用于微電網(wǎng)中的綜合多能量調(diào)度的系統(tǒng)、方法和裝置及有形計算機可讀介質(zhì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開的實施例涉及電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，并且更具體地涉及用于微電網(wǎng)中的能量調(diào)度 的系統(tǒng)、方法和裝置以及有形計算機可讀介質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 各種產(chǎn)業(yè)均具有與之相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)。。一種這樣的產(chǎn)業(yè)是管理電網(wǎng)的公共事業(yè)產(chǎn)業(yè)。 電網(wǎng)可包括以下其中之一或全部：發(fā)電、輸電以及配電。電力可以利用諸如煤炭火電廠、核 電廠等的發(fā)電站生成。出于效率目的，生成的電力被升壓到非常高電壓(諸如345K伏特），并 且在輸電線路上輸送。輸電線路可以長距離輸送電力，諸如跨過州界線或者跨過國界，直至 它到達其批發(fā)用戶，該批發(fā)用戶可以是擁有本地配電網(wǎng)絡(luò)的公司。輸電線路可以終止于輸 電變電站，該輸電變電站可以將前述非常高電壓降壓到中間電壓(諸如138K伏特）。更小的 輸電線路(諸如二次輸電線路)將該中間電壓從輸電變電站輸送到配電變電站。在配電變電 站，中間電壓可能再次降壓到"中等電壓"（諸如從4K伏特到23K伏特）。一條或多條饋線電路 可以從配電變電站引出。例如，可以從配電變電站引出四條到幾十條饋線電路。饋線電路為 3相電路，其包括4條引線（用于所述三個相的每一個的三條引線以及用于中性點的一條引 線）。饋線電路可以在地上(在電桿上)或者在地下來選擇路線?？梢允褂门潆娮儔浩鲗︷伨€ 電路上的電壓周期性地進行分接，該配電變壓器將電壓從"中等電壓"降壓到用戶電壓(諸 如120V)。用戶電壓隨后可以由用戶使用。
[0003]現(xiàn)在，空氣污染和燃料不足正在變成經(jīng)濟和社會發(fā)展的首要問題。因此，期望高效 能量利用來實現(xiàn)節(jié)能減排，并且能量調(diào)度是實現(xiàn)高效能量利用的重要方式之一。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種用于微電網(wǎng)中的綜合多能量調(diào)度的系統(tǒng)。所 述微電網(wǎng)可包括組合冷熱電聯(lián)產(chǎn)CCHP單元和蓄冰空調(diào)。該系統(tǒng)可包括:至少一個處理器；以 及至少一個存儲器，其上存儲由計算機可執(zhí)行指令。所述至少一個存儲器和計算機可執(zhí)行 指令可以被配置成利用所述至少一個處理器促使所述系統(tǒng):基于預測的電需求和冷需求以 及預測的可再生能量輸出，在電供/需平衡和冷能供/需平衡的約束、針對所述CCHP單元的 操作約束和針對所述蓄冰空調(diào)的操作約束下，執(zhí)行用于使所述微電網(wǎng)中的總運營成本最小 化的多能量調(diào)度過程，以確定在調(diào)度周期中的各時間間隔內(nèi)在所述微電網(wǎng)與宏電網(wǎng)之間交 換的電量、所述CCHP單元的冷功率輸出和電力輸出以及所述蓄冰空調(diào)的操作模式和冷功率 輸出，其中所述電供/需平衡和所述冷能供/需平衡相互耦合。
[0005]根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種用于微電網(wǎng)中的綜合多能量調(diào)度的方法，其 中所述微電網(wǎng)可包括冷熱電聯(lián)產(chǎn)CCHP單元及蓄冰空調(diào)。該方法可以包括:通過使用處理器， 基于預測的電需求和冷需求以及預測的可再生能量輸出，在電供/需平衡和冷能供/需平衡 的約束、針對所述CCHP單元的操作約束和針對所述蓄冰空調(diào)的操作約束下，執(zhí)行用于使所 述微電網(wǎng)中的總運營成本最小化的多能量調(diào)度過程，以確定在調(diào)度周期中的各時間間隔內(nèi) 在所述微電網(wǎng)與宏電網(wǎng)之間交換的電量、所述CCHP單元的冷功率輸出和電力輸出以及所述 蓄冰空調(diào)的操作模式和冷功率輸出，其中所述電供/需平衡和所述冷能供/需平衡相互耦 合。
