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申请/专利权人：东南大学

摘要：本发明公开了一种风光火储耦合碳捕集利用系统的随机优化调度方法，包括：S10建立基于机会约束规划的风光火储耦合碳捕集利用系统的随机优化调度模型；S20基于S10建立的随机优化调度模型，利用拉丁超立方抽样和K‑means聚类方法对场景进行生成和缩减，基于场景采样方法将不确定性优化问题转化成确定的混合整数线性规划问题，再进行线性规划问题求解，得到风光火储耦合碳捕集利用系统中的各设备在每个时刻的状态出力；S30根据S20获得的各设备在每个时刻的状态出力，对各设备工作进行控制。该方法实现风光火储耦合碳捕集利用系统中各能量转换设备的协同配合，实现可再生能源的就地消纳，实现能源系统的低碳排放。

主权项：1.一种风光火储耦合碳捕集利用系统的随机优化调度方法，其特征在于：所述方法包括：S10基于以运行总成本最小为目标，考虑风光出力和负荷的不确定性，建立基于机会约束规划的风光火储耦合碳捕集利用系统的随机优化调度模型；S20基于步骤S10建立的随机优化调度模型，利用拉丁超立方抽样和K-means聚类方法对场景进行生成和缩减，基于场景采样方法将不确定性优化问题转化成确定的混合整数线性规划问题，再进行线性规划问题求解，得到风光火储耦合碳捕集利用系统中的各设备在每个时刻的状态出力；S30根据步骤S20获得的各设备在每个时刻的状态出力，对各设备工作进行控制；所述步骤S10中，运行总成本包括燃料成本、设备维护成本、碳排放惩罚成本和功率不平衡惩罚成本，如式1所示： 式1中，Mope为运行总成本，单位为元；Mfuel为燃料成本，单位为元；Mmaintenance为设备维护成本，单位为元；为碳排放惩罚成本，单位为元；Mimbalance为功率不平衡惩罚成本，单位为元；所述燃料成本满足式2： 式2中，为生物质的价格系数，单位为元吨；为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时段所消耗的燃料量，单位为kgs；ε为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组的掺烧率，单位为％；为煤炭的价格系数，单位为元吨；为天然气的价格系数，单位为元吨；为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时段所消耗的燃料量，单位为kgs；为t时刻化学反应生成的甲烷流量，单位为kgs；所述设备维护成本如式3所示： 式3中，CM，cbcfbt为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组的维修费用，单位为元MW；CM，bio为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组掺烧生物质的额外维修费用，单位为元MW；ε为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组的掺烧率，单位为％；为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时刻的对外输出电功率，单位为MW；σcbcfbt为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组的热电比，单位为％；为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时刻的的对外输出热功率，单位为MW；为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组的碳捕集系统维修费用，单位为元吨；为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时刻的的二氧化碳捕集量，单位为kgs；CM，ngcc为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组的维修费用，单位为元MW；为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时刻的对外输出电功率，单位为MW；σngcc为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组的热电比，单位为％；为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时刻的的对外输出热功率，单位为MW；为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组的碳捕集系统维修费用，单位为元吨；为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时刻的二氧化碳捕集量，单位为kgs；CM，W为风力发电的维护费用，单位为元MW；PWind,t为风力发电机组在t时段发电功率，单位为MW；CM，P为光伏发电的维护费用，单位为元MW；PPV,t为光伏发电机组在t时段发电功率，单位为MW；CM，BESS为电池储能设备充放电出力的维护费用，单位为元MW；为电池储能设备在t时段的充电出力，单位为MW；为电池储能设备在t时段的放电出力，单位为MW；CM，EB为电转热设备出力单元的维护费用，单位为元MW；为电转热设备在t时段的输出热功率，单位为MW；为电解水制氢的单位维护费用，单位为元吨；为电解水制氢设备在t时段H2的生产量，单位为kgs；为电转气设备的单位维护费用，单位为元吨；为t时刻化学反应生成的甲烷流量，单位为kgs；所述碳排放惩罚成本满足式4所示： 式4中，为能源系统CO2排放的罚款系数，即碳税，单位为元吨；为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时段CO2排放量，单位为kgs；为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时段CO2排放量，单位为kgs；为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时段生物质CO2吸收量，单位为kgs；所述功率不平衡惩罚成本满足式5： 式5中，Cimbalance为能源系统功率不平衡的罚款系数，单位为元MW，Pimbalance,t为能源系统在t时段功率不平衡量，单位为MW；所述步骤S10中，约束条件包括功率平衡约束与机组运行约束；所述功率平衡约束如式6和式7所示：电功率平衡约束如式6所示： 式6中，Pload,t为用户在t时段所需的电负荷，单位为MW；为电解水制氢设备在t时段的实际耗能，单位为MWh；为电池储能设备在t时段的充电出力，单位为MW；PiEB为电锅炉在t时段的耗电量，单位为MW；为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时段压缩CO2所消耗电量，单位为MW；为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时段压缩CO2所消耗电量，单位为MW；PWind,t为风力发电机组在t时段发电功率，单位为MW；PPV,t为光伏发电机组在t时段发电功率，单位为MW；为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时段对外输出电功率，单位为MW；为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时段对外输出电功率，单位为MW；为电池储能设备在t时段的放电出力，单位为MW；热功率平衡约束如式7所示： 