CN113297725A - 一种基于改进ewm法的区域综合能源系统能效评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于改进EWM法的区域综合能源系统能效评估方法，属于综合能源系统运行评估领域。该方法首先构建了满足多能设备运行约束和多能网络约束、以系统运行成本最低的区域综合能源系统经济运行模型，然后根据热力学定律建立区域综合能源系统能效指标体系，最后基于改进EWM法计算各指标权重，依据计算结果实现对区域综合能源系统能效的有效评估。采用本发明所提出的能效评估方法能得到具有较高的准确性和可靠性的能效评估结果，能够对区域综合能源系统的能效情况进行有效评价。

Description

一种基于改进EWM法的区域综合能源系统能效评估方法
技术领域
本发明涉及一种基于改进EWM法的区域综合能源系统能效评估方法，属于综合能源系统运行评估领域。
背景技术
为了推动实现国家提出碳达峰、碳减排的能源绿色发展目标，区域综合能源系统的建设与发展速度日益加快，进一步的促进了多种能源系统之间的能量相互作用。因此，如何对已有区域综合能源系统的能源效率进行有效评估成为了亟待解决的课题。已有的区域综合能源系统能效评估主要集中于单一指标评价，难以对区域综合能源系统的能效进行综合性的评价。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提出一种基于改进EWM法的区域综合能源系统能效评估方法。
一种基于改进EWM法的区域综合能源系统能效评估方法，首先构建满足多能设备运行约束和多能网络约束、以系统运行成本最低的区域综合能源系统经济运行模型，然后根据热力学定律建立区域综合能源系统能效指标体系，最后基于改进EWM法计算各指标权重，依据计算结果实现对区域综合能源系统能效的有效评估。
上述技术方案中，进一步地，所述的能效评估方法具体包括以下步骤：
步骤1：建立区域综合能源系统经济运行模型，该模型目标函数包括综合能源系统热电联产机组、燃煤机组等能源设备成本以及系统能源购入成本，表示为：
min f＝f1+f2+f3+f4
Figure BDA0003044717290000011
Figure BDA0003044717290000012
Figure BDA0003044717290000013
Figure BDA0003044717290000021
其中，f表示系统综合运行总成本，f1表示热电联产机组能量成本，f2表示燃煤机组能量成本，f3表示电锅炉能量成本，f4表示燃气锅炉能量成本。ac,bc,cc表示热电联产机组成本系数，au,bu,cu表示燃煤机组成本系数，εel表示外购电价，εg表示外购气价。Pc(t)表示时刻t的热电联产机组产生的电功率，Pu(t)表示时刻t的燃煤机组产生的电功率，Fe(t)表示时刻t的电能消耗量，Fg(t)表示时刻t的天然气消耗量。NEB表示电锅炉接入系统的数目，NGB表示燃气锅炉接入系统的数目，NTPU表示燃煤机组接入系统的数目，NCHP表示热电联产机组接入系统的数目。
该经济运行模型满足多能设备运行约束和多能网络约束，包括电力系统功率平衡约束、热力系统功率平衡约束、热电联产机组电热功率约束、燃煤机组电功率约束、电锅炉电热功率约束、燃气锅炉热功率约束、风电电功率约束和光伏电功率约束。
区域综合能源系统中的电力功率平衡约束表示为：
Figure BDA0003044717290000022
其中，PL(t)表示时刻t的电负荷需求，Pe(t)表示时刻t的电锅炉消耗电功率，Pd(t)表示时刻t的分布式光伏产生的电功率，Pw(t)表示时刻t的风机产生的电功率。NDPV表示分布式光伏接入系统的数目，NWind表示风机接入系统的数目。
区域综合能源系统中的热力功率平衡约束表示为：
Figure BDA0003044717290000023
其中，HL(t)表示时刻t的热负荷需求，，Hc(t)表示时刻t的热电联产机组产生的热功率，He(t)表示时刻t的电锅炉产生的热功率，Hg(t)表示时刻t的燃气锅炉产生的热功率。
区域综合能源系统中热电联产机组电功率约束表示为：
Hc(t)＝γcPc(t)
Figure BDA0003044717290000024
Figure BDA0003044717290000025
Figure BDA0003044717290000031
其中，γc表示热电联产机组电热比，Pc max表示热电联产机组最大出力值，Pc min表示热电联产机组最小出力值，
Figure BDA0003044717290000032
表示热电联产机组电功率上升爬坡率上限，
Figure BDA0003044717290000033
表示热电联产机组电功率下降爬坡率上限。
区域综合能源系统中燃煤机组电热功率约束表示为：
Figure BDA0003044717290000034
Figure BDA0003044717290000035
其中，
Figure BDA0003044717290000036
表示燃煤机组最大出力值，
Figure BDA0003044717290000037
表示燃煤机组最小出力值，
Figure BDA0003044717290000038
表示燃煤机组电功率上升爬坡率上限，
Figure BDA0003044717290000039
