CN110910272A - 一种城市综合能源系统多目标优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于能源与环境技术领域，主要涉及一种城市综合能源系统多目标优化方法，包括如下步骤：S1：城市综合能源系统环节划分；S2：城市综合能源系统能效建模；S3：城市综合能源系统经济性建模；S4：城市综合能源系统环保性建模；S5：城市综合能源系统优化目标与约束；S6：城市综合能源系统优化求解，选用NSGA‑II算法求解多目标优化问题，采用本发明所述的方法，可将能源技术效率、经济效益、环境效益作为多目标，对城市综合能源系统进行优化与分析，为城市能源规划与发展提供科学依据。

Description

一种城市综合能源系统多目标优化方法

技术领域

本发明属于能源与环境技术领域，主要涉及一种城市综合能源系统多目标优化方法。

背景技术

随着工业的发展和居民生活对于能源的不断增长，能源消耗不断增加，环境问题也日益突出。城市是主要能源利用的主要场所，为实现能源的经济、高效、绿色利用，需要对城市综合能源系统进行优化，以提高城市的能源利用水平。因此，本专利将能源技术效率、经济效益、环境效益作为多目标，对城市综合能源系统进行优化与分析，为城市能源规划与发展提供科学依据。

发明内容

本发明的目的在于填补现有技术的空白，提出一种城市综合能源系统的多目标优化方法，提出城市综合能源系统多目标优化的目标函数、约束条件以及求解方法。

本发明采取的技术方案是：

一种城市综合能源系统多目标优化方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：城市综合能源系统环节划分

将城市综合能源系统分为额能源生产、运输、转换、存储和利用五个环节；各环节的输入与输出关系如下式：

L_i＝C_iP_i

其中i＝1、2、3、4、5，分别代表能源生产、运输、转换、储存和利用的五个环节；P_i和L_i分别代表第i部分的能量输入列向量和输出列向量，不同行元素代表不同的能源形式；C_i代表能效矩阵，其第m行第n列的元素值代表第m种能源经过本环节后转换成第n种能源的效率；

S2：城市综合能源系统能效建模；

S3：城市综合能源系统经济性建模

本发明中经济性指年运行成本，考虑城市综合能源系统在能源生产、转换和储存环节的产生的运行费用；在能源生产、转换和储存环节均存在如下关系：

ξ_i＝π_iP_i

其中i＝1,3,4分别表示能源生产、转换和储存环节；ξ_i代表第i个环节的成本(元)；π_i代表第i个环节的成本矩阵，反映单位能源在i环节产生的费用；

S4：城市综合能源系统环保性建模

城市综合能源系统以年总二氧化碳排放量作为环保性指标，核算方法如下式；

其中，R代表系统总CO₂排放量，μ_h为第h种能源单位CO2排放系数；

S5：城市综合能源系统优化目标与约束

步骤一：确定优化目标

本发明采用多目标优化方法，优化目标如下：

max f＝{f₁,-f₂,-f₃}

步骤二：确定约束条件，所述约束条件包括：能量供应约束；机动车需求量约束；燃油消耗约束；供需平衡约束；比例约束；

S6：城市综合能源系统优化求解，选用NSGA-II算法求解多目标优化问题。

进一步的，所述步骤S2中，具体方法如下：

S201：城市综合能源生产环节效率矩阵建模

能源生产环节由集中式电供热即CEH、火电厂即TP、燃煤锅炉即CFB、燃气锅炉即GB和热电联产即CHP五部分组成，该环节效率矩阵如式(2)所示；

其中λ^j _i,α代表第i个环节第α种能量的j分量，η_ceh,η_tp,η_cfb,η_gb分别代表CEH、TP、CFB和GB的效率，η_chpe,η_chph代表CHP的发电效率和发热效率；

S202：城市综合能源运输环节效率矩阵建模

能源运输环节环节由电网即PG、热力管网即HSP和天然气网即GP三部分组成，该环节效率矩阵如式(3)所示；

其中，η_pg,η_hsp,η_gp分别代表PG、HSP和GP的效率；HSP的效率一般为95％；PG的效率可以通过(4)来计算；

η_pg＝(1-a)(1-b)(1-c) (4)

