電網(wǎng)中的總運(yùn)營成本最小化為 目標(biāo)來執(zhí)行多能量調(diào)度過程，從而確定在調(diào)度周期的各時間間隔中在所述微電網(wǎng)與所述宏 電網(wǎng)之間交換的電量、CCHP單元的冷輸出和電力輸出以及蓄冰空調(diào)的操作模式和冷輸出。 在本公開的實(shí)施例中，過程約束可以包括例如電供/需平衡和冷能供/需平衡的約束、針對 CCHP單元的操作約束和針對蓄冰空調(diào)的操作約束。特別地，電供/需平衡和冷能供/需平衡 由于CCHP單元和蓄冰空調(diào)而被彼此相互耦合。
[0036]在本公開的實(shí)施例中，通過優(yōu)化過程來執(zhí)行綜合多能量調(diào)度，從而在存在多種形 式的能量需求、多種類型能量供應(yīng)可用以及針對多種形式的能量的供/需平衡被相互耦合 時，處理微電網(wǎng)的供應(yīng)調(diào)度。為了在微電網(wǎng)中最佳地調(diào)度多能量，首先要構(gòu)建優(yōu)化模型;然 而，在這之前，應(yīng)對微電網(wǎng)中的多個若干部件進(jìn)行建模。
[0037]例如，針對CCHP單元，制造商通常僅僅提供CCHP單元在其以其滿負(fù)荷/輸出操作且 處于標(biāo)準(zhǔn)操作狀況(所謂的ISO條件，即在固定溫度、高度以及壓力值下）下的單位性能。還 給出了用于CCHP單元的額定功率輸出和排放特性(諸如排放溫度和排放流速對比環(huán)境溫 度）。此外，在用于CCHP單元中的廢熱驅(qū)動制冷的吸收式制冷機(jī)的文獻(xiàn)中，還提出了冷功率 輸出與排放特性之間的關(guān)系。
[0038]事實(shí)上，當(dāng)CCHP單元在操作中時，其操作狀況通常由于其位置、海拔、工作時間、日 期和季節(jié)的溫度、尤其是正在供應(yīng)的電和冷需求而改變。因此，其電和冷輸出將顯著改變。 因此，要求適合于實(shí)際應(yīng)用條件而不是理想條件的模型。另外，為了最佳地同時調(diào)度電和冷 供應(yīng)，進(jìn)一步要求獲知蓄冰空調(diào)的準(zhǔn)確模型。因此，下面將最后描述在本公開中提出的用于 CCHP單元的模型和用于蓄冰空調(diào)的模型。
[0039]在本文中，通過將CCHP單元的電力輸出、溫度、海拔、入口壓力損耗和背壓作為變 量，來構(gòu)建用于CCHP單元的兩個新分析模型，并且通過將其不同的操作模式和蓄冰槽(其為 蓄冰空調(diào)的重要部件）的特性考慮在內(nèi)，來提出用于蓄冰空調(diào)的新模型。因此，這些模型是 接下來將描述的能夠表示實(shí)際操作狀況的準(zhǔn)確、綜合數(shù)學(xué)公式。
[0040]微電網(wǎng)部件建模[0041] 1. CCHP單元建模
[0042]在下文中，出于舉例說明的目的，將以在本領(lǐng)域中已經(jīng)廣泛使用的微型渦輪機(jī)CapstoneC200作為包含在微電網(wǎng)中的CCHP單元的示例，以解釋本公開的實(shí)施例。
[0043] 1-1.電力輸出效率建模
[0044]一般地，CCHP單元的電力輸出效率是CCHP單元的電力輸出的函數(shù)，并且因此可以 簡單地如下表示CCHP單元的電力輸出效率：
[0045]EcHp(t) =f (PcHp(t)) (1)
[0046]其中ECPH(t)表示所述CCHP單元在給定時間t處的電力輸出效率;PCPH(t)表示所述CCHP單元在給定時間t處的電力輸出。
[0047]另外，在制造商的文獻(xiàn)中，通常給出標(biāo)準(zhǔn)工作條件(稱為ISO條件)和滿負(fù)荷狀態(tài)下 的標(biāo)稱輸出功率Piso-MM。然而，CCHP輸出將隨著環(huán)境海拔Η和溫度T變化而改變，這意味著如 果期望更準(zhǔn)確地確定電力輸出效率的話，在非ISO條件和部分負(fù)荷狀態(tài)下的性能也應(yīng)被考 慮在內(nèi)。
