基于内点法的CCHP系统经济运行研究_李金霞

图1
燃气内燃机 CCHP 系统基本配置图
对系统进行如下的假设： （ 1 ） 忽略系统供电线路及变压器损耗； （ 2 ） 假定系统运行在标准工况下， 即忽略温 度、 压力损失等对内燃机和吸收式冷温水机组运 行特性的影响； （ 3 ） 分析中不考虑余热的品味问题，将内燃 机缸套水余热与烟气余热的总热量直接作为可利 用余热； （ 4 ） 若系统输出的可用热量 （ 冷量 ） 高于建 筑热（ 冷） 负荷， 多余热量直接通过换热器排至外 部环境。 下面以 CCHP 系统制冷期优化运行为例， 结 合各个设备的热电特性函数， 建立系统经济运行 优化模型。供暖期的优化模型分析过程与之相类 似， 因此只给出最后的优化模型， 不再赘述分析过 程。 1． 2 目标函数 采用系统日运行费用最小作为目标函数
24 k k k f = min∑ （ c k g · P grid + c r · V fuel ） k =1 k Vk fuel = 3 ． 6 · Q fuel / LHV
（ 1）
式中
P grid — — —CCHP 并网联络线的交换功率， kW； cg — — —购电价格， 元 / kW·h； V fuel — — —单位时间内的燃气耗气量， Nm3 / h；
第 42 卷 第 2 期 2014 年 2 月
Vol． 42 No． 2 Feb． 2014
基于内点法的 CCHP 系统经济运行研究
1 1 1 1 2 李金霞 ， 郑竞宏 ， 朱守真 ， 沈欣炜 ， 李庆生 ， 农 2 静 ， 张
裕
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（ 1． 电力系统国家重点实验室， 北京 100084 ； 2． 贵州电网公司电网规划研究中心， 贵阳 550002 ） 清华大学 电机系， 摘 要： 针对以燃气内燃机与吸收式冷温水机组为核心的冷热电三联供系统， 提出了一种并网不上网情况下
发出的电能可以送给电网， 相当于向电网售电， 而 并网不上网运行模式是指 CCHP 系统发电功率永 CCHP 系统不允许向电 远小于或等于用电负荷， 网送电。 CCHP 系统可以有 在一定的冷热电负荷下， 多种配置方式及运行策略， 运行策略的选择直接 影响系统的经济性， 从而影响对系统配置方案的
李金霞， 等
冷热电三联供（ Combined Cooling Heating and Power， 缩写为 CCHP） ， 是指以天然气为主要燃料 带动燃气轮机、 微燃机或内燃机等燃气发电设备 运行， 产生的电力供应用户的电力需求 ， 系统发电 后排出的余热通过余热回收利用设备向用户供 热、 供冷。CCHP 系统通常有上网发电和并网不 上网两种运行模式。上网发电模式是指 CCHP 多
，的经济性及节能性 ［13 ］ 进行对比分析 ， 也有文献对不同类型的建筑提 出不同的优化配置方案及相应的优化运行策 ［13 ］ 略 。但是大部分文献都是研究 CCHP 系统内 部的发电设备与制冷 / 制热设备之间的配合问题， CCHP 系统 而没有考虑当原系统中有电空调时， 6， 7］ 与电空调之间的配合问题。 仅文献［ 中针对 微燃机构成的 CCHP 系统进行优化运行时考虑了 电制冷机与吸收式制冷机之间的配合问题 。文献 ［ 6］ 中主要是研究了微燃机机组发电容量、 燃气 价格和上网发电价格对系统经济运行以及年运行 7］则是着重研究上网发电的 费用的影响， 文献［ 微燃机冷电联供系统的优化运行， 该文中吸收式 制冷机的制冷量需根据典型制冷机运行特性表通 过查表的方式得到， 因此该优化问题是一个带有 离散变量的非线性规划问题。该种优化方法造成 优化问题的可行点均是离散点， 系统只能在这些 离散的可行点中寻找相对的最优解 。若以设备的 特性函数代替离散的运行值， 则不仅可以简化优 化模型， 将带有离散变量的非线性规划问题转换 为一般的非线性规划问题， 而且更符合系统的实 际运行情况。同时该研究中 CCHP 系统采取的是 上网发电模式， 其运行策略并不适用于并网不上 网的 CCHP 系统。 针对以上所述研究现状， 本文首先在分析联 供系统相关设备及电空调的运行特性并得到相应 的特性函数的基础上， 考虑联供系统与电空调的 配合问题， 以系统日运行费用最低为优化运行目 标建立并网不上网 CCHP 系统经济运行优化模 型。然后以贵州某实际建筑物为研究对象， 在不 CCHP ， 允许 系统向电网送电的情况下 选取典型 月份的冷 / 热、 电负荷预测数据， 利用路径跟踪内 点法进行优化计算， 并对部分优化结果进行调整， 最终得到按照经济最优原则制定的燃气内燃机发 电计划及电空调运行计划。
基于内点法的 CCHP 系统经济运行研究
0425
必须根据用 评价。为了使系统更加经济地运行， 户的负荷情况及设备配置情况进行运行策略的优 化。 机
［812 ］
1
1． 1
优化模型
燃气内燃机 CCHP 系统 CCHP 系统 的 主 要 技 术 设 备 一 般 包 括 主 机
、 目前已有很多文献对于燃气轮机 内燃 等不同发电设备组成的 CCHP 系统优化配
