CN113327052A - 一种基于能效提升的综合能源系统能效评估方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于能效提升的综合能源系统能效评估方法及系统，其包括：基于综合能源系统的实际运行情况将影响系统能效的因素划分为经济性、稳定性和环保性三个方面；计算各个指标的主观权重；计算各个指标的客观权重；对主观权重与客观权重进行综合计算，得到各个指标的综合权重值，进而计算得到系统综合评分，综合评分高于预先设定得阈值，则系统综合能效水平越高。本发明能对某个具体的综合能源系统的能效水平进行科学、合理的评价；本发明可以广泛在能源评估技术领域中应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种能源评估技术领域，特别是关于一种基于能效提升的综合能源系统能效评估方法及系统。
背景技术
在能源改革的背景下，将多种能源协同设计、运行以提升能源利用率是保障环境安全的重要举措。综合能源系统是能源互联网的一种重要体现形式，即在规划、建设、运行等过程中，对能源的生产、运输、配送、储存和消费进行有序的规划与优化后，形成的能源生产、供应、消费一体化系统。综合能源系统的发展是新能源产业发展的必经之路，是实现节能环保的有效途径，是下一阶段新能源行业与能源互联网结合的研究热点。综合能源系统的能效高低是关乎其是否能够投入实际使用或推广的关键问题，目前对于综合能源系统的能效评估缺乏统一的标准。大部分评估研究仅考虑了系统运行的经济性，而忽略了综合能源系统的稳定性与环保性。因此需要联合考虑经济性、稳定性与环保性，并在充分考虑综合能源系统运行特点的基础上，建立一个合理的评价指标体系，开展系统能效水平的评价，才能从整个体上把握系统运行的各方面价值，并为系统的优化运行提供依据。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于能效提升的综合能源系统能效评估方法及系统，其能对某个具体的综合能源系统的能效水平进行科学、合理的评价。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于能效提升的综合能源系统能效评估方法，其包括：步骤1、基于综合能源系统的实际运行情况将影响系统能效的因素划分为经济性、稳定性和环保性三个方面；步骤2、计算各个指标的主观权重；步骤3、计算各个指标的客观权重；步骤4、对主观权重与客观权重进行综合计算，得到各个指标的综合权重值，进而计算得到系统综合评分，综合评分高于预先设定得阈值，则系统综合能效水平越高。
进一步，所述步骤1中，经济性指标具体表现为系统总供电成本，包含光伏发电成本、风力发电成本、与电网交换功率成本、蓄电设备参与供电成本。
进一步，所述步骤1中，步骤1中，稳定性指标考虑了蓄电设备的引入对系统的削峰填谷作用，考虑蓄电设备对稳定性贡献最大时刻为其充放电功率达到最大值的时刻，选取蓄电设备单次充放电功率最大值与电网交换功率最大值的比值作为衡量标准。
进一步，所述步骤1中，环保性指标选取可再生能源消纳率作为衡量指标。
进一步，所述步骤2中，采用模糊层次分析法确定主观权重的步骤包括：
步骤2.1、根据给定的模糊数取值设定一个模糊判断矩阵；
步骤2.2、计算模糊判断矩阵的最大特征值，验证该矩阵是否具有一致性；
步骤2.3、计算模糊判断因子矩阵；
步骤2.4、根据模糊判断因子矩阵计算调整矩阵；
步骤2.5、将调整矩阵进行转换，用方根法依次计算各个指标权重。
进一步，所述步骤2中，采用熵权法确定客观权重的步骤包括：
步骤3.1、给定样本与评价指标，将每个样本中的不同指标具体数值进行表示；
步骤3.2、对不同指标进行标准化处理；
步骤3.3、分别计算不同指标中不同样本的样本值所占比重；
步骤3.4、根据比重分别计算不同指标的熵值；
步骤3.5、根据熵值计算信息熵冗余度；