[0006]根據(jù)本公開的再一方面，提供了一種用于微電網(wǎng)中的綜合多能量調(diào)度的裝置。所 述微電網(wǎng)可包括冷熱電聯(lián)產(chǎn)CCHP單元和蓄冰空調(diào)。所述裝置可以包括：用于基于預測的電 需求和冷需求以及預測的可再生能量輸出，在電供/需平衡和冷能供/需平衡的約束、針對 所述CCHP單元的操作約束和針對所述蓄冰空調(diào)的操作約束下，執(zhí)行用于使所述微電網(wǎng)中的 總運營成本最小化的多能量調(diào)度過程的裝置，以確定在調(diào)度周期中的各時間間隔內(nèi)在所述 微電網(wǎng)與宏電網(wǎng)之間交換的電量、所述CCHP單元的冷功率輸出和電力輸出以及所述蓄冰空 調(diào)的操作模式和冷功率輸出，其中所述電供/需平衡和所述冷能供/需平衡相互耦合。
[0007]根據(jù)本公開的又一方面，提供了用于微電網(wǎng)中的綜合多能量調(diào)度的另一裝置。所 述微電網(wǎng)可包括冷熱電聯(lián)產(chǎn)CCHP單元和蓄冰空調(diào)。所述裝置可以包括過程執(zhí)行模塊，其被 配置成：基于預測的電需求和冷需求以及預測的可再生能量輸出，在電供/需平衡和冷能 供/需平衡的約束、針對所述CCHP單元的操作約束和針對所述蓄冰空調(diào)的操作約束下，執(zhí)行 用于使所述微電網(wǎng)中的總運營成本最小化的多能量調(diào)度過程，以確定在調(diào)度周期中的各時 間間隔內(nèi)在所述微電網(wǎng)與宏電網(wǎng)之間交換的電量、所述CCHP單兀的冷功率輸出和電力輸出 以及所述蓄冰空調(diào)的操作模式和冷功率輸出，其中所述電供/需平衡和所述冷能供/需平衡 相互耦合。
[0008]根據(jù)本公開的再一方面，提供了一種具有多個指令的有形計算機可讀介質(zhì)，所述 多個指令可被處理器執(zhí)行以調(diào)度微電網(wǎng)中的多種能量。所述有形計算機可讀介質(zhì)可以包括 被配置成執(zhí)行根據(jù)本公開的方面的方法的步驟的指令。
[0009] 本公開的實施例通過同時在微電網(wǎng)中調(diào)度電能和冷能來提供微電網(wǎng)中的綜合多 能量調(diào)度解決方案，其可以以優(yōu)化的成本實現(xiàn)耦合多能量供/需平衡，同時可以實現(xiàn)所述 CCHP單元的高能效和所述蓄冰空調(diào)的高性能。此外，從宏電網(wǎng)看，還可以顯著減小所述微電 網(wǎng)的峰值負荷與谷值負荷之間的負荷差。
[0010] 另外，在本公開的某些實施例中，可通過將電力輸出、環(huán)境海拔和溫度作為變量來 確定用于所述CCHP單元的操作約束，而且可通過考慮蓄冰空調(diào)的四個不同操作模式和蓄冰 槽的操作模型來獲得針對蓄冰空調(diào)的操作約束。以這種方式，可以提供能夠反映實際操作 狀況的更準確的數(shù)學模型。
[0011]此外，在本公開的某些實施例中，可以借助于粒子群優(yōu)化(PS0)算法來執(zhí)行綜合多 能量調(diào)度過程，并且因此其可提供全局最優(yōu)解。也就是說，本公開的綜合多能量調(diào)度解決方 案可以提供用于微電網(wǎng)中的多能量的更可行的調(diào)度解決方案。
【附圖說明】
[0012]通過關(guān)于如參考附圖在實施例中舉例說明的實施例的詳細說明，本公開的上述及 其它特征將變得更加顯而易見，其中遍及本公開附圖，相同的附圖標記表示相同或類似部 件，并且在所述附圖中：
[0013 ]圖1示意性地圖示出其中可實現(xiàn)本公開的實施例的微電網(wǎng)的示例性架構(gòu)；
[0014]圖2示意性地圖示出根據(jù)本公開的示例性實施例的用于微電網(wǎng)中的綜合多能量調(diào) 度的方法的流程圖；
[0015]圖3示意性地圖示出根據(jù)本公開的示例性實施例的用于執(zhí)行綜合多能量調(diào)度的方 法的流程圖；
