CN111401665B - 协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法和系统 - Google Patents

协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111401665B
CN111401665B CN202010320727.3A CN202010320727A CN111401665B CN 111401665 B CN111401665 B CN 111401665B CN 202010320727 A CN202010320727 A CN 202010320727A CN 111401665 B CN111401665 B CN 111401665B
Authority
CN
China
Prior art keywords
equipment
energy
chain
chain structure
devices
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010320727.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111401665A (zh
Inventor
张承慧
孙波
李浩然
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN202010320727.3A priority Critical patent/CN111401665B/zh
Publication of CN111401665A publication Critical patent/CN111401665A/zh
Priority to US17/218,641 priority patent/US20210334912A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN111401665B publication Critical patent/CN111401665B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00004—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by the power network being locally controlled
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00032—Systems characterised by the controlled or operated power network elements or equipment, the power network elements or equipment not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/14—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by switching loads on to, or off from, network, e.g. progressively balanced loading
    • H02J3/144—Demand-response operation of the power transmission or distribution network
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/10—The network having a local or delimited stationary reach
    • H02J2310/12—The local stationary network supplying a household or a building
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/50—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load for selectively controlling the operation of the loads
    • H02J2310/56—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load for selectively controlling the operation of the loads characterised by the condition upon which the selective controlling is based
    • H02J2310/58—The condition being electrical
    • H02J2310/60—Limiting power consumption in the network or in one section of the network, e.g. load shedding or peak shaving
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/50—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load for selectively controlling the operation of the loads
