CN110570028B - 一种综合能源系统并网模式到应急自治模式的切换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种综合能源系统并网模式到应急自治模式的切换方法，该方法包括：对综合能源系统中的电负荷和气负荷进行优先等级划分及其优先级；建立适应度函数，并根据适应度函数值最大化的求解结果确定解列后可中断电负荷的中断次序表；实时获取解列造成的功率缺额，按照中断次序表的顺序执行切除可中断电负荷；制定综合能源系统模式切换策略；建立综合能源系统切换模型；求解所述综合能源系统切换模型得到切换策略，实现综合能源系统并网模式到应急自治模式的切换。本发明可充分利用综合能源系统内部不同时间尺度、不同优先级的负荷特点，在满足重要安全约束的前提下实现综合能源系统由并网模式到应急自治运行模式的快速切换。
Description
技术领域
本发明属于综合能源系统技术领域，具体而言，本发明涉及一种综合能源系统并网模式到应急自治模式的切换方法。
背景技术
能源与环境问题作为人类生存和发展的重要决定因素，已经成为世界各国的关注焦点。关于如何提高现有能源利用率，实现可再生能源的大规模开发利用，世界各国对此进行深入研究。由于传统能源电冷气热的能源供给分属于不同的行业，分属于不同的公司管理运营，用于满足用户的电冷气热需求。行业壁垒的存在造成能源供应多头管理，重复投资，制约了综合能效的提高。随着能源和环境问题的日益严峻，为了提高能源的总体效率，适应信息管理扁平化、集约化的发展趋势，多类能源互补供能的综合能源系统应运而生，成为了新兴的发展方向。
目前，关于综合能源系统与主网间的互动模式研究已经得到了国内外学者的重视，并形成了一定的研究基础。其与主网间的互动模式主要有需求响应、应急支撑、并网运行和主动孤网等模式，使得综合能源系统可以充分、灵活的支撑大电网的运行需求。在实际运行中，不同互动模式之间存在切换需求，但现有的研究多集中于综合能源系统不同运行模式下的经济优化调度模型，对于不同运行模式之间的转换问题尚缺乏深入的研究，尤其是当综合能源系统上级并网线故障、频率电压越限或者振荡失步等无法及时恢复的故障时，综合能源系统需要快速完成由并网模式到系统紧急自治模式的快速切换。若互动模式间的切换策略制定不合理，会危害系统的正常运行、出现线路电流过载等安全问题。
因此在典型的综合能源模式切换场景，即当出现综合能源系统上级并网线故障、频率电压越限或者振荡失步等无法及时恢复的故障时，综合能源系统如何完成综合能源系统内部不同时间尺度能流系统的最佳配合，保证系统的稳态运行是本领域需要解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是综合能源系统出现故障时，如何实现综合能源系统由并网模式到应急自治模式的快速切换过程。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
提供一种综合能源系统并网模式到应急自治模式的切换方法，其特征在于，包含以下步骤：
根据综合能源系统中可中断电负荷和可中断气负荷的重要程度对可中断电负荷和可中断气负荷进行优先等级划分并确定每个优先等级的优先级系数；
根据各优先等级的可中断电负荷的优先级系数、支路执行切除可中断电负荷的操作费用以及可中断电负荷的容量建立适应度函数，并根据适应度函数值最大化的求解结果确定解列后可中断电负荷的中断次序表；
若判断系统处于解列运行状态，则实时获取解列造成的功率缺额，按照中断次序表的顺序执行切除可中断电负荷；
根据被切除的可中断电负荷与可中断气负荷的优先等级比较结果，制定综合能源系统模式切换过程中被切除可中断电负荷内的可替代性负荷的供能切换策略；
基于预先建立的综合能源系统典型设备的能流转换功率出力模型、储能模型以及可再生光伏的出力模型，建立以最大化综合能源系统内部设备出力、负荷恢复最快、优先保证优先等级高的负荷供电为目标函数的综合能源系统切换模型；求解所述综合能源系统切换模型得到切换策略；
通过同时执行切换策略和切换过程中可中断电负荷的可替代性负荷的供能切换策略，实现综合能源系统并网模式到应急自治模式的切换。
进一步地，所述适应度函数的表达式如下：
