(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211140985.9 (22)申请日 2022.09.20 (71)申请人 南京电力设计 研究院有限公司 地址 210039 江苏省南京市雨 花台区龙飞 路16号 (72)发明人 刘江涛　延巧娜　卫茹　孔维君　 程孟晗　高海洋　吴宁　刘籍蔚　 谭劼　赵旻　 (74)专利代理 机构 上海交达专利事务所 31201 专利代理师 王毓理　王锡麟 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 计及碳捕集设备加装的低碳综合能源系统 仿真及配 置方法 (57)摘要 一种计及碳捕集设备加装的低碳综合能源 系统仿真及配置方法， 通过构建包含碳捕集电厂 模型、 P2G设备模型、 光伏模型、 燃气轮机模型、 余 热锅炉模型、 燃气锅炉模 型、 电锅炉模型、 地源热 泵模型、 储能设备模型、 电力网络模型、 热力网络 模型的考虑碳捕集加装的综合能源系统耦合模 型以及考虑碳捕集加装的城市区域综合能源系 统经济调度模型， 然后选 择修正后的IEEE33节点 配电网与六节点热力网构成的区域电热综合能 源系统， 基于matlab平台， 通过yalmip和gurobi 求解器进行仿真求解， 最后根据求解结果分析综 合能源系统的配置阶段并得到最优配置方案， 实 现电‑热多能互补综合能源系统的运行和配置的 优化。 权利要求书4页 说明书8页 附图3页 CN 115455709 A 2022.12.09 CN 115455709 A 1.一种计及碳捕集设备加装的低碳综合能源系统仿真及配置方法， 其特征在于， 通过 构建包含碳捕集电厂模型、 P2G设备模型、 光伏模型、 燃气轮机模型、 余热锅炉模型、 燃气锅 炉模型、 电锅炉模 型、 地源热泵模型、 储能设备模 型、 电力网络模型、 热力网络模 型的考虑碳 捕集加装的综合能源系统耦合模型以及考虑碳捕集加装的城市区域综合能源系统经济调 度模型， 然后选择修正后的IEEE33节点配电网与六节 点热力网构成的区域电热综合能源系 统， 基于matlab平台， 通过yalmip和gurobi求解器进行仿真求解， 最后根据求解结果分析综 合能源系统的配置阶段并得到最优配置方案； 所述的考虑碳捕集加装的综合能源系统经济调度模型包括： 火电机组运行成本、 燃气 机组运行成本、 二氧化碳相关成本和新能源弃置成本目标函数以及电网运行约热网运行约 束和设备约束。 2.根据权利要求1所述的计及碳捕集设备加装的低碳综合能源系统仿真及配置方法， 其特征是， 所述的碳捕集电厂模 型配置有烟气旁路系统、 贫液富液存储单元、 再生塔和压缩 机， 碳捕集电厂模型为Phd， r， t＝Phd， t‑Ploss， t， 其中： Phd， r， t为火电机组加装碳捕 集设备后实际 输出， Phd， t为火电机组t 时刻实际发电功率， Ploss， t为t时刻碳捕集系统电能损耗功率， 其运 行环节包括： 烟气吸收环节和再生和压缩环节， 因此碳捕集系统电能损耗功率 其中： Mr， t＝Mhd， t‑Min， t， a1、 a2、 a3为耗电系数， Mr， t为火电 机组实际碳排放量， 火电机组在烟气吸收环节t时刻碳排放强度Mhd， t＝γhdPhd， t， Min， t＝α yqMhd， t， Min， t为t时刻进入富液吸收塔的量； γhd为火电机组碳排放比例， αyq为碳捕集设备吸 收比例； 贫富液存储器再生和压缩环节t时刻中的碳含量Ml， t＝ML， t‑1+Min， t‑Mout， t， Mout， t为t时刻从贫富液存储器进入 再生塔的碳量， 为t时刻系统压缩的 碳量； 该碳捕集电厂模型的输入为火电机组发电功率Phd， t， 输出为碳捕集电厂实际电功率 输出Phd， r， t， 碳捕集量 和实际碳 排放量Mr， t； 所述的P2G设备运行模型具体为： 电解水制氢气体积 甲烷化二氧化碳加氢 气制天然气体积 其中： PP2H为电解水耗电量， ηp2h为能源转换效 率， 为氢气的热值， 为氢气产量， 为天然气产量， ηh2g为甲烷化的效率取0.75， 为二氧化碳消 耗量； 该P2G设备运行模型的输入为电解水耗电量PP2H， 输出为氢气产量 所述的光伏模型为Ppv， t＝ηpv， tPpv， p， t， 其中： Ppv， t为光伏实际上网功率， ηpv， t为光伏消纳 率， Ppv， p， t为光伏实际发电量； 该光伏模型的输入为光伏实际发电量Ppv， p， t， 输出为光伏实际 上网功率Ppv， t。 