    • H02J2310/56—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load for selectively controlling the operation of the loads characterised by the condition upon which the selective controlling is based
    • H02J2310/62—The condition being non-electrical, e.g. temperature
    • H02J2310/64—The condition being economic, e.g. tariff based load management
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/30—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
    • Y02B70/3225—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/70—Smart grids as climate change mitigation technology in the energy generation sector
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/20—End-user application control systems
    • Y04S20/222—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S40/00—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
    • Y04S40/20—Information technology specific aspects, e.g. CAD, simulation, modelling, system security

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本公开公开了协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法和系统，包括：确定备选设备种类和数量，以总量作为优化时的设备数量；根据设备数量和类型，以统一模型确定变量的数量和类型，包括设备顺序、设备容量和运行参数；基于设备的统一模型，将综合能源系统结构表示为链式结构；以链式结构的链式运行模式进行仿真得到运行数据，以设备的结构顺序、装机容量、控制参数为变量，以一次能源消耗、供能成本、碳排放量为目标，求解变量获得设备在链式结构中的排序结果；根据求解结果，获得系统设计结果。本公开为一体化设计方法，是从根本上解决由多设备多工况、结构复杂多变、多能流运行强耦合所引起的独立优化失效的问题。

Description

协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法和系统
技术领域
本公开属于综合能源系统规划技术领域，尤其涉及协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法和系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
综合能源系统通过太阳能、生物质能、天然气等能源的互补利用同时满足用户冷、热、电等综合能量需求，极大提高其应对负荷变化的能力。系统中包含诸多不同类型的能量转换单元，集成形式复杂多样。间歇性可再生能源的接入不仅加深了系统多能流复杂性，更为运行状态注入了大量随机因素，遂使系统实际中容量配置与运行模态之间的耦合关系进一步加深。不仅动力设备选型对整体性能具有举足轻重的影响，而且不同动力技术相互迥异的特性使得各设备间的协同运行方式不尽相同，进而造成了系统结构的复杂多样。
另外，风、光、生物质等新能源、大规模储能设备及大量柔性负荷的接入，使综合能源系统的运行方式随机多变，系统设计中结构-容量-运行之间的耦合关系空前加深，以往针对单一结构或容量的多目标优化方法难以胜任，需要一体化设计的新方法。
因此，以性能为优化目标，以设备、能源和系统参数为输入，确定系统的能流结构、设备容量与互补运行方式是综合能源系统一体化设计所需解决的问题。而根据冷、热、电负荷变化情况和用户实际需求，全面评估不同能量转化技术的本质特性，实现系统优化配置设计，合理规划设备前期投资，准确匹配能源供需关系，已成为当前研究热点，备受学术界与企业界关注。
发明人在研究中发现，目前，国内外学者大多采用智能算法，通过启发式搜索的方式，集成优化系统的优化运行或容量配置。而若采用嵌套优化的思想，分别完成设备容量与运行参数的多目标优化，计算量和计算时间倍增，难以准确求解。若再加之综合能源系统结构的嵌套优化，则不能求解。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本公开提供了协同优化的综合能源系统一体化设计方案的获取方法。基于多种能源转换设备间互补的结构关系，容量配置与关键运行参数间的内在约束关系，建立设备的统一模型以描述综合能源系统的连接方式、运行方式和控制参数，从而将综合能源系统的结构-容量-运行集成于一体，实现在系统设计中的协同优化。
为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法，包括：
确定备选的设备种类和每种设备的数量，以设备总数量作为一体化优化时的设备数量上限；
根据设备数量和类型，以统一模型确定变量的数量和类型，包括设备顺序、设备容量和运行参数；
基于设备的统一模型，将综合能源系统结构表示为链式结构；
基于系统的链式结构，以链式运行模式进行仿真得到运行数据；
以设备的结构顺序、装机容量、控制参数为变量，以一次能源消耗、供能成本、碳排放量为目标，求解变量获得系统一体化设计的最佳方案，包括系统链式结构、系统网式结构、设备容量、运行参数。