式中，
表示第i优先等级的可中断电负荷的优先级系数，i＝1,…,n；n为优先等级的总数；Si表示第i优先等级的可中断电负荷容量；
表示操作输电线支路j执行切除可中断电负荷的操作费用；Zj表示第i优先等级的可中断电负荷的第j条操作输电线支路，j＝1,…,m m为第i优先等级的可中断电负荷的操作输电线支路的总数；F表示适应度函数的值。
进一步地，预先建立的综合能源系统典型设备的能流转换功率出力模型、储能模型以及可再生光伏的出力模型包括CCHP系统能流转换功率模型、电制冷机组模型、电制热机组模型、燃气锅炉模型、地源热泵模型以及光热发电模型。
在以上技术方案中，优选地，以最大化综合能源系统内部设备出力、负荷恢复最快、优先保证优先等级高的负荷供电为目标函数的综合能源系统切换模型表达式如下：
式中，F1、F2、F3分别表示最大化综合能源设备出力目标函数、优先保证高优先级系数的负荷供能模式切换和恢复的目标函数和快速切换时间最短的目标函数；
表示第i优先等级可中断负荷的优先级系数；Se,i、
分别表示i等级恢复的电负荷容量和可替代性负荷供能模式切换容量；
分别表示第i优先等级可中断电负荷恢复时间、第i优先等级可中断电负荷中可替代性负荷的供能切换时间和第i优先等级可中断气负荷切负荷时间；
为微型燃气轮机的最大发电功率；
为t时刻微型燃气轮机的发电功率；
为基于有机朗肯循环的低温余热发电装置的最大发电功率；
为t时刻基于有机朗肯循环的低温余热发电装置的发电功率；
是新能源光热系统的最大发电功率；
是t时刻新能源光热系统的发电功率；
为燃气锅炉的最大供热功率；
为t时刻燃气锅炉的供热功率；
为低温余热发电装置所输出的最大热功率；
为t时刻低温余热发电装置所输出的热功率；
为地源热泵所供应的最大热功率；
为t时刻地源热泵所供应的热功率；
为新能源光热系统所供应的最大热功率；
为t时刻新能源光热系统所供应的热功率；
为综合能源系统典型设备产生的热能所供应的最大冷负荷功率；
为t时刻综合能源系统典型设备产生的热能所供应的冷负荷功率；
为地源热泵所供应的最大冷负荷功率；
为t时刻地源热泵所供应的冷负荷功率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通过对对综合能源系统中的电负荷和气负荷进行负荷优先等级划分，确定系统可切除负荷及其优先级，减少了使用遗传算法求解最佳切负荷次序表的计算量，同时有利于后续可替代性负荷供能切换策略的制定，合理安排系统自治运行模式下的负荷恢复；
(2)通过遗传算法适应度函数的构造，实现相同重要等级的可中断电负荷的最优经济切除方案，生成离线最佳切负荷次序表，按照次序表切除系统解列运行时同等功率缺额的负荷，减少系统的反应时间，保障系统能流设备安全运行，防止切负荷过程中出现的电流超载和电压越限。
(3)构建综合能源系统内完整的系统电力系统稳态和天然气系统稳态运行平衡约束模型、各种典型设备的出力模型和爬坡约束，制定综合能源系统模式快速切换过程中被切除可中断电负荷内可替代性电负荷的供能切换策略，建立最大化综合能源系统内部设备出力、负荷恢复最快、优先保证重要负荷供电为目标函数的综合能源系统快速切换模型，对综合能源系统的模式快速切换的多目标模型进行求解，实现综合能源系统内部不同时间尺度能流系统的最佳配合，完成综合能源系统由并网模式到应急自治运行模式的快速切换过程。
附图说明
图1为根据实施例的本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种综合能源系统并网模式到应急自治模式的切换方法，该方法包括：
根据综合能源系统中可中断电负荷和可中断气负荷的重要程度对可中断电负荷和可中断气负荷进行优先等级划分并确定每个优先等级的优先级系数；
根据各优先等级的可中断电负荷的优先级系数、支路执行切除可中断电负荷的操作费用以及可中断电负荷的容量建立适应度函数，并根据适应度函数值最大化的求解结果确定解列后可中断电负荷的中断次序表；
若判断系统处于解列运行状态，则实时获取解列造成的功率缺额，按照中断次序表的顺序执行切除可中断电负荷；
根据被切除的可中断电负荷与可中断气负荷的优先等级的比较结果，制定综合能源系统模式切换过程中被切除可中断负荷内的可替代性负荷的供能切换策略；