[0048]在C200文獻(xiàn)中，提供了可以被用于電力輸出建模的許多參數(shù)或測量結(jié)果。基于這 些參數(shù)或測量結(jié)果，可以逐個地建立以下模型：
[0049] ?環(huán)境海拔Η和溫度T對最大輸出功率PA-max的影響。在C200文獻(xiàn)中，提供了在不同 環(huán)境海拔Η和不同溫度T下的多個測量結(jié)果，基于這些測量結(jié)果，可以通過例如分段線性擬 合來確定最大輸出功率與環(huán)境海拔Η和溫度Τ之間的特定關(guān)系，可以如下表示該關(guān)系：
[0050] PA-max = fl(H,T); (2)
[0051] ?滿負(fù)荷效率EA-max與溫度T之間的函數(shù)。同樣地，基于不同溫度下的那些測量結(jié) 果，可以通過例如三次多項(xiàng)式擬合來獲得以下函數(shù)：
[0052] EA-max = f2(T)； (3)
[0053] ·ISO條件下的用于滿負(fù)荷狀態(tài)的功率校正因數(shù)和效率校正因數(shù)。功率輸出和效 率通常受到CCHP單元的入口壓力損耗I_p_loss和背壓B_p的影響?；谌缭贑200文獻(xiàn)中提 供的在不同入口壓力損耗和背壓下的功率輸出和效率的測量結(jié)果，可以確定分別地用于入 口壓力損耗I_p_l〇SS和背壓B_p的功率校正因數(shù)和效率校正因數(shù)，其可以分別地用P+CFun E_CFi_p、P_CFb_p、E_CFb_p來表示。功率校正因數(shù)和效率校正因數(shù)與CCHP單元的入口壓力損耗 I_p_l〇SS和背壓B_p都處于線性關(guān)系。此外，一旦CCHP單元被安裝，就可以確定這兩個參數(shù) 入口壓力損耗I_p_l〇ss和背壓B_p;
[0054] ?另外，基于在那些文獻(xiàn)中給出的滿負(fù)荷條件下的關(guān)于功率輸出和效率的測量結(jié) 果，可以借助于如下曲線擬合來獲得ISO條件下的部分負(fù)荷性能模型：
[0056]其中，函數(shù)&、&』15〇』全部是非線性函數(shù)。
[0057]最后，基于上述等式（2)至（4)和這些功率和效率校正因數(shù)CFb_p、E_CFb_p，可以如下導(dǎo)出給定操作狀況下的CCHP部分負(fù)荷性能：
[0059]其中，Pmax和Emax分別是在給定工作條件下的最大效率和最大輸出功率?？梢越柚?于上述功率和效率校正因數(shù)?4-111 ￡14陽4-111￡?通過校正來獲得PmajPEmax，其分別地表示在不考 慮由入口壓力損耗I_P_l〇SS和背壓B引起的效應(yīng)的情況下，在給定工作條件下的最大效率 和輸出功率。
[0060]也就是說，可以利用那些校正因數(shù)來校正給定工作條件下的最大效率和輸出功 率，從而考慮由入口壓力損耗I_P_l〇ss和背壓B引發(fā)的效應(yīng)。例如，可以將PmajPEmax表示為：[0061 ] Pmax = Pa-max*P_CFl-P*P_CFb-P，Emax = Ea-max*P_CFi-P*P_CFb-P · ( 6 )
[0062]然而，可以認(rèn)識到的是，本公開不限于其中由CCHP單元的入口壓力損耗和背壓的 這些校正因數(shù)來校正參數(shù)PmajPEmx的實(shí)施例，如果PmajPEmx未被校正，也是可以的。
[0063]此外，該模型還可以包括消耗氣體體積、電力輸出和電力輸出效率之間的關(guān)系。如 果用％hp表示的天然氣的低發(fā)熱值是已知的，則可以將CCHP單元所消耗的氣體體積F(t)確 定為
[0064]F(t)=PcHp(t) /Echp(t) /Hchp. (7)