步骤3.6、根据信息熵冗余度分别计算不同指标的客观权重值。
进一步，所述步骤4中，综合权重的计算公式如下：
w*＝θw1+(1-θ)w2,θ∈[0,1]
其中，w*—综合权重；θ—偏好系数，在0与1之间取值；w1—主观计算权重；w2—客观计算权重。
进一步，所述步骤4中，综合评分的计算方法为：某指标具体分值为某指标比重与该指标综合权重乘积乘以100，各方案综合评分为该方案下三种指标得分之和。
一种基于能效提升的综合能源系统能效评估系统，其包括划分模块、第一计算模块、第二计算模块和综合计算模块；所述划分模块，基于综合能源系统的实际运行情况将影响系统能效的因素划分为经济性、稳定性和环保性三个方面；所述第一计算模块，用于计算各个指标的主观权重；所述第二计算模块，用于计算各个指标的客观权重；所述综合计算模块，对主观权重与客观权重进行综合计算，得到各个指标的综合权重值，进而计算得到系统综合评分，综合评分高于预先设定得阈值，则系统综合能效水平越高。
进一步，所述综合计算模块中，综合评分的计算方法为：某指标具体分值为某指标比重与该指标综合权重乘积乘以100，各方案综合评分为该方案下三种指标得分之和。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明在考虑综合能源系统实际运行情况基础上，基于能效提升的目标，把影响系统能效的相关因素进行梳理整合，构建了综合考虑系统经济性、稳定性、环保性的评价指标体系。
2、本发明采用模糊层次分析法计算指标主观权重，熵权法计算指标客观权重，并结合两者计算综合权重，既考虑了主观上对不同指标重要性的判断，又考虑了客观上数据所含的“信息熵”差异，使评价结果更具科学、合理性。
3、本发明所提评价方法能为综合能源系统的规划、运行方案优化提供决策参考，有利于综合能源系统的发展与普及投产。
附图说明
图1是本发明提供的仅从电网购电的运行模式下的负荷供电构成图；
图2是本发明提供的优化方案一的负荷供电构成图；
图3是本发明提供的优化方案二的负荷供电构成图；
图4是本发明提供的优化方案三的负荷供电构成图；
图5是本发明提供的优化方案四的负荷供电构成图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明在综合能源系统成为新能源行业与能源互联网行业发展必经之路的背景下，提出一种基于能效提升的综合能源系统能效评估方法，该方法基于综合能源系统的能效评价模型实现，能够有效为电力部门提供决策支持。首先基于综合能源系统的实际运行情况将影响系统能效的因素划分为经济性、稳定性、环保性三个方面，根据划分得到的多个指标构建一个多角度的综合能效评价指标体系；其次，提出指标的主观权重计算方法与客观权重计算方法，提出综合权重计算方法和系统综合评分计算方法。同时，本发明根据构建的综合能源系统能效评价模型，对某个园区级综合能源系统传统运行方式(只从电网购电)下的能效与几种优化方案下的能效进行评估，验证了本发明提出的评价方法能科学系统地评估综合能源系统能效水平，为电力部门进行规划、运行方案优化提供决策参考，推动了综合能源系统的安全、高效发展。
在本发明的第一实施方式中，提供一种基于能效提升的综合能源系统能效评估方法，其包括以下步骤：
步骤1、基于综合能源系统的实际运行情况将影响系统能效的因素划分为经济性、稳定性、环保性三个方面，根据划分得到的多个指标构建一个多角度的综合能效评价指标体系；
步骤2、计算各个指标的主观权重；
步骤3、计算各个指标的客观权重；
步骤4、对主观权重与客观权重进行综合计算，得到各个指标的综合权重值，进而计算得到系统综合评分，综合评分高于预先设定得阈值，则表征系统综合能效水平越高，实现对综合能源系统能效的评估。
上述步骤1中，经济性指标具体表现为系统总供电成本，包含光伏发电成本、风力发电成本、与电网交换功率成本(购电与售电)、蓄电设备参与供电成本。
