CN109871999A - 一种综合能源系统的随机生产模拟方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种综合能源系统的随机生产模拟方法及系统，方法包括：获取源数据；对电负荷数据进行处理，得到净电时序负荷数据；确定等效持续电负荷曲线和等效持续蒸汽负荷曲线；确定综合能源系统的初始蒸汽量函数；获得等效蒸汽量函数；确定机组蒸汽产量；确定机组的发电量；确定机组消耗天然气量；根据等效蒸汽量函数和机组的发电量以及等效持续电负荷曲线确定系统的蒸汽量不足期望值和电量不足期望值。本发明中的上述方法能够估算综合能源系统中不同机组蒸汽产量与发电量以及从电网购电量，对综合能源系统成本进行估算，模拟对工业园区综合能源系统的调度，通过最优调度，实现降低系统运行成本，提高能源利用效率。

Description

一种综合能源系统的随机生产模拟方法及系统

技术领域

本发明涉及能源评估领域，特别是涉及一种综合能源系统的随机生产模拟方法及系统。

背景技术

综合能源系统(integrated energy system,IES)作为能源互联网的基本组成部分，可以在一个区域内(如一个城市、社区或工业园区等)实现对不同能源的有效调度和高效利用。综合能源系统负荷为主的复杂能源系统，涵盖多种产能/用能主体，涉及电、冷、热等多种能源的生产、转移和利用。其负荷需求量大、负荷特性复杂、供电可靠性要求高。

随机生产模拟(probabilistic production simulation，PPS)是在未来的负荷曲线下，考虑机组的随机停运和负荷的随机波动，模拟系统的发电调度，预测各机组的发电量及燃料耗量，分析生产成本和评估系统的可靠性的方法。它对提高系统运行的经济效益和可靠性水平，评估未来系统的发展有着极为重要的意义。而现有技术中并未出现过对此类问题的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种综合能源系统的随机生产模拟方法及系统，估算综合能源系统中不同机组蒸汽产量与发电量以及从电网购电量，模拟对工业园区综合能源系统的调度，通过最优调度，降低系统运行成本，提高能源利用效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种综合能源系统的随机生产模拟方法，所述方法包括：

获取源数据，所述源数据包括电负荷数据和蒸汽负荷数据；

对所述电负荷数据进行处理，得到净电时序负荷数据；

根据所述净电时序负荷数据和所述蒸汽负荷数据确定等效持续电负荷曲线和等效持续蒸汽负荷曲线；

根据所述等效持续蒸汽负荷曲线确定综合能源系统的初始蒸汽量函数；

按照平均耗气量由低到高对机组进行排序，得到机组投运顺序；根据排序后的机组投运顺序，依次投运机组获得等效蒸汽量函数；

根据所述机组投运前后的等效蒸汽量函数确定机组的蒸汽产量；

根据以热定电的原则，通过热电比确定机组的发电量；

根据机组发电量与蒸汽产量与平均气耗量得出机组消耗天然气量；

根据全部机组投运完毕后的等效蒸汽量函数和机组的发电量以及等效持续电负荷曲线确定系统的蒸汽量不足期望值和电量不足期望值。

可选的，所述根据所述等效持续蒸汽负荷曲线确定综合能源系统的初始蒸汽量函数具体采用以下公式：

其中J＝<x/Δx>+1，<x/Δx>表示取整函数，T为随机生产模拟的时间长度，x表示蒸汽负荷；Δx表示园区内各台机组额定产热容量的最大公约数；f(x)为等效持续蒸汽负荷曲线。

可选的，所述根据排序后的机组投运顺序确定等效蒸汽量函数具体采用以下公式：

G⁽ⁱ⁾(J)＝P_i·G^(i-1)(J)+(1-P_i)·G^(i-1)(J-K_i)，其中，K_i＝h_i/Δx，h_i为机组i额定发热容量，x表示蒸汽负荷，Δx表示园区内各台机组额定产热容量的最大公约数；P_i为机组i强迫停运率，G^(i-1)(J)为第i-1台机组投运后的等效蒸汽量函数；G⁽ⁱ⁾(J)为第i台机组投运后的等效蒸汽量函数；J＝<x/Δx>+1，i∈N,N为园区内机组数量。

