CN110490402A - 一种基于地理分区的综合能源园区供能分区方法 - Google Patents

一种基于地理分区的综合能源园区供能分区方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于地理分区的综合能源园区供能分区方法，其特征在于，包括以下几个步骤：S1:指标值的选取，通过选取日负荷密度、日负荷率、日峰谷差率、日负荷波动率和负荷持续时间等负荷特性指标作为电、热、冷负荷的共性指标，选取响应意愿、响应容量和响应成本作为电负荷的个性指标，选取人员密度、围护结构传热系数和用户节能意识作为冷、热负荷的个性指标；S2：指标值的计算，通过指标值的选取来计算共性指标值和个性指标值；S3：综合得分的计算；S4:分区规划包括通过电、热、冷负荷综合化、初选核心地块、初步分区和确定最终核心地块及分区这几个步骤得到IEP最终的分区结果；S5:算例分析，通过某一个综合能源园区为例进行算例分析。

Description

一种基于地理分区的综合能源园区供能分区方法
技术领域
本发明涉及能量合理规划应用技术领域，特别涉及一种基于地理分区的综合能源园区供能分区方法。
背景技术
伴随着全球工业规模的扩张，环境恶化、全球变暖、能源消耗过度等诸多严重影响人类生存和发展的问题日益突出，很多国家都把节能和提高能效提到首要战略地位，在面对能源危机和环境污染的过程中，人们研究可再生能源的应用、多能源互联以及能源市场化是否能够促进能源高效、清洁利用。
而在现如今的国家中综合能源园区(Integratedenergypark,IEP)是作为城市能源消耗的聚集场所，其内部聚集多个用能特性相似的个体，具有能源需求量大、用能集中、汇集电热冷多种负荷等特点，这就需要对供能分区能够进行合理划分来实现降低系统用能成本、提高用能效率以及增强供能可靠性等。因此，建立合理实用的综合能源系统评价模型并对IEP 进行合理分区，对于开发IEP以及发展能源电力行业至关重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于地理分区的综合能源园区供能分区方法，能够对园区内用能特性进行评价，能够有效的反映出IEP中各地块的用能特性，有助于人们掌握园区内的用能情况，为园区的后续规划提供支撑。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种基于地理分区的综合能源园区供能分区方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
S1:指标值的选取，通过选取日负荷密度、日负荷率、日峰谷差率、日负荷波动率和负荷持续时间等负荷特性指标作为电、热、冷负荷的共性指标，选取响应意愿、响应容量和响应成本作为电负荷的个性指标，选取人员密度、围护结构传热系数和用户节能意识作为冷、热负荷的个性指标；
S2：指标值的计算，通过指标值的选取来计算共性指标值和个性指标值；
S3：综合得分的计算，所述采用直线型无量纲化方法中的阈值法来对指标进行无量纲化，阈值法是用指标实际值与阈值相比以得到指标评价值的无量纲化方法来对数据进行分析，以此来获得该地块电负荷的综合得分；
S4:分区规划，根据负荷均衡原则对综合能源园区进行分区，目标函数是各分区最大综合负荷值与最小综合负荷值之比R＝Wmax/Wmin尽可能小；通过电、热、冷负荷综合化、初选核心地块、初步分区和确定最终核心地块及分区这几个步骤得到IEP最终的分区结果；
S5:算例分析，通过某一个综合能源园区为例进行算例分析。
优选的，所述S1中包括共性指标值的选取和个性指标值的选取，所述共性指标值中包括日负荷密度、日负荷率、日峰谷差率、日负荷波动率和负荷持续时间；所述个性指标值的选取中包括电负荷个性指标和冷热负荷个性指标。
优选的，所述S2中共性指标值包括样本日选定和基于核密度估计的概率密度拟合；所述个性指标值包括电负荷个性指标和冷热负荷个性指标。
优选的，所述S3综合得分的计算包括指标标准化、结合熵权法的层次分析法和确定最终得分。