[0065] 一般而言，電力輸出PcHP(f)具有上限，即最大電力。另外，為了避免較低效率，CCHP 單元的電力輸出PCHP(f)可優(yōu)選地具有下限約束。因此，通過與下限和上限約束組合，可以獲 得
[0066] IcHp(t)Pmin<PcHp(t) <PmaxIcHp(t) . (8)
[0067] 其中，ICHP(t)是表示CCHP單元是否進(jìn)行操作的0-1變量。Pmin可以是例如0.2*Pmax。
[0068] 還應(yīng)注意的是，在某些國家或地區(qū)，從宏電網(wǎng)購買電、然后在某些時間間隔用天然 氣來運(yùn)行CCHP單元將是更加成本高效的。例如，在中國，對于大多數(shù)商業(yè)和工業(yè)客戶而言， 谷值時段中的電價約為〇.3RMB/kwh且天然氣價格始終是2RMB/m3。與從宏電網(wǎng)購電具有相 同的經(jīng)濟(jì)成本的天然氣價格約為1.90RMB/m3(ncHP=10kWh/m3)，這意味著在谷值時段期間， 從宏電網(wǎng)購買電比運(yùn)行CCHP單元便宜得多。因此，如果可以將CCHP單元的操作限制到僅谷 值外時間將是優(yōu)選的，即其可以具有以下約束
[0069] IcHp(t)=0,teTvalley (9)
[0070] 然而，應(yīng)注意的是，針對采用不同定價策略的地區(qū)和國家，可以相應(yīng)地修改或者甚 至省略如在等式(9)中定義的約束。
[0071] 1-2.電力輸出對比冷輸出的建模
[0072] 一般地，CCHP的冷輸出QCHP (t)與排放特性、諸如排放溫度E_T(t)和排氣流速E_V (t)緊密相關(guān)?；陉P(guān)于不同排氣溫度和排氣流速下的功率輸出的測量結(jié)果，可以分別地借 助于二次多項(xiàng)式擬合和分段線性擬合分別地用函數(shù)來對其表示：
[0073] E_T(t) =gi(T，PcHP(t))和E_V(t) =g2(T，PcHP(t)) (10)
[0074] 因此，可以獲得給定工作條件下的冷輸出QCHP(t)與電功率PCHP(t)之間的以下關(guān) 系：
[0075] QcHp(t) =g(PcHp(t)). (11)
[0076] 其中，QchpU)是在給定時間t處的CCHP單元的冷輸出；并且PcHP(t)是在給定時間t 處的CCHP單元的電力輸出。
[0077]當(dāng)CCHP單元在基于PCHP(t)來確定冷能量輸出的模式下工作時，可以用等式（10)來 導(dǎo)出相應(yīng)QcHP(t)。相反，當(dāng)CCHP單元在基于冷需求來確定電力產(chǎn)生的模式下工作時，可以由 下式給出相應(yīng)輸出功率Pchp(t)
[0078] PcHp(t) =g_1(QcHp(t)). (12)
[0079] 此外，可能對冷輸出QCHP(t)施加以下約束從而避免低效率：
[0080] IcHp(t)0min<QcHp(t) <ICHP(t)Qmax (13)
[0081] 其中，Qmin =g(Pmin)andQmax=g(Pmax) 〇
[0082] 此外，可以認(rèn)識到的是，在啟動/停止操作期間，上述關(guān)系對于那些操作狀態(tài)可能 不同。針對CapstoneC200,相關(guān)測試顯示CCHP單元在啟動、停止和輸出調(diào)整中擁有快速動 態(tài)響應(yīng)。例如，在啟動操作期間，所花費(fèi)時間從開始到滿負(fù)荷狀態(tài)為約120s;整個停止過程 消耗小于200s;并且在負(fù)荷改變之后的輸出調(diào)整可以大約在80s內(nèi)結(jié)束。鑒于此，看起來在 提前一天調(diào)度中可以忽略對啟動/停止操作和斜坡向上/向下的約束。
[0083]雖然在以上描述中建議忽略對啟動/停止操作和斜坡向上/向下的約束，但應(yīng)認(rèn)識 到的是，如果期望的話，也可以考慮對啟動/停止操作和斜坡向上/向下的約束。