Economic Operation Ｒesearch of CCHP System Based on Interior Point Method
LI Jinxia1 ，ZHENG Jinghong1 ，ZHU Shouzhen1 ，SHEN Xinwei1 ，LI Qingsheng2 ，NONG Jing2 ，ZHANG Yu2 （ 1． State Key Lab of Power System，Department of Electrical Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084 ，China； 2． Power Grid Planning Ｒesearch Center，Guizhou Power Grid Corporation，Guiyang 550002 ，China） Abstract： For a combined cooling heating and power （ CCHP ） system which mainly consists of internal combustion engine and absorption chillerheater，an economic operation optimization model used for the gridconnected operation mode without power injection is proposed in this paper． The coordination problem between the CCHP and the electric air conditioners is considered in the model． The minimal operation cost of the system meeting the load demand of cooling，heating and power is taken as the optimizing function． The constraints are established based on the analysis of the thermoelectric property of relevant equipment and the corresponding characteristic functions． The path tracking interior point method is used to solve the optimization problem to obtain the optimal operation scheme of the CCHP system． In the case study，a building in Guizhou province was selected as the research subject． According to the load forecasting data of cooling，heating and power of typical months of the building，the proposed optimization method based on the interior point method was applied to gain the generation schemes of the internal combustion engine and operation programs of the electric air conditioners． The results verify the feasibility of the proposed optimization method for economic operation of the CCHP system． Key words： interior point method； internal combustion engine； combined cooling heating and power； economic operation； gridconnected without power injection Foundation items： The National Basic Ｒesearch Program of China （ 2013CB228203 ）
［17 ］
置方案及运行策略进行了研究， 主要侧重于研究 ［26 ］ CCHP 系统的最优配置 及燃气价格、 电价等对 CCHP 系统运行策略的影响
［2 ， 6， 810 ， 12 ， 13 ］
（ 即燃气发电动力装置 ） ， 余热利用装置 （ 如烟气 型或热水型吸收式冷温水机组、 余热锅炉等 ） 和 其他辅助制冷、 制热设备等。 常用内燃机 CCHP 系统的基本组成如图 1 所 示。因为本文主要考虑的因素是联供系统与电空 调之间的匹配问题， 因此图中标出了电空调， 而其 / 。 他辅助制冷 制热设备未考虑