可选的，所述根据所述等效蒸汽量函数确定机组的蒸汽产量具体采用以下公式：

其中，J_i-1＝x_i-1/Δx，J_i＝J_i-1+K_i；K_i＝h_i/Δx，h_i为机组i额定发热容量，P_i为机组i强迫停运率，G^(i-1)(J)为第i-1台机组投运后的等效蒸汽量函数；G_gi为机组i的蒸汽产量。

可选的，所述根据以热定电的原则，通过机组热电比，确定机组的发电量具体采用以下公式：

其中，为机组的蒸汽产量，G_pi为机组i的发电量；α_i为机组i的热电比。

可选的，根据以下公式确定系统的蒸汽量不足期望值EENS：

N表示机组的数量，G^(N)(J)为第N台机组的蒸汽量函数；J_N＝x_N-1/Δx。

可选的，根据以下公式确定系统的电量不足期望值包括：

其中E_r为系统净电负荷总量，G_Pi为机组i,i∈N的发电量，N表示综合能源系统内机组的数量；F(y)表示等效持续电负荷曲线。

可选的，所述对源数据进行处理，得到净电时序负荷数据具体包括：

确定随机生产模拟的时间长度；

获取电负荷与蒸汽负荷年增长系数；

获取历史电负荷数据和蒸汽负荷数据；

根据所述电负荷与蒸汽负荷年增长系数和所述历史电负荷数据和蒸汽负荷数据计算需要进行随机生产模拟时段的时序电负荷数据与时序热负荷数据；

获取工业园区储能容量；

根据储能容量设定储能运行模式；

根据所述储能运行模式以及储能能量得到在所述随机生产模拟的时间长度内的时序出力或负荷数据；

根据所述随机生产模拟的时间长度内的天气情况和历史光伏发电数据预测光伏在随机生产模拟时间段内的时序出力数据；

将上述储能充放电时序数据和光伏发电时序出力数据在电负荷数据中分离，得到净电时序负荷数据。

本发明另外提供一种综合能源系统的随机生产模拟系统，所述系统应用于上述方法，所述系统包括：

源数据获取模块，用于获取源数据，所述源数据包括电负荷数据和蒸汽负荷数据；

净电时序负荷数据获取模块，用于对所述电负荷数据进行处理，得到净电时序负荷数据；

等效持续电负荷曲线确定模块，用于根据所述净电时序负荷数据确定等效持续电负荷曲线；

等效持续蒸汽负荷曲线确定模块，用于根据所述蒸汽负荷数据确定等效持续蒸汽负荷曲线；

初始蒸汽量函数确定模块，用于根据所述等效持续蒸汽负荷曲线确定综合能源系统的初始蒸汽量函数；

等效蒸汽量函数确定模块，用于按照平均耗气量由低到高对机组进行排序，得到机组投运顺序；根据排序后的机组投运顺序，依次投运机组获得等效蒸汽量函数；

蒸汽产量确定模块，用于根据所述机组投运前后的等效蒸汽量函数确定机组的蒸汽产量；

发电量确定模块，用于根据以热定电的原则，通过热电比确定机组的发电量；

天然气量确定模块，用于根据机组发电量与蒸汽产量与平均气耗量得出机组消耗天然气量；