上述步骤1中，稳定性指标考虑了蓄电设备的引入对系统的削峰填谷作用，考虑蓄电设备对稳定性贡献最大时刻为其充放电功率达到最大值的时刻，选取蓄电设备单次充放电功率最大值与电网交换功率最大值的比值作为衡量标准。
上述步骤1中，环保性指标考虑综合能源系统中清洁能源的使用对环境保护的较高价值，光伏发电与风力发电等可再生能源的利用的环境保护的重大意义，选取可再生能源消纳率作为衡量指标。
上述步骤2中，采用模糊层次分析法进行计算；该方法定义了一个全新的表示一个指标重要度的重要值取值方法，能够更准确、定量的评价指标重要性，同时体现了信息模糊性对指标重要值确定的影响。则糊层次分析法确定主观权重的方法包括以下步骤：
步骤2.1、根据给定的模糊数取值设定一个模糊判断矩阵；
步骤2.2、计算模糊判断矩阵的最大特征值，验证该矩阵是否具有一致性；
步骤2.3、计算模糊判断因子矩阵；
步骤2.4、根据模糊判断因子矩阵计算调整矩阵；
步骤2.5、将调整矩阵进行转换，用方根法依次计算各个指标权重。
上述步骤3中，采用熵权法进行计算；系统评价指标的熵值可以表征其离散程度，熵值越小，该指标越离散，对系统整体评价的影响就越大。则熵权法确定客观权重的步骤包括：
步骤3.1、给定样本与评价指标，将每个样本中的不同指标具体数值进行表示；
步骤3.2、对不同指标进行标准化处理；
步骤3.3、分别计算不同指标中不同样本的样本值所占比重；
步骤3.4、根据比重分别计算不同指标的熵值；
步骤3.5、根据熵值计算信息熵冗余度；
步骤3.6、根据信息熵冗余度分别计算不同指标的客观权重值。
上述步骤4中，综合权重的计算公式如下：
w*＝θw1+(1-θ)w2,θ∈[0,1]
其中，w*—综合权重；θ—偏好系数，在0与1之间取值；w1—主观计算权重；w2—客观计算权重。
上述步骤4中，综合评分的计算方法为：某指标具体分值为某指标比重与该指标综合权重乘积乘以100，各方案综合评分为该方案下三种指标得分之和。
在本发明的第二实施方式中，提供一种基于能效提升的综合能源系统能效评估系统，其包括划分模块、第一计算模块、第二计算模块和综合计算模块；
划分模块，基于综合能源系统的实际运行情况将影响系统能效的因素划分为经济性、稳定性和环保性三个方面；
第一计算模块，用于计算各个指标的主观权重；
第二计算模块，用于计算各个指标的客观权重；
综合计算模块，对主观权重与客观权重进行综合计算，得到各个指标的综合权重值，进而计算得到系统综合评分，综合评分高于预先设定得阈值，则系统综合能效水平越高。
上述实施例中，在综合计算模块中，综合评分的计算方法为：某指标具体分值为某指标比重与该指标综合权重乘积乘以100，各方案综合评分为该方案下三种指标得分之和。
实施例：
在本实施例中，利用模糊层次分析法和熵权法对综合能源系统能效从经济性角度、稳定性角度和环保性角度加以评价，将指标的主观权重计算方法与客观权重计算方法结合，使评价结果更具科学、合理性，从而为综合能源系统的规划、运行方案优化提供决策参考。
一、基于能效提升的综合能源系统能效评价方法由多角度评价指标体系、确定指标权重和结果评估几部分组成。
二、评价指标从经济性、稳定性、环保性角度对综合能源系统能效加以评价，本发明给出了每个角度下选取指标的定义与计算公式，具体如下：
(1)经济性指标
对于一个综合能源系统而言，能源的来源具有多样性，可以选择从电网购电满足负荷功率，也可以选择可再生能源发电，一个系统平稳运行的前提是满足其供需平衡，负荷功率可以给定，但不同供电方式的选取必将导致不同的供电成本，从实用性角度来看，供电成本的高低对一个系统而言至关重要，因此从经济性角度考虑，选取总的供电成本作为衡量标准。供电成本计算公式如下：
C＝CS+CF+CN+CC (1)
其中，C表示系统总供电成本,CS表示光伏发电成本，CF表示风力发电成本，CN表示与电网交换功率成本,CC表示蓄电设备参与供电成本。
(2)稳定性指标