其中A、B、C代表中压线损率、变压器损耗率、低压线损率；GCS的效率可以通过(5)计算；

其中，Q代表气体传输量，10⁴m³；E_g,3代表气体压缩机消耗的电能，10⁴kW·h；

S203：城市综合能源转换环节效率矩阵建模

能量转换环节由五部分组成：分布式可再生能源发电即DREG、分布式太阳能产热即DSHG、分布式电转热即DEHT、分布式电转冷即DECT和分布式气转电/冷/热设备即DGE；由于在能源转换环节增加了两个新的能源输入项，造成该环节输入P₃不等于能量传输环节的输出L₂；因此，定义矩阵T₂如式6形式；

则有P₃＝L₂T₂+P_r，其中：

P_r＝[0 0 0 0 0 P_3re P_3rh]^T (7)

其中P_3re、P_3rh分别为分布式可再生电源和分布式可再生热源的投入量；该环节效率矩阵如式(8)所示；

其中η_deht,,η_dect代表DEHT和DECT的效率，η_dgee,η_dgeh,η_dgec代表DGE的发电效率、热效率和冷效率；

其中，λ_e，λ_h，λ_c分别代表电能、热能、冷能从转换环节输出到存储环节的比例；

S204：城市综合能源存储环节效率矩阵建模

能源储存环节由三部分组成：储电(EES)、储热(TES)和储冷(CS)，该环节效率矩阵如式(10)所示；

其中ηees,ηtes,ηcs分别代表EES、TES和CS充放电效率；

S205：城市综合能源利用环节效率矩阵建模

能源利用环节共分五个部分：电负荷(EL)，热负荷(HL)，冷负荷(CL)，气负荷(GS)、油需求(OR)，该环节效率矩阵如式(11)所示；

其中η_el,η_hl,η_cl,η_gl,η_or分别代表EL、HL、CL、GL和OR用能效率

S206：城市综合能源系统能效模型

城市综合能源系统的输出矩阵L₅可以用(12)表示；

L₅＝C₅(I-λ+C₄λ)C₃(T₂C₂C₁P₁+P_r) (12)

其中I代表单位矩阵；则城市综合能源系统能效模型如式(13)所示；

进一步的，所述步骤S3中，具体方法如下：

S301：城市综合能源系统能源生产环节设备成本建模

能源生产环节设备的成本包含三方面来源，如下式：

π＝π_d+π_f+π_m (15)

其中，π_d代表设备折旧成本，π_f代表燃料成本，π_m代表运行成本，可参考下述公式计算得出：

其中I代表设备总投资，P代表设备额定运行功率，τ代表年均运行小时数，T代表使用年限，Q代表燃料热值，M代表年均运行维护费用；

S302：城市综合能源系统能源转换环节设备成本建模

该环节包括分布式可再生电源即DREG、分布式电转热即DEHT、分布式电转冷即DECT和分布式气转电/冷/热设备即DGE，均属于分布式的能源生产设备，其建模与能源生产环节的建模方法相同；

S303：城市综合能源系统能源存储环节设备成本建模

首先，在城市综合能源系统中，电化学储能应用最为广泛，考虑建设成本、运行维护成本以及峰谷差电价收益，成本矩阵如式(19)所示；

其中，Q_ees代表电池容量，n代表运行年限，Δ代表电池容量年衰减率，Ω代表放电深度，π_e表示该地峰谷电价差；

其次，参考德国储能协会给出的储热成本计算方法并结合储热/冷设备的收益，其成本可以由下式计算得出；

其中，I代表设备总投资，E代表设备储热/冷量，N代表储热设备年均热循环次数，π_h和π_l分别代表当地高峰电价和低谷电价；

S304：城市综合能源系统各环节成本模型

首先，计算能源生产环节成本矩阵模型，如下式所示；

其中，π_e为年均市电价格，π_ceh,，π_tp，π_fp，π_chpcoil，π_chpgas，π_gb，π_oil分别表示能源生产环节相应设备消耗单位能源的成本；该环节成本模型如下式所示；