不足期望值确定模块，用于根据所述机组的蒸汽产量和机组的发电量确定系统的蒸汽量不足期望值和电量不足期望值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明中的方法，通过获取源数据并对源数据进行处理，得到净电时序负荷数据，根据净电时序负荷数据绘制等效持续负荷曲线，再根据等效持续负荷曲线确定综合能源系统在不同负荷水平需要的蒸汽量函数，通过获取机组投运顺序，根据机组投运顺序对所述蒸汽量函数进行优化，得到优化后的蒸汽量函数，根据优化后的蒸汽量函数确定机组的蒸汽产量和机组的发电量，根据机组的蒸汽产量和机组的发电量确定系统的蒸汽量不足期望值和电量不足期望值，其中，电量不足期望值即系统需要从电网购买的电量，因此，本发明中的该方法可预先知道需购买的电量，实现了对能源的充分高效利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例综合能源系统的随机生产模拟方法流程图；

图2为本发明实施例等效持续负荷曲线图；

图3为本发明实施例综合能源系统的随机生产模拟方系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种综合能源系统的随机生产模拟方法及系统，估算综合能源系统中不同机组蒸汽产量与发电量以及从电网购电量，模拟对工业园区综合能源系统的调度，通过最优调度，降低系统运行成本，提高能源利用效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例综合能源系统的随机生产模拟方法流程图，如图1所示，所述方法包括：

步骤101：获取源数据，所述源数据包括电负荷数据和蒸汽负荷数据；

步骤102：对所述电负荷数据进行处理，得到净电时序负荷数据；

步骤103：根据所述净电时序负荷数据和所述蒸汽负荷数据确定等效持续电负荷曲线和等效持续蒸汽负荷曲线；

步骤104：根据所述等效持续蒸汽负荷曲线确定综合能源系统的初始蒸汽量函数；

步骤105：按照平均耗气量由低到高对机组进行排序，得到机组投运顺序；根据排序后的机组投运顺序，依次投运机组获得等效蒸汽量函数；

步骤106：根据所述机组投运前后的等效蒸汽量函数确定机组的蒸汽产量；

步骤107：根据以热定电的原则，通过热电比确定机组的发电量；

步骤108：根据机组发电量与蒸汽产量与平均气耗量得出机组消耗天然气量；

步骤109：根据全部机组投运完毕后的等效蒸汽量函数和机组的发电量以及等效持续电负荷曲线确定系统的蒸汽量不足期望值和电量不足期望值。

具体的，步骤102中，源数据处理过程为：首先确定随机生产模拟时间长度T；根据历史数据，考虑一定的负荷增长，预测得到需要进行随机生产模拟时间内用户的时序电负荷数据与时序蒸汽负荷数据；根据历史数据和需求，确定储能容量，设定储能运行模式，每日单次充放电循环或每日多次充放电循环，如假设储能在用电低谷时段0-8时充电，在用电峰时放电，根据储能充放电性能得到其在随机生产模拟时间段内的时序出力或负荷数据(放电时作为电源，充电时为负荷)；根据历史数据，预测光伏在随机生产模拟时间段内的时序出力；分别将储能充放电时序数据与光伏发电时序出力数据从预测的电时序负荷数据中分离，得到净电时序负荷数据。