基于预先建立的综合能源系统典型设备的能流转换功率出力模型、储能模型以及可再生光伏的出力模型，建立以最大化综合能源系统内部设备出力、负荷恢复最快、优先保证优先等级高的负荷供电为目标函数的综合能源系统切换模型；求解所述综合能源系统切换模型得到切换策略；
通过同时执行切换策略和切换过程中可中断电负荷的可替代性负荷的供能切换策略，实现综合能源系统并网模式到应急自治模式的切换。
本发明方法实现综合能源系统内部不同时间尺度能流系统的最佳配合，完成综合能源系统由并网模式到应急自治运行模式的快速切换过程。
步骤1：对综合能源系统中的电负荷和气负荷进行负荷优先等级划分，确定系统可切除负荷及其优先级。
本实施例中，在综合能源系统中，电冷气热负荷由电能和天然气进行供能，需要根据负荷的重要程度对电子系统和非电子系统中的负荷进行优先等级划分为不可中断电负荷、不可中断气负荷、可中断电负荷、可中断气负荷，分类后综合能源系统出力大于不可中断电负荷、不可中断气负荷。其中可中断电负荷、可中断气负荷均可以被划分为三类：
一级可中断电负荷、一级可中断气负荷分别记为
为中断负荷将造成人生伤亡，或者在政治、经济上造成重大损失，或影响重大政治经济意义的用电单位的正常工作的负荷，例如重要交通枢纽、大型体育场馆、工作车间等；
二级可中断电负荷、二级可中断气负荷分别记为
为中断负荷将在政治上、经济上造成较大损失，或者影响重要用电、用气单位的正常工作的负荷，例如大型影剧院、大型商场等；
三级可中断电负荷、三级可中断气负荷分别记为
为非生产性负荷，如办公照明、生活用电、生活用气等。
在其它实施例中，本步骤不限于实施例提供的划分方法，具体负荷的优先等级及优先级系数可由本领域技术人员根据工程实际情况而定。
步骤2：根据各优先等级的可中断电负荷的优先级系数、支路执行切除可中断电负荷的操作费用以及可中断电负荷的容量建立适应度函数并根据适应度函数值最大化的求解结果确定解列后可中断电负荷的中断次序表。
(1)优选地，构造此遗传算法的适应度函数表示如下：
式中，
表示第i优先等级的可中断电负荷的优先级系数，在对同一重要等级的可中断电负荷优化时负荷系数是相等的；Si表示需要切除的第i中重要等级的可中断电负荷容量；
表示支路j的操作费用；Zj表示第i优先等级的可中断电负荷的第j条操作输电线支路；i＝1,…,n；n为优先等级的总数；本实施例中，将优先等级分为I,II,III三类，表征可中断电负荷重要程度，分别表示一级可中断电负荷、二级可中断电负荷、三级可中断电负荷；m为第i优先等级的可中断电负荷的可操作性输电线支路数目；F表示适应度函数的值。
在本实施例中，采用遗传算法求解上述适应度函数最大值。
优先地采用离线方式给出解列后的切负荷策略，制作可中断电负荷切负荷次序表,实时获取解列造成的功率缺额，按照切负荷次序表切除等功率的负荷；
根据可中断电负荷切除优先级策略，离线使用遗传算法进行同等级可中断电负荷切除策略的优化：
i.将相同重要等级的可中断电负荷进行二进制编码。以输电线路作为染色体基因，并按照二进制表示，当某一基因值为1，表示相应位置支路要被切除；当基因值为0时，表示相应位置支路保持原有状态不变；长度为此重要等级可中断电负荷的总的可操作支路数目。依次完成三级可中断电负荷、二级可中断电负荷和一级可中断电负荷的切负荷优化。
ii.进行适应度函数值计算。
iii.进行选择、交叉以及变异操作。
选用“轮盘赌”方式作为选择方法：若某个个体被选取的概率由下式确定：
式中Ps,a为第a个个体被选择的概率；fa表示第a个个体的适应度函数；NP表示种群大小。
设定交叉概率Pc＝0.5，交叉方式采用一点交叉方式：在个体基因串中随机设定一个交叉点，实行交叉时，该点前后的两个个体部分结构进行互换，并生成两个新个体。
设定变异概率Pm＝0.03，变异方式选择基本变异方式：对群体基因链码随机挑选B个基因位置并对这些基因位置的基因值以变异概率Pm取反。
iv.收敛性判断；如果此进化过程中得到的具有最大适应度的个体，则此个体作为最优解输出，完成此重要等级的可中断电负荷优化；若不收敛则转到步骤iii，继续进行优化操作。