表示燃煤机组电功率下降爬坡率上限。
区域综合能源系统中电锅炉电热功率约束表示为：
He(t)＝γePe(t)
0≤Pe(t)≤Pe,max
其中，γc表示电锅炉电热比，Pe(t)表示时刻t的电锅炉消耗电功率，Pe,max表示电锅炉最大出力值。
区域综合能源系统中燃气锅炉热功率约束表示为：
Hg(t)＝ηgλgasFg(t)
0≤Hg(t)≤Hg,max
其中，ηg表示燃气锅炉能量转换效率，λgas表示天然气热值，Hg,max表示燃气锅炉最大出力值。
区域综合能源系统中光伏电功率约束表示为：
0≤Pd(t)≤Pd,max(t)
Pd(t)≤Pd,max(t)≤Sd
其中，Pd,max(t)表示分布式光伏时刻t的最大出力值，Sd表示分布式光伏额定容量值。
区域综合能源系统中风电电功率约束表示为：
0≤Pw(t)≤Pw,max(t)
Pw(t)≤Pw,max(t)≤Sw
其中，Pw,max(t)表示风机时刻t的最大出力值，Sw表示风机额定容量值。
步骤2：根据热力学第一、二定律，提出考虑系统能耗特性、节能特性、经济特性的多项区域综合能源系统能效指标，建立区域综合能源系统能效指标体系。
步骤3：基于改进EWM法计算得到各指标信息熵和改进熵权。
步骤4：对区域综合能源系统经济运行模型进行求解，基于区域综合能源系统能效指标体系与改进EWM法，得到各能效指标数值和权重值，进一步计算区域综合能源系统能效得分，对区域综合能源系统能效进行有效评估。
优选地，步骤2所述的建立区域综合能源系统能效指标体系的步骤如下：
基于热力学第一、二定律，从区域综合能源系统中能量的数量和质量两个角度对能效进行描述，并且基于系统投入和产出两个阶段对能效指标进行划分，区域综合能源系统能效指标体系中包含两层指标，一级指标包括能耗性指标、节能性指标、经济性指标，二级指标包括一次能源消耗量、一次能源利用率、一次能源节约率、
Figure BDA0003044717290000042
效率、单位
Figure BDA0003044717290000043
经济成本；
区域综合能源系统能效指标体系中各二级指标含义与计算方法如下：
(1)一次能源消耗量
一次能源消耗量是指区域综合能源系统为了满足多能需求消耗的一次能源量，包括可再生能源、天然气、电能等能源类型，由于不同能源类型产生的单位能量并不相同，需要对不同类型的能源进行折算，根据标煤法的折算系数，一次能源消耗量可以表示为：
Ein＝αelEel+αgEg+αreEre
其中，Ein表示折算后的区域综合能源系统一次能源消耗量，Eel表示区域综合能源系统输入电量，Eg表示区域综合能源系统输入天然气的等效热值，Ere表示区域综合能源系统中新能源输入的能量。αel表示标煤法中电能能量折算系数，αg表示标煤法中燃气能量折算系数，αre表示标煤法中新能源能量折算系数。
(2)一次能源利用率
一次能源利用率是指区域综合能源系统输出总能量与系统输入总能量(输出和输入能量均需折算)之比。一次能源利用效率是目前应用最广，最易获取的能效指标，具有简单直观、方便求取的优点。一次能源利用率公式表示为：
Figure BDA0003044717290000041
Eout＝Del+Dh
其中，Pa表示区域综合能源系统一次能源利用率，Eout表示折算后的区域综合能源系统能源需求，Del表示区域综合能源系统电能需求，Dh表示区域综合能源系统热能需求。
(3)一次能源节约率
一次能源节约率是指区域综合能源系统与传统独立供能系统相比，减少的一次能源消耗量。一次能源节约率公式可以表示为：
Figure BDA0003044717290000051
其中，Ps表示区域综合能源系统一次能源节约率。μel表示区域综合能源系统发电设备一般效率，μh表示区域综合能源系统产热设备一般效率。
(4)
Figure BDA0003044717290000052
效率
为了表征系统能量的质量属性，可以用
Figure BDA0003044717290000053
效率来表示系统输入和输出能源的匹配程度，
Figure BDA0003044717290000054
效率是指系统所输出的总
Figure BDA0003044717290000055
(收益
Figure BDA0003044717290000056
)与输入的总
Figure BDA0003044717290000057
(耗费
Figure BDA0003044717290000058
)的比值。不同能源种类的能量和
Figure BDA0003044717290000059
值具有不同的换算关系，
Figure BDA00030447172900000510
效率的公式可以表示为：
Figure BDA00030447172900000511
Yin＝Yin,el+Yin,g+Yin,re
Yout＝Yout,el+Yout,h
其中，Py表示区域综合能源系统的
Figure BDA00030447172900000512
效率，Yin表示区域综合能源系统输入的总
Figure BDA00030447172900000513
Yout表示区域综合能源系统输出的总
Figure BDA00030447172900000514
Yin,el表示区域综合能源系统输入电能的
Figure BDA00030447172900000515