[0084]II.蓄冰空調(diào)建模
[0085]蓄冰空調(diào)通常包含冷凍機(jī)、冷卻塔、蓄冰槽、栗及其它輔助設(shè)備，并且蓄冰空調(diào)可 以在不同操作模式下工作。例如，當(dāng)消耗電以向客戶提供冷能時或者當(dāng)將電能轉(zhuǎn)換成以冰 的形式儲存的冷能時，其可以充當(dāng)電負(fù)荷；同時其可以充當(dāng)冷能發(fā)生器以將儲存在冰中的 能量釋放回到空氣中，從而向客戶提供冷能。
[0086] 鑒于此，在本文中，將建立用于以下四個操作模式的數(shù)學(xué)模型，
[0087] 1)空調(diào)模式，其中只有冰凍機(jī)操作來滿足冷需求；
[0088] 2)制冰模式，其中冰凍機(jī)優(yōu)選地在峰值外時段通過制冰來儲存制冷能力：
[0089] 3)融冰模式，其中蓄冰槽執(zhí)行融冰以滿足冷需求;以及
[0090] 4)融冰&空調(diào)模式，其中將蓄冰槽進(jìn)行的融冰和冰凍機(jī)進(jìn)行的空氣調(diào)節(jié)組合在一 起。
[0091] 也就是說，用于四個操作模式的模型將作為把冷輸出定義為在4個操作模式下的 蓄冰空調(diào)的其輸入的函數(shù)(即，電能或以冰的形式儲存的冷能）。
[0092] 另外，蓄冰槽是蓄冰空調(diào)中的重要設(shè)備，并且可能需要對其進(jìn)行建模以建立準(zhǔn)確 模型。
[0093] 在下文中，可以用13(〇6(0，1)來表示空調(diào)模式;可以用1。(〇6(0，1)來表示制冰 模式;可以用Id(t)e(〇，l)來表示融冰模式;并且將融冰*空調(diào)模式視為融冰模式和空調(diào)模 式的組合，其中如果蓄冰空調(diào)在一個操作模式下操作，則相應(yīng)的變量Ia(t)、Ut)和Id(t)的 值將是1，否則該值將是〇;并且如果Ia(t)和Id(t)兩者的值都是1，則其表示蓄冰空調(diào)在融 冰*空調(diào)模式下操作。接下來，將對四個操作模式下的蓄冰空調(diào)的模型進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0094] II-1.空調(diào)模式：
[0095] 在空調(diào)模式下，冰凍機(jī)將在其額定容量內(nèi)運(yùn)行以提供盡可能多的冷能量。另一方 面，為了獲得較高的效率，冰凍機(jī)可以避免以較低負(fù)荷比運(yùn)行，這意味著可以施加如下約 束：
[0096] Ia(t)Qa-min<Qa(t) <Ia(t)Qa-max, (14)
[0097] 其中，Qa(t)、Qa_min和Qa_max分別表示時間t處的輸出制冷能力、空調(diào)模式下的冰凍機(jī) 的最小和最大制冷能力。Qa_min被定義為例如Qa_max的20%。
[0098]當(dāng)1(〇落在如在（14)中給出的約束內(nèi)時，C0P(性能系數(shù))隨著Qa(t)線性地改變。 因此，可以用曲線擬合法來導(dǎo)出冰凍機(jī)的部分負(fù)荷模型，并且例如可以表示如下：
[0100] 其中，pa(t)是消耗的電功率并且ai(i=l、2)表示對蓄冰空調(diào)的制造商提供的數(shù)據(jù) 的線性擬合的系數(shù)。
[0101] 另外，具有較小容量的標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)器通常被裝配成滿足谷值時段內(nèi)的冷需求，因?yàn)?冰凍機(jī)常常在谷值時段期間在制冰模式下運(yùn)行，并且出于經(jīng)濟(jì)操作的目的并不推薦制冰和 空調(diào)模式同時發(fā)生。因此，還可以獲得以下約束。
[0102] Ia(t)=0,teTvalley. (16)
[0103] II-2 ·