式7中，Hload,t为用户在t时段所需的热负荷，单位为MW；为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时段对外输出热功率，单位为MW；为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时段对外输出热功率，单位为MW；为电锅炉在t时段的产热功率，单位为MW；所述机组运行约束如式8至式16所示：所述生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组运行约束如式8所示： 式8中，y2cbcfbt为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在第二运行工况下的对外输出电功率，单位为MW；y3cbcfbt为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在第三运行工况下的对外输出电功率，单位为MW；x3cbcfbt为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组第三运行工况下的抽汽流量，单位为kgs；为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组碳捕集系统在t时刻的抽汽流量，单位为kgs；为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时刻供热所需的抽汽流量，单位为kgs；为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时刻对外输出电功率，单位为MW；y4cbcfbt为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组第四运行工况下的对外输出电功率，单位为MW；x4cbcfbt为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组第四运行工况下的抽汽流量，单位为kgs；y1cbcfbt为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组第一运行工况下的对外输出电功率，单位为MW；第一个工况点表示无抽汽下汽机最大连续出力工况点；第二工况点表示无抽汽下50％热耗保证工况点；第三工况点表示最大抽汽下汽机最大连续出力工况点；第四工况点表示最大抽汽下50％热耗保证工况点；碳捕集系统捕集率约束如式9所示： 式9中，为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组碳捕集率下限；为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时段的碳捕集率，单位为％；为生物质与煤混燃热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组碳捕集率上限；所述天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组运行约束如式10所示 式10中，y2ngcc为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在第二运行工况下的对外输出电功率，单位为MW；y3ngcc为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在第三运行工况下的对外输出电功率，单位为MW；x3ngcc为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组第三运行工况下的抽汽流量，单位为kgs；为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组碳捕集系统在t时刻的抽汽流量，单位为kgs；为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时刻供热所需的抽汽流量，单位为kgs；为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时刻对外输出电功率，单位为MW；y4ngcc为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组第四运行工况下的对外输出电功率，单位为MW；x4ngcc为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组第四运行工况下的抽汽流量，单位为kgs；y1ngcc为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组第一运行工况下的对外输出电功率，单位为MW；第一个工况点表示无抽汽下汽机最大连续出力工况点；第二工况点表示无抽汽下50％热耗保证工况点；第三工况点表示最大抽汽下汽机最大连续出力工况点；第四工况点表示最大抽汽下50％热耗保证工况点；碳捕集系统捕集率约束如式11所示： 式11中，为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组碳捕集率下限；为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组在t时段的碳捕集率，单位为％；为天然气联合循环热电联产耦合化学吸收燃烧后碳捕集机组碳捕集率上限；所述电解水设备约束如式12所示： 式12中，为电解水设备能耗下限，为电解水设备能耗上限；为电解水制氢设备在t时段的实际耗能，单位为MW；所述电转热设备约束如式13所示： 式13中，为电转热设备能耗下限，为电转热设备能耗上限，PtEB为电锅炉在t时段的耗电量，单位为MW；所述电池储能设备约束如式14至式16所示：储电容量约束如式14所示： 式14中，为储电容量下限，为储电容量上限，为电池储能设备在t时刻的容量，单位为MWh；充放电功率约束如式15所示： 式15中，为充电功率下限，为电池储能设备在t时段的充电出力，单位为MW，为充电功率上限；为放电功率下限，为电池储能设备在t时段的放电出力，单位为MW，为放电功率上限；uc,t为电池储能设备充电状态，为0-1变量；ud,t为电池储能设备放电状态，为0-1变量；能量状态约束如式16所示：SBESS0＝SBESST式16式16表示储电容量在初始时刻和调度周期最后时刻保持一致，确保下一个调度周期的使用；SBESS0表示初始时刻电池储能设备的储电容量；SBESST表示调度周期最后时刻的储电容量。

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