[0016]圖4A示意性地圖示出在基于根據(jù)本公開的示例性實施例的綜合多能量調(diào)度的模 擬中所確定的微電網(wǎng)中的冷需求和冷供應(yīng)的圖；
[0017]圖4B示意性地圖示出在基于根據(jù)本公開的示例性實施例的綜合多能量調(diào)度的模 擬中所確定的微電網(wǎng)中的電力需求和電力供應(yīng)的圖；
[0018]圖4C示意性地圖示出根據(jù)本公開的示例性實施例的用于在微電網(wǎng)與宏電網(wǎng)之間 交換的電力的曲線和在沒有微電網(wǎng)的情況下原本消耗的電力的曲線；
[0019]圖5示意性地圖示出根據(jù)本公開的示例性實施例的用于微電網(wǎng)中的多能量調(diào)度的 系統(tǒng)的框圖；
[0020] 圖6示意性地圖示出根據(jù)本公開的示例性實施例的用于微電網(wǎng)中的綜合多能量調(diào) 度的裝置的框圖；
[0021] 圖7示意性地圖示出根據(jù)本公開的另一示例性實施例的用于微電網(wǎng)中的綜合多能 量調(diào)度的裝置的框圖；以及
[0022] 圖8示意性地圖示出可編程為特定計算機系統(tǒng)的通用計算機系統(tǒng)，其可代表在本 文中提及的任何計算設(shè)備。
【具體實施方式】
[0023]在下文中，將參考附圖來描述本公開的幾個實施例。在以下描述中，闡述了許多特 定細節(jié)以便提供實施例的徹底理解。然而，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，本公開的 實施方式可不具有這些細節(jié)，并且本公開不限于如在本文中介紹的特定實施例。相反地，可 以考慮后面的特征和元素的任何任意組合以實現(xiàn)和實施本公開，無論其是否涉及到不同的 實施例。因此，以下方面、特征和實施例僅僅用于說明性目的，并且不應(yīng)理解為是對所附權(quán) 利要求的元素或限制，除非在權(quán)利要求中另外明確地指明。另外，在一些情況下，并未詳細 地描述眾所周知的方法和結(jié)構(gòu)以免不必要地使本公開的實施例含糊難懂。
[0024]當前，在大多數(shù)農(nóng)村或地區(qū)，利用分開的系統(tǒng)來提供熱需求和冷需求。例如，在諸 如中國的許多國家，冬季熱需求通常是利用現(xiàn)有的集中加熱系統(tǒng)供應(yīng)的，而在夏季的冷需 求則是由空調(diào)系統(tǒng)來滿足。此外，在夏季，空調(diào)系統(tǒng)通常占據(jù)大量負荷(在某些城市中甚至 超過總功率負荷的40%)，這引起峰值負荷的很大增長以及對功率供應(yīng)的增加壓力。另外， 不斷增長的冷需求已經(jīng)引發(fā)電力網(wǎng)中的較大峰值-谷值負荷缺口，有時甚至超過30%，這也 是很大的能量利用浪費。
[0025]微電網(wǎng)是現(xiàn)有大電網(wǎng)的補充解決方案，用以滿足能量需求和環(huán)境挑戰(zhàn)。有鑒于此， 本公開的思想是執(zhí)行用于微電網(wǎng)中的電力和冷能的綜合多能量調(diào)度，其使用微電網(wǎng)(MG)應(yīng) 用中的冷熱電聯(lián)產(chǎn)(CCHP)單元和蓄冰空調(diào)來滿足冷需求。
[0026]微電網(wǎng)是在已經(jīng)進行大量努力以開發(fā)可再生清潔分布式發(fā)電機(DG)以便實現(xiàn)節(jié) 能減排的情況下作為一種新型網(wǎng)絡(luò)拓撲而提出的概念?？梢詫⑽㈦娋W(wǎng)視為可再生清潔DG的 集群，所述可再生清潔DG諸如光伏(PV)面板、風輪機(WT)和冷熱電聯(lián)產(chǎn)(CCHP)單元等，以在 本地滿足客戶的多類型能量需求。與宏電網(wǎng)相比，微電網(wǎng)是在一種自治的且能夠被自控制、 保護以及管理的小規(guī)模能力供給系統(tǒng)。在實踐中，微電網(wǎng)可以被連接到電力網(wǎng)或作為獨立 供電系統(tǒng)，以向微電網(wǎng)內(nèi)的終端客戶提供電能和/或熱能或冷能。此外，當微電網(wǎng)被連接到 大電網(wǎng)時，也可以向大電網(wǎng)返回電。