进一步的技术方案，若求解结果中，某序位的设备容量为0，则删除该设备。
进一步的技术方案，所述统一模型包括能量输入、能量转换、能量输出，用于描述各类设备的连接方式、运行方式和控制参数。
进一步的技术方案，所述综合能源系统中设备包括源控、荷控、自控设备，源控设备运行方式由能量输入和设备容量两个参数控制；
荷控设备运行方式由能量需求、响应系数和设备容量三个参数控制；
自控设备运行方式由充放系数、储能设备中的能量和设备容量三个参数控制。
进一步的技术方案，所述链式结构将异质的能源资源、功能差异的设备、多元的用能需求统一连接在多能量并行的能流集中，各个设备间系统运行的能量传递关系，体现在链式结构中各个设备的顺序中，而两个关联设备之间的能量传递不受在这两个设备之间的非关联设备的影响。
进一步的技术方案，链式结构与网式结构的相互转化：以各设备在链式结构中的顺序优化系统结构，获得网式结构。
进一步的技术方案，链式结构与网式结构的转换，包括：
模型简化：根据设备能量转换功能，保留相关的能量输入和输出，去除非相关能量输入输出，简化其统一模型中的连接线；
按序排列：先将资源、设备、负荷三类元素按照网式结构需求依次排列，再将设备按照链式结构中的顺序依次排列；
连接设备：根据可用的能量输入和目标的能量输出类型，将设备与资源、负荷依次连接，连某一设备时，其能量输入其他设备和资源的与其同类型的能量输出相连；
结构整理：对设备连接后的结构进行规范化整理，得到网式结构。
进一步的技术方案，链式结构的链式运行模式包括：
以能源资源可用量为系统的可用能量输入，以用能负荷为目标能量输出，确定系统当前时刻的能量输入和输出；
根据设备在链式结构中的顺序，依次运行各个设备；
根据能量输入和输出，设备以自身的控制方式进行能量转换；
根据设备能量转换的结果，调整系统的可用能量输入和目标能量输出，用于后续设备的运行；
统计全部设备的运行工况，完成当前时刻的系统运行，若系统运行后，目标能量输出均为0，则用户需求全部满足，并根据初试的可用能量输入和运行后的可用能量输入计算系统运行的能耗。
另一方面，为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
协同优化的综合能源系统设计方案的获取系统，包括：
设备建模模块，根据备选设备种类，基于设备的统一模型，以设备功能和能量转换方式，为各类设备建立含设备容量、控制参数的仿真模型；
链式结构模块，根据备选设备的种类和数量，按照一定的顺序进行排列，将综合能源系统结构表示为链式结构；
仿真运行模块，根据设备模型和链式结构，以链式运行模式仿真系统的能源生产，以满足各个时间点的用能需求，并获取运行数据；
设计方案求解模块，以设备的结构顺序、装机容量、控制参数为变量，以一次能源消耗、供能成本、碳排放量为目标，以链式结构的链式运行模式进行仿真得到的运行数据为评价依据，求解变量获得系统一体化设计的最佳方案，包括系统链式结构、系统网式结构、设备容量、运行参数。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本公开以统一建模方法建立了综合能源系统中多种设备的统一模型，提出了各类设备的运行方式及控制参数；设计了链式结构与网式结构的相互转化方法，以各设备在链式结构中的顺序优化网式结构；设计了以设备顺序、设备容量、控制参数为变量的“系统结构”“设备容量”“运行参数”协同优化的一体化设计方法。解决了综合能源系统的设计中，基于经验的结构设计方法中的缺陷，结构容量参数的独立优化的不协调，不仅降低了设计结果的能耗、成本和排放，而且简化了计算、降低了系统设计的工作量和时间。
本公开挖掘多种能源转换设备间互补的结构关系，容量配置与关键运行参数间的内在约束关系，建立综合多能互补的结构、设备和运行一体化的优化设计方法，本公开为一体化设计方法，是集多能互补结构、设备容量配置和关键运行参数于一体的综合设计方法，是从根本上解决由多设备多工况、结构复杂多变、多能流运行强耦合所引起的独立优化失效的问题。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例综合能源系统的设备统一模型及控制方式分类示意图；
图2为本公开实施例综合能源系统的两种结构示意图；
图3为本公开实施例链式结构与网式结构的转换方法示意图；
图4为本公开实施例综合能源系统的链式运行模式示意图；
图5为本公开实施例用户能耗需求和可再生能源资源量示意图；
图6为本公开实施例案例应用中综合能源系统优化设计的结果示意图；
图7为本公开实施例案例应用中所设计系统的运行出力分布示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实施例公开了协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法，为一体化设计方法，基于由统一模型构建的链式结构，设计了综合能源系统的“系统结构”“设备容量”“运行参数”协同优化的一体化设计方法。一体化设计方法中，以设备的结构顺序、装机容量、控制参数为变量，以链式运行模式进行仿真得到运行数据，以一次能源消耗、供能成本、碳排放量为目标，通过启发式算法的寻优方法和帕累托最优的评价方法，求解变量获得优化设计结果。具体设计方法分为以下4个步骤：
(1)根据系统设计的需求，确定备选的设备种类和每种设备的数量，以设备总数量作为一体化优化时的设备数量上限
(2)根据设备数量和类型，以统一模型确定在优化设计中的变量的数量和类型，包括设备顺序、设备容量和运行参数；
(3)在启发式算法中，以链式运行模式仿真获得运行数据，计算评价指标，以帕累托最优的，求解设计结果；
(4)根据求解结果，获得系统设计结果，包括系统链式结构、系统网式结构、设备容量、运行参数的。若求解结果中，某序位的设备容量为0，则删除该设备。
下面详细介绍设备的统一模型，用于描述连接方式、运行方式和控制参数，从而将综合能源系统的结构-容量-运行集成于一体，实现在系统设计中的协同优化。