ξ₁＝π₁P₁ (22)

其次，计算能源转换环节成本矩阵模型，如下式所示；

其中，π_r,，π_deht，π_dect，π_dgegas分别表示能源转换环节各个设备转换单位能源的成本；该环节成本模型如下式所示；

ξ₃＝π₃P₃ (24)

最后，能源储存环节的成本可由式(17)计算得出；

ξ₄＝π₄λC₃(T₂C₂C₁P₁+P_r) (25)

其中，π₃表示能源储存环节的成本矩阵，其值为：

π₄＝[π_ees π_tes π_cs 0 0] (26)

其中，π_ees，π_tes，π_cs分别表示能源储存环节各个设备储存单位能源的成本；

S305：建立城市综合能源系统经济性建模

进一步的，所述步骤S4中，城市综合能源系统以年总二氧化碳排放量作为环保性指标，核算方法如下式：

其中，R代表系统总CO₂排放量，μ_h为第h种能源单位CO2排放系数。

进一步的，所述步骤S5中的步骤二中，约束条件包括S51能源供应约束；S52机动车需求量约束；S53燃油消耗约束；S54供需平衡约束；S55比例约束；

其中S51能源供应约束包括：S511能源总量约束、S512电力和天然气年供应量上限约束、S513太阳能供应总量上限约束、S514风能供应总量上限约束、S515可再生能源发电电网占比约束，

S511、能源总量约束，如下式所示：

P₁(1)+P₁(2)+P₁(3)+P₁(4)≤W_sum

其中，W_SUM代表全年能量消耗总量的上限(kW)；

S512、电力和天然气年供应量上限约束，如下式所示：

其中，W_{E_max},W_{G_max}代表电网和天然气网每年可以供应的能量上限(kW)；

S513、太阳能供应总量上限约束，如下式所示：

其中，P_3r ^sun_th代表年太阳能产热总量(kW)，η^sun_th代表太阳能产热效率，P_3r ^sun_e代表年太阳能发总量(kW)，η^sun_e代表天阳能发电效率，S_sun代表可铺设太阳能板的面积(m²)，h_sun代表该城市年有效日照时长(h)，W_sun代表该城市单位平方米年平均太阳辐射量(kW/(m²·h))；

S514、风能供应总量上限约束，如下式所示：

城市内每年的风能总量有限

其中，P_3r ^wind_e代表能风能产电总量(kW)，W_wind代表城市风能总量(kW)，η^wind_e代表风电效率；

S515、可再生能源发电电网占比约束，如下式所示：

其中，P_3re代表可再生能源输入量；

S52.机动车需求量约束

其中，λ¹ _5,car,λ² _5,car,λ³ _5,car代表燃油机动车、电动车、燃气机动车消耗的能量在机动车消耗的总能量中的占比；

S53.燃油消耗约束

城市对于燃油的存在最低需求量；

P₅(5)≥W_{oil_min}

其中，W_{oil_min}代表燃油的最低消耗量(kW)；

S54.供需平衡约束

能源供应量P₁,P_3r和能源消耗量L₅应当满足等式(12)以达到能源的供需平衡；

S55.比例约束

在城市能源系统中，能量占比之和应当为1；

其中，λ^j _i,α为各部分能量的占比。

本发明的优点和积极效果是：

本发明中，以能源生产、传输、转化、储存和利用五个环节对城市综合能源系统的能效和经济性进行建模，具有较高的建模精度。同时，通过多目标优化，可获得综合考虑了能效、经济性和环保性的最优方案，提高了城市能源规划的可行性，为城市综合能源发展提供有效和科学依据。

附图说明

图1为本发明中城市综合能源系统多目标优化步骤的流程图；

图2为城市综合能源系统能流图；

图3为城市综合能源系统能效建模步骤的流程图；

图4为城市综合能源系统经济性建模步骤的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

本发明中，所提目标函数，涉及城市综合能源系统能效模型、经济性模型以及环保性模型。所提约束条件，包括但不限于能量供应约束，机动车约束，燃油消耗约束，供需平衡约束，比例约束和储能上限约束等约束模型。所提求解方法，包括但不限于非支配排序遗传算法等方法。

