CN114118803B - 一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法及装置。该方法首先建立办公区、住宅区和商业区三个区域的能量枢纽模型，并以此为基础建立多区域综合能源系统模型，其中办公区、住宅区和商业区通过能源网络传输模型相连，外部还连接上级配电网和外部燃气网。然后以能耗成本最低为优化目标确定优化目标函数。最后根据优化目标函数并结合约束条件，建立多区域综合能源系统优化模型对能源分配进行优化。本申请综合办公区、住宅区和商业区的用能特性和负荷特性，建立多个区域的联立和互动，将多种形式的能源统一整合，且满足多个区域的负荷要求，实现区域间的互补互济，进一步提高整个系统的经济效益，降低其环境成本。
Description
技术领域
本申请涉及综合能源系统技术领域，尤其涉及一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法及装置。
背景技术
综合能源系统是指一定区域内利用先进的物理信息技术和创新管理模式，整合区域内煤炭、石油、天然气、电能和热能等多种能源，实现多种异质能源子系统之间的协调规划、优化运行、协同管理、交互响应和互补互济。在满足系统内多元化用能需求的同时，要有效地提升能源利用效率，促进能源可持续发展的新型一体化的能源系统。
随着城镇化进程的不断推进，越来越多的区域功能化，办公区、住宅区和商业区等区域的划分，使不同区域的负荷特性出现较大的差异。目前区域级的综合能源系统大都针对某个区域，其负荷特性单一，忽略了和周围区域的互补互济的特性，在区域综合能源系统运行中存在一定的浪费。
发明内容
本申请公开了一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法及装置，用于解决现有技术中，区域级的综合能源系统大都针对某个区域，其负荷特性单一，忽略了和周围区域的互补互济的特性，在区域综合能源系统运行中存在一定的浪费的技术问题。
本申请第一方面公开了一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法，包括：
利用通用型能量枢纽的建模方法，对办公区、住宅区和商业区进行建模，确定三个能量枢纽模型，分别为办公区能量枢纽模型、住宅区能量枢纽模型和商业区能量枢纽模型；
建立能源网络传输模型，所述能源网络传输模型包括电力传输网络模型和天然气传输网络模型，用于连接所述办公区、所述住宅区和所述商业区；
根据所述办公区能量枢纽模型、所述住宅区能量枢纽模型和所述商业区能量枢纽模型和所述能源网络传输模型，并结合上级配电网和外部燃气网，建立多区域综合能源系统模型；
根据所述多区域综合能源系统模型，并以能耗成本最低为优化目标，确定多区域综合能源系统的优化目标函数；
根据所述优化目标函数和预设的约束条件，建立多区域综合能源系统优化模型，对能源分配进行优化。
可选的，所述办公区能量枢纽模型包括办公区供给模块、办公区转换模块和办公区消费模块；
所述住宅区能量枢纽模型包括住宅区供给模块、住宅区转换模块、住宅区存储模块和住宅区消费模块；
所述商业区能量枢纽模型包括商业区供给模块、商业区转换模块和商业区消费模块。
可选的，所述根据所述多区域综合能源系统模型，并以能耗成本最低为优化目标，确定多区域综合能源系统的优化目标函数，包括：
获取电价和天然气价格；
根据所述多区域综合能源系统模型确定所述上级配电网的交换功率，以及确定所述外部燃气网交换的燃气体积；
根据所述电价、所述天然气价格、所述上级配电网的交换功率和所述外部燃气网交换的燃气体积，并以能耗成本最低为优化目标，确定所述优化目标函数。
可选的，所述根据所述电价、所述天然气价格、所述上级配电网的交换功率和所述外部燃气网交换的燃气体积，并以能耗成本最低为优化目标，确定所述优化目标函数，包括：
通过如下公式确定所述优化目标函数：
其中，t表示时刻；Ce(t)表示t时刻的电价；Cg(t)表示t时刻的天然气价格；Pe t(t)表示t时刻上级配电网的交换功率；Pg t(t)表示t时刻外部燃气网交换的燃气体积。
可选的，所述约束条件包括所述能量枢纽模型中的模块约束、能量枢纽耦合矩阵约束和传输网络约束。
可选的，所述办公区能量枢纽模型包括办公区能量枢纽的能量关系表达矩阵；
通过如下公式确定所述办公区能量枢纽的能量关系表达矩阵：
L办＝C办 T(P办 net+P办 in+P办 P2G)；
其中，L办表示预设的办公区负荷矩阵；表示预设的办公区转换耦合矩阵；/>表示预设的办公区网络输入矩阵；/>表示预设的办公区新能源和储气罐输入矩阵；/>表示预设的办公区P2G能量矩阵。
可选的，所述住宅区能量枢纽模型包括住宅区能量枢纽的能量关系表达矩阵；
通过如下公式确定所述住宅区能量枢纽的能量关系表达矩阵：