电网的容量并非无限大，负荷高峰对于电网的稳定运行是一种考验，一般而言蓄电设备的引入可以起到提高系统稳定性的作用，蓄电设备具有良好的削峰填谷作用，系统对电网稳定性威胁最大的时刻是与电网交换功率达到最大值的时刻，蓄电设备对稳定性贡献最大的时刻是蓄电设备充放电功率最大值的时刻，因此从稳定性角度考虑，选取蓄电设备单次充放电功率最大值与电网交换功率最大值的比值作为衡量标准。
(3)环保性指标
化石能源燃烧的排放物会对环境造成严重伤害，从电网购入的电量往往来自火电厂，这部分能源属于环境有害型能源，综合能源系统中清洁能源的使用对环境保护具有较高价值，其中光伏发电与风力发电等可再生能源的利用对环境保护意义重大，因此选取可再生能源消纳率作为衡量指标。
在本发明中有风力发电与光伏发电两种可再生能源，因为风力发电功率与光伏发电功率有较大差距，在此分别计算两种不同可再生能源的消纳率然后取平均值。
三、确定指标权重的具体过程如下所示：
(一)模糊层次分析法确定主观权重
(1)设定一个模糊判断矩阵I＝(Xij)n*n，其中Xij∈[aij,mij,zij]。其中aij表示第i行第j列模糊数的最小值，mij表示第i行第j列模糊数的中间值，zij表示第i行第j列模糊数的最大值，其计算方法如表1所示。
表1模糊数取值
判断的模糊程度影响着模糊数最小值最大值的取值，z-1越大，判断的不确定性越强；a-1越小，判断的不确定性越小；当m-1＝0，判断结果具有确定性，即m＝z＝1，这与层次分析法中的判断标度值具有相同的意义；其中，a表示模糊数的最小值，m表示模糊数的中间值，z表示模糊数的最大值。模糊数最大值最小值的取值方法如表2所示。
表2模糊数取值上下限
(2)计算矩阵的最大特征值，以验证矩阵是否具有一致性，层次分析法计算过程中，用指标AI判断矩阵是否一致。
其中，AI的数值越靠近0，矩阵一致性程度越高；AI数值越偏离0，矩阵一致性程度越低；当AI数值为0时，矩阵具有一致性。
(3)计算模糊判断因子矩阵D：
(4)计算调整判断矩阵P；
其中，M表示模糊数中间值矩阵。
(5)将矩阵P转换为对角线为1的矩阵P’；
(6)采用方根法依次计算三个指标的权重：
其中，n表示样本个数；
归一化处理后的结果即为各个指标的主观权重：
(二)熵权法确定客观权重
(1)给定样本n个，评价指标m个，则i个样本中的第j个指标的具体数值表示为Xij。
(2)对不同指标标准化处理
三个指标的单位不同，数值差异较大，在计算指标客观权重时，要对其进行处理，把数值变换为相对值(采用归一化处理)，使其计算跟科学，更具可比性。
(3)分别计算三个指标中不同样本的样本值所占比重
(4)分别计算三个指标的熵值
其中，
(5)计算信息熵冗余度
qj＝1-ej,j＝1,2,...,m (8)
(6)分别计算三个指标的客观权重值
结果评估的具体过程如下所示：
采用基于能效提升的综合能源系统能效评价方法，选取某个园区级综合能源系统进行算例分析，根据所提供的数据信息得到一天内负荷供电构成图(只考虑从电网供电)如图1所示。
给出四种优化方案，分别是系统中可再生能源全额利用，供电构成如图2所示；只考虑降低供电成本，供电构成如图3所示，其采用的供电策略如表3所示；提升可再生能源消纳率并引入蓄电设备，供电构成如图4所示；从降低供电成本出发，引入蓄电设备，供电构成如图5所示。
表3优化方案二供电策略
计算得到的传统方案以及四种优化调度方案的各类指标值如表4所示：
表4各方案三个能效指标数值
在综合权重的计算中，偏好系数取0.6，分别求得三个指标综合权重为经济性指标0.3787，稳定性指标0.4646，环保性指标0.1567。
最后的评分结果如表5所示：
表5各方案不同指标得分
因此，根据评价结果，可再生能源发电的加入对环境保护具有重要价值，在环境性指标上得分较高，蓄电设备具有良好的削峰填谷作用，增强了综合能源系统与电网交换功率的稳定性，同时还可以通过与分时电价结合，在电价低谷储电，在电价高峰放电，能够提升系统经济性指标得分。本发明提出的评价方法能够较好的反映实际情况，为综合能源系统的规划与优化提供了指导和参考。