本实施例子所提出的统一模型包括能量输入、能量转换、能量输出三部分，如图1中(1)所示。对于某具体设备，在进行能量转换时，仅消耗和生产与其功能相关的能量，其他输入输出的能量则保持不变。而根据能量转换的控制方式不同，设备可分为源控、荷控、自控三类，如图1中(2)-(4)所示。
具体来说，对于风电、光伏等源控设备，运行方式由能量输入和设备容量两个参数控制。公式化表示为：
Qout＝f(Qin，C)
式中，Qout表示能量输出，Qin表示能量输入，C表示设备容量。
对于发电机组、锅炉等荷控设备，运行方式由能量需求、响应系数和设备容量三个参数控制。公式化表示为：
Qin＝f(Qout，r，C)
式中，Qout表示能量输出，Qin表示能量输入，r表示响应系数，C表示设备容量。
对于储能电池等自控设备，运行方式由充放系数、储能设备中的能量和设备容量三个参数控制。公式化表示为：
Qout＝f(a，soc，C)
式中，Qout表示能量输出，a表示充放系数，soc表示储能设备中的能量，C表示设备容量。
系统结构的设计方法：综合能源系统中包含多种设备，能量流复杂。传统方法中，将系统表示为网式结构，如图2中(1)所示。而本公开中，基于设备的统一模型，将系统结构表示为链式结构，如图2中(2)所示。本公开所提出的链式结构，其特点在于将异质的能源资源、功能差异的设备、多元的用能需求统一连接在多能量并行的能流集中。各个设备间系统运行的能量传递关系，体现在链式结构中各个设备的顺序中，而两个关联设备之间的能量传递不受在这两个设备之间的非关联设备的影响。这样，系统结构中的多能流的复杂关系被简化为设备间的先后顺序关系，从而将系统结构的优化设计问题简化为设备在链式结构中的排序问题。
链式结构与网式结构的转换方法分为4步，图3中(1)所示为某个包含两种资源、三个设备、两种负荷的简单系统的链式结构，其向网式结构的转换过程为：
(1)模型简化。根据设备能量转换功能，保留相关的能量输入和输出，去除非相关能量输入输出，简化其统一模型中的连接线，如图3中(2)所示；
(2)按序排列。先将资源、设备、负荷三类元素按照网式结构需求依次排列，再将设备按照链式结构中的顺序依次排列，如图3中(3)所示；
(3)连接设备。根据可用的能量输入和目标的能量输出类型，将设备与资源、负荷依次连接。连某一设备时，其能量输入其他设备和资源的与其同类型的能量输出相连，如图3中(4)所示；
(4)结构整理。对设备连接后的结构进行规范化整理，得到网式结构，如图3中(5)所示。
系统的运行模式：
本公开基于设备的统一模型和系统的链式结构，提出了综合能源系统的链式运行模式。如图4中(1)所示，主要包括5个步骤：
(1)以能源资源可用量为系统的可用能量输入，以用能负荷为目标能量输出，确定系统当前时刻的能量输入和输出；
(2)根据设备在链式结构中的顺序，依次运行各个设备；
(3)根据能量输入和输出，设备以自身的控制方式进行能量转换；
(4)根据设备能量转换的结果，调整系统的可用能量输入和目标能量输出，用于后续设备的运行，如图4中(2)所示；
(5)统计全部设备的运行工况，完成当前时刻的系统运行。若系统运行后，目标能量输出均为0，则用户需求全部满足，并可根据初试的可用能量输入和运行后的可用能量输入计算系统运行的能耗。
案例应用
本公开所提出的综合能源系统一体化设计方法，应用于解决由系统内设备种类数量多样造成的系统结构、设备容量、运行参数难以优化的问题，通过以下案例具体说明应用方式和效用效果。在本案例中，目标用户为商业建筑，其能源需求可分为常年用电需求、夏季供冷需求和冬季供热需求。能耗需求、太阳辐射和风速的小时数据如图5所示。系统设计时备选的设备信息如表1所示。表2列出了可供用户使用的天然气和电网的价格和排放系数。
表1案例应用中的备选设备信息
Figure BDA0002461305250000091
表2能源价格、排放数据
Figure BDA0002461305250000092
Figure BDA0002461305250000101
在优化设计过程中，结合备选设备的统一模型，确定的优化变量如表3所示。由于光伏、风机的统一模型中没有源控参数，所以在优化设计中没有对应的参数变量。由于发电机组、空气源热泵的能量转换时有两种模式，每种模式都有一个荷控参数，所以在优化设计中含有2个参数变量。而储能设备的自控参数的取值根据负荷的峰谷变化而不同，所以每个储能设备在优化设计中含有4个对应的参数变量。
表3案例应用中的优化变量
Figure BDA0002461305250000102
Figure BDA0002461305250000111
本案例中选用的算法为强化帕累托进化算法(SPEA-II)，在Matlab中编程求解。算法中的优化变量为55个，种群大小为300个，迭代次数为300次。以50个并行计算的计算集群运算求解，总用时为16.5小时，所得优化优化设计结果如表4所示。
表4案例应用中系统设计的变量求解结果
Figure BDA0002461305250000112
Figure BDA0002461305250000121
对应的链式结构和网式结构如图6所示。该系统在年度运行中各个设备的运行出力如图7所示。系统的性能指标分别为一次能源消耗率156.3％，供能成本0.4343元每千瓦时，二氧化碳的排放系数0.3215千克每千瓦时。
通过实例研究，本公开的可行性和灵活性得到验证。相对于传统设计方法，本方法提升了不仅实现了综合能源系统的一体化设计，提升了设计准确性，同时简化了优化过程中的计算量，提升了计算速度。：
本公开以统一建模方法建立了综合能源系统中多种设备的统一模型，提出了各类设备的运行方式及控制参数；
本公开设计了链式结构与网式结构的相互转化方法，以各设备在链式结构中的顺序优化系统结构，获得网式结构；
本公开提出了链式运行模式，根据各个设备的顺序和能量输入和输出，依次进行能量转换；
本公开设计了以设备的结构顺序、装机容量、控制参数为变量的“结构”“容量”“运参数”协同优化的一体化设计方法。
实施例二
本实施例的目的是提供协同优化的综合能源系统设计方案的获取系统，包括：
统一模型建立模块，确定备选设备种类和数量，以总量作为优化时的设备数量；