本发明实现步骤如附图1所示，具体实施过程如下所述。

S1：城市综合能源系统环节划分

将城市综合能源系统分为额能源生产、运输、转换、存储和利用五个环节，各环节主要构成和能流如附图2所示。各环节的输入与输出关系如下式：

L_i＝C_iP_i

其中i＝1、2、3、4、5，分别代表能源生产、运输、转换、储存和利用的五个环节。P_i和L_i分别代表第i部分的能量输入列向量和输出列向量，不同行元素代表不同的能源形式。C_i代表能效矩阵，其第m行第n列的元素值代表第m种能源经过本环节后转换成第n种能源的效率。

S2：城市综合能源系统能效建模

建立城市综合能源系统能效模型，实施步骤如附图3所示，具体实施过程如下所述。

S201：城市综合能源生产环节效率矩阵建模

能源生产环节由集中式电供热(CEH)、火电厂(TP)、燃煤锅炉(CFB)、燃气锅炉(GB)和热电联产(CHP)五部分组成，该环节效率矩阵如式(2)所示。

其中λ^j _i,α代表第i个环节第α种能量的j分量，η_ceh,η_tp,η_cfb,η_gb分别代表CEH、TP、CFB和GB的效率，η_chpe,η_chph代表CHP的发电效率和发热效率。

S202：城市综合能源运输环节效率矩阵建模

能源运输环节环节由电网(PG)、热力管网(HSP)和天然气网(GP)三部分组成，该环节效率矩阵如式(3)所示。

其中，η_pg,η_hsp,η_gp分别代表PG、HSP和GP的效率。HSP的效率一般为95％。PG的效率可以通过(4)来计算。

η_pg＝(1-a)(1-b)(1-c)

其中A、B、C代表中压线损率、变压器损耗率、低压线损率。GCS的效率可以通过(5)计算。

其中，Q代表气体传输量，10⁴m³；E_g,3代表气体压缩机消耗的电能，10⁴kW·h。

S203：城市综合能源转换环节效率矩阵建模

能量转换环节由五部分组成：分布式可再生能源发电(DREG)、分布式太阳能产热(DSHG)、分布式电转热(DEHT)、分布式电转冷(DECT)和分布式气转电/冷/热设备(DGE)。由于在能源转换环节增加了两个新的能源输入项，造成该环节输入(P₃)不等于能量传输环节的输出(L₂)。因此，定义矩阵T₂如式(6)形式。

则有P₃＝L₂T₂+P_r，其中：

P_r＝[0 0 0 0 0 P_3re P_3rh]^T (7)

其中P_3re、P_3rh分别为分布式可再生电源和分布式可再生热源的投入量。

该环节效率矩阵如式(8)所示。

其中η_deht,,η_dect代表DEHT和DECT的效率，η_dgee,η_dgeh,η_dgec代表DGE的发电效率、热效率和冷效率。

其中，λ_e，λ_h，λ_c分别代表电能、热能、冷能从转换环节输出到存储环节的比例。

S204：城市综合能源存储环节效率矩阵建模

能源储存环节由三部分组成：储电(EES)、储热(TES)和储冷(CS)，该环节效率矩阵如式(10)所示。

其中ηees,ηtes,ηcs分别代表EES、TES和CS充放电效率。

S205：城市综合能源利用环节效率矩阵建模

能源利用环节共分五个部分：电负荷(EL)，热负荷(HL)，冷负荷(CL)，气负荷(GS)、油需求(OR)，该环节效率矩阵如式(11)所示。

其中η_el,η_hl,η_cl,η_gl,η_or分别代表EL、HL、CL、GL和OR用能效率

S206：城市综合能源系统能效模型

城市综合能源系统的输出矩阵L₅可以用(12)表示。

L₅＝C₅(I-λ+C₄λ)C₃(T₂C₂C₁P₁+P_r) (12)

