(jìn)料流量； η i表示鍋爐 i的熱效率；表示不同種類的煤氣； v q表示不同燃料的熱值， h表示蒸汽的焓， vmin i表示鍋爐 i正常運(yùn)行所需的最小熱值；

27、汽輪機(jī)約束條件：

28、；

29、；

30、

31、其中， sjtin和 sjtout分別表示在時(shí)段t內(nèi)進(jìn)入和流出汽輪機(jī) j的蒸汽流量； sin jrt和 sout jrt分別表示在時(shí)段t內(nèi)進(jìn)入和流出汽輪機(jī) j的 r等級(jí)蒸汽流量； f j,t表示時(shí)段t內(nèi)汽輪機(jī) j的發(fā)電量； hc f表示每千瓦時(shí)的焓值；

32、chp機(jī)組的約束條件：

33、；

34、；

35、其中， f kt表示在時(shí)段t內(nèi)chp機(jī)組 k的發(fā)電量， s krt表示在時(shí)段t內(nèi)chp機(jī)組 k產(chǎn)生的 r級(jí)蒸汽的流量； η k表示k型鍋爐的效率； i k表示熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組中的鍋爐； v iqt表示在時(shí)段t內(nèi)供給鍋爐 i的燃料進(jìn)料流量； η i表示鍋爐 i的熱效率； hvmin?k表示熱電聯(lián)產(chǎn)裝置k所需的最低熱值；

36、cdq機(jī)組的約束條件：

37、；

38、其中， m( m=1,2,…,m)?代表cdq機(jī)組； f mt表示在時(shí)段t內(nèi)cdq機(jī)組的發(fā)電量； s mrt表示在時(shí)段t內(nèi)cdq機(jī)組的 r級(jí)蒸汽的產(chǎn)量； η m表示cdq機(jī)組的效率； ein mt表示cdq機(jī)組在時(shí)段t內(nèi)從鋼鐵生產(chǎn)環(huán)節(jié)回收的總余熱量。

39、根據(jù)本發(fā)明提供的煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)能源分配方法，所述煤氣、蒸汽和電力平衡系統(tǒng)包括發(fā)電系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)及煤氣系統(tǒng)；

40、所述煤氣、蒸汽和電力平衡系統(tǒng)約束條件包括：

41、發(fā)電系統(tǒng)約束條件：

42、

43、

44、其中， fdem t表示每個(gè)時(shí)段的電力需求； yimp?p, t為0、1變量表示是否購(gòu)電； yexpp, t為0、1變量表示是否售電；

45、蒸汽系統(tǒng)約束條件：

46、

47、其中， s irt表示在時(shí)段 t內(nèi)由鍋爐 i產(chǎn)生的 r等級(jí)蒸汽的流量； s krt表示在時(shí)段t內(nèi)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組k的r級(jí)蒸汽的產(chǎn)量； s mrt表示在時(shí)段t內(nèi)cdq機(jī)組 m的 r級(jí)蒸汽的產(chǎn)量； sin jrt和 sout jrt分別表示在時(shí)段t內(nèi)進(jìn)入和流出汽輪機(jī) j的 r等級(jí)蒸汽流量； sdem rt表示 t時(shí)段生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì) r級(jí)蒸汽的需求量；

48、煤氣系統(tǒng)約束條件：

49、

50、

51、其中， inv qt表示在t時(shí)段結(jié)束時(shí)儲(chǔ)氣柜中 q類型煤氣的儲(chǔ)存量； vgen qt表示在 t時(shí)段內(nèi)煤氣的產(chǎn)生速率； vu?qt表示在 t時(shí)段內(nèi)生產(chǎn)過(guò)程 u中 q類型燃?xì)獾南乃俾剩? v iqt表示在時(shí)段t內(nèi)供給鍋爐 i的燃料進(jìn)料流量； qemission表示煤氣的放散量； invmin q、 invmax q分別表示儲(chǔ)氣罐的最低、最高庫(kù)存量。