Yin,g表示区域综合能源系统输入天然气的
Figure BDA00030447172900000516
Yin,re区域综合能源系统输入可再生能源的
Figure BDA00030447172900000517
Yout,el表示区域综合能源系统输出电能的
Figure BDA00030447172900000518
Yout,h表示区域综合能源系统输出热能的
Figure BDA00030447172900000519
不同能源种类的能量与
Figure BDA00030447172900000520
值可以通过以下公式进行转换：
Yel＝Eel
Yg＝Eg
Figure BDA00030447172900000521
Figure BDA00030447172900000522
其中，Yel表示区域综合能源系统电能的
Figure BDA00030447172900000523
Yg表示区域综合能源系统天然气的
Figure BDA00030447172900000524
Yh表示区域综合能源系统热能的
Figure BDA0003044717290000061
Yd表示区域综合能源系统新能源中分布式光伏的
Figure BDA0003044717290000062
Te表示环境温度，Th表示能质温度，Id表示太阳辐照强度，S表示分布式光伏有效辐照面积，Td表示太阳温度，取5700K。
(5)单位
Figure BDA0003044717290000063
经济成本
单位
Figure BDA0003044717290000064
经济成本是指输出单位
Figure BDA0003044717290000065
时输入能源
Figure BDA0003044717290000066
所付出的成本(包括运维和投资成本)。将系统输出的电、热等能量看作能源服务的产品。单位
Figure BDA0003044717290000067
经济成本可以反映系统能源生产的经济价值情况，单位
Figure BDA0003044717290000068
经济成本公式可以表示为：
Figure BDA0003044717290000069
其中，Pec表示区域综合能源系统单位
Figure BDA00030447172900000610
经济成本，βel表示区域综合能源系统输入单位电能
Figure BDA00030447172900000611
的成本，βg表示区域综合能源系统输入单位天然气
Figure BDA00030447172900000612
的成本，βre表示区域综合能源系统输入单位可再生能源
Figure BDA00030447172900000613
的成本，Cin,ot表示区域综合能源系统设备运维和投资的折算成本。
优选地，步骤3所述的基于改进EWM法计算得到各指标信息熵和改进权重具体包括以下步骤：
(1)数据归一化
利用经典求解器求解区域综合能源系统经济运行模型，得到了一组区域综合能源系统运行结果，进一步得到了各类能效指标N＝{n1,n2,...,nK}的计算结果。由于能效指标有不同类型，为了避免不同指标具有的不同量纲带来的权重偏差问题，需要对得到的各类能效指标进行归一化处理。利用极差法对各项能效指标进行去量纲化处理，表示为：
Figure BDA00030447172900000614
其中，nij表示第j个待评价综合能源系统第i个指标值的数值，mij表示标准化之后第j个待评价综合能源系统第i个指标值的数值，min(ni)表示所有待评价综合能源系统中第i个指标值的最小值，max(ni)表示所有待评价综合能源系统中第i个指标值的最大值。产出型指标是指数值越大表明评价结果越好的指标，投入型指标是指数值越大表明评价结果越差的指标。
(2)信息熵计算
区域综合能源系统各项能效指标的信息熵计算表示为：
Figure BDA0003044717290000071
Figure BDA0003044717290000072
其中，sij表示第j个待评价综合能源系统第i个指标值的在所有待评价综合能源系统第i个指标值的权重，Ei表示第i个指标值的信息熵，K表示待评价综合能源系统中能效指标的个数。
(3)改进熵权计算
传统EWM法的熵权计算公式可以表示为：
Figure BDA0003044717290000073
其中，wi表示第i个指标在所有评价指标中的权重，即熵权。
但是，传统EWM法的熵权计算式将导致指标数据微小变化时，熵权将成倍数的变化，这对于区域综合能源系统能效的客观评估是非常不利的，因此，可采用下式来计算熵权：
Figure BDA0003044717290000074
其中，w'i表示第i个指标在所有评价指标中的改进熵权，
Figure BDA0003044717290000075
表示信息熵的平均值。
优选地，步骤4所述的计算结果主要包括待评估区域综合能源系统的各指标数值与综合能效评分值。综合能效评分值计算公式表示为：
Figure BDA0003044717290000076
其中，Gj表示第j个待评价综合能源系统的综合能效评分值。
本发明的发明原理是：
通过对区域综合能源系统的内部设备和能量耦合互补过程的建模，可以增强系统运行结果的参考性，因此本发明对区域综合能源系统中的多能网络和多能设备进行运行特性的建模，并提出一种考虑多种角度的区域综合能源系统能效指标体系，利用改进EWM法得到区域综合能源系统能效得分，对区域综合能源系统进行有效评估。