其中I代表单位矩阵。则城市综合能源系统能效模型如式(13)所示。

S3：城市综合能源系统经济性建模

本发明中经济性指年运行成本，考虑城市综合能源系统在能源生产、转换和储存环节的产生的运行费用。在能源生产、转换和储存环节均存在如下关系：

ξ_i＝π_iP_i (14)

其中i＝1,3,4分别表示能源生产、转换和储存环节；ξ_i代表第i个环节的成本(元)；π_i代表第i个环节的成本矩阵，反映单位能源在i环节产生的费用。

城市综合能源系统经济性模型步骤如附图4所示，具体方法如下：

S301：城市综合能源系统能源生产环节设备成本建模

能源生产环节设备的成本包含三方面来源，如下式：

π＝π_d+π_f+π_m (15)

其中，π_d代表设备折旧成本，π_f代表燃料成本，π_m代表运行成本，可参考下述公式计算得出：

其中I代表设备总投资，P代表设备额定运行功率，τ代表年均运行小时数，T代表使用年限，Q代表燃料热值，M代表年均运行维护费用。

S302：城市综合能源系统能源转换环节设备成本建模

该环节包括分布式可再生电源(DREG)、分布式电转热(DEHT)、分布式电转冷(DECT)和分布式气转电/冷/热设备(DGE)，均属于分布式的能源生产设备，其建模与能源生产环节的建模方法相同。

S303：城市综合能源系统能源存储环节设备成本建模

首先，在城市综合能源系统中，电化学储能应用最为广泛，考虑建设成本、运行维护成本以及峰谷差电价收益，成本矩阵如式(19)所示。

其中，Q_ees代表电池容量，n代表运行年限，Δ代表电池容量年衰减率，Ω代表放电深度，π_e表示该地峰谷电价差。

其次，参考德国储能协会给出的储热成本计算方法并结合储热/冷设备的收益，其成本可以由下式计算得出。

其中，I代表设备总投资，E代表设备储热/冷量，N代表储热设备年均热循环次数，π_h和π_l分别代表当地高峰电价和低谷电价。

S304：城市综合能源系统各环节成本模型

首先，计算能源生产环节成本矩阵模型，如下式所示。

其中，π_e为年均市电价格，π_ceh,，π_tp，π_fp，π_chpcoil，π_chpgas，π_gb，π_oil分别表示能源生产环节相应设备消耗单位能源的成本。该环节成本模型如下式所示。

ξ₁＝π₁P₁ (22)

其次，计算能源转换环节成本矩阵模型，如下式所示。

其中，π_r,，π_deht，π_dect，π_dgegas分别表示能源转换环节各个设备转换单位能源的成本。该环节成本模型如下式所示。

ξ₃＝π₃P₃ (24)

最后，能源储存环节的成本可由式(17)计算得出。

ξ₄＝π₄λC₃(T₂C₂C₁P₁+P_r) (25)

其中，π₃表示能源储存环节的成本矩阵，其值为：

π₄＝[π_ees π_tes π_cs 0 0] (26)

其中，π_ees，π_tes，π_cs分别表示能源储存环节各个设备储存单位能源的成本。

S305：建立城市综合能源系统经济性建模

S4：城市综合能源系统环保性建模

城市综合能源系统以年总二氧化碳排放量作为环保性指标，核算方法如下式。

其中，R代表系统总CO₂排放量，μ_h为第h种能源单位CO2排放系数。

S5：城市综合能源系统优化目标与约束

步骤一：确定优化目标

本发明采用多目标优化方法，优化目标如下：

max f＝{f₁,-f₂,-f₃}

步骤二：确定约束条件

1.能量供应约束

1)能源总量约束，如下式所示

P₁(1)+P₁(2)+P₁(3)+P₁(4)≤W_sum

其中，W_SUM代表全年能量消耗总量的上限(kW)。

2)电力和天然气年供应量上限约束

其中，W_{E_max},W_{G_max}代表电网和天然气网每年可以供应的能量上限(kW)。

3)太阳能供应总量上限约束

城市内可以铺设太阳板的面积有限，同时城市每年的日照量有限，因此太阳能供应总量存在上限。

其中，P_3r ^sun_th代表年太阳能产热总量(kW)，η^sun_th代表太阳能产热效率，P_3r ^sun_e代表年太阳能发总量(kW)，η^sun_e代表天阳能发电效率，S_sun代表可铺设太阳能板的面积(m²)，h_sun代表该城市年有效日照时长(h)，W_sun代表该城市单位平方米年平均太阳辐射量(kW/(m²·h))。