(2)制作可中断电负荷切负荷次序表,实时获取解列造成的功率缺额，按照切负荷次序表切除等功率的负荷；
步骤3：若判断系统处于解列运行状态，则实时获取解列造成的功率缺额，按照中断次序表的顺序执行切除可中断电负荷；
本实施例中，制作可中断电负荷切负荷次序表，首先对三级可中断电负荷进行优化排序，给出三级可中断电负荷的切除次序；类比三级可中断电负荷的切负荷次序表给出二级可中断电负荷、一级可中断电负荷的切负荷次序表。
当系统解列运行时，实时获取解列造成的功率缺额：Ploss,e。
判断只切除三级可中断电负荷是否满足要求。如果
则按照三级可中断电负荷的切负荷次序表切除等功率的负荷；
否则判断切除三级可中断电负荷、二级可中断电负荷是否满足系统要求。如果
则切除全部三级可中断电负荷，按照二级可中断电负荷的切负荷次序表切除等功率的负荷；
否则切除所有三级可中断电负荷、二级可中断电负荷，按照一级可中断电负荷的切负荷次序表切除等功率的负荷；
步骤4：根据被切除的可中断电负荷的优先等级，制定综合能源系统模式切换过程中被切除可中断电负荷内的可替代性负荷的供能切换策略；
制定综合能源系统模式快速切换过程中被切除可中断电负荷内可替代性电负荷的供能切换策略。
本实施例中，判断切除可中断电负荷中最重要的可中断电负荷所属优先等级。如果切除的可中断电负荷中含有
如果切除全部
可以恢复
中的可替代性负荷，则切除部分
进行
中可替代性负荷的供能切换。否则判断切除全部
是否可以完成
中的可替代性负荷的供能切换，可以完成则切除全部
和部分
否则根据
的大小进行三级可中断负荷的优先级比较，如果
则切除部分
全部
进行
中的可替代性负荷的供能切换。
以此类推，综合能源系统模式切换过程中被切除可中断电负荷内的可替代性负荷的供能切换策略的方法具体包括：
a)判断被切除可中断电负荷中最高等级的优先级等级，
b)若含有非最低等级的可中断电负荷，优先判断若切除全部最低等级的可中断气负荷后满足此等级可中断电负荷中可替代性负荷的供能模式切换，则切除部分最低等级的可中断气负荷进行此等级可中断电负荷中可替代性负荷的供能切换；否则提高可中断气负荷的等级至上一级，判断此等级的可中断气负荷和可中断电负荷的优先等级。如果可中断气负荷与最高等级的可中断电负荷等级不相同，则转向不同等级间可中断电负荷和可中断气负荷之间的判断。如果可中断气负荷与最高等级的可中断电负荷等级相同，则转向同等级间可中断电负荷和可中断气负荷之间的判断。
c)若是可中断电负荷的优先等级大于可中断气负荷的优先等级，则判断切除全部此等级的可中断气负荷和最低等级的可中断气负荷是否可以完成此等级可中断电负荷中可替代性负荷的供能切换，可以完成时则切除全部最低等级的可中断气负荷和部分次高一级的可中断气负荷进行此等级的可中断电负荷中可替代性负荷的供能切换；否则循环判断至可中断气负荷与最高等级的可中断电负荷等级相同。
d)若是同等级的可中断电负荷和可中断气负荷，则判断此等级可中断电负荷和可中断气负荷的优先级系数，如果可中断电负荷优先级系数高于可中断气负荷的优先级系数，在切除全部低于此等级的可中断气负荷后不能满足此等级可中断电负荷中可替代性负荷的情况下，则牺牲部分此等级可中断气负荷优先满足此等级可中断电负荷中的可替代性负荷的供能模式切换；否则仅切除低于此等级的可中断气负荷进行此等级的可中断电负荷中可替代性负荷的恢复。
e)在完成最高等级可中断电负荷中可替代性负荷的供能切换后，进行次高等级的可中断电负荷中可替代性负荷的供能切换。此时记次高等级可中断电负荷作为新的最高等级可中断电负荷，去除用于最高等级可中断电负荷中可替代性负荷供能切换的低等级的可中断气负荷后所保留的未中断的最低等级的可中断气负荷作为新的最低的可中断气负荷，参照步骤b)、c)、d)完成次高等级的可中断电负荷中可替代性负荷的供能切换。
f)如果仅含有最低等级的可中断电负荷，则判断此等级可中断电负荷和可中断气负荷的优先级系数，如果可中断电负荷优先级系数高于可中断气负荷的优先级系数，则牺牲部分可中断气负荷优先满足此等级可中断电负荷中的可替代性负荷的供能模式切换。
可替代性所表征的是用户在能源消费形式上的选择空间。如果某一负荷可以选择两种以上能流来满足自身的负荷需求，则说明该负荷具有可替代性，称之为替代型负荷。