根据设备数量和类型，以统一模型确定变量的数量和类型，包括设备顺序、设备容量和运行参数；
链式结构建立模块，基于设备的统一模型，将综合能源系统结构表示为链式结构；
求解模块，以链式结构的链式运行模式进行仿真得到运行数据，以设备的结构顺序、装机容量、控制参数为变量，以一次能源消耗、供能成本、碳排放量为目标，求解变量获得设备在链式结构中的排序结果；
根据求解结果，获得系统设计结果，包括系统链式结构、系统网式结构、设备容量、运行参数。
实施例三
本实施例的目的是提供一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤，包括：
确定备选设备种类和数量，以总量作为优化时的设备数量；
根据设备数量和类型，以统一模型确定变量的数量和类型，包括设备顺序、设备容量和运行参数；
基于设备的统一模型，将综合能源系统结构表示为链式结构；
以链式结构的链式运行模式进行仿真得到运行数据，以设备的结构顺序、装机容量、控制参数为变量，以一次能源消耗、供能成本、碳排放量为目标，求解变量获得设备在链式结构中的排序结果；
根据求解结果，获得系统设计结果，包括系统链式结构、系统网式结构、设备容量、运行参数。
实施例四
本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行以下步骤：
确定备选设备种类和数量，以总量作为优化时的设备数量；
根据设备数量和类型，以统一模型确定变量的数量和类型，包括设备顺序、设备容量和运行参数；
基于设备的统一模型，将综合能源系统结构表示为链式结构；
以链式结构的链式运行模式进行仿真得到运行数据，以设备的结构顺序、装机容量、控制参数为变量，以一次能源消耗、供能成本、碳排放量为目标，求解变量获得设备在链式结构中的排序结果；
根据求解结果，获得系统设计结果，包括系统链式结构、系统网式结构、设备容量、运行参数。
以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本公开中的任一方法。
本领域技术人员应该明白，上述本公开的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本公开不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (9)

1.协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法，其特征是，包括：
确定备选的设备种类和每种设备的数量，以设备总数量作为一体化优化时的设备数量上限；
根据设备数量和类型，以统一模型确定变量的数量和类型，包括设备顺序、设备容量和运行参数；
基于设备的统一模型，将综合能源系统结构表示为链式结构；
基于系统的链式结构，以链式运行模式进行仿真得到运行数据；链式结构的链式运行模式包括：
以能源资源可用量为系统的可用能量输入，以用能负荷为目标能量输出，确定系统当前时刻的能量输入和输出；
根据设备在链式结构中的顺序，依次运行各个设备；
根据能量输入和输出，设备以自身的控制方式进行能量转换；
根据设备能量转换的结果，调整系统的可用能量输入和目标能量输出，用于后续设备的运行；
统计全部设备的运行工况，完成当前时刻的系统运行，若系统运行后，目标能量输出均为0，则用户需求全部满足，并根据初试的可用能量输入和运行后的可用能量输入计算系统运行的能耗；
以设备的结构顺序、装机容量、控制参数为变量，以一次能源消耗、供能成本、碳排放量为目标，求解变量获得系统一体化设计的最佳方案，包括系统链式结构、系统网式结构、设备容量、运行参数。
2.如权利要求1所述的协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法，其特征是，若求解结果中，某序位的设备容量为0，则删除该设备。
3.如权利要求1所述的协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法，其特征是，所述统一模型包括能量输入、能量转换、能量输出，用于描述各类设备的连接方式、运行方式和控制参数；
所述综合能源系统中设备包括源控、荷控、自控设备，源控设备运行方式由能量输入和设备容量两个参数控制；
荷控设备运行方式由能量需求、响应系数和设备容量三个参数控制；
自控设备运行方式由充放系数、储能设备中的能量和设备容量三个参数控制。
4.如权利要求1所述的协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法，其特征是，所述链式结构将异质的能源资源、功能差异的设备、多元的用能需求统一连接在多能量并行的能流集中，各个设备间系统运行的能量传递关系，体现在链式结构中各个设备的顺序中，而两个关联设备之间的能量传递不受在这两个设备之间的非关联设备的影响。
5.如权利要求1所述的协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法，其特征是，将链式结构转化为网式结构：以各设备在链式结构中的顺序优化系统结构，获得网式结构。
6.如权利要求5所述的协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法，其特征是，链式结构与网式结构的转换，包括：
模型简化：根据设备能量转换功能，保留相关的能量输入和输出，去除非相关能量输入输出，简化其统一模型中的连接线；
按序排列：先将资源、设备、负荷三类元素按照网式结构需求依次排列，再将设备按照链式结构中的顺序依次排列；
连接设备：根据可用的能量输入和目标的能量输出类型，将设备与资源、负荷依次连接，连某一设备时，其能量输入其他设备和资源的与其同类型的能量输出相连；
结构整理：对设备连接后的结构进行规范化整理，得到网式结构。
7.协同优化的综合能源系统设计方案的获取系统，其特征是，包括：
设备建模模块，根据备选设备种类，基于设备的统一模型，以设备功能和能量转换方式，为各类设备建立含设备容量、控制参数的仿真模型；
