电 力 自 动 化 设 备
第 39 卷
定功率；
V
c
、
V
r
、
V
f
分别为风机的切入风速、额定风速
和切出风速。
1.2.2 能源转换部分
能源转换部分通过调度 CHP 机组、热泵、燃气
锅炉的出力将能源供给部分输入的电、气转换成电、
热输出，可通过式（6）表示。
C
tran
=
é
ë
ê
ê
ê
ê
1- λ
1
λ
1
η
h
HP
0
μ
1
η
e
CHP
μ
1
η
h
CHP
+μ
2
η
h
GB
1-( μ
1
+μ
2
)
ù
û
ú
ú
ú
ú
（6）
其中，
C
tran
为能源转换部分的转换矩阵；
λ
1
为热泵消
耗电能占电能供给部分的比例；
μ
1
、
μ
2
分别为 CHP
机组、燃气锅炉消耗天然气占天然气供给部分的比
例。其中 CHP 机组、热泵、燃气锅炉具体能量关系和
转换效率参数定义可参见文献［15］，这里不再赘述。
1.2.3 能源存储部分
能源存储部分与负荷直接相连，可以当作对输
出（负荷）端的修正：
L
out
=L
load
-P
store
（7）
L
out
=
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
L
e
load
L
h
load
L
g
load
-
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
P
e
dch
-P
e
ch
P
h
dch
-P
h
ch
0
（8）
其中，
L
out
、
L
load
分别为能源存储部分的输出矩阵和负
荷矩阵；
L
e
load
、
L
h
load
、
L
g
load
分别为电、热、气负荷（本文所
研究模型中气负荷为 0）；
P
store
为储能功率矩阵，由电
储能和热储能两部分组成，其充放能关系可通过式
（9）表示
［15］
。
W ( t+1)=(1-δ
S
de
)W ( t )+
( )
η
S
ch
P
S
ch
( t )-
P
S
dch
( t )
η
S
dch
Δt （9）
其中，上标 S 表示电储能或热储能；
W ( t )
为储能在 t
时刻存储的能量；
δ
S
de
为储能的自损耗系数；
η
S
ch
、
η
S
dch
分别为储能的充能、放能效率；
P
S
ch
( t )
、
P
S
dch
( t )
分别为
储能在 t 时刻充能功率和放能功率。
将上述三部分能量方程联立、变形可以得到基
于能源集线器的 DES模型，表达式为：
L
load
-P
store
=C
tran
( P
net
+P
re
)
（10）
通过该模型可以实现 DES 的统一建模，针对不
同的规划结果，只需改变矩阵中不同位置的参数即
可实现对模型的修改。
2 DES的 COCO 方法
COCO 方法是一种适用于 DES 设备选型、定容
规划与运行优化统一求解的方法。通过将能源站设
备规划问题转变成为相应的决策变量、约束条件，并
整合规划、运行两部分目标函数实现设备选型、定容
配置与系统运行优化的单层线性求解。考虑到本文
研究的是 DES 选型与定容优化规划问题，进行了以
下的假设：待规划 DES已确定配电网、配气网的连接
位置；DES 能源输入功率能够满足配电网、配气网安
全约束。
2.1 目标函数
本文以 DES 设备投资成本
C
inv
与规划年运行成
本
C
oper
总体最小为规划目标，目标函数为：
C
cost
=min( C
inv
+C
oper
)
（11）
2.1.1 设备投资成本
ì
í
î
ï
ï
ï
ï
C
inv
=
∑
f
s
CAPi
ω
s，inv
i
R
R=
r (1 +r )
T
i
(1+r )
T
i
-1
（12）
其中，
f
s
CAPi
、
ω
s，inv
i
分别为第 s 种类型设备 i 的规划容量
和单位容量成本；R 为设备的折旧系数；r 为设备的
折旧率；T
i
为设备 i 使用年限。
2.1.2 规划年运行成本
规划年运行成本包含设备能源购置成本
C
c
、设
备运行维护成本
C
m
和等值碳税成本
C
e
，运行部分目
标函数为：
C
oper
=C
c
+C
m
+C
e
（13）
（1）设备能源购置成本。
能源购置成本包含购电与购气成本，具体如下：
C
c
=
∑
P
k
net
( t ) π
k
（14）
其中，
P
k
net
( t )
为 t 时刻电力或天然气的能源消耗功
率；
π
k
为能源 k 的单位耗量成本，k 表示电或天然气。
（2）设备运行维护成本。
C
m
=
∑
P
s
i
( t ) ω
s，m
i
（15）
其中，
P
s
i
( t )
为第 s 种类型设备 i 的输出功率；
ω
s，m
i
为
设备 i 第 s 种类型的单位功率运行维护成本。
（3）等值碳税成本。
本文 通过等 值碳税 成本表 示环境 成本，具 体
如下：
C
e
=
∑
( )
E
grid
η
grid
P
e
net
( t ) + E
gas
P
g
net
( t ) ω
Ctax
（16）
其中，
E
grid
、
E
gas
分别为传统发电厂和天然气的单位产
能 CO
2
排放；
η
grid
为配电网的传输效率；
ω
Ctax
为等值
碳税。
2.2 约束条件
2.2.1 规划类约束
DES设备定容的同时考虑设备的选型会增加规
划问题的复杂度，规划类约束的设定可以仅通过变
量与约束的配合，起到限制设备配置容量、选择设备
装设类型的作用。
（1）设备投运约束。
χ
i
f
CAPi_min
≤ f
CAPi
≤ χ
i
f
CAPi_max
（17）
其中，
χ
i
∈ {1，0 }
为设备 i 投运系数，1 表示非选型设
备被投运，0 表示未被投运；
f
CAPi
为各类规划设备 i 的
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