本发明的有益效果是：
1)本发明考虑燃煤机组、热电联产机组、风机、燃气锅炉、电锅炉等多能设备和电网、热网等多能耦合网络的运行特性，在约束中涵盖区域综合能源系统安全运行所需的设备出力上下限、爬坡约束、网络供需平衡等约束条件，构建了以系统运行总成本最小为目标的区域综合能源系统经济运行优化模型，能够对区域综合能源系统运行能效进行有效预评价。
2)本发明构建包括一次能源消耗量、一次能源利用率、一次能源节约率、
Figure BDA0003044717290000081
效率、
Figure BDA0003044717290000082
经济成本等二级指标在内的区域综合能源系统能效指标体系，能够综合考虑区域综合能源系统能效评估涉及到的系统能耗特性、节能特性、经济特性等因素。
3)在传统EWM法的基础上，对各指标熵权的计算进行改进，进一步依据计算结果实现对区域综合能源系统能效的有效评估。
附图说明
图1为本发明的区域综合能源系统结构图。
图2为本发明的基于改进EWM法的区域综合能源系统能效评估方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图作进一步说明。
如图1是本发明的区域综合能源系统结构图，该系统包括燃煤机组、热电联产机组、风机、燃气锅炉、电锅炉等多能设备和电网、热网等多能耦合网络，能够满足区域综合能源系统内的电、热负荷需求。
如图2是本发明的基于改进EWM法的区域综合能源系统能效评估方法的流程图，主要流程如下：1)以系统运行总成本为目标，构建区域综合能源系统经济运行优化模型；2)加入电网、热网供需平衡约束和设备安全运行约束；3)构建区域综合能源系统能效指标体系；
4)基于改进EWM法计算各指标信息熵及改进熵权值；5)得到区域综合能源系统能效综合得分。
首先，以系统运行总成本为目标，构建区域综合能源系统经济运行优化模型，该模型目标函数包括综合能源系统热电联产机组、燃煤机组等能源设备成本以及系统能源购入成本，表示为：
min f＝f1+f2+f3+f4
Figure BDA0003044717290000091
Figure BDA0003044717290000092
Figure BDA0003044717290000093
Figure BDA0003044717290000094
其中，f表示系统综合运行总成本，f1表示热电联产机组能量成本，f2表示燃煤机组能量成本，f3表示电锅炉能量成本，f4表示燃气锅炉能量成本。ac,bc,cc表示热电联产机组成本系数，au,bu,cu表示燃煤机组成本系数，εel表示外购电价，εg表示外购气价。Pc(t)表示时刻t的热电联产机组产生的电功率，Pu(t)表示时刻t的燃煤机组产生的电功率，Fe(t)表示时刻t的电能消耗量，Fg(t)表示时刻t的天然气消耗量。NEB表示电锅炉接入系统的数目，NGB表示燃气锅炉接入系统的数目，NTPU表示燃煤机组接入系统的数目，NCHP表示热电联产机组接入系统的数目。
接着，加入该经济运行模型所需满足的多能设备运行约束和多能网络约束，包括电力系统功率平衡约束、热力系统功率平衡约束、热电联产机组电热功率约束、燃煤机组电功率约束、电锅炉电热功率约束、燃气锅炉热功率约束、风电电功率约束和光伏电功率约束。
区域综合能源系统中的电力功率平衡表示为：
Figure BDA0003044717290000095
其中，PL(t)表示时刻t的电负荷需求，Pe(t)表示时刻t的电锅炉消耗电功率，Pd(t)表示时刻t的分布式光伏产生的电功率，Pw(t)表示时刻t的风机产生的电功率。NDPV表示分布式光伏接入系统的数目，NWind表示风机接入系统的数目。
区域综合能源系统中的热力功率平衡表示为：
Figure BDA0003044717290000096
其中，HL(t)表示时刻t的热负荷需求，，Hc(t)表示时刻t的热电联产机组产生的热功率，He(t)表示时刻t的电锅炉产生的热功率，Hg(t)表示时刻t的燃气锅炉产生的热功率。
区域综合能源系统中热电联产机组电功率约束表示为：
Hc(t)＝γcPc(t)
Figure BDA0003044717290000101
Figure BDA0003044717290000102
Figure BDA0003044717290000103
其中，γc表示热电联产机组电热比，
Figure BDA0003044717290000104
表示热电联产机组最大出力值，
Figure BDA0003044717290000105
表示热电联产机组最小出力值，
Figure BDA0003044717290000106
表示热电联产机组电功率上升爬坡率上限，
Figure BDA0003044717290000107
表示热电联产机组电功率下降爬坡率上限。
区域综合能源系统中燃煤机组电热功率约束表示为：
Figure BDA0003044717290000108
Figure BDA0003044717290000109
其中，
Figure BDA00030447172900001010
表示燃煤机组最大出力值，
Figure BDA00030447172900001011
表示燃煤机组最小出力值，
Figure BDA00030447172900001012