步骤5：通过建立过渡过程的优化模型(包括优化目标和约束条件)，求解得到快速过渡策略。具体的，基于预先建立的综合能源系统典型设备的能流转换功率出力模型、储能模型以及可再生光伏的出力模型，建立以最大化综合能源系统内部设备出力、负荷恢复最快、优先保证优先等级高的负荷供电为目标函数的综合能源系统切换模型；求解所述综合能源系统切换模型得到切换策略。
优选地，以最大化综合能源设备出力、切换过程时间最短为目标，建立综合能源系统由并网模式到应急自治模式的快速切换模型如下式所示：
式中，F1、F2、F3分别表示最大化综合能源设备出力目标函数、优先保证高优先级系数的负荷供能模式切换和恢复的目标函数和快速切换时间最短的目标函数；
表示第i优先等级可中断负荷的优先级系数；Se,i、
分别表示i等级恢复的电负荷容量和可替代性负荷供能模式切换容量；
分别表示第i优先等级可中断电负荷恢复时间、第i优先等级可中断电负荷中可替代性负荷的供能切换时间和第i优先等级可中断气负荷切负荷时间；
为微型燃气轮机的最大发电功率；
为t时刻微型燃气轮机的发电功率；
为基于有机朗肯循环的低温余热发电装置的最大发电功率；
为t时刻基于有机朗肯循环的低温余热发电装置的发电功率；
是新能源光热系统的最大发电功率；
是t时刻新能源光热系统的发电功率；
为燃气锅炉的最大供热功率；
为t时刻燃气锅炉的供热功率；
为低温余热发电装置所输出的最大热功率；
为t时刻低温余热发电装置所输出的热功率；
为地源热泵所供应的最大热功率；
为t时刻地源热泵所供应的热功率；
为新能源光热系统所供应的最大热功率；
为t时刻新能源光热系统所供应的热功率；
为综合能源系统典型设备产生的热能所供应的最大冷负荷功率；
为t时刻综合能源系统典型设备产生的热能所供应的冷负荷功率；
为地源热泵所供应的最大冷负荷功率；
为t时刻地源热泵所供应的冷负荷功率。
对多目标函数求解采用现有技术即可实现，对本领域技术人员不需过多赘述。
步骤6：通过同时执行切换策略和切换过程中的可替代性负荷的供能切换策略，实现综合能源系统并网模式到应急自治模式的切换。
在以上实施例的基础上，建立综合能源系统典型设备的能流转换功率出力模型、储能模型以及可再生光伏的出力模型，典型设备模型包括CCHP系统模型、电制冷机组模型、电制热机组模型、燃气锅炉模型、地源热泵模型以及光热发电模型。
在以上实施例基础上，优选地，建立综合能源系统的负荷平衡约束模型，包括电负荷、热负荷以及冷负荷的平衡约束模型、电力系统支路容量约束以及天然气管道流量限制约束。
(i)电负荷的平衡模型
式中，
为t时刻微型燃气轮机的发电功率；
为t时刻基于有机朗肯循环的低温余热发电装置的发电功率；
是t时刻新能源光热系统的发电功率；
为t时刻从大电网的购电功率(由并网运行模式切换到应急自治模式时，
为t时刻用户所需要的电负荷功率；
为t时刻电能用于供应冷负荷所消耗的电功率；
为t时刻电能用于供应热负荷所消耗的电功率；
为t时刻电能用于供应地源热泵机组所消耗的电功率；
为t时刻储电装置的充电功率，其值为正时表示储电装置正在充电，其值为负时表示储电装置正在放电。
(ii)热负荷的平衡模型
式中，
为t时刻燃气锅炉的供热功率；
为t时刻低温余热发电装置所输出的热功率；
为t时刻电能所供应的热负荷功率；
为地源热泵所供应的热功率；
为新能源光热系统所供应的热功率；
为t时刻用户所需要的的热负荷功率；
为t时刻热能用于转换为冷能所消耗的热功率；
为t时刻储热装置的储热功率，其值为正表示储热装置正在蓄热，其值为负表示储热装置正在供热。
(iii)冷负荷的平衡模型
式中，
为t时刻热能所供应的冷负荷功率；
为t时刻电能所供应的冷负荷功率；
为t时刻地源热泵所供应的冷负荷功率；
为t时刻用户所需要的冷负荷功率；
为t时刻储冷装置的储冷功率，其值为正表示储冷装置正在蓄冷，其值为负表示储冷装置正在供冷。
(iv)电力系统支路容量约束。
Sζ≤Sζmax
式中，ζ＝1,2,...,l，l为孤岛内支路总数；Sζ、Sζmax为支路ζ上的功率和线路容量。
(v)天然气供应流量约束。
式中
分别为综合能源系统在t时刻维持运行所需要的燃气总量和t时刻燃气系统所能供应的最大燃气总量