链式结构模块，根据备选设备的种类和数量，按照一定的顺序进行排列，将综合能源系统结构表示为链式结构；
仿真运行模块，根据设备模型和链式结构，以链式运行模式仿真系统的能源生产，以满足各个时间点的用能需求，并获取运行数据；链式结构的链式运行模式包括：
以能源资源可用量为系统的可用能量输入，以用能负荷为目标能量输出，确定系统当前时刻的能量输入和输出；
根据设备在链式结构中的顺序，依次运行各个设备；
根据能量输入和输出，设备以自身的控制方式进行能量转换；
根据设备能量转换的结果，调整系统的可用能量输入和目标能量输出，用于后续设备的运行；
统计全部设备的运行工况，完成当前时刻的系统运行，若系统运行后，目标能量输出均为0，则用户需求全部满足，并根据初试的可用能量输入和运行后的可用能量输入计算系统运行的能耗；
设计方案求解模块，以设备的结构顺序、装机容量、控制参数为变量，以一次能源消耗、供能成本、碳排放量为目标，以链式结构的链式运行模式进行仿真得到的运行数据为评价依据，将链式结构转化为网式结构：以各设备在链式结构中的顺序优化系统结构，获得网式结构；求解变量获得系统一体化设计的最佳方案，包括系统链式结构、系统网式结构、设备容量、运行参数。
8.一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-6任一所述的协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行权利要求1-6任一所述的协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法的步骤。
CN202010320727.3A 2020-04-22 2020-04-22 协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法和系统 Active CN111401665B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010320727.3A CN111401665B (zh) 2020-04-22 2020-04-22 协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法和系统
US17/218,641 US20210334912A1 (en) 2020-04-22 2021-03-31 Method and system for obtaining design scheme of collaboratively optimized integrated energy system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010320727.3A CN111401665B (zh) 2020-04-22 2020-04-22 协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法和系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111401665A CN111401665A (zh) 2020-07-10
CN111401665B true CN111401665B (zh) 2022-04-15

Family

ID=71413729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010320727.3A Active CN111401665B (zh) 2020-04-22 2020-04-22 协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法和系统

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20210334912A1 (zh)
CN (1) CN111401665B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112990686A (zh) * 2021-03-10 2021-06-18 国网电力科学研究院武汉能效测评有限公司 综合能源系统设备选型及容量配置方法
CN113746144B (zh) * 2021-11-08 2022-03-22 南京东博智慧能源研究院有限公司 一种源网荷实时交互的电碳控制方法及其智能管理系统
CN114757469B (zh) * 2022-02-22 2024-06-14 国网江苏省电力有限公司南京供电分公司 考虑多能流设备的区域综合能源系统日前优化调度方法
CN116643526B (zh) * 2023-06-12 2024-04-23 上海启斯云计算有限公司 电源节能控制方法及系统
CN116974241B (zh) * 2023-07-10 2024-02-06 清华大学 面向绿色低碳制造的数控机床几何优化方法及装置
CN117057468B (zh) * 2023-08-15 2024-05-10 华北电力大学 矿山综合能源系统能效的优化处理方法、计算设备
CN117748555B (zh) * 2023-12-18 2024-06-18 上海勘测设计研究院有限公司 分布式光伏储能系统多目标优化配置方法及装置
CN118101657B (zh) * 2024-04-23 2024-07-02 长视科技股份有限公司 一种应用于水资源的多设备间协同算力优化方法及设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109193626A (zh) * 2018-09-15 2019-01-11 天津大学 一种分布式能源站选型与定容优化规划统一求解方法
CN109543889A (zh) * 2018-11-08 2019-03-29 河海大学 一种区域综合能源系统日前协同优化运行方法
