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龙图腾网获悉中国矿业大学申请的专利考虑多能源时间特性匹配的综合能源系统优化调度子模型获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115685750B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-31发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211267003.2，技术领域涉及：G05B13/04；该发明授权考虑多能源时间特性匹配的综合能源系统优化调度子模型是由王晓静;韩丽;于晓娇;喻洪波;王冲设计研发完成，并于2022-10-17向国家知识产权局提交的专利申请。

本考虑多能源时间特性匹配的综合能源系统优化调度子模型在说明书摘要公布了：本发明公开了考虑时间特性和调度周期匹配的时间尺度自适应调度模型。首先确定常见储能装置的响应速度及其容量，然后根据其不同的响应延时时间确定不同时间尺度内发挥作用的储能装置可作为备用的容量，再通过时间尺度自适应子主模型的配合动态调整时间尺度，确定不同时段的调度周期，最终将储能装置作为虚拟备用和机组备用一起，在不同时间周期内承担不同的风电消纳任务，提高综合能源系统调度的可靠性及其应对风电不确定性的能力。

本发明授权考虑多能源时间特性匹配的综合能源系统优化调度子模型在权利要求书中公布了：1.考虑时间特性和调度周期匹配的时间尺度自适应调度模型，其特征在于，包括以下步骤： 1建立各能源系统的响应延时数学模型，并根据响应延时数学模型分析响应延时时间； 2建立风电多步预测子模型； 3建立综合能源系统优化调度子模型； 4同时考虑步骤1-3中建立的多个模型，建立综合能源系统的时间尺度自适应调度模型，并以综合能源系统运行成本为目标验证该调度模型的可行性和优越性； 步骤1的实现过程如下： 1.1：求解热力系统响应延时数学模型，所述热力系统响应延时数学模型包括供热管网延时特性和供热区域热惯性，其中所述供热管网延时特性为： 式中：τi表示热能流经管道i的传输延迟时间，单位为h；ρ为热水的密度，单位是tm3；Li为管道i的长度，单位为m；di为管道i的内径，单位为m；mi为管道i的流量，单位为th； 所述供热区域热惯性为： 式中：k1、k2、k3为系数；Ttroom表示供热区域在t时刻的室内温度，单位为℃；为散热区域内所有散热器在t时刻的总散热量，单位为MW；Tto为t时刻的环境温度；Δt为调度间隔时间；C'为单位供热面积下的热容，单位为GJm2·℃；S为供热区域面积，单位为m；μ为室内热损失系数； 1.2：获取氢储能系统响应延时： 由于氢燃料电池HFC在室温启动至最佳工作状态时，必需经过一个升温过程，所以输出电压及功率也将有一个变化过程，根据能量守恒定律，建立电堆的动态热传输响应延时模型如下： 式中：C为电堆热容；I为电流；Ptotal、Pelec、Qcool、Qloss分别为电堆总功率、电堆输出电功率、单位时间冷却物质带走的热量和单位时间电堆向外辐射的热量；F为法拉第常数；ΔH为氢气的焓值；Vcell为单个燃料电池的电压；hcond、hconv分别表示描述热交换器热传导和对流特性的参数；Tin、Tout分别为冷却物质入口和出口温度；T、Tamb分别电堆温度和环境温度；R为电堆热阻； 通过求解电堆的动态热传输响应延时模型得到氢储能系统响应延时； 采取氢燃料电池HFC的最优温度控制方法，控制功率输出；电堆工作在对应负载电流下的最优温度表示如下： 式中：Ttarget为电堆工作在对应负载电流下的最优温度；Tmin为最小工作温度；Tmax为最高工作温度；Imax为最大电流； 当氢燃料电池HFC启动时，电堆工作温度随时间的关系简化如下式： 式中：D为氢燃料电池动态响应的延迟系数；i是电流密度； 故当负载电流突变时氢燃料电池HFC的输出功率PFC表示为： 式中：N为燃料电池单体数量，V为单电池的输出电压； 1.3：获取碳捕集电厂响应延时时间： 碳捕集电厂的能量时移特性是通过随时增大或减小碳捕集设备能耗，将碳捕集设备变化的能耗用于调节碳捕集电厂净出力，首先，碳捕集电厂数学模型表达如下： 