建立综合能源系统典型设备的能流转换功率出力模型、储能模型以及可再生光伏的出力模型。其典型设备模型包括CCHP系统模型、电制冷机组模型、电制热机组模型、燃气锅炉模型、地源热泵模型以及光热发电模型。
(i)CCHP系统能流转换功率模型及其约束
CCHP系统模型可分为三部分，包括微型燃气轮机模型，低温余热发电模型以及吸收式制冷机模型。
1)微型燃气轮机是综合能源系统的核心设备，是系统电能的主要来源。
微型燃气轮机能流转换功率模型为：
式中，
为t时刻微型燃气轮机所回收的余热热量；
为t时刻燃气轮机所消耗的燃气体积；ηgt,e为微型燃气轮机的热转换效率；ηgt,h为微型燃气轮机的余热回收效率；
为t时刻微型燃气轮机的发电功率。
微型燃气轮机约束为：
式中，
分别为微型燃气轮机所产出热功率的下限和上限；
分别为微型燃气轮机所产生电功率的下限和上限；
分别为微型燃气轮机产出热功率时爬坡速率的下限和上限；
分别为微型燃气轮机产出电功率是爬坡速率的下限和上限。
2)低温余热发电能流转换功率模型
此处选择基于ORC(有机朗肯循环)的低温余热发电装置。
低温余热发电装置模型为：
式中，αORC为低温余热装置中的热量分配因子；ηORC,e为低温余热装置的热电转换效率；
为t时刻基于有机朗肯循环的低温余热发电装置的发电功率；
为t时刻低温余热发电装置所输出的热功率。
低温余热发电装置约束为：
式中，
分别为低温余热发电装置可以接受的输入热功率的下限和上限；
分别为低温余热发电装置所输出的最大电能功率和最小电能功率；
分别为低温余热发电装置所输出的最小热功率和最大热功率。
3)吸收式制冷机组能流转换功率模型
吸收式制冷机组属于热驱动的压缩式制冷机组，其模型可表述如下：
式中，ηh,c为吸收式制冷机组的热冷转换效率；
分别为热能所供应冷负荷的最小冷功率和最大冷功率。
(ii)燃气锅炉能流转换功率模型
燃气锅炉通过燃烧天然气直接用于用户侧热负荷的供应，其产生的热量与锅炉的效率有关。
燃气锅炉供热出力模型可以表示为：
式中，ηgb为燃气锅炉的热效率；
为t时刻燃气锅炉所消耗的燃气体积。
燃气锅炉其约束为：
式中，
为上一时刻即t-1时刻燃气锅炉产出的热量；
分别为燃气锅炉供热量的下限和上限；
分别为燃气锅炉爬坡的下限和上限。
(iii)电制冷机组能流转换功率模型
电制冷机组属于电驱动的压缩式制冷机组，其模型可表述如下：
式中，ηe,c为电制冷机组的制冷效率。
(iv)电制热机组能流转换功率模型
电制热机组属于电驱动的压缩式制热机组，其模型可表述如下：
式中，ηe,h为电制热机组的制热效率。
(v)地源热泵能流转换功率模型
地源热泵为利用地下的热源作为热泵的低温热源，从而制取热量或冷量的装置。
地源热泵其模型为：
式中，βhp为地源热泵中的电能分配因子；ηhp,h为地源热泵的制热能效；ηhp,c为地源热泵的制冷能效。
地源热泵其约束为：
式中，
分别为地源热泵装置工作耗电量的最小值和最大值；
分别为地源热泵工作时所产出的最小热负荷功率和最大热负荷功率；
为地源热泵工作时所产出的最小冷负荷功率和最大冷负荷功率。
(vi)储能模型
储能模型包含储电装置模型、储热装置模型和储冷装置模型。
储能模型可表示为：
式中，
分别为t时刻储电装置、储热装置和储冷装置的储能量；
分别为上一时刻即t-1时刻储电装置、储热装置和储冷装置的储能量；μST,e、μST,h、μST,c分别表示储电装置的储电自损失率、储热装置的储热自损失率和储冷装置的储冷自损失率；ηST,e,in、ηST,h,in、ηST,c,in分别表示储电装置的储电效率、储热装置的储热效率和储冷装置的储冷效率；ηST,e,out、ηST,h,out、ηST,c,out分别表示储电装置的供电效率、储热装置的供热效率和储冷装置供冷效率。
储能约束可表示为：
式中，Emax、Qmax、Cmax分别为储电装置、储热装置和储冷装置的最大容量值；
分别为储电装置、储热装置和储冷装置的储能和供能的最大功率的绝对值。
(vii)光热系统能流转换功率模型
对光热系统的出力模型进行简化处理，假设其出力只与光照强度和环境温度有关，其模型为：