[0027]在下文中，將首先對圖1進行參考以描述其中可以實現(xiàn)本公開的實施例的微電網(wǎng) 的示例性架構(gòu)。然而，應(yīng)認識到的是，此架構(gòu)僅僅是出于舉例說明的目的而圖示出的，并且 也可以在不同的架構(gòu)中實現(xiàn)本公開。
[0028]如圖1中所示，微電網(wǎng)系統(tǒng)100經(jīng)由變電站200與宏電網(wǎng)300(也稱為大電網(wǎng)、大型電 力網(wǎng)等)相連。在圖1中，微電網(wǎng)系統(tǒng)100將不同類型的可再生能源(諸如風力發(fā)電機ll〇、PV 太陽能發(fā)電機120等）、CCHP單元150A - 150C和蓄冰空調(diào)160集成在一起。微電網(wǎng)系統(tǒng)100還 可以包括諸如蓄能電池130之類的能量儲存裝置和諸如負荷140A和140B之類的各種負荷。 負荷140A和140B中的每一個可以是電負荷和/或冷負荷。在微電網(wǎng)100內(nèi)，風輪機110和PV太 陽能發(fā)電機120將提供電能;CCHP單元150A和150B使用可燃氣體(諸如天然氣)作為供電的 主要能量，并且同時它們在發(fā)電過程期間產(chǎn)生的能力可以被收集并用以提供冷能或熱能， 這取決于CCHP單元的操作模式;蓄冰空調(diào)160可以充當電負荷或者同時充當電負荷和冷能 發(fā)生器兩者。因此，針對微電網(wǎng)，由于CCHP單元和蓄冰空調(diào)的工作模式變化，其電供/需平衡 和冷能供/需平衡彼此相互耦合。并且，電力和冷需求可以通過直接地從電力供應(yīng)源或者從 電力供應(yīng)源和冷供應(yīng)源兩者來提供。
[0029]實際上，可以將微電網(wǎng)作為現(xiàn)有大電網(wǎng)（S卩，宏電網(wǎng)）的補充解決方案以滿足能量 需求和環(huán)境挑戰(zhàn)。借助于此類微電網(wǎng)，相比于傳統(tǒng)大電網(wǎng)而言，其可以實現(xiàn)多個優(yōu)點，諸如 高能效、以低成本滿足客戶的多能量需求、改善的可靠性、可再生能量輸出變化的影響最小 化。鑒于此，在本文中提出一種新型的綜合優(yōu)化調(diào)度方法以應(yīng)對微電網(wǎng)中的需求平衡，其將 最佳地同時地調(diào)度多種能量供應(yīng)，以使得在可以滿足微電網(wǎng)的多能量需求的總成本最小化 的同時實現(xiàn)尚能效。
[0030] 接下來，將參考圖2詳細地描述用于微電網(wǎng)中的多能量調(diào)度的方法。
[0031] 如圖2中所示，在步驟S201處，可以獲得預測的電和冷需求。
[0032]在本公開的示例性實施例中，可以在前一天、例如在一天中的23:00或任何其它適 用時間（其與谷值時間開始的時間有關(guān))執(zhí)行最佳調(diào)度。因此，可以基于歷史電和冷需求，例 如提前24小時的每小時電和冷需求，來預測微電網(wǎng)中的不同能量需求。然而，應(yīng)認識到的 是，歷史的電需求和冷需求不限于提前24小時確定的那些，并且也可以是提前更少或更多 小時的電和冷需求。此外，一般地，能量需求在工作日與周末之間可能是不同的，因此基于 一個星期前每天的能量需求來確定多能量需求也可以是可行的。另外，可以進一步基于預 測天氣狀況來預測或估計電和冷需求。實際上，在現(xiàn)有技術(shù)中，存在可以在本公開中使用的 大量需求預測方法，并且因此將省略需求預測的詳細描述，以免使本公開含糊難懂。
[0033] 然后，在步驟S202處，可以獲得預測可再生能量輸出。如前所述，在微電網(wǎng)中，存在 可再生能源，諸如風力發(fā)電機110和PV太陽能發(fā)電機120。這些可再生能源將向客戶提供電， 并且因此可以在能量調(diào)度之前對可再生能源的電力輸出進行預測。
[0034] 在本領(lǐng)域中，已提出了用于預測可再生能源的電力輸出的許多方法，因此將省略 能量輸出預測的詳細描述，以免使本公開含糊難懂。此外，在圖1中所示的情形中，可再生能 量輸出是風力發(fā)電機110和PV太陽能發(fā)電機120的電力輸出的總和。然而，應(yīng)注意的是，微電 網(wǎng)可以包括任何其它能源，并且其不限于風力發(fā)電機和PV太陽能發(fā)電機。
[0035]然后，在步驟S203處，可以以在過程約束下以使微