表示燃煤机组电功率上升爬坡率上限，
Figure BDA00030447172900001013
表示燃煤机组电功率下降爬坡率上限。
区域综合能源系统中电锅炉电热功率约束表示为：
He(t)＝γePe(t)
0≤Pe(t)≤Pe,max
其中，γc表示电锅炉电热比，Pe(t)表示时刻t的电锅炉消耗电功率，Pe,max表示电锅炉最大出力值。
区域综合能源系统中燃气锅炉热功率约束表示为：
Hg(t)＝ηgλgasFg(t)
0≤Hg(t)≤Hg,max
其中，ηg表示燃气锅炉能量转换效率，λgas表示天然气热值，Hg,max表示燃气锅炉最大出力值。
区域综合能源系统中光伏电功率约束表示为：
0≤Pd(t)≤Pd,max(t)
Pd(t)≤Pd,max(t)≤Sd
其中，Pd,max(t)表示分布式光伏时刻t的最大出力值，Sd表示分布式光伏额定容量值。
区域综合能源系统中风电电功率约束表示为：
0≤Pw(t)≤Pw,max(t)
Pw(t)≤Pw,max(t)≤Sw
其中，Pw,max(t)表示风机时刻t的最大出力值，Sw表示风机额定容量值。
然后，建立区域综合能源系统能效指标体系，区域综合能源系统能效指标体系包含两层指标，一级指标包括能耗性指标、节能性指标、经济性指标，二级指标包括一次能源消耗量、一次能源利用率、一次能源节约率、
Figure BDA0003044717290000111
效率、
Figure BDA0003044717290000112
经济成本，如表1所示。区域综合能源系统能效指标体系中各二级指标含义与计算方法如下：
表1区域综合能源系统能效指标体系
Figure BDA0003044717290000113
(1)一次能源消耗量
一次能源消耗量是指区域综合能源系统为了满足多能需求消耗的一次能源量，包括可再生能源、天然气、电能等能源类型，由于不同能源类型产生的单位能量并不相同，需要对不同类型的能源进行折算，根据标煤法的折算系数，一次能源消耗量可以表示为：
Ein＝αelEel+αgEg+αreEre
其中，Ein表示折算后的区域综合能源系统一次能源消耗量，Eel表示区域综合能源系统输入电量，Eg表示区域综合能源系统输入天然气的等效热值，Ere表示区域综合能源系统中新能源输入的能量。αel表示标煤法中电能能量折算系数，αg表示标煤法中燃气能量折算系数，αre表示标煤法中新能源能量折算系数。
(2)一次能源利用率
一次能源利用率是指区域综合能源系统输出总能量与系统输入总能量(输出和输入能量均需折算)之比。一次能源利用效率是目前应用最广，最易获取的能效指标，具有简单直观、方便求取的优点。一次能源利用率公式表示为：
Figure BDA0003044717290000121
Eout＝Del+Dh
其中，Pa表示区域综合能源系统一次能源利用率，Eout表示折算后的区域综合能源系统能源需求。
(3)一次能源节约率
一次能源节约率是指区域综合能源系统与传统独立供能系统相比，减少的一次能源消耗量。一次能源节约率公式可以表示为：
Figure BDA0003044717290000122
其中，Ps表示区域综合能源系统一次能源节约率，Del表示区域综合能源系统电能需求，Dh表示区域综合能源系统热能需求。μel表示区域综合能源系统发电设备一般效率，μh表示区域综合能源系统产热设备一般效率。
(4)
Figure BDA0003044717290000123
效率
为了表征系统能量的质量属性，可以用
Figure BDA0003044717290000124
效率来表示系统输入和输出能源的匹配程度，
Figure BDA0003044717290000125
效率是指系统所输出的总
Figure BDA0003044717290000126
(收益
Figure BDA0003044717290000127
)与输入的总
Figure BDA0003044717290000128
(耗费
Figure BDA0003044717290000129
)的比值。不同能源种类的能量和
Figure BDA00030447172900001210
值具有不同的换算关系，
Figure BDA00030447172900001211
效率的公式可以表示为：
Figure BDA00030447172900001212
Yin＝Yin,el+Yin,g+Yin,re
Yout＝Yout,el+Yout,h
其中，Py表示区域综合能源系统的
Figure BDA00030447172900001213
效率，Yin表示区域综合能源系统输入的总
Figure BDA00030447172900001214
Yout表示区域综合能源系统输出的总
Figure BDA00030447172900001215
Yin,el表示区域综合能源系统输入电能的
Figure BDA00030447172900001216
Yin,g表示区域综合能源系统输入天然气的
Figure BDA00030447172900001217
Yin,re区域综合能源系统输入可再生能源的
Figure BDA00030447172900001218
Yout,el表示区域综合能源系统输出电能的
Figure BDA00030447172900001219
Yout,h表示区域综合能源系统输出热能的