式中，PSTP,e,N、PSTP,h,N分别为在参考光照强度和参考温度的环境下，光热系统的额定发电功率和发热功率；WN、TN分别为参考光照强度和参考环境温度；
Tt分别为t时刻的光照强度和环境温度；kT1、kT2分别为发电功率系数和发热功率系数；Δt为时间计量间隔。
光热系统约束为：
式中，
分别为光热系统发电量的下限和上限；
分别为光热系统发热量的下限和上限。
本发明通过对对综合能源系统中的电负荷和气负荷进行负荷等级划分，确定系统可切除负荷及其优先级，减少了使用遗传算法求解最佳切负荷次序表的计算量，同时有利于后续可替代性负荷供能切换策略的制定，合理安排系统自治运行模式下的负荷恢复。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (6)
1.一种综合能源系统并网模式到应急自治模式的切换方法，其特征在于，包含以下步骤：
根据综合能源系统中可中断电负荷和可中断气负荷的重要程度对可中断电负荷和可中断气负荷进行优先等级划分并确定每个优先等级的优先级系数；
根据各优先等级的可中断电负荷的优先级系数、支路执行切除可中断电负荷的操作费用以及可中断电负荷的容量建立适应度函数，并根据适应度函数值最大化的求解结果确定解列后可中断电负荷的中断次序表；
若判断系统处于解列运行状态，则实时获取解列造成的功率缺额，按照中断次序表的顺序执行切除可中断电负荷；
根据被切除的可中断电负荷与可中断气负荷的优先等级比较结果，制定综合能源系统模式切换过程中被切除可中断电负荷内的可替代性负荷的供能切换策略；
基于预先建立的综合能源系统典型设备的能流转换功率出力模型、储能模型以及可再生光伏的出力模型，建立以最大化综合能源系统内部设备出力、负荷恢复最快、优先保证优先等级高的负荷供电为目标函数的综合能源系统切换模型；求解所述综合能源系统切换模型得到切换策略；
通过同时执行切换策略和切换过程中可中断电负荷的可替代性负荷的供能切换策略，实现综合能源系统并网模式到应急自治模式的切换；
所述适应度函数的表达式如下：
式中，
表示第i优先等级的可中断电负荷的优先级系数，i＝1,…,n；n为优先等级的总数；Si表示第i优先等级的可中断电负荷容量；
表示操作输电线支路j执行切除可中断电负荷的操作费用；Zj表示第i优先等级的可中断电负荷的第j条操作输电线支路，j＝1,…,m ； m为第i优先等级的可中断电负荷的操作输电线支路的总数；F表示适应度函数的值。
2.根据权利要求1所述的一种综合能源系统并网模式到应急自治模式的切换方法，其特征在于，采用遗传算法求解所述适应度函数值，具体包括：
以各优先等级的可中断电负荷的操作输电线支路作为染色体基因对其进行二进制编码，当基因值为1时，表示相应位置支路要被切除；当基因值为0时，表示相应位置支路保持原有状态不变；长度为负荷重要等级的可中断电负荷的总的操作输电线支路数目；进行适应度函数值计算；
选用轮盘赌方式作为选择方法：若某个个体被选取的概率由下式确定：
式中Ps,a为第a个个体被选择的概率；fa表示第a个个体的适应度函数；NP表示种群大小；
设定交叉概率，交叉方式采用一点交叉方式：在个体基因串中随机设定一个交叉点，实行交叉时，该点前后的两个个体部分结构进行互换，并生成两个新个体；
设定变异概率，变异方式选择基本变异方式：对群体基因链码随机挑选B个基因位置并对这些基因位置的基因值以变异概率Pm取反；
收敛性判断；如果此进化过程中得到的具有最大适应度的个体，则此个体作为最优解输出。
3.根据权利要求1所述的一种综合能源系统并网模式到应急自治模式的切换方法，其特征在于，按照中断次序表的顺序执行切除可中断电负荷包括：
从中断次序表中排列在第一的可中断电负荷开始执行切除负荷；若排在中断次序表中前面的可中断电负荷的容量小于功率缺额，则依次顺序增加排列在后的可中断电负荷，直到切除的可中断电负荷的总量等于功率缺额。
4.根据权利要求1所述的一种综合能源系统并网模式到应急自治模式的切换方法，其特征在于，根据被切除的可中断电负荷与可中断气负荷的优先等级比较，制定综合能源系统模式切换过程中被切除可中断电负荷内的可替代性负荷的供能切换策略的方法具体包括：
a)判断被切除可中断电负荷中最高的优先级等级，