式中：PCON,k,t为t时刻火电机组k的电出力，PCONJ,k,t为火电机组k在t时段的净输出功率；PD,t为碳捕集固定能耗；PY,k,t为火电机组k在t时刻的碳捕集运行能耗；为火电机组k在t时段的CO2处理量；λ为处理单位CO2所需能耗；eg,k为火电机组k的碳排放强度；β为碳捕集效率；η为再生塔和压缩机最大工作状态系数；为火电机组k的最大输出功率；δk,t为火电机组k在t时段的烟气分流比；EG,k,t为火电机组k在t时段的CO2总排放量；ECG,k,t为火电机组k所配的储液罐在t时段的供给CO2量；EGJ,k,t为火电机组k在t时段的CO2净排放量； 由上式可得到火电机组净输出功率和总功率的关系如下： PCONJ,k,t＝1-λδk,tβeg,kPCON,k,t-PD,t-λECG,k,t 根据对碳捕集电厂的研究及分析，碳捕集电厂更快的调节速度与碳捕集设备能源获取方式有关；碳捕集设备可以通过调节抽取蒸汽速率或利用厂用电改变碳捕集设备运行状态，从而改变碳捕集电厂净出力，相比于常规火电厂备用响应需5～10min，碳捕集电厂响应延时时间在5min以内； 所述步骤2的实现过程为： 构建风电功率预测子模型： 式中：t为当前时刻；为t+T时刻的预测值；f为变分模态分解-长短期记忆神经网络预测模型；xt为当前时刻以前包含当前时刻的测量数据； 所述步骤3的实现过程为： 3.1：建立综合能源系统运行成本目标函数C： C＝CCON+CCHP+C+C+CQF+CQFH 式中：C为综合能源系统总成本；CCON为火电机组运行成本、CCHP为热电联产机组CHP运行成本；C为碳交易成本；C为碳捕集设备折旧成本；CQF为弃风惩罚成本；CQFH为切负荷惩罚成本，具体的有： 式中：N1为火电机组数量；N2为热电联产机组CHP数量；ttotal为调度总时段；a、b、c为火电机组k的运行成本系数；α、β、γ、δ、θ、μ为热电机组m的运行成本系数；c为电煤价格；c为碳交易价格；ζQF为弃风惩罚系数；ζQFH为切负荷惩罚系数；PCON,k,t为t时刻火电机组k的电出力；PCHP,m,t为t时刻热电联产机组CHPm的电出力；QCHP,m,t为t时刻热电联产机组CHPm的热出力；Pwind,t为t时刻的风电出力；分别为t时刻的风电出力上下限；E为系统全天总碳排量；λ为火电机组碳配额系数；ω为折旧率；CZJ为除储液罐以外碳捕集设备的总价格；N为除储液罐以外碳捕集设备折旧年限；PCY为单位体积储液罐价格；VCY储液罐体积；NC为储液罐折旧年限； 3.2：在求解综合能源系统运行成本目标函数C的同时满足一系列约束条件： 综合能源系统的功率平衡约束满足电功率平衡和热功率平衡，其中电功率平衡约束满足： 式中：PCONJ,k,t为火电机组k在t时段的净输出功率；PFC,t为氢燃料电池t时刻的功率；PEC,t为制氢设备t时刻的制氢功率；PLD,t为t时刻的电负荷总功率；Pn,t为储电装置储放电功率； 热功率平衡约束满足： 式中：A1为热网拓扑的起点关联矩阵，A2为热网拓扑的终点关联矩阵；和分别是t时刻各管道的流入热量和流出热量构成的向量；Qt是t时刻流入各节点的净热量，热量流入为正，热量流出为负； 常规机组运行约束包括机组出力约束、机组爬坡约束以及热电联产机组CHP的热电耦合约束；其中机组出力约束满足： 式中：PCON为火电机组电功率；PCHP为CHP机组电功率；QCHP为CHP机组热功率；Pwind为风电功率，分别为火电机组电功率的下限、上限；为热电联产机组CHP电功率的下限、上限，；为CHP机组热功率的下限、上限；为风电出力下限、上限，单位均为MW； 火电机组和热电联产机组CHP爬坡约束满足： 式中：分别为火电机组的滑坡、爬坡功率；分别为热电联产机组CHP的滑坡、爬坡功率，单位为MWh；PCON,t为火电机组在t时刻的电功率；PCHP,tCHP机组在t时刻的电功率； 热电联产机组CHP热电耦合约束满足： 式中：Cm为热电联产机组CHPm在背压工况下的热电比；cm为热电联产机组CHPm在最大凝气工况下的热电比；Km为常数； 热能衰减约束满足： 式中：指经过延时τi之后管道i的出口温度；指t时刻管道i的入口温度；Tto为t时刻的环境温度，单位为℃；ε为热网管道单位长度的热转换系数，单位为GJh·m·K；mi,t为管道i在t时刻的流量；c是热水的比热容，单位为GJm2·℃；为延时时段管道i的热量损失，单位为MW； 