Figure BDA00030447172900001220
不同能源种类的能量与
Figure BDA00030447172900001221
值可以通过以下公式进行转换：
Yel＝Eel
Yg＝Eg
Figure BDA0003044717290000131
Figure BDA0003044717290000132
其中，Yel表示区域综合能源系统电能的
Figure BDA0003044717290000133
Yg表示区域综合能源系统天然气的
Figure BDA0003044717290000134
Yh表示区域综合能源系统热能的
Figure BDA0003044717290000135
Yd表示区域综合能源系统新能源中分布式光伏的
Figure BDA0003044717290000136
Te表示环境温度，Th表示能质温度，Id表示太阳辐照强度，S表示分布式光伏有效辐照面积，Td表示太阳温度，取5700K。
(5)单位
Figure BDA0003044717290000137
经济成本
单位
Figure BDA0003044717290000138
经济成本是指输出单位
Figure BDA0003044717290000139
时输入能源
Figure BDA00030447172900001310
所付出的成本(包括运维和投资成本)。将系统输出的电、热等能量看作能源服务的产品。单位
Figure BDA00030447172900001311
经济成本可以反映系统能源生产的经济价值情况，单位
Figure BDA00030447172900001312
经济成本公式可以表示为：
Figure BDA00030447172900001313
其中，Pec表示区域综合能源系统单位
Figure BDA00030447172900001314
经济成本，βel表示区域综合能源系统输入单位电能
Figure BDA00030447172900001315
的成本，βg表示区域综合能源系统输入单位天然气
Figure BDA00030447172900001316
的成本，βre表示区域综合能源系统输入单位可再生能源
Figure BDA00030447172900001317
的成本，Cin,ot表示区域综合能源系统设备运维和投资的折算成本。
之后，基于改进EWM法得到各能效指标信息熵和改进熵权。
(1)数据归一化
利用经典求解器求解区域综合能源系统经济运行模型，得到了一组区域综合能源系统运行结果，进一步得到了各类能效指标N＝{n1,n2,...,nK}的计算结果。由于能效指标有不同类型，为了避免不同指标具有的不同量纲带来的权重偏差问题，需要对得到的各类能效指标进行归一化处理。利用极差法对各项能效指标进行去量纲化处理，表示为：
Figure BDA00030447172900001318
其中，nij表示第j个待评价综合能源系统第i个指标值的数值，mij表示标准化之后第j个待评价综合能源系统第i个指标值的数值，min(ni)表示所有待评价综合能源系统中第i个指标值的最小值，max(ni)表示所有待评价综合能源系统中第i个指标值的最大值。产出型指标是指数值越大表明评价结果越好的指标，投入型指标是指数值越大表明评价结果越差的指标。
(2)信息熵计算
区域综合能源系统各项能效指标的信息熵计算表示为：
Figure BDA0003044717290000141
Figure BDA0003044717290000142
其中，sij表示第j个待评价综合能源系统第i个指标值的在所有待评价综合能源系统第i个指标值的权重，Ei表示第i个指标值的信息熵，K表示待评价综合能源系统中能效指标的个数。
(3)改进熵权计算
传统EWM法的熵权计算公式可以表示为：
Figure BDA0003044717290000143
其中，wi表示第i个指标在所有评价指标中的权重，即熵权。
但是，传统EWM法的熵权计算式将导致指标数据微小变化时，熵权成倍数的变化，这对于区域综合能源系统能效情况的客观评估是非常不利的，因此，可采用下式来计算熵权：
Figure BDA0003044717290000144
其中，w'i表示第i个指标在所有评价指标中的改进熵权。
最后，对区域综合能源系统运行优化问题进行求解，计算区域综合能源系统能效得分，对区域综合能源系统能效进行有效评估。综合能效评分值计算公式表示为：
Figure BDA0003044717290000145
其中，Gj表示第j个待评价综合能源系统的综合能效评分值。

Claims (6)

1.一种基于改进EWM法的区域综合能源系统能效评估方法，其特征在于，首先构建满足多能设备运行约束和多能网络约束、以系统运行成本最低的区域综合能源系统经济运行模型，然后根据热力学定律建立区域综合能源系统能效指标体系，最后基于改进EWM法计算各指标权重，依据计算结果实现对区域综合能源系统能效的有效评估。
2.根据权利要求1所述的基于改进EWM法的区域综合能源系统能效评估方法，其特征在于，该能效评估方法具体包括以下步骤：
步骤1：构建区域综合能源系统经济运行模型，该模型目标函数包括综合能源系统热电联产机组、燃煤机组能源设备成本以及系统能源购入成本，表示为：
min f＝f1+f2+f3+f4
Figure FDA0003044717280000011