4)风能供应总量上限约束

城市内每年的风能总量有限

其中，P_3r ^wind_e代表能风能产电总量(kW)，W_wind代表城市风能总量(kW)，η^wind_e代表风电效率。

5)可再生能源发电电网占比约束

其中，P_3re代表可再生能源输入量。

2.机动车需求量约束

其中，λ¹ _5,car,λ² _5,car,λ³ _5,car代表燃油机动车、电动车、燃气机动车消耗的能量在机动车消耗的总能量中的占比。

3.燃油消耗约束

城市对于燃油的存在最低需求量。

P₅(5)≥W_{oil_min}

其中，W_{oil_min}代表燃油的最低消耗量(kW)。

4.供需平衡约束

能源供应量P₁,P_3r和能源消耗量L₅应当满足等式(12)以达到能源的供需平衡。

5.比例约束

在城市能源系统中，能量占比之和应当为1。

其中，λ^j _i,α为各部分能量的占比。

S6：城市综合能源系统优化求解，本发明选用成熟的NSGA-II算法求解多目标优化问题。NSGA-II是一种求解多目标优化的经典遗传算法，其具有运行速度快、收敛性好的特点。

本发明中，以能源生产、传输、转化、储存和利用五个环节对城市综合能源系统的能效和经济性进行建模，具有较高的建模精度。同时，通过多目标优化，可获得综合考虑了能效、经济性和环保性的最优方案，提高了城市能源规划的可行性，为城市综合能源发展提供有效和科学依据。

Claims (5)

1.一种城市综合能源系统多目标优化方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：城市综合能源系统环节划分

将城市综合能源系统分为额能源生产、运输、转换、存储和利用五个环节；各环节的输入与输出关系如下式：

L_i＝C_iP_i

其中i＝1、2、3、4、5，分别代表能源生产、运输、转换、储存和利用的五个环节；P_i和L_i分别代表第i部分的能量输入列向量和输出列向量，不同行元素代表不同的能源形式；C_i代表能效矩阵，其第m行第n列的元素值代表第m种能源经过本环节后转换成第n种能源的效率；

S2：城市综合能源系统能效建模；

S3：城市综合能源系统经济性建模

本发明中经济性指年运行成本，考虑城市综合能源系统在能源生产、转换和储存环节的产生的运行费用；在能源生产、转换和储存环节均存在如下关系：

ξ_i＝π_iP_i

其中i＝1,3,4分别表示能源生产、转换和储存环节；ξ_i代表第i个环节的成本(元)；π_i代表第i个环节的成本矩阵，反映单位能源在i环节产生的费用；

S4：城市综合能源系统环保性建模

城市综合能源系统以年总二氧化碳排放量作为环保性指标，核算方法如下式；

其中，R代表系统总CO₂排放量，μ_h为第h种能源单位CO2排放系数；

S5：城市综合能源系统优化目标与约束

步骤一：确定优化目标

本发明采用多目标优化方法，优化目标如下：

max f＝{f₁,-f₂,-f₃}

步骤二：确定约束条件，所述约束条件包括：能量供应约束；机动车需求量约束；燃油消耗约束；供需平衡约束；比例约束；

S6：城市综合能源系统优化求解，选用NSGA-II算法求解多目标优化问题。

2.根据权利要求1所述的一种城市综合能源系统多目标优化方法，其特征在于：所述步骤S2中，具体方法如下：

S201：城市综合能源生产环节效率矩阵建模

能源生产环节由集中式电供热即CEH、火电厂即TP、燃煤锅炉即CFB、燃气锅炉即GB和热电联产即CHP五部分组成，该环节效率矩阵如式(2)所示；

其中λ^j _i,α代表第i个环节第α种能量的j分量，η_ceh,η_tp,η_cfb,η_gb分别代表CEH、TP、CFB和GB的效率，η_chpe,η_chph代表CHP的发电效率和发热效率；