即，所述对源数据进行处理，得到净电时序负荷数据具体步骤如下：

确定随机生产模拟的时间长度；

获取电负荷与蒸汽负荷年增长系数；

获取历史电负荷数据和蒸汽负荷数据；

根据所述电负荷与蒸汽负荷年增长系数和所述历史电负荷数据和蒸汽负荷数据计算需要进行随机生产模拟时段的时序电负荷数据与时序热负荷数据；

获取工业园区储能容量；

根据储能容量设定储能运行模式；

根据所述储能运行模式以及储能能量得到在所述随机生产模拟的时间长度内的时序出力或负荷数据；

根据所述随机生产模拟的时间长度内的天气情况和历史光伏发电数据预测光伏在随机生产模拟时间段内的时序出力数据；

将上述储能充放电时序数据和光伏发电时序出力数据在电负荷数据中分离，得到净电时序负荷数据。

具体的，图2为本发明实施例等效持续负荷曲线图，如图2所示，步骤103中，等效持续负荷曲线(ELDC)是随机生产模拟技术的重要概念。它把机组的随机停运和随机负荷模型结合在一起，成为随机生产模拟的核心。等效持续负荷曲线是把机组的随机故障当成等效负荷对原始持续负荷曲线不断修正的结果。如图2所示，图2为本发明实施例等效持续负荷曲线图，其中x表示系统的负荷，t表示持续时间。持续负荷曲线可由时序负荷曲线转化得到。设T为随机生产模拟周期，取值根据具体情况而定，可以是年、月、周等。曲线上任何一点(x,t)代表系统电负荷大于或等于x的持续时间为t即

t＝F(x)

用周期T除上式两段，可得

P＝f(x)＝F(x)/T

式中P可以看作是系统负荷大于或等于x的概率。

传统随机生产模拟中，负荷x指的是蒸汽负荷，而在工业园区综合能源系统中，用y表示电负荷，即持续电负荷函数与持续蒸汽负荷函数。

具体的步骤104中，电量和蒸汽量是随机生产模拟中关键的变量。可以根据持续负荷曲线求出工业综合能源系统在不同负荷水平需要的蒸汽量(即形成蒸汽量函数)，把x轴按步长Δx分段，于是可以定义一个离散的蒸汽量函数。即，所述根据所述等效持续蒸汽负荷曲线确定综合能源系统的初始蒸汽量函数具体采用以下公式：

其中J＝<x/Δx>+1，<x/Δx>表示取整函数，T为随机生产模拟的时间长度，x表示蒸汽负荷；Δx表示园区内各台机组额定产热容量的最大公约数；f(x)为等效持续蒸汽负荷曲线。

具体的，步骤105中，园区电负荷供应来源为光伏发电、CCHP机组发电、从电网购电；蒸汽负荷供应来源为CCHP机组产蒸汽，为了满足园区蒸汽负荷需求，机组投运顺序为优先投运CCHP机组，按照以热定电的原则，满足热负荷需求的同时，为园区提供部分电力供应；CCHP机组投运完毕后，缺额电量通过向电网购电获得。设初始的蒸汽量函数为G⁽⁰⁾(J)，在安排完第i-1台机组运行以后得到对应的等效蒸汽量函数为，现在安排第i台CCHP机组运行。设其发热容量为h_i，强迫停运率为P_i，为实现最优调度，提高能效。按照平均耗气量由低到高对机组进行排序，得到机组投运顺序；根据排序后的机组投运顺序，平均气耗量从低到高投运，可以有效降低综合能源系统运行成本，依次投运机组获得等效蒸汽量函数。

即，所述根据排序后的机组投运顺序确定等效蒸汽量函数具体采用以下公式：

G⁽ⁱ⁾(J)＝P_i·G^(i-1)(J)+(1-P_i)·G^(i-1)(J-K_i)，其中，K_i＝h_i/Δx，h_i为机组i额定发热容量，x表示蒸汽负荷，Δx表示园区内各台机组额定产热容量的最大公约数；P_i为机组i强迫停运率，G^(i-1)(J)为第i-1台机组投运后的等效蒸汽量函数；G⁽ⁱ⁾(J)为第i台机组投运后的等效蒸汽量函数；J＝<x/Δx>+1，i∈N,N为园区内机组数量。

具体的，步骤106中，所述根据所述等效蒸汽量函数确定机组的蒸汽产量具体采用以下公式：

其中，J_i-1＝x_i-1/Δx，J_i＝J_i-1+K_i；K_i＝h_i/Δx，h_i为机组i额定发热容量，P_i为机组i强迫停运率，G^(i-1)(J)为第i-1台机组投运后的等效蒸汽量函数；G_gi为机组i的蒸汽产量。