Figure FDA0003044717280000012
Figure FDA0003044717280000013
Figure FDA0003044717280000014
其中，f表示系统综合运行总成本，f1表示热电联产机组能量成本，f2表示燃煤机组能量成本，f3表示电锅炉能量成本，f4表示燃气锅炉能量成本；ac,bc,cc表示热电联产机组成本系数，au,bu,cu表示燃煤机组成本系数，εel表示外购电价，εg表示外购气价；Pc(t)表示时刻t的热电联产机组产生的电功率，Pu(t)表示时刻t的燃煤机组产生的电功率，Fe(t)表示时刻t的电能消耗量，Fg(t)表示时刻t的天然气消耗量；NEB表示电锅炉接入系统的数目，NGB表示燃气锅炉接入系统的数目，NTPU表示燃煤机组接入系统的数目，NCHP表示热电联产机组接入系统的数目；
所述的区域综合能源系统经济运行模型满足多能设备运行约束和多能网络约束，具体包括电力系统功率平衡约束、热力系统功率平衡约束、热电联产机组电热功率约束、燃煤机组电功率约束、电锅炉电热功率约束、燃气锅炉热功率约束、风电电功率约束和光伏电功率约束；
步骤2：根据热力学第一、二定律，提出考虑系统能耗特性、节能特性、经济特性的多项区域综合能源系统能效指标，建立区域综合能源系统能效指标体系；
步骤3：基于改进EWM法计算得到各指标信息熵和改进熵权；
步骤4：对区域综合能源系统经济运行模型进行求解，基于区域综合能源系统能效指标体系与改进EWM法，得到各能效指标数值和权重值，进一步计算区域综合能源系统能效得分，对区域综合能源系统能效进行有效评估。
3.根据权利要求2所述的一种基于改进EWM法的区域综合能源系统能效评估方法，其特征在于，所述的电力功率平衡约束表示为：
Figure FDA0003044717280000021
其中，PL(t)表示时刻t的电负荷需求，Pe(t)表示时刻t的电锅炉消耗电功率，Pd(t)表示时刻t的分布式光伏产生的电功率，Pw(t)表示时刻t的风机产生的电功率，NDPV表示分布式光伏接入系统的数目，NWind表示风机接入系统的数目；
所述的热力功率平衡约束表示为：
Figure FDA0003044717280000022
其中，HL(t)表示时刻t的热负荷需求，Hc(t)表示时刻t的热电联产机组产生的热功率，He(t)表示时刻t的电锅炉产生的热功率，Hg(t)表示时刻t的燃气锅炉产生的热功率；
所述的热电联产机组电功率约束表示为：
Hc(t)＝γcPc(t)
Figure FDA0003044717280000023
Figure FDA0003044717280000024
Figure FDA0003044717280000025
其中，γc表示热电联产机组电热比，
Figure FDA0003044717280000026
表示热电联产机组最大出力值，
Figure FDA0003044717280000027
表示热电联产机组最小出力值，
Figure FDA0003044717280000028
表示热电联产机组电功率上升爬坡率上限，
Figure FDA0003044717280000029
表示热电联产机组电功率下降爬坡率上限；
所述的燃煤机组电热功率约束表示为：
Figure FDA0003044717280000031
Figure FDA0003044717280000032
其中，
Figure FDA0003044717280000033
表示燃煤机组最大出力值，
Figure FDA0003044717280000034
表示燃煤机组最小出力值，
Figure FDA0003044717280000035
表示燃煤机组电功率上升爬坡率上限，
Figure FDA0003044717280000036
表示燃煤机组电功率下降爬坡率上限；
所述的电锅炉电热功率约束表示为：
He(t)＝γePe(t)
0≤Pe(t)≤Pe,max
其中，γc表示电锅炉电热比，Pe(t)表示时刻t的电锅炉消耗电功率，Pe,max表示电锅炉最大出力值；
所述的燃气锅炉热功率约束表示为：
Hg(t)＝ηgλgasFg(t)
0≤Hg(t)≤Hg,max
其中，ηg表示燃气锅炉能量转换效率，λgas表示天然气热值，Hg,max表示燃气锅炉最大出力值；
所述的光伏电功率约束表示为：
0≤Pd(t)≤Pd,max(t)
Pd(t)≤Pd,max(t)≤Sd
其中，Pd,max(t)表示分布式光伏时刻t的最大出力值，Sd表示分布式光伏额定容量值；
所述的风电电功率约束表示为：
0≤Pw(t)≤Pw,max(t)
Pw(t)≤Pw,max(t)≤Sw
其中，Pw,max(t)表示风机时刻t的最大出力值，Sw表示风机额定容量值。
4.根据权利要求2所述的一种基于改进EWM法的区域综合能源系统能效评估方法，其特征在于，步骤2所述的建立区域综合能源系统能效指标体系的步骤如下：
基于热力学第一、二定律，从区域综合能源系统中能量的数量和质量两个角度对能效进行描述，并且基于系统投入和产出两个阶段对能效指标进行划分，区域综合能源系统能效指标体系中包含两层指标，一级指标包括能耗性指标、节能性指标、经济性指标，二级指标包括一次能源消耗量、一次能源利用率、一次能源节约率、
Figure FDA0003044717280000044
效率、单位