b)若含有非最低等级的可中断电负荷，优先判断若切除全部最低等级的可中断气负荷后满足此等级可中断电负荷中可替代性负荷的供能模式切换，则切除部分最低等级的可中断气负荷进行此等级可中断电负荷中可替代性负荷的供能切换；否则提高可中断气负荷的等级至上一级，判断此等级的可中断气负荷和可中断电负荷的优先等级；如果可中断气负荷与最高等级的可中断电负荷等级不相同，则转向不同等级间可中断电负荷和可中断气负荷之间的判断；如果可中断气负荷与最高等级的可中断电负荷等级相同，则转向同等级间可中断电负荷和可中断气负荷之间的判断；
c)若是可中断电负荷的优先等级大于可中断气负荷的优先等级，则判断切除全部此等级的可中断气负荷和最低等级的可中断气负荷是否可以完成此等级可中断电负荷中可替代性负荷的供能切换，可以完成时则切除全部最低等级的可中断气负荷和部分次高一级的可中断气负荷进行此等级的可中断电负荷中可替代性负荷的供能切换；否则循环判断至可中断气负荷与最高等级的可中断电负荷等级相同；
d)若是同等级的可中断电负荷和可中断气负荷，则判断此等级可中断电负荷和可中断气负荷的优先级系数，如果可中断电负荷优先级系数高于可中断气负荷的优先级系数，在切除全部低于此等级的可中断气负荷后不能满足此等级可中断电负荷中可替代性负荷的情况下，则牺牲部分此等级可中断气负荷优先满足此等级可中断电负荷中的可替代性负荷的供能模式切换；否则仅切除低于此等级的可中断气负荷进行此等级的可中断电负荷中可替代性负荷的恢复；
e)在完成最高等级可中断电负荷中可替代性负荷的供能切换后，进行次高等级的可中断电负荷中可替代性负荷的供能切换；此时记次高等级可中断电负荷作为新的最高等级可中断电负荷，去除用于最高等级可中断电负荷中可替代性负荷供能切换的低等级的可中断气负荷后所保留的未中断的最低等级的可中断气负荷作为新的最低的可中断气负荷，执行步骤b)、c)、d)完成次高等级的可中断电负荷中可替代性负荷的供能切换；
f)如果仅含有最低等级的可中断电负荷，则判断此等级可中断电负荷和可中断气负荷的优先级系数，如果可中断电负荷优先级系数高于可中断气负荷的优先级系数，则牺牲部分可中断气负荷优先满足此等级可中断电负荷中的可替代性负荷的供能模式切换。
5.根据权利要求1所述的一种综合能源系统并网模式到应急自治模式的切换方法，其特征在于，预先建立的综合能源系统典型设备的能流转换功率出力模型、储能模型以及可再生光伏的出力模型包括CCHP系统能流转换功率模型、电制冷机组模型、电制热机组模型、燃气锅炉模型、地源热泵模型以及光热发电模型。
6.根据权利要求1所述的一种综合能源系统并网模式到应急自治模式的切换方法，其特征在于，以最大化综合能源系统内部设备出力、负荷恢复最快、优先保证优先等级高的负荷供电为目标函数的综合能源系统切换模型表达式如下：
式中，F1、F2、F3分别表示最大化综合能源设备出力目标函数、优先保证高优先级系数的负荷供能模式切换和恢复的目标函数和快速切换时间最短的目标函数；
表示第i优先等级可中断负荷的优先级系数；Se,i、
分别表示i等级恢复的电负荷容量和可替代性负荷供能模式切换容量；
分别表示第i优先等级可中断电负荷恢复时间、第i优先等级可中断电负荷中可替代性负荷的供能切换时间和第i优先等级可中断气负荷切负荷时间；
为微型燃气轮机的最大发电功率；
为t时刻微型燃气轮机的发电功率；
为基于有机朗肯循环的低温余热发电装置的最大发电功率；
为t时刻基于有机朗肯循环的低温余热发电装置的发电功率；
是新能源光热系统的最大发电功率；
是t时刻新能源光热系统的发电功率；
为燃气锅炉的最大供热功率；
为t时刻燃气锅炉的供热功率；
为低温余热发电装置所输出的最大热功率；
为t时刻低温余热发电装置所输出的热功率；
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为新能源光热系统所供应的最大热功率；
为t时刻新能源光热系统所供应的热功率；
为综合能源系统典型设备产生的热能所供应的最大冷负荷功率；
为t时刻综合能源系统典型设备产生的热能所供应的冷负荷功率；
为地源热泵所供应的最大冷负荷功率；
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