3.根据权利要求1所述的计及碳捕集设备加装的低碳综合能源系统仿真及配置方法， 其特征是， 所述的燃气轮机模型为PGT， t＝ηGTLNGVGT， t， 其中： ηGT为燃气轮机发 电效率， LNG为天然气热值， VGT， t为燃气轮机t时刻 每小时消耗的天然气 量， PGT， t为燃气轮机t 时刻的发电功率， ηr为余热回收效率， QGB， t为t时刻燃气轮机排气余 热回收量； 该燃气轮机模 型的输入为燃气轮机消耗的天然气量VGT， t， 输出为燃气轮机时刻的发电功率PGT， t；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115455709 A 2所述的余热锅炉模型为QWH， t＝ηWHQGB， t， 其中： ηWH为余热锅炉集热效率， QGB， t为吸收的余 热， QWH， t为余热锅炉输出功率； 该余热锅炉模型的输入为吸收的余热QGB， t， 输出为余热锅炉 功率QWH， t； 所述的燃气锅炉模型为QGB， t＝VGB， tηGBLNG， 其中： QGB， t为t时刻燃气锅炉产生的热量， ηGB 为燃气轮机发电效率， LNG为天然气热值， VGB， t为燃气轮机t时刻内每小时消耗的天然气量； 该燃气锅炉模型的输入为燃气轮机消耗的天然气量VGB， t， 输出为燃气锅炉产生的热量 QGB， t； 所述的电锅炉模型为Qgd， t＝ ηgdPgd， t， 其中： Qgd， t为t时刻电锅炉产生的热量， ηgd为电锅炉 产热效率， Pgd， t为t时刻电锅炉耗电量； 该电锅炉模型的输入为电锅炉耗电量Pgd， t， 输出为电 锅炉产生的热量 Qgd， t。 4.根据权利要求1所述的计及碳捕集设备加装的低碳综合能源系统仿真及配置方法， 其特征是， 所述的地源热泵模型为Qrb， t＝ηrbPrb， t， 其中： Qrb， t为t时刻地源热泵产生的热量， ηrb为地源热泵产热效率， Prb， t为t时刻地源 热泵耗电量； 该地源 热泵模型的输入为地源 热泵 耗电量Prb， t， 输出为地源热泵产生的热量 Qrb， t； 所述的电力网络模型， 针对配网中闭环设计、 开环运行的现状， 选用辐射状配电网线性 化潮流模型描述综合能源系统中的电力网络， 同时忽略支路损耗； 简化后的支路潮流等式 为Phj＝∑i→hPih‑Ph， Qhj＝∑i→hQih‑Qh， 其中： Phj和Qhj分别为从节点h到 节点j流过的有功和无功功率； Ph和Qh分别为流向节点h负荷的有功和无功功率； Rih和Xih分 别为支路ih的电阻和电抗； Vh和Vi分别为节点h和节点 i的电压幅值； 所述的热水网络设计热力网络包括一 次热网和二 次热网， 存在动态延时特性和储能特 性， 采用质调节的方法建模， 即不改变热网中热水的质量流率， 仅调节水温， 同时计及回流 管道热损； 一次热网由具有供 热设备的换 热站提供 热量， 热用户通过二次热网获得 热量。 5.根据权利要求1所述的计及碳捕集设备加装的低碳综合能源系统仿真及配置方法， 其特征是， 所述的目标函数包括： 火电机组运行成本、 燃气 机组运行成本、 碳相关成本、 新能 源弃置成本的目标函数， 具体包括： 1)火电机组运行成本目标函数， 其中： T为调度周期， Ce0， ， t为启动成本， Cet， t为碳捕集设备加装成本， 折算到每日运行， f(Pe， t)为发电成本函数， Pe， t是发电功率， ae、 be和ce为火电机组的成本系数； 2)燃气机组运行成本目标函数， Cg＝∑t∈Tpg， tVg， t， 其中： pg， t为天然气价格； Vg， t为燃气 机组天然气耗气量之和； 3)二氧化碳相关成本目标函数， 包括系统化石燃料机组的碳交易成本、 P2G设备的购碳 成本和储碳设备的储碳成本Ccur＝∑t∈Tpcur， tδtPre， t， 其中： pc1， t为机组碳交易价格， μe为火电 机组碳排放强度， μg为燃气机组碳排放强度， pc2， t为P2G设备购碳价格， Cp2g， t为P2G购碳量， ps， t碳存储价格， 为碳储存量； 4)新能源弃置成本目标函数， Ccur＝∑t∈Tpcur， tδtPre， t， 其中： pcur， t为弃置惩罚系数， δt为 弃置率， Pre， t为可用有功出力。 6.根据权利要求1所述的计及碳捕集设备加装的低碳综合能源系统仿真及配置方法，权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115455709 A 3