S202：城市综合能源运输环节效率矩阵建模

能源运输环节环节由电网即PG、热力管网即HSP和天然气网即GP三部分组成，该环节效率矩阵如式(3)所示；

其中，η_pg,η_hsp,η_gp分别代表PG、HSP和GP的效率；HSP的效率一般为95％；PG的效率可以通过(4)来计算；

η_pg＝(1-a)(1-b)(1-c) (4)

其中A、B、C代表中压线损率、变压器损耗率、低压线损率；GCS的效率可以通过(5)计算；

其中，Q代表气体传输量，10⁴m³；E_g,3代表气体压缩机消耗的电能，10⁴kW·h；

S203：城市综合能源转换环节效率矩阵建模

能量转换环节由五部分组成：分布式可再生能源发电即DREG、分布式太阳能产热即DSHG、分布式电转热即DEHT、分布式电转冷即DECT和分布式气转电/冷/热设备即DGE；由于在能源转换环节增加了两个新的能源输入项，造成该环节输入P₃不等于能量传输环节的输出L₂；因此，定义矩阵T₂如式6形式；

则有P₃＝L₂T₂+P_r，其中：

P_r＝[0 0 0 0 0 P_3re P_3rh]^T (7)

其中P_3re、P_3rh分别为分布式可再生电源和分布式可再生热源的投入量；该环节效率矩阵如式(8)所示；

其中η_deht,,η_dect代表DEHT和DECT的效率，η_dgee,η_dgeh,η_dgec代表DGE的发电效率、热效率和冷效率；

其中，λ_e，λ_h，λ_c分别代表电能、热能、冷能从转换环节输出到存储环节的比例；

S204：城市综合能源存储环节效率矩阵建模

能源储存环节由三部分组成：储电(EES)、储热(TES)和储冷(CS)，该环节效率矩阵如式(10)所示；

其中ηees,ηtes,ηcs分别代表EES、TES和CS充放电效率；

S205：城市综合能源利用环节效率矩阵建模

能源利用环节共分五个部分：电负荷(EL)，热负荷(HL)，冷负荷(CL)，气负荷(GS)、油需求(OR)，该环节效率矩阵如式(11)所示；

其中η_el,η_hl,η_cl,η_gl,η_or分别代表EL、HL、CL、GL和OR用能效率

S206：城市综合能源系统能效模型

城市综合能源系统的输出矩阵L₅可以用(12)表示；

L₅＝C₅(I-λ+C₄λ)C₃(T₂C₂C₁P₁+P_r) (12)

其中I代表单位矩阵；则城市综合能源系统能效模型如式(13)所示；

3.根据权利要求1所述的一种城市综合能源系统多目标优化方法，其特征在于：所述步骤S3中，具体方法如下：

S301：城市综合能源系统能源生产环节设备成本建模

能源生产环节设备的成本包含三方面来源，如下式：

π＝π_d+π_f+π_m (15)

其中，π_d代表设备折旧成本，π_f代表燃料成本，π_m代表运行成本，可参考下述公式计算得出：

其中I代表设备总投资，P代表设备额定运行功率，τ代表年均运行小时数，T代表使用年限，Q代表燃料热值，M代表年均运行维护费用；

S302：城市综合能源系统能源转换环节设备成本建模

该环节包括分布式可再生电源即DREG、分布式电转热即DEHT、分布式电转冷即DECT和分布式气转电/冷/热设备即DGE，均属于分布式的能源生产设备，其建模与能源生产环节的建模方法相同；