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。
Claims (10)
1.一种基于能效提升的综合能源系统能效评估方法，其特征在于，包括：
步骤1、基于综合能源系统的实际运行情况将影响系统能效的因素划分为经济性、稳定性和环保性三个方面；
步骤2、计算各个指标的主观权重；
步骤3、计算各个指标的客观权重；
步骤4、对主观权重与客观权重进行综合计算，得到各个指标的综合权重值，进而计算得到系统综合评分，综合评分高于预先设定得阈值，则系统综合能效水平越高。
2.如权利要求1所述评估方法，其特征在于，所述步骤1中，经济性指标具体表现为系统总供电成本，包含光伏发电成本、风力发电成本、与电网交换功率成本、蓄电设备参与供电成本。
3.如权利要求1所述评估方法，其特征在于，所述步骤1中，步骤1中，稳定性指标考虑了蓄电设备的引入对系统的削峰填谷作用，考虑蓄电设备对稳定性贡献最大时刻为其充放电功率达到最大值的时刻，选取蓄电设备单次充放电功率最大值与电网交换功率最大值的比值作为衡量标准。
4.如权利要求1所述评估方法，其特征在于，所述步骤1中，环保性指标选取可再生能源消纳率作为衡量指标。
5.如权利要求1所述评估方法，其特征在于，所述步骤2中，采用模糊层次分析法确定主观权重的步骤包括：
步骤2.1、根据给定的模糊数取值设定一个模糊判断矩阵；
步骤2.2、计算模糊判断矩阵的最大特征值，验证该矩阵是否具有一致性；
步骤2.3、计算模糊判断因子矩阵；
步骤2.4、根据模糊判断因子矩阵计算调整矩阵；
步骤2.5、将调整矩阵进行转换，用方根法依次计算各个指标权重。
6.如权利要求1所述评估方法，其特征在于，所述步骤2中，采用熵权法确定客观权重的步骤包括：
步骤3.1、给定样本与评价指标，将每个样本中的不同指标具体数值进行表示；
步骤3.2、对不同指标进行标准化处理；
步骤3.3、分别计算不同指标中不同样本的样本值所占比重；
步骤3.4、根据比重分别计算不同指标的熵值；
步骤3.5、根据熵值计算信息熵冗余度；
步骤3.6、根据信息熵冗余度分别计算不同指标的客观权重值。
7.如权利要求1所述评估方法，其特征在于，所述步骤4中，综合权重的计算公式如下：
w*＝θw1+(1-θ)w2,θ∈[0,1]
其中，w*—综合权重；θ—偏好系数，在0与1之间取值；w1—主观计算权重；w2—客观计算权重。
8.如权利要求1所述评估方法，其特征在于，所述步骤4中，综合评分的计算方法为：某指标具体分值为某指标比重与该指标综合权重乘积乘以100，各方案综合评分为该方案下三种指标得分之和。
9.一种基于能效提升的综合能源系统能效评估系统，其特征在于，包括：划分模块、第一计算模块、第二计算模块和综合计算模块；
所述划分模块，基于综合能源系统的实际运行情况将影响系统能效的因素划分为经济性、稳定性和环保性三个方面；
所述第一计算模块，用于计算各个指标的主观权重；
所述第二计算模块，用于计算各个指标的客观权重；
所述综合计算模块，对主观权重与客观权重进行综合计算，得到各个指标的综合权重值，进而计算得到系统综合评分，综合评分高于预先设定得阈值，则系统综合能效水平越高。
10.如权利要求9所述评估系统，其特征在于，所述综合计算模块中，综合评分的计算方法为：某指标具体分值为某指标比重与该指标综合权重乘积乘以100，各方案综合评分为该方案下三种指标得分之和。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114021956A (zh) * | 2021-11-03 | 2022-02-08 | 陕西省地方电力（集团）有限公司 | 一种综合能源能效评估系统 |
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