具体的，步骤107中，所述根据以热定电的原则，通过机组热电比，确定机组的发电量具体采用以下公式：

其中，为机组的蒸汽产量，G_pi为机组i的发电量；α_i为机组i的热电比。

具体的，步骤108中，根据机组发电量与蒸汽产量与平均气耗量得出机组消耗天然气量，然后再根据机组消耗天然气量与天然气单价，获得园区生产成本，对园区的经济性进行评价。

具体的步骤109中，根据以下公式确定系统的蒸汽量不足期望值EENS：

N表示机组的数量，G^(N)(J)为第N台机组的蒸汽量函数；J_N＝x_N-1/Δx。

根据以下公式确定系统的电量不足期望值包括：

其中E_r为系统净电负荷总量，G_Pi为机组i,i∈N的发电量，N表示综合能源系统内机组的数量；F(y)表示等效持续电负荷曲线。，为了满足负荷需求，电量不足期望值即为需要从电网购买的电量。

根据经济性指标--生产成本，可靠性指标--电量不足期望值，蒸汽量不足期望值对园区生产运行进行调度安排。

图3为本发明实施例综合能源系统的随机生产模拟方系统结构示意图，如图3所示，所述系统包括：

源数据获取模块201，用于获取源数据，所述源数据包括电负荷数据和蒸汽负荷数据；

净电时序负荷数据获取模块202，用于对所述电负荷数据进行处理，得到净电时序负荷数据；

等效持续电负荷曲线确定模块203，用于根据所述净电时序负荷数据确定等效持续电负荷曲线；

等效持续蒸汽负荷曲线确定模块204，用于根据所述蒸汽负荷数据确定等效持续蒸汽负荷曲线；

初始蒸汽量函数确定模块205，用于根据所述等效持续蒸汽负荷曲线确定综合能源系统的初始蒸汽量函数；

等效蒸汽量函数确定模块206，用于按照平均耗气量由低到高对机组进行排序，得到机组投运顺序；根据排序后的机组投运顺序，依次投运机组获得等效蒸汽量函数；

蒸汽产量确定模块207，用于根据所述机组投运前后的等效蒸汽量函数确定机组的蒸汽产量；

发电量确定模块208，用于根据以热定电的原则，通过热电比确定机组的发电量；

天然气量确定模块209，用于根据机组发电量与蒸汽产量与平均气耗量得出机组消耗天然气量；

不足期望值确定模块210，用于根据所述机组的蒸汽产量和机组的发电量确定系统的蒸汽量不足期望值和电量不足期望值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种综合能源系统的随机生产模拟方法，其特征在于，所述方法包括：

获取源数据，所述源数据包括电负荷数据和蒸汽负荷数据；

对所述电负荷数据进行处理，得到净电时序负荷数据；

根据所述净电时序负荷数据和所述蒸汽负荷数据确定等效持续电负荷曲线和等效持续蒸汽负荷曲线；

根据所述等效持续蒸汽负荷曲线确定综合能源系统的初始蒸汽量函数；

按照平均耗气量由低到高对机组进行排序，得到机组投运顺序；根据排序后的机组投运顺序，依次投运机组获得等效蒸汽量函数；

根据所述机组投运前后的等效蒸汽量函数确定机组的蒸汽产量；

根据以热定电的原则，通过热电比确定机组的发电量；

根据机组发电量与蒸汽产量与平均气耗量得出机组消耗天然气量；

根据全部机组投运完毕后的等效蒸汽量函数和机组的发电量以及等效持续电负荷曲线确定系统的蒸汽量不足期望值和电量不足期望值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述等效持续蒸汽负荷曲线确定综合能源系统的初始蒸汽量函数具体采用以下公式：

其中J＝<x/Δx>+1，<x/Δx>表示取整函数，T为随机生产模拟的时间长度，x表示蒸汽负荷；Δx表示园区内各台机组额定产热容量的最大公约数；f(x)为等效持续蒸汽负荷曲线。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据排序后的机组投运顺序确定等效蒸汽量函数具体采用以下公式：

