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申请/专利权人：中国矿业大学

摘要：本发明公开了一种资源动态演化下的煤矿多能源站架构的优化运行方法，资源动态演化下的煤矿多能源站架构包括中小负荷产消型能源站、大负荷产消型能源站、能源生产型能源站以及互联电力线路；优化运行方法包括：分别建立中小负荷产消型能源站、大负荷产消型能源站和能源生产型能源站的站内运行负荷模型；基于站内运行负荷模型，确定已知参数和决策变量，构建约束关系；构建煤矿多能源站互联优化运行目标函数，并进行计算求解，获得最小用能成本。本发明能够实现多个煤矿开采矿区之间能源资源梯级化利用和协同供给，提高煤矿能源多场景运行的经济性和可再生能源的消纳水平，可为煤矿多能源站互联高效经济生产运行提供理论依据和数据支持。

主权项：1.一种资源动态演化下的煤矿多能源站架构的优化运行方法，其特征在于，资源动态演化下的煤矿多能源站架构包括针对初期开采阶段煤矿的中小负荷产消型能源站、针对持续开采阶段煤矿的大负荷产消型能源站、针对废弃阶段煤矿的能源生产型能源站以及各能源站间的互联电力线路；资源动态演化下的煤矿多能源站架构优化运行方法具体包括以下步骤：Step1.基于资源动态演化下的煤矿多能源站架构，分别建立中小负荷产消型能源站、大负荷产消型能源站和能源生产型能源站的站内运行负荷模型；中小负荷产消型能源站和大负荷产消型能源站的站内运行负荷模型包括采煤设备负荷模型、掘进设备负荷模型、输送机负荷模型、排水泵负荷模型、地面水仓负荷模型、通风机负荷模型、冬季井口防冻负荷模型、空调机组负荷模型、吸收式制冷机负荷模型、水源热泵机组负荷模型、乏风源热泵负荷模型；能源生产型能源站包括井下抽水蓄能机组负荷模型以及地面光伏电站负荷模型；Step2.基于站内运行负荷模型，确定已知参数和决策变量，构建约束关系；能源站联合运行电功率平衡约束表示如下： 式中：为t时刻第i个能源站与外电网交互的电功率，单位kW；为t时刻第i个能源站内k类发电设备的发电功率单位kW；Pi-j,t为t时刻能源站i与能源站j交互的电功率，单位kW；为t时刻第i个能源站内部z类用能负荷电功率，单位kW；约束关系还包括发电部分的约束、制热和制冷部分的约束、设备运行功率的约束、排水系统的约束、排水泵排水流量的约束、检修期的状态约束、通风系统的约束、地面水仓的约束、地下抽水蓄能机组的约束、站内热冷功率平衡的约束，具体如下：发电部分的约束表示如下：0≤Pi,t≤Pi,max式中：Pi,t为在t时刻第i类发电设备的发电功率，单位kW；Pi,max为第i类发电设备的最大发电功率，单位kW；制热和制冷部分的约束表示如下：0≤Hi,t≤Hi,max0≤Ci,t≤Ci,max式中：Hi,t为在t时刻第i类制热设备的制热功率，单位kW；Hi,max为第i类制热设备的最大制热功率，单位kW；Ci,t为在t时刻第i类制冷设备的制冷功率，单位kW；Ci,max为第i类制冷设备的最大制冷功率，单位kW；设备运行功率约束表示如下：0≤Pk,t≤Pk,max式中：Pk,t为在t时刻第k类设备的运行功率，单位kW；Pk,max为第k类设备的最大运行功率，单位kW；排水系统约束表示如下：Vc＝8Q,Q≤1000Vc＝2Q+3000，Q＞1000VK≥0.5V式中：Vc为水仓容量，单位m3；VK为水仓空仓容量，单位m3；Q为煤矿平均涌水量，单位m3h；8和2分别表示8小时和2小时；排水泵排水流量约束表示如下： 式中：Q为煤矿平均涌水量，单位m3h；WG、WB、WJ分别为工作水泵、备用水泵和检修水泵的流量，单位为m3h；当处于检修期时，只启动检修水泵，约束表示为：Uz+1,tPz,max-Pz,t＝0式中：Uz+1,t为t时刻后一类型水泵的运行状态，为0-1变量；Pz,max为前一类型水泵最大运行功率，单位kW；Pz,t为前一类型水泵在t时刻的运行功率，单位kW；检修期的状态约束表示如下： 式中：UG,t、UB,t、UJ,t分别为工作水泵、备用水泵和检修水泵的运行状态，为0-1变量；通风系统约束表示如下：Qf,min≤Qf,t≤Qf,max式中：Qf,min、Qf,max分别为最小、最大通风量，单位m3h；Qf,t为在t时刻通风机的进风量，单位m3h；地面水仓约束表示如下：0≤Vdm,t≤Vdm,max式中：Vdm,t为t时刻地面水仓储水量，单位m3；Vdm,max为水仓最大储水量，单位m3；地下抽水蓄能机组约束表示如下： 式中：Pc,max、Pdisc,max分别为涌水蓄能机组充电最大功率和放电最大功率，单位kW；EPH,max为涌水蓄能机组最大储电量，单位kWh；EPH,t为机组t时刻的储电量，单位kWh；站内热冷功率平衡约束表示如下： 式中：为t时刻第i个能源站内k类制热设备的制热功率，单位kW；为t时刻第i个能源站内部z类热负荷功率，单位kW；为t时刻第i个能源站内k类制冷设备的制冷功率，单位kW；为t时刻第i个能源站内部z类冷负荷功率，单位kW；Step3.构建煤矿多能源站互联优化运行目标函数，并利用Gurobi求解器进行计算求解，获得最小用能成本；煤矿多能源站互联优化运行目标函数表示如下：minF＝F1+F2+F3 式中：F为总运行成本，单位元；F1、F2、F3分别为系统外购能成本、系统能源交互运维成本和可再生能源电站弃光惩罚成本，单位元；Cgrid,t为t时刻电网电价，单位元kWh；Pgrid,t为t时段内外购电量，单位kWh；Cntrgas为外购天然气价格，单位元m3；Vntrgas,t为t时段内外购天然气量，单位为m3；Cline为能源交互线路单位运维成本，单位元m；Li为第i条能源交互线路长度，单位m；Pi,t为第i条能源交互线路传输功率，单位kW；Cl为弃光单位惩罚成本，单位元kWh；Pl,t为t时段内总弃光电量，单位kWh。

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