Figure FDA0003044717280000045
经济成本；区域综合能源系统能效指标体系中各二级指标的计算方法如下：
(1)一次能源消耗量
一次能源消耗量包括可再生能源、天然气、电能，计算方法为：
Ein＝αelEel+αgEg+αreEre
其中，Ein表示折算后的区域综合能源系统一次能源消耗量，Eel表示区域综合能源系统输入电量，Eg表示区域综合能源系统输入天然气的等效热值，Ere表示区域综合能源系统中新能源输入的能量，αel表示标煤法中电能能量折算系数，αg表示标煤法中燃气能量折算系数，αre表示标煤法中新能源能量折算系数；
(2)一次能源利用率
一次能源利用率的计算公式表示为：
Figure FDA0003044717280000041
Eout＝Del+Dh
其中，Pa表示区域综合能源系统一次能源利用率，Eout表示折算后的区域综合能源系统能源需求，Del表示区域综合能源系统电能需求，Dh表示区域综合能源系统热能需求；
(3)一次能源节约率
一次能源节约率的计算公式表示为：
Figure FDA0003044717280000042
其中，Ps表示区域综合能源系统一次能源节约率，μel表示区域综合能源系统发电设备一般效率，μh表示区域综合能源系统产热设备一般效率；
(4)
Figure FDA0003044717280000046
效率
Figure FDA0003044717280000047
效率的计算公式表示为：
Figure FDA0003044717280000043
Yin＝Yin,el+Yin,g+Yin,re
Yout＝Yout,el+Yout,h
其中，Py表示区域综合能源系统的
Figure FDA0003044717280000055
效率，Yin表示区域综合能源系统输入的总
Figure FDA0003044717280000056
，Yout表示区域综合能源系统输出的总
Figure FDA0003044717280000057
，Yin,el表示区域综合能源系统输入电能的
Figure FDA0003044717280000058
，Yin,g表示区域综合能源系统输入天然气的
Figure FDA0003044717280000059
，Yin,re区域综合能源系统输入可再生能源的
Figure FDA00030447172800000510
，Yout,el表示区域综合能源系统输出电能的
Figure FDA00030447172800000511
，Yout,h表示区域综合能源系统输出热能的
Figure FDA00030447172800000512
；
(5)单位
Figure FDA00030447172800000513
经济成本
单位
Figure FDA00030447172800000514
经济成本的计算公式表示为：
Figure FDA0003044717280000051
其中，Pec表示区域综合能源系统单位
Figure FDA00030447172800000515
经济成本，βel表示区域综合能源系统输入单位电能
Figure FDA00030447172800000516
的成本，βg表示区域综合能源系统输入单位天然气
Figure FDA00030447172800000517
的成本，βre表示区域综合能源系统输入单位可再生能源
Figure FDA00030447172800000518
的成本，Cin,ot表示区域综合能源系统设备运维和投资的折算成本。
5.根据权利要求2所述的一种基于改进EWM法的区域综合能源系统能效评估方法，其特征在于，步骤3所述的基于改进EWM法计算各指标信息熵和改进权重，具体包括以下步骤：
(1)数据归一化
利用极差法对各项能效指标进行去量纲化处理，表示为：
Figure FDA0003044717280000052
其中，nij表示第j个待评价综合能源系统第i个指标值的数值，mij表示标准化之后第j个待评价综合能源系统第i个指标值的数值，min(ni)表示所有待评价综合能源系统中第i个指标值的最小值，max(ni)表示所有待评价综合能源系统中第i个指标值的最大值；
(2)信息熵计算
区域综合能源系统各项能效指标的信息熵计算表示为：
Figure FDA0003044717280000053
Figure FDA0003044717280000054
其中，sij表示第j个待评价综合能源系统第i个指标值的在所有待评价综合能源系统第i个指标值的权重，Ei表示第i个指标值的信息熵，K表示待评价综合能源系统中能效指标的个数；
(3)改进熵权计算
采用下式来计算熵权：
Figure FDA0003044717280000061
其中，w'i表示第i个指标在所有评价指标中的改进熵权，
Figure FDA0003044717280000062
表示信息熵的平均值。
6.根据权利要求2所述的一种基于改进EWM法的区域综合能源系统能效评估方法，其特征在于，步骤4中，利用计算得到的待评估区域综合能源系统的各指标数值与权重值计算综合能效评分值，计算公式表示为：
Figure FDA0003044717280000063
其中，Gj表示第j个待评价综合能源系统的综合能效评分值。
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