优选的，所述S4中的分区规划是指根据负荷均衡原则对综合能源园区进行分区，目标函数是各分区最大综合负荷值与最小综合负荷值之比R＝Wmax/Wmin尽可能小；其分区规划主要包括以下几个步骤，通过电、热、冷负荷综合化、初选核心地块、初步分区和确定最终核心地块及分区这几个步骤得到IEP最终的分区结果。
优选的，所述S5的算例分析包括标值计算、综合得分计算和分区规划，其中指标值计算中又包括样本日选定、共性指标量化和个性指标量化；所述综合得分计算包括指标标准化、权重的确定和确定最终得分；所述分区规划包括电、热、冷负荷综合化、初选核心地块及初步分区、确定最终核心地块及分区。
本发明有益好处：基于地理分区的综合能源园区用能特性评价模型能直观地分析出综合能源园区内各地块电热冷负荷用能特性的优劣，有助于投资者和规划者掌握园区内的用能情况并对其进行比较，从而对投资者和规划者进行引导，为园区的后续规划发展提供依据；通过分析电、热、冷负荷的负荷特性，确定其各自的系数，从而将电、热、冷负荷综合化，在此基础上，对IEP进行了合理的区域划分，保证了各区域的综合负荷值较为均匀，从而保证了所提的综合能源供能分区方法具有可行性和实用性。
附图说明
图1为本发明所述基于地理分区的综合能源园区供能分区方法的系统示意图；
图2为本发明所述基于地理分区的综合能源园区供能分区方法的分区流程图；
图3为本发明所述基于地理分区的综合能源园区供能分区方法的综合能源园区示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
一种基于地理分区的综合能源园区供能分区方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
S1:指标值的选取，通过选取日负荷密度、日负荷率、日峰谷差率、日负荷波动率和负荷持续时间等负荷特性指标作为电、热、冷负荷的共性指标，选取响应意愿、响应容量和响应成本作为电负荷的个性指标，选取人员密度、围护结构传热系数和用户节能意识作为冷、热负荷的个性指标；
S2：指标值的计算，通过指标值的选取来计算共性指标值和个性指标值；
S3：综合得分的计算，所述采用直线型无量纲化方法中的阈值法来对指标进行无量纲化，阈值法是用指标实际值与阈值相比以得到指标评价值的无量纲化方法来对数据进行分析，以此来获得该地块电负荷的综合得分；
S4:分区规划，根据负荷均衡原则对综合能源园区进行分区，目标函数是各分区最大综合负荷值与最小综合负荷值之比R＝Wmax/Wmin尽可能小；通过电、热、冷负荷综合化、初选核心地块、初步分区和确定最终核心地块及分区这几个步骤得到IEP最终的分区结果；
S5:算例分析，通过某一个综合能源园区为例进行算例分析。
如图1所示，所述S1中包括共性指标值的选取和个性指标值的选取，所述共性指标值中包括日负荷密度、日负荷率、日峰谷差率、日负荷波动率和负荷持续时间，所述日负荷密度是表征某日内负荷分布密集程度的量化参数，具体计算公式为式中P为某地块某日最大负荷，S为该地块的面积；日负荷率日负荷率是指在某日内的平均负荷与最大负荷之比的百分数，用以衡量平均负荷与最高负荷之间的差异程度，具体计算公式为式中 Pav代表某日内平均负荷，Pmax代表该日内的最大负荷；所述日峰谷差率为日峰谷差率是某日内负荷最高值和最低值之间的差与负荷最高值之比的百分数，具体计算公式为式中Pmin代表该日内的最小负荷；所述日负荷波动率日负荷波动率是反映某日负荷分散程度的量化参数，日负荷波动率越大，说明负荷波动性越大，反之则说明负荷越平稳，具体计算公式为式中s为某日内负荷的标准差，x为负荷的均值；所述负荷持续时间表示某日内负荷持续的时间，取日平均负荷为阈值，将某日内负荷大于阈值的小时数定义为该日的负荷持续时间；所述个性指标值的选取中包括电负荷个性指标和冷热负荷个性指标，电负荷个性指标包含响应意愿、响应容量和响应成本，所述响应意愿代表某地块用户参与需求响应时的积极性，响应意愿越大，用户就越能积极地参与需求响应，所述响应容量代表某地块用户参与需求响应时减少用电需求的