G⁽ⁱ⁾(J)＝P_i·G^(i-1)(J)+(1-P_i)·G^(i-1)(J-K_i)，其中，K_i＝h_i/Δx，h_i为机组i额定发热容量，x表示蒸汽负荷，Δx表示园区内各台机组额定产热容量的最大公约数；P_i为机组i强迫停运率，G^(i-1)(J)为第i-1台机组投运后的等效蒸汽量函数；G⁽ⁱ⁾(J)为第i台机组投运后的等效蒸汽量函数；J＝<x/Δx>+1，i∈N,N为园区内机组数量。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述等效蒸汽量函数确定机组的蒸汽产量具体采用以下公式：

其中，J_i-1＝x_i-1/Δx，J_i＝J_i-1+K_i；K_i＝h_i/Δx，h_i为机组i额定发热容量，P_i为机组i强迫停运率，G^(i-1)(J)为第i-1台机组投运后的等效蒸汽量函数；G_gi为机组i的蒸汽产量。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据以热定电的原则，通过机组热电比，确定机组的发电量具体采用以下公式：

其中，为机组的蒸汽产量，G_pi为机组i的发电量；α_i为机组i的热电比。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据以下公式确定系统的蒸汽量不足期望值EENS：

N表示机组的数量，G^(N)(J)为第N台机组的蒸汽量函数；J_N＝x_N-1/Δx。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据以下公式确定系统的电量不足期望值包括：

其中E_r为系统净电负荷总量，G_Pi为机组i,i∈N的发电量，N表示综合能源系统内机组的数量；F(y)表示等效持续电负荷曲线。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对源数据进行处理，得到净电时序负荷数据具体包括：

确定随机生产模拟的时间长度；

获取电负荷与蒸汽负荷年增长系数；

获取历史电负荷数据和蒸汽负荷数据；

根据所述电负荷与蒸汽负荷年增长系数和所述历史电负荷数据和蒸汽负荷数据计算需要进行随机生产模拟时段的时序电负荷数据与时序热负荷数据；

获取工业园区储能容量；

根据储能容量设定储能运行模式；

根据所述储能运行模式以及储能能量得到在所述随机生产模拟的时间长度内的时序出力或负荷数据；

根据所述随机生产模拟的时间长度内的天气情况和历史光伏发电数据预测光伏在随机生产模拟时间段内的时序出力数据；

将上述储能充放电时序数据和光伏发电时序出力数据在电负荷数据中分离，得到净电时序负荷数据。

9.一种综合能源系统的随机生产模拟系统，其特征在于，所述系统应用于如权利要求1-8任意一项所述的方法，所述系统包括：

源数据获取模块，用于获取源数据，所述源数据包括电负荷数据和蒸汽负荷数据；

净电时序负荷数据获取模块，用于对所述电负荷数据进行处理，得到净电时序负荷数据；

等效持续电负荷曲线确定模块，用于根据所述净电时序负荷数据确定等效持续电负荷曲线；

等效持续蒸汽负荷曲线确定模块，用于根据所述蒸汽负荷数据确定等效持续蒸汽负荷曲线；

初始蒸汽量函数确定模块，用于根据所述等效持续蒸汽负荷曲线确定综合能源系统的初始蒸汽量函数；

等效蒸汽量函数确定模块，用于按照平均耗气量由低到高对机组进行排序，得到机组投运顺序；根据排序后的机组投运顺序，依次投运机组获得等效蒸汽量函数；

蒸汽产量确定模块，用于根据所述机组投运前后的等效蒸汽量函数确定机组的蒸汽产量；

发电量确定模块，用于根据以热定电的原则，通过热电比确定机组的发电量；

天然气量确定模块，用于根据机组发电量与蒸汽产量与平均气耗量得出机组消耗天然气量；

不足期望值确定模块，用于根据所述机组的蒸汽产量和机组的发电量确定系统的蒸汽量不足期望值和电量不足期望值。