能源互聯背景下熱電聯供系統的優化調度探究

吳紅波

摘 要：隨著能源的日益枯竭，如何合理利用能源滿足人們的工業生產需求，已成為當前所研究的重點問題。而熱電聯供系統是一種有效的解決途徑，本文將針對能源互聯背景下，熱電聯供系統的優化調度進行分析，提出能源系統集成構架，關鍵要素，分布式電源模型等。

關鍵詞：能源互聯；熱電連供；系統；優化調度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.122

0 前言

建立熱電聯供系統的有關模型，并在其自身運行基礎上，分析熱電聯供系統的優化調度方式，進而滿足熱負荷以及電負荷能源的需求。該系統的主要優點在于，能夠有效緩解電力供需不平衡的現象，并有效提升利用效率，促進能源的供應更加穩定與可靠。

1 熱電聯供系統模型的建立

熱電聯供系統中包含眾多設備，包括太陽能提供能源的蓄電池、光伏電池、大電網等，天然氣提供能源的燃氣內燃機，以及各種輔助設備。電源設備主要包括光伏電池、燃氣內燃機、蓄電池等。光伏電池出力較易受到外部條件的影響，包括環境、溫度等等。光照強度服從Bate分布，概率密度為：

其中，G（t）代表某時刻下的光照強度，Gmax代表最大的光照強度。α，β代表Bate的分布形狀參數[1]。

燃氣內燃機是整個體系的性能觀念，包括燃料量、發電出力、可回收熱量等參數。

蓄電池主要采用KiBaM模型，便于及時反映充放電功率特點，以及剩余容量。最大的充放電功率可表示為：

其中，out所代表的為最大放電功率，in所代表的為最大充電功率。

除此以外，熱電聯供系統還包括輔助設備，如蓄熱槽、熱泵、燃氣鍋爐等。其中，蓄熱槽主要主要與設備的容量、效率、能耗損失等因素息息相關。熱泵的性能則主要以制冷系數來分析，認為其輸出與輸入具有線性之關系。而余熱鍋爐的分析內容為熱量的輸出與輸入之間的關系，分析其線性表達公式。燃氣鍋爐主要功能為加熱液體成蒸汽狀，進而提供熱能。其制熱效率與眾多因素存在關系，利用公式： Hgb= ηgbQfuel_gb來表示。

2 能源互聯背景下熱電聯供系統優化調度分析

（1）優化熱電聯供系統生產成本。該系統內的生產成本主要包括：上游的配電網絡所產生的費用；燃氣鍋爐等輔助設備所產生的費用；微型燃氣輪機、熱交換器以及蓄電池等設備的維修養護費用。根據熱電聯供系統內的熱電負荷不匹配性以及隨機性的特點，分析在不同狀態下，其所產生的成本。進而加以協調，構建最優化的調度系統。

其中，熱電比，以及熱電負荷的計算方法為：

H以及P分別表示微型燃氣輪機的發電、發熱量。熱電負荷比的公式為：，其中，i=1，2，.....24。

根據以上公式，分析熱電協調成本需要在該系統熱電負荷需求基礎上，進行分配。并要求整個熱電聯供系統處在最低的耗能狀態下。

（2）優化算法。傳統的GA算法中，包括繁殖、交叉以及基因突變現象，再選擇最優的算法。這種計算方式十分復雜，且需要較長的時間。因此，采取分層優化以及精英策略分析法，在GA算法基礎上，加以創新。以使得計算過程中，既快速，又能夠規避陷入尷尬的局面。

其中，優化二進制編碼空間：{0，1}L，集合N中包含個體集合。在實踐中可以得出，差異度為0，每一位相異，差異度為1.傳統的遺傳算法難以適應多目標函數，可能帶來各種問題。因此，在傳統函數中引入新的函數，將其改進為F'（xi） = d（i，j） F（xi）[2]。

分層優化中，可將底層分為獨立的若干個種群，并分別采用精英算法，優化幾代，分別獨立，并在總體上進行搜索。這種算法可有效避免陷入早熟收斂狀態，提升準確率。在頂層的種群中，將底層最優的若干個種群進行集合，再利用精英策略，在局部內進行搜索。這種搜索方式能夠有效保障速度，并提升搜索效率。

（3）結果探討。熱儲能裝置中，設備自身的耗能十分高，并表現出高損失現象。由于設備管網都具有一定的存儲特熱能力，且對自身周圍環境具有較強的適應性。在設備自身熱慣性以及對周圍熱能不敏感的角度來看，電熱可靠性方面具有較大差異特點。即，電能不平衡時，可能造成電網崩潰，熱能在滿足指標時，可適當產生不平衡現象。

在實踐中得出，能源利用效率得以滿足的前提下，熱能的可靠性越低，電網運行成本也就越低。當實時電價低于熱電聯供系統的成本時，該系統則僅滿足熱能的需求，進而減少燃料成本。若電價表現出較高的狀態時，該系統則應出力高于熱能可靠性需求。在熱電聯供系統的運行過程中得出，當電能出力高于原可靠性時，多余的電能售出將獲得較高的收益。但由于額外的熱力輸出可能造成浪費，因此應在熱電聯供系統中合理進行規劃，以實現供熱發揮出最大效益。

3 不足與展望

本文在試驗基礎上，得出了電熱聯供系統能夠降低運行成本，且提升能源利用效率的根本理論。且在該系統內，其能夠合理分析電熱發力關系，協調電熱調度。充分發揮其在熱電聯供中的經濟優勢，降低能源利用效率。在本文中，充分考慮了電熱聯供系統的固有特點，并完善的分析了模型，力求能夠降低成本，合理引導電熱規劃方式。但由于系統的差異，供熱時刻差異，以及其他因素的不同。本文僅能夠提供一種思路，未能詳細的闡述所有想法。因此，將進一步結合具體情況，道出更為詳盡的、精確的分析研究文獻。

與此同時，熱電聯供系統中應加入孤島型微電網研究內容，將兩大系統充分結合，以實現優勢互補，缺點協調，為能源互聯提供新的思路與想法，促進其發展。

4 結論

綜上所述，本文主要對熱電聯供系統優化調度進行了分析，在建立模型的基礎上，利用公式得出其最優的調度方案。充分考慮的優化目標，以及約束條件，將調度問題轉化為現實問題。并在原有GA計算方法基礎上，引進新的算法，選取最為合適的函數計算公式，以提高計算結果的準確性。為熱電聯供系統的最優化調度提供參考與建議。

參考文獻：

[1]陳鴻亮.面向大型園區供能的冷熱電聯供型微網優化調度研究[D].南京理工大學，2017.

[2]薛海龍.含可再生能源的熱電聯供型微網經濟協調的多目標優化調度方法[J].電氣應用，2015，34（11）：114-119.