能力，响应容量越大，用户在参与需求响应时减少或推移的用电负荷越大，所述响应成本代表采取激励的需求响应时所需提供给某地块用户的补偿成本，响应成本越大，所需的补偿成本越高；冷热负荷个性指标包括人员密度、围护结构传热系数和节能意识，所述人员密度表示单位面积内的人员数量，人员密度的大小会对建筑物的冷热负荷造成影响；对于夏季冷负荷，人员密度越大，人体散热产生的额外冷负荷越大，对于冬季热负荷则相反，所述围护结构传热系数用于表示门、窗、墙体等围护结构的保温能力，指围护结构两侧空气温差为1度时在单位时间内通过单位面积传递的热量。围护结构传热系数越大，说明围护结构的保温能力越差，所述节能意识表示用户尽可能地减少能源消耗量，提高能源资源利用效率的意识。
在S2中可知共性指标值包括样本日选定和基于核密度估计的概率密度拟合，所述样本日选定是选择某地块一定周期T的时间作为样本日，从样本日的日负荷曲线中提取日负荷密度、日负荷率、日峰谷差率等共性指标，在选取夏季中30天作为冷负荷样本日，选取冬季中30 天作为热负荷样本日，选取夏季、冬季、过渡季节中各30天作为电负荷样本日，所述基于核密度估计的概率密度拟合是从样本日的日负荷曲线中提取负荷密度、日负荷率、日峰谷差率等共性指标，得到每个样本日的共性指标向量Yi＝[xi1,xi2,xi3,xi4,xi5]，i＝1,2,…,T；采用核密度估计方法对以上指标进行概率密度拟合，进而确定典型的共性指标向量Yt＝[xc1,xc2, xc3,xc4,xc5]，令第j个共性指标xj的T个样本为x1j，x2j，x3j，…，xTj，则基于核密度理论可得共性指标xj的概率密度函数fk(xj)为式中：h为带宽；T 为样本数；xij为第j个共性指标的第i个样本值；K为核函数，选择的高斯函数作为核函数；所述个性指标值包括电负荷个性指标和冷热负荷个性指标，所述电负荷个性指标是根据不同用户的类型，其响应能力也各不相同，将用户分为公共、商业、工业、居民，以此来对响应意愿中的三个细化指标从低到高量化为1-5的数字，具体量化规则如表1 所示；所述冷热负荷个性指标通过问卷调查对各地块的人员密度、围护结构传热系数和节能意识等指标进行比较，获得准确的数据。
表1基于地理分区的综合能源园区供能分区方法的用户响应能力量化规则表 S3中可知综合得分的计算包括指标标准化、结合熵权法的层次分析法和确定最终得分，所述指标标准化通过无量纲化方法也就是通过数学变换来消除原始变量(指标)量纲的影响，其公式为设有m个地区，n个评价指标，xij表示第j项指标下第i个地区的指标实际值，正向指标：负向指标：所述熵权法是指通过层次分析法来确定权重的基础上，通过得到的数据来对权重加以修正，从而确定最终权重。
S4中可知分区规划是指根据负荷均衡原则对综合能源园区进行分区，目标函数是各分区最大综合负荷值与最小综合负荷值之比R＝Wmax/Wmin尽可能小；其分区规划主要包括以下几个步骤，通过电、热、冷负荷综合化、初选核心地块、初步分区和确定最终核心地块及分区这几个步骤得到IEP最终的分区结果，所述电、热、冷负荷综合化的计算公式为 Wt＝αe·We+ah·Wh+ac·Wc，式中，Wt为电、热、冷负荷综合化后的综合负荷，We、Wh、Wc分别为电、热、冷负荷，αe、αh、αc分别为电、热、冷负荷的系数；所述初步分区是以核心地块为核心，合并周围的地块，实现园区的初步分区，并计算各分区最大综合负荷值与最小综合负荷值的比值R＝Wmax/Wmin；所述确定最终核心地块及分区是通过地理方位重新选择不同的N个地块作为核心地块，重复初步分区的步骤，可得到各种不同的分区结果及R值，对选择不同核心地块时的R大小进行比较，当R最小时，说明在此情况下各分区最大综合负荷值与最小综合负荷之比最小，即各区域综合负荷分布最均匀，由此可得到最终的核心地块及分区结果。
S5中可知的算例分析包括指标值计算、综合得分计算和分区规划，其中指标值计算中又包括样本日选定、共性指标量化和个性指标量化；所述综合得分计算包括指标标准化、权重的确定和确定最终得分，所述确定最终得分将指标值标准化并计算出各指标权重后，根据式计算出各地块电、热、冷负荷用能信息的共性得分和个性得分；所述分区规划包括电、热、冷负荷综合化、初选核心地块及初步分区、确定最终核心地块及分区。