S303：城市综合能源系统能源存储环节设备成本建模

首先，在城市综合能源系统中，电化学储能应用最为广泛，考虑建设成本、运行维护成本以及峰谷差电价收益，成本矩阵如式(19)所示；

其中，Q_ees代表电池容量，n代表运行年限，Δ代表电池容量年衰减率，Ω代表放电深度，π_e表示该地峰谷电价差；

其次，参考德国储能协会给出的储热成本计算方法并结合储热/冷设备的收益，其成本可以由下式计算得出；

其中，I代表设备总投资，E代表设备储热/冷量，N代表储热设备年均热循环次数，π_h和π_l分别代表当地高峰电价和低谷电价；

S304：城市综合能源系统各环节成本模型

首先，计算能源生产环节成本矩阵模型，如下式所示；

其中，π_e为年均市电价格，π_ceh,，π_tp，π_fp，π_chpcoil，π_chpgas，π_gb，π_oil分别表示能源生产环节相应设备消耗单位能源的成本；该环节成本模型如下式所示；

ξ₁＝π₁P₁ (22)

其次，计算能源转换环节成本矩阵模型，如下式所示；

其中，π_r,，π_deht，π_dect，π_dgegas分别表示能源转换环节各个设备转换单位能源的成本；该环节成本模型如下式所示；

ξ₃＝π₃P₃ (24)

最后，能源储存环节的成本可由式(17)计算得出；

ξ₄＝π₄λC₃(T₂C₂C₁P₁+P_r) (25)

其中，π₃表示能源储存环节的成本矩阵，其值为：

π₄＝[π_ees π_tes π_cs 0 0] (26)

其中，π_ees，π_tes，π_cs分别表示能源储存环节各个设备储存单位能源的成本；

S305：建立城市综合能源系统经济性建模

4.根据权利要求1所述的一种城市综合能源系统多目标优化方法，其特征在于：所述步骤S4中，城市综合能源系统以年总二氧化碳排放量作为环保性指标，核算方法如下式：

其中，R代表系统总CO₂排放量，μ_h为第h种能源单位CO2排放系数。

5.根据权利要求1所述的一种城市综合能源系统多目标优化方法，其特征在于：所述步骤S5中的步骤二中，约束条件包括S51能源供应约束；S52机动车需求量约束；S53燃油消耗约束；S54供需平衡约束；S55比例约束；

其中S51能源供应约束包括：S511能源总量约束、S512电力和天然气年供应量上限约束、S513太阳能供应总量上限约束、S514风能供应总量上限约束、S515可再生能源发电电网占比约束，

S511、能源总量约束，如下式所示：

P₁(1)+P₁(2)+P₁(3)+P₁(4)≤W_sum

其中，W_SUM代表全年能量消耗总量的上限(kW)；

S512、电力和天然气年供应量上限约束，如下式所示：

其中，W_{E_max},W_{G_max}代表电网和天然气网每年可以供应的能量上限(kW)；

S513、太阳能供应总量上限约束，如下式所示：

其中，P_3r ^sun_th代表年太阳能产热总量(kW)，η^sun_th代表太阳能产热效率，P_3r ^sun_e代表年太阳能发总量(kW)，η^sun_e代表天阳能发电效率，S_sun代表可铺设太阳能板的面积(m²)，h_sun代表该城市年有效日照时长(h)，W_sun代表该城市单位平方米年平均太阳辐射量(kW/(m²·h))；

S514、风能供应总量上限约束，如下式所示：

城市内每年的风能总量有限

其中，P_3r ^wind_e代表能风能产电总量(kW)，W_wind代表城市风能总量(kW)，η^wind_e代表风电效率；

S515、可再生能源发电电网占比约束，如下式所示：

其中，P_3re代表可再生能源输入量；

S52.机动车需求量约束

其中，λ¹ _5,car,λ² _5,car,λ³ _5,car代表燃油机动车、电动车、燃气机动车消耗的能量在机动车消耗的总能量中的占比；

S53.燃油消耗约束

城市对于燃油的存在最低需求量；

P₅(5)≥W_{oil_min}

其中，W_{oil_min}代表燃油的最低消耗量(kW)；

S54.供需平衡约束

能源供应量P₁,P_3r和能源消耗量L₅应当满足等式(12)以达到能源的供需平衡；

S55.比例约束

在城市能源系统中，能量占比之和应当为1；

其中，λ^j _i,α为各部分能量的占比。

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