储放热与管网温度约束满足： 式中：为管道i经延时τi之后的储放热功率，单位为MW；Δt为调度时段时长，单位为h；Vi为管道i的体积，单位为m3； 管道热量与管道内热水温度的关系约束满足： 式中：为t时刻流入管道i的热量，为t时刻流出管道i的热量，单位为MW； 管道中热水的温度满足约束条件： 式中：为供水管道在t时刻的入口、出口温度；分别为其入口、出口温度的上下限；为回水管道在t时刻的入口、出口温度；分别为其入口、出口温度的上下限，温度单位均为℃； 汇流节点流出温度约束满足： ∑moutTout＝∑minTin 式中：mout、min分别为流出和流入混合节点的各管道流量，单位为th；Tin、Tout分别为流入和流出混合节点的各管道温度，单位为℃； 储液罐中提取的CO2量约束满足： 储液罐容量约束满足： 式中：VCA,k,t为火电机组k所配的储液罐在t时段释放CO2所需的溶液体积；MMEA为MEA摩尔质量；为CO2摩尔质量；θ为再生塔所能解析量；μR为溶液浓度；σR为溶液密度；VCFL,k,t为火电机组k在t时段富液罐溶液量；VCPL,k,t为火电机k在t时段贫液罐溶液量；VCR,k为火电机组k配置的储液罐容量；VCFL,k,start为火电机组k的初始富液罐溶液量；VCPL,k,start为火电机组k的初始贫液罐溶液量；VCFL,k,end为火电机组k调度周期结束时的富液罐溶液量；VCPL,k,end为火电机组k调度周期结束时的贫液罐溶液量； 氢储能系统中制氢设备功率约束满足： 0≤PEC,t≤PECN 式中:PEC,t为制氢设备t时刻的制氢功率；PECN为制氢设备的额定功率； 由于氢燃料电池HFC在不同载荷率下的响应时间不同，当氢燃料电池HFC参与制定15min-1h时间尺度的调度计划时约束满足： 0≤PFC,t≤0.5PFCN 当氢燃料电池HFC参与制定1h-4h时间尺度的调度计约束满足： 0≤PFC,t≤PFCN 式中:PFC,t为氢燃料电池t时刻的功率；PFCN为氢燃料电池的额定功率； 氢储能系统存在内部能量耦合环节，包括电解槽与储氢罐耦合部分以及储氢罐与氢燃料电池耦合部分，两个耦合环节约束满足： 式中：EH2,in,t为t时刻存入储氢罐中的氢气量；EH2,out,t为t时刻储氢罐输出的氢气量；PH2,in,t和PH2,out,t为储氢罐t时刻输入、输出功率；ηH2,in和ηH2,out为氢气的输入、输出效率； 储放电指令X的约束满足： 式中：X表示储电装置储放电指令，X＝1表示储电，X＝-1表示放电； 对储放电功率及储电装置容量的约束满足： 式中：和为t时刻储电装置的储、放电指令；和为储电装置储、放电功率；和为单调度时段内可提供的最大、最小储放电功率；En,t、和为储电装置在t时刻的储电容量、最大和最小可用容量；ηchu和ηf为储电装置的充放电效率；所述步骤4的实现过程为： 步骤4.1：建立考虑多储能备用的综合能源系统可用备用模型： 式中：为t时刻火电机组提供的备用；为t时刻CHP机组提供的备用；为t时刻热惯性提供的备用；为t时刻碳捕集设备提供的备用；为t时刻储氢设备和氢燃料电池提供的备用；为t时刻储电装置提供的备用； 步骤4.2：建立时间尺度自适应调度模型： 1选取一段风电原始数据，设置预测步长L＝1、调度时间尺度T＝15min作为初始场景，进行风电功率预测和考虑各储能设备时间特性的综合能源系统优化调度； 2采用原始数据之前的历史数据拟合并指定置信水平，得到风电统计预测误差； 3判断调度结束后系统可提供的可用备用是否足以补偿风电统计预测误差；若系统的可用备用不足，说明15min时间尺度下，风电的预测误差已经过大，此时需要考虑其他在短时间尺度内减小预测误差的方法，预测步数L和时间尺度T不变，动态调整结束；若综合能源系统可用备用足以补偿风电预测误差，说明该尺度下综合能源系统足以应对风电预测误差带来的不利影响；则令L+1且T+15min，从而减小不必要的调度指令发布次数；直到L增加至调度周期内的风电预测误差大于系统的可用备用，动态调整结束； 4进入下一个时间尺度重复上述步骤，直到最后一个时间尺度调整完毕，确定一天的调度周期划分结果，完成一天的日内滚动调度。

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