L住＝C住 T(P住 net+P住 in+P住 P2G)+S住；
其中，L住表示预设的住宅区负荷矩阵；表示预设的住宅区转换耦合矩阵；/>表示预设的住宅区网络输入矩阵；/>表示预设的住宅区新能源和储气罐输入矩阵；/>表示预设的住宅区P2G能量矩阵；S住表示预设的储能矩阵。
可选的，所述商业区能量枢纽模型包括商业区能量枢纽的能量关系表达矩阵；
通过如下公式确定所述商业区能量枢纽的能量关系表达矩阵：
L商＝C商 T(P商 net+P商 in)；
其中，L商表示预设的商业区负荷矩阵；表示预设的商业区转换耦合矩阵；/>表示预设的商业区网络输入矩阵；/>表示预设的商业区新能源和储气罐输入矩阵。
可选的，所述对能源分配进行优化，包括对上级配电网的交换功率、外部燃气网交换的燃气体积和所述能量枢纽模型中各设备的输出进行优化。
本申请第二方面公开了一种多区域综合能源系统集成与协同优化装置，所述多区域综合能源系统集成与协同优化装置应用于本申请第一方面公开的多区域综合能源系统集成与协同优化方法，所述多区域综合能源系统集成与协同优化装置包括：
能量枢纽建模单元，用于利用通用型能量枢纽的建模方法，对办公区、住宅区和商业区进行建模，确定三个能量枢纽模型，分别为办公区能量枢纽模型、住宅区能量枢纽模型和商业区能量枢纽模型；
传输模型构建单元，用于建立能源网络传输模型，所述能源网络传输模型包括电力传输网络模型和天然气传输网络模型，用于连接所述办公区、所述住宅区和所述商业区；
系统模型构建单元，用于根据所述办公区能量枢纽模型、所述住宅区能量枢纽模型和所述商业区能量枢纽模型和所述能源网络传输模型，并结合上级配电网和外部燃气网，建立多区域综合能源系统模型；
目标函数确定单元，用于根据所述多区域综合能源系统模型，并以能耗成本最低为优化目标，确定多区域综合能源系统的优化目标函数；
能源分配优化单元，用于根据所述优化目标函数和预设的约束条件，建立多区域综合能源系统优化模型，对能源分配进行优化。
本申请公开了一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法及装置。该方法首先建立办公区、住宅区和商业区三个区域的能量枢纽模型，并以此为基础建立多区域综合能源系统模型，其中办公区、住宅区和商业区通过能源网络传输模型相连，外部还连接上级配电网和外部燃气网。然后以能耗成本最低为优化目标确定优化目标函数。最后根据优化目标函数并结合约束条件，建立多区域综合能源系统优化模型对能源分配进行优化。本申请综合办公区、住宅区和商业区的用能特性和负荷特性，建立多个区域的联立和互动，将多种形式的能源统一整合，且满足多个区域的负荷要求，实现区域间的互补互济，进一步提高整个系统的经济效益，降低其环境成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例公开的一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法的工作流程示意图；
图2为本申请实施例公开的一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法中，能源输入-负荷输出二端口网络的示意图；
图3为本申请实施例公开的一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法中，通用型能量枢纽的结构示意图；
图4为本申请实施例公开的一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法中，办公区能量枢纽模型的示意图；
图5为本申请实施例公开的一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法中，住宅区能量枢纽模型的示意图；
图6为本申请实施例公开的一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法中，商业区能量枢纽模型的示意图；
图7为本申请实施例公开的一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法中，典型天然气系统的示意图；
图8为本申请实施例公开的一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法中，多区域综合能源系统的系统架构示意图；
图9为本申请实施例公开的一种多区域综合能源系统集成与协同优化装置的结构示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术中，区域级的综合能源系统大都针对某个区域，其负荷特性单一，忽略了和周围区域的互补互济的特性，在区域综合能源系统运行中存在一定的浪费的技术问题，本申请通过以下两个实施例公开了一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法及装置。