EP3582359A1 (en) * 2018-04-20 2019-12-18 Northeastern University Stability evaluation and static control method for electricity-heat-gas integrated energy system
CN110598313A (zh) * 2019-09-10 2019-12-20 国网河北省电力有限公司 计及储能全寿命周期运维的综合能源系统优化配置方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102236833B (zh) * 2010-04-30 2016-04-06 新奥科技发展有限公司 实现能源优化利用的泛能网及提供能源交易和服务的方法
CN103151798B (zh) * 2013-03-27 2015-02-04 浙江省电力公司电力科学研究院 独立微网系统的优化方法
US10290064B2 (en) * 2014-10-21 2019-05-14 Accenture Global Services Limited System, method and apparatus for capacity determination for micro grid and tangible computer readable medium

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3582359A1 (en) * 2018-04-20 2019-12-18 Northeastern University Stability evaluation and static control method for electricity-heat-gas integrated energy system
CN109193626A (zh) * 2018-09-15 2019-01-11 天津大学 一种分布式能源站选型与定容优化规划统一求解方法
CN109543889A (zh) * 2018-11-08 2019-03-29 河海大学 一种区域综合能源系统日前协同优化运行方法
CN110598313A (zh) * 2019-09-10 2019-12-20 国网河北省电力有限公司 计及储能全寿命周期运维的综合能源系统优化配置方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111401665A (zh) 2020-07-10
US20210334912A1 (en) 2021-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111401665B (zh) 协同优化的综合能源系统设计方案的获取方法和系统
CN108154309B (zh) 计及冷热电多负荷动态响应的能源互联网经济调度方法
CN109659927A (zh) 一种考虑储能参与度的综合能源微网储能容量配置方法
CN111737884B (zh) 一种含多种清洁能源微能源网多目标随机规划方法
CN112508391B (zh) 一种产业园区群与地区电网相协同的综合能源系统规划方法
CN111639819B (zh) 一种综合能源园区多阶段优化控制方法
CN112257294A (zh) 一种综合能源系统的能源集线器分部建模方法及系统
CN112633575B (zh) 基于鲁棒优化的多能互补综合能源系统容量配置方法及系统
CN112883560B (zh) 基于用户侧负荷削减响应的多能耦合供能网络的优化方法
CN112600253A (zh) 基于用能效率最优的园区综合能源协同优化方法及设备
CN113191558A (zh) 综合能源系统优化调度方法、装置及终端
CN112417651A (zh) 一种基于后悔规避的用户级综合能源系统优化方法
CN114519543A (zh) 一种乡村多能源系统边缘自治运行方法及系统
CN115170343A (zh) 一种区域综合能源系统分布式资源和储能协同规划方法
CN113393031A (zh) 基于海鸥优化算法的园区综合能源系统多阶段规划方法
Lv et al. Digital twins for secure thermal energy storage in building
CN116822831A (zh) 含共享储能系统的微能源网群优化规划方法
CN107832873A (zh) 基于双层母线式结构的综合能源系统优化规划方法及装置
Tian et al. Optimized operation of multiple energy interconnection network based on energy utilization rate and global energy consumption ratio
CN116502921A (zh) 一种园区综合能源系统优化管理系统及其协调调度方法
CN116308875A (zh) 一种掺氢天然气的园区综合能源系统储能规划方法
CN114218865A (zh) 分布式供热系统的多目标协同优化方法及装置
Zheng et al. Optimal rural integrated energy system configuration against the background of the rural energy transformation strategy
Cao et al. Optimal capacity configuration of battery storage system for zero energy office building on campus
CN118052418B (zh) 基于模糊规划的综合能源需求响应调度方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant