CN106096839A - 一种综合能源系统多能源联合供给质量评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种综合能源系统多能源联合供给质量评估方法，属于综合能源系统供能质量分析和评估技术领域。本方法考虑用户侧供电供热供冷的综合服务质量，将电能质量和供热供冷通风质量看作一个整体进行评估，从总体上量化冷热电能量流扰动造成的影响，同时兼顾了污染物排放对综合评估结果的影响。动态加权函数评估方法体现了单项电能质量指标越限对综合评估值产生的影响，使得指标不合格对评估值的影响程度得到量化。单项指标不合格评估结果比多指标数值较差却合格的情况评估结果更差，不合格指标的数量比指标数值对评估结果的影响更大。本方法体现了污染排放量对综合评估指标值的负面影响，包括了排污惩罚和价格惩罚两个方面的因素。

Description

一种综合能源系统多能源联合供给质量评估方法

技术领域

本发明涉及一种综合能源系统多能源联合供给质量评估方法，属于综合能源系统供能质量分析和评估技术领域。

背景技术

传统的电力系统和其他能源系统的运行管理是分开的，电能质量综合评估只面向单一的电力系统。陶顺在电工技术学报的论文《电力系统电能质量评估体系架构》指出电能质量综合评估方法主要是得出代表优劣的电能质量综合指标值或评定等级。随着综合能源系统的发展，电力系统和供热供冷系统的耦合度不断增强，形成冷热电综合能源系统。综合能源系统中大量接入风电、光电、冷热电三联供装置等分布式能源会带来电能质量和供热供冷质量问题。单一能源质量评估，如电能质量或供暖质量不能体现冷热电综合能源系统供能的总体质量情况。综合能源系统中的管理主体由传统的单一电力供应商转变为了综合能源供应商。电能质量评估对电力市场环境下的按质定价具有重要意义，而对于有冷热电耦合交易的综合能源市场具有明显的局限性。电能质量评估可以激励综合能源供应商主动处理电能质量问题，而无法兼顾供暖供冷质量。综合能源供应商需要充分考虑冷热电能源生产对生态环境的影响。污染物排放对环境的危害是综合能源系统供能质量综合评估工作中不可缺少的重要内容。

发明内容

本发明的目的是提出一种综合能源系统多能源联合供给质量评估方法，以克服现有电能质量综合评估的不足之处，满足目前快速发展的综合能源系统多能联供的质量要求。

本发明提出的综合能源系统多能源联合供给质量评估方法，包括以下步骤：

(1)从综合能源系统中采集电能质量、空气质量和污染物排放数据；所述的电能质量数据从安装在综合能源系统电网中的电能质量监测终端中采集，包括电压偏差、电压暂降与短时中断、三相电压不平衡、频率偏差、电压波动与闪变、谐波、间谐波以及暂时过电压和瞬态过电压，共8个指标；所述的空气质量数据从综合能源系统的室内环境监测系统中采集，包括温度、相对湿度、空气流速以及新风量，共4个指标；大气污染物排放浓度数据从综合能源系统的大气污染物排放自动监测系统采集，包括颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物以及烟气黑度，共5个指标；

(2)根据上述步骤(1)采集的电能质量数据和空气质量数据，依据《电能质量国家标准》和《室内空气质量标准》规定的限值，采用权重系数法和动态加权函数，利用下式分别计算各个综合能源系统的电能质量的综合指标或空气质量的综合指标，公式如下：

$Z=\underset{j=1}{\Σ}{w}_j{x}_j$

其中，Z为电能质量或空气质量的综合指标值，x_j为上述步骤(1)中采集的第j个综合指标的数值，w_j为第j个综合指标的权重系数：

其中，x_nom,j为第j个综合指标的额定最优值，x_bou,j为第j个综合指标的限值，综合指标的额定最优值和限值由《电能质量国家标准》和《室内空气质量标准》给出，对于限值的两边界情况，该限值为靠近的边界值，N为综合指标值不在限值范围内的综合指标值数量；公式中计算合格和不合格情况分别采用sin和ln函数，是由于指标合格时的大小对权重系数影响是有限的，指标不合格时其大小对权重系数影响极大。

(3)根据上述步骤(1)采集的大气污染物排放浓度数据，依据《锅炉大气污染物排放标准》规定的限值，利用下式计算综合能源系统的排污费惩罚指标

其中，x_j为上述步骤(1)中采集的第j个综合指标的数值，c_j为单位污染物排放费，c_j根据国家有关规定确定排污费；

利用下式计算综合能源系统的价格惩罚指标g(x)：

$g\left(x\right)=\underset{k}{\Σ}{l}_k{\ln }^{\frac{x_k}{x_{bou,k}}}$

其中，x_bou,k为第k个综合指标的限值，限值由《锅炉大气污染物排放标准》给出，x_k为上述步骤(1)采集的大气污染物排放指标值中超过限值的第k个综合指标值，Ln函数表示价格惩罚度随着超标比例情况的增长情况，l_k为第k个综合指标值的权重系数，0<l_k<1；

(4)重复步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)，得到多组采样数据的计算结果，每组采样数据的计算结果包括一个电能质量综合指标值、一个空气质量综合指标值、一个污排污费惩罚指标值和一个价格惩罚指标值，并对多组采样数据的计算结果进行0-1标准变换，

(5)设定电能质量综合指标、空气质量综合指标、污排污费惩罚指标和价格惩罚指标的相对重要程度，根据设定的相对重要程度，采用蝴蝶型突变函数，(蝴蝶型突变函数可以用于综合评估，是公知技术，可参考SAUNDERS P T.An introduction to catastrophetheory[M].Cambridge University Press，1980.)，计算得到各组采样数据的总评估值，计算的总评估值越小，则综合能源系统供能质量评估值越高；

(6)采用自组织特征映射网络，对上述步骤(4)得到多组采样数据的计算结果进行分类，得到各组采样数据的不同类别；

(7)根据步骤(5)和(6)的总评估值和分类结果，给出每组采样数据相对应的综合能源系统的多能源联合供给质量等级。

本发明提出的综合能源系统多能源联合供给质量评估方法，其特点和效果是：本方法将供冷供热供电质量看作一个整体进行综合评估，可以从总体上量化电力、热力、燃气扰动造成的影响和损失。有效地激励综合能源供应商与用户共同维护能源互联网供能质量环境，同时为多种能源(电、冷、热)联合优化运行和互补协同提供依据。控制能源生产中的污染物排放量，提高清洁能源的市场竞争力和建设积极性。可以提升能源市场的透明度，对能源互联网综合能源市场中的冷热电耦合交易研究具有重要作用。

具体实施方式

本发明提出的综合能源系统多能源联合供给质量评估方法，包括以下步骤：

(1)从综合能源系统中采集电能质量、空气质量和污染物排放数据；所述的电能质量数据从安装在综合能源系统电网中的电能质量监测终端中采集，包括电压偏差、电压暂降与短时中断、三相电压不平衡、频率偏差、电压波动与闪变、谐波、间谐波以及暂时过电压和瞬态过电压，共8个指标；所述的空气质量数据从综合能源系统的室内环境监测系统中采集，包括温度、相对湿度、空气流速以及新风量，共4个指标；大气污染物排放浓度数据从综合能源系统的大气污染物排放自动监测系统采集，包括颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物以及烟气黑度，共5个指标；

(2)根据上述步骤(1)采集的电能质量数据和空气质量数据，依据《电能质量国家标准》和《室内空气质量标准》规定的限值，采用权重系数法和动态加权函数，利用下式分别计算各个综合能源系统的电能质量的综合指标或空气质量的综合指标，公式如下：

$Z=\underset{j=1}{\&Sigma;}{w}_j{x}_j$

其中，Z为电能质量或空气质量的综合指标值，x_j为上述步骤(1)中采集的第j个综合指标的数值，w_j为第j个综合指标的权重系数：

其中，x_nom,j为第j个综合指标的额定最优值，x_bou,j为第j个综合指标的限值，综合指标的额定最优值和限值由《电能质量国家标准》和《室内空气质量标准》给出，对于限值的两边界情况，该限值为靠近的边界值，N为综合指标值不在限值范围内的综合指标值数量；公式中计算合格和不合格情况分别采用sin和ln函数，是由于指标合格时的大小对权重系数影响是有限的，指标不合格时其大小对权重系数影响极大。

(3)根据上述步骤(1)采集的大气污染物排放浓度数据，依据《锅炉大气污染物排放标准》规定的限值，利用下式计算综合能源系统的排污费惩罚指标

其中，x_j为上述步骤(1)中采集的第j个综合指标的数值，c_j为单位污染物排放费，c_j根据国家有关规定确定排污费；

利用下式计算综合能源系统的价格惩罚指标g(x)：

$g\left(x\right)=\underset{k}{\&Sigma;}{l}_k{\ln }^{\frac{x_k}{x_{bou,k}}}$

其中，x_bou,k为第k个综合指标的限值，限值由《锅炉大气污染物排放标准》给出，x_k为上述步骤(1)采集的大气污染物排放指标值中超过限值的第k个综合指标值，Ln函数表示价格惩罚度随着超标比例情况的增长情况，l_k为第k个综合指标值的权重系数，0<l_k<1；

(4)重复步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)，得到多组采样数据的计算结果，每组采样数据的计算结果包括一个电能质量综合指标值、一个空气质量综合指标值、一个污排污费惩罚指标值和一个价格惩罚指标值，并对多组采样数据的计算结果进行0-1标准变换，

(5)设定电能质量综合指标、空气质量综合指标、污排污费惩罚指标和价格惩罚指标的相对重要程度，根据设定的相对重要程度，采用蝴蝶型突变函数，(蝴蝶型突变函数可以用于综合评估，是公知技术，可参考SAUNDERS P T.An introduction to catastrophetheory[M].Cambridge University Press，1980.)，计算得到各组采样数据的总评估值，计算的总评估值越小，则综合能源系统供能质量评估值越高；

(6)采用自组织特征映射网络，对上述步骤(4)得到多组采样数据的计算结果进行分类，得到各组采样数据的不同类别；

(7)根据步骤(5)和(6)的总评估值和分类结果，给出每组采样数据相对应的综合能源系统的多能源联合供给质量等级。

Claims (1)

1.一种综合能源系统多能源联合供给质量评估方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)从综合能源系统中采集电能质量、空气质量和污染物排放数据；所述的电能质量数据从安装在综合能源系统电网中的电能质量监测终端中采集，包括电压偏差、电压暂降与短时中断、三相电压不平衡、频率偏差、电压波动与闪变、谐波、间谐波以及暂时过电压和瞬态过电压，共8个指标；所述的空气质量数据从综合能源系统的室内环境监测系统中采集，包括温度、相对湿度、空气流速以及新风量，共4个指标；大气污染物排放浓度数据从综合能源系统的大气污染物排放自动监测系统采集，包括颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物以及烟气黑度，共5个指标；

(2)根据上述步骤(1)采集的电能质量数据和空气质量数据，依据《电能质量国家标准》和《室内空气质量标准》规定的限值，采用权重系数法和动态加权函数，利用下式分别计算各个综合能源系统的电能质量的综合指标或空气质量的综合指标，公式如下：

$Z=\underset{j=1}{\&Sigma;}{w}_j{x}_j$

其中，Z为电能质量或空气质量的综合指标值，x_j为上述步骤(1)中采集的第j个综合指标的数值，w_j为第j个综合指标的权重系数：

其中，x_nom,j为第j个综合指标的额定最优值，x_bou,j为第j个综合指标的限值，综合指标的额定最优值和限值由《电能质量国家标准》和《室内空气质量标准》给出，N为综合指标值不在限值范围内的综合指标值数量；

(3)根据上述步骤(1)采集的大气污染物排放浓度数据，依据《锅炉大气污染物排放标准》规定的限值，利用下式计算综合能源系统的排污费惩罚指标

其中，x_j为上述步骤(1)中采集的第j个综合指标的数值，c_j为单位污染物排放费，c_j根据国家有关规定确定排污费；

利用下式计算综合能源系统的价格惩罚指标g(x)：

$g\left(x\right)=\underset{k}{\&Sigma;}{l}_k{\ln }^{\frac{x_k}{x_{bou,k}}}$

其中，x_bou,k为第k个综合指标的限值，限值由《锅炉大气污染物排放标准》给出，x_k为上述步骤(1)采集的大气污染物排放指标值中超过限值的第k个综合指标值，l_k为第k个综合指标值的权重系数，0<l_k<1；

(4)重复步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)，得到多组采样数据的计算结果，每组采样数据的计算结果包括一个电能质量综合指标值、一个空气质量综合指标值、一个污排污费惩罚指标值和一个价格惩罚指标值，并对多组采样数据的计算结果进行0-1标准变换，

(5)设定电能质量综合指标、空气质量综合指标、污排污费惩罚指标和价格惩罚指标的相对重要程度，根据设定的相对重要程度，采用蝴蝶型突变函数，计算得到各组采样数据的总评估值，计算的总评估值越小，则综合能源系统供能质量评估值越高；

(6)采用自组织特征映射网络，对上述步骤(4)得到多组采样数据的计算结果进行分类，得到各组采样数据的不同类别；

(7)根据步骤(5)和(6)的总评估值和分类结果，给出每组采样数据相对应的综合能源系统的多能源联合供给质量等级。