综上可知，权重的确定是通过采用结合熵权法的层次分析法，计算电、热、冷负荷的共性指标和个性指标的权重，以电负荷为例，其共性指标和个性指标的权重如图3所示，由图 3可知，在评价电负荷共性指标时，日负荷密度所占的比重最大，其次是负荷持续时间，而日峰谷差和日负荷波动率这两项指标对评价结果产生的影响较小；在评价电负荷个性指标时，响应容量最为重要，响应成本次之，响应意愿所占的比重则相对较小。
所述最终核心地块及分区通过重新选择不同的4个地块作为核心地块，即可得到不同核心地块时的分区结果，并比较不同分区结果的R值，筛选出R值最小的情况，不同核心地块时的分区结果如表2所示，由于不同核心地块的情况较多，表2只展示了部分情况，通过比较可发现，当核心地块为地块1、15、13、17时，R值最小，从而可得到最终的分区结果。
表2基于地理分区的综合能源园区供能分区方法的不同核心地块时的分区结果表
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于地理分区的综合能源园区供能分区方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
S1:指标值的选取，通过选取日负荷密度、日负荷率、日峰谷差率、日负荷波动率和负荷持续时间等负荷特性指标作为电、热、冷负荷的共性指标，选取响应意愿、响应容量和响应成本作为电负荷的个性指标，选取人员密度、围护结构传热系数和用户节能意识作为冷、热负荷的个性指标；
S2：指标值的计算，通过指标值的选取来计算共性指标值和个性指标值；
S3：综合得分的计算，所述采用直线型无量纲化方法中的阈值法来对指标进行无量纲化，阈值法是用指标实际值与阈值相比以得到指标评价值的无量纲化方法来对数据进行分析，以此来获得该地块电负荷的综合得分；
S4:分区规划，根据负荷均衡原则对综合能源园区进行分区，目标函数是各分区最大综合负荷值与最小综合负荷值之比R＝Wmax/Wmin尽可能小；通过电、热、冷负荷综合化、初选核心地块、初步分区和确定最终核心地块及分区这几个步骤得到IEP最终的分区结果；
S5:算例分析，通过某一个综合能源园区为例进行算例分析。
2.根据权利要求1所述的基于地理分区的综合能源园区供能分区方法，其特征在于，所述S1中包括共性指标值的选取和个性指标值的选取，所述共性指标值中包括日负荷密度、日负荷率、日峰谷差率、日负荷波动率和负荷持续时间；所述个性指标值的选取中包括电负荷个性指标和冷热负荷个性指标。
3.根据权利要求1所述的基于地理分区的综合能源园区供能分区方法，其特征在于，所述S2中共性指标值包括样本日选定和基于核密度估计的概率密度拟合；所述个性指标值包括电负荷个性指标和冷热负荷个性指标。
4.根据权利要求1所述的基于地理分区的综合能源园区供能分区方法，其特征在于，所述S3综合得分的计算包括指标标准化、结合熵权法的层次分析法和确定最终得分。
5.根据权利要求1所述的基于地理分区的综合能源园区供能分区方法，其特征在于，所述S4中的分区规划是指根据负荷均衡原则对综合能源园区进行分区，目标函数是各分区最大综合负荷值与最小综合负荷值之比R＝Wmax/Wmin尽可能小；其分区规划主要包括以下几个步骤，通过电、热、冷负荷综合化、初选核心地块、初步分区和确定最终核心地块及分区这几个步骤得到IEP最终的分区结果。
6.根据权利要求1所述的基于地理分区的综合能源园区供能分区方法，其特征在于，所述S5的算例分析包括指以下几个步骤标值计算、综合得分计算和分区规划，其中指标值计算中又包括样本日选定、共性指标量化和个性指标量化；所述综合得分计算包括指标标准化、权重的确定和确定最终得分；所述分区规划包括电、热、冷负荷综合化、初选核心地块及初步分区、确定最终核心地块及分区。
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