52、根據(jù)本發(fā)明提供的煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)能源分配方法，所述煤氣柜運(yùn)行約束條件包括：

53、

54、其中， inv qt表示在t時(shí)段結(jié)束時(shí)儲(chǔ)氣柜中 q類型煤氣的儲(chǔ)存量； invh?q和 invl?q分別表示安全運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的高、低儲(chǔ)氣量； sinvl?qt和 sinvh?qt為兩個(gè)正的松弛變量，用于表示儲(chǔ)氣罐柜位偏離正常水平的情況。

55、根據(jù)本發(fā)明提供的煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)能源分配方法，所述燃燒器操作約束條件包括：

56、每個(gè)時(shí)段最多允許三個(gè)燃燒器改變狀態(tài)，每個(gè)時(shí)段內(nèi)進(jìn)入鍋爐的總?cè)細(xì)饬繛椋?/p>

57、

58、其中， v iqt表示在時(shí)段 t內(nèi)供給鍋爐 i的燃料進(jìn)料流量； v iq表示在時(shí)段t內(nèi)單個(gè)燃燒器供給鍋爐 i的燃料進(jìn)料流量； n iqt表示當(dāng)前處于開啟狀態(tài)的燃燒器數(shù)量；

59、在時(shí)段 t內(nèi)改變狀態(tài)的燃燒器數(shù)量為：

60、

61、其中，δ n iqt表示當(dāng)前改變狀態(tài)的燃燒器數(shù)量。

62、根據(jù)本發(fā)明提供的煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)能源分配方法，所述發(fā)電功率爬坡率約束條件包括：

63、

64、其中， x∈ j， k， m， j、k、m分別為汽輪機(jī)、chp機(jī)組和cdq機(jī)組；d r x、u r x分別表示各機(jī)組最大、最小發(fā)電爬坡率。

65、本發(fā)明還提供了一種煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)能源分配裝置，包括：

66、獲取模塊，用于獲取目標(biāo)企業(yè)煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)的能源介質(zhì)參數(shù)；

67、模型建立模塊，用于基于所述能源介質(zhì)參數(shù)及不同時(shí)段的分時(shí)電價(jià)和煤價(jià)，建立煤氣-蒸汽-電力耦合能量流milp模型；

68、確定模塊，用于根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，確定所述煤氣-蒸汽-電力耦合能量流milp模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件；

69、求解模塊，用于基于所述目標(biāo)函數(shù)和所述約束條件，對(duì)所述煤氣-蒸汽-電力耦合能量流milp模型進(jìn)行求解，得到各所述能源介質(zhì)參數(shù)的求解結(jié)果。

70、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)能源分配方法。

71、本發(fā)明還提供一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)能源分配方法。

72、本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)能源分配方法。

73、本發(fā)明提供的煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)能源分配方法和裝置，通過(guò)獲取目標(biāo)企業(yè)煤氣-蒸汽-電力耦合系統(tǒng)的能源介質(zhì)參數(shù)；基于所述能源介質(zhì)參數(shù)及不同時(shí)段的分時(shí)電價(jià)和煤價(jià)，建立煤氣-蒸汽-電力耦合能量流milp模型；根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，確定所述煤氣-蒸汽-電力耦合能量流milp模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件；基于所述目標(biāo)函數(shù)和所述約束條件，對(duì)所述煤氣-蒸汽-電力耦合能量流milp模型進(jìn)行求解，得到各所述能源介質(zhì)參數(shù)的求解結(jié)果。本發(fā)明通過(guò)對(duì)建立的煤氣-蒸汽-電力耦合能量流milp模型進(jìn)行求解，可以快速地得到各能源介質(zhì)的最優(yōu)分配方案，使用得到的最優(yōu)分配方案能夠挖掘鋼鐵企業(yè)內(nèi)在靈活性調(diào)節(jié)潛力，促進(jìn)其與電網(wǎng)的友好互動(dòng)。