本申请第一实施例公开了一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法，参见图1所示的工作流程示意图，所述多区域综合能源系统集成与协同优化方法包括：
步骤S101，利用通用型能量枢纽的建模方法，对办公区、住宅区和商业区进行建模，确定三个能量枢纽模型，分别为办公区能量枢纽模型、住宅区能量枢纽模型和商业区能量枢纽模型。
具体来说，能量枢纽的概念主要是源于二端口网络，具体可以表现为不管端口内部能源耦合关系有多复杂，关键组件有多丰富，都可以抽象成一端输入和一端输出二端口网络。如图2所示，为一个输入-输出的二端口网络，中间部分就是由能源关键组件组成。能量枢纽内部相关组件的耦合关系可以用耦合矩阵来描述，能量枢纽左端为能源输入端P，右端为负荷输出端L，C为耦合矩阵：
L＝CP；
由于能量枢纽具有高度的抽象性，对能量枢纽的大小规模没有限制，小到单一的家庭用户，大到一个地区甚至一个国家的能源系统等。所以能量枢纽模型需要一个合理、简便、通用的建模方法。能量枢纽中耦合关键组件种类丰富，需要依据能源使用特性对耦合关键组件进行分类，拟分为供给组件、转换组件、存储组件、消费组件。与能源输入直接相关的属于供给组件；由某种能源转换成另一种能源的属于转换组件；与负荷需求直接相关的属于存储组件；负荷需求则为消费组件。参见表1，为典型关键组件分类：
表1
| 供给组件 | 转换组件 | 存储组件 | 消费组件 |
| 风机 | 微燃机 | 蓄电池 | 电负荷 |
| 光伏 | 燃气锅炉 | 储热罐 | 冷负荷 |
| P2G | 电锅炉 | 电动汽车 | 热负荷 |
| / | 电制冷机 | / | / |
| / | 溴化锂制冷机 | / | / |
相应的，不同类型的组件组成了不同类型的模块，分别为供给模块、转换模块、存储模块和消费模块。模块化的能量枢纽模型不仅可以反映出能量供给、转换、存储和消费的串联特性，还能高效地应对不同场景下，组件的增减与替换。不同类型模块实则也是输入-输出二端口网络，其数学描述也采用耦合矩阵的表达方式。
本实施例按照上述方法，建立了一个通用型能量枢纽模型，结构如图3所示。
通用型能量枢纽模型中，供给模块的数学描述：在供给模块中，包括电网和天然气网的能源输入、新能源的输入以及P2G设备和储气设备。其中新能源为太阳能和风能。其供给关系为：
Pt＝Pnet+Pin+PP2G；
其中，Pe t、Pg t表示供给模块中电能和天然气的输出；Pe net、Pg net表示供给模块中电能和天然气的输入；Pe new、Pg s表示新能源和储气罐的输入；Pe P2G、Pg P2G表示P2G过程电解功率和生成的气体体积。
P2G过程是将电能转化为天然气，该过程响应快、调度特性灵活，所以尚不考虑该过程的转换时间，只考虑电解功率与生成气体体积的关系：
其中，为CH4的高热值，标准状态下取0.0155MWh/m3；ηP2G为P2G设备产生CH4的效率。对于储气罐模型，假设在t时段内储气和放气功率恒定，其充放气前后设备能量关系：
Wg(t)＝Wg(t-1)+Pg s；
其中，Wg(t-1)、Wg(t)分别为储气或放气前后设备的存储能量；Pg c、Pg dis分别为储气罐存储或释放的能量；分别为储气和放气的效率；μ为0-1变量，1、0分别为充气状态和放气状态。
转换模块数学描述：转换模块中包含了多种能源耦合设备：微燃机、电锅炉、燃气锅炉、电制冷机和溴化锂制冷机。其转换关系为：
PT＝CTPt；
其中，Pe T、Pc T、Ph T分别为转换模块的电输出、冷输出和热输出。β1、β2、β3分别为电能输入Pe t分配给电负荷、电制冷机和电锅炉的分配系数，且三者相加等于1；γ为微燃机消耗天然气输入Pg 1的占比系数；δ为溴化锂制冷机消耗总热量的占比系数；为电制冷机的制冷系数；/>为溴化锂制冷机的制冷系数；/>为电锅炉的制热系数；/>为蒸汽锅炉的制热系数；/>为微燃机的电效率和制热系数。
存储模块数学描述：在存储模块中，考虑了储电设备和储热设备。储气设备在供给模块中考虑。其能量关系为：
L＝PT+S；
本实施例中储电设备采用蓄电池模型，主要考虑其充放功率和当前电量，不考虑其内部充放电电路过程。蓄电池荷电状态：
其中，Soc(t)为t时刻蓄电池的荷电状态；θ为蓄电池自身放电率；Ec为蓄电池额定容量；Pe c、Pe dis分别为蓄电池存储或释放的能量；分别为储电和放电的效率；μ为0-1变量，1、0分别为充电状态和放电状态。
储热罐充放热前后设备能量关系：
Wh(t)＝Wh(t-1)+Ph s；
其中，Wh(t-1)、Wh(t)分别为储热或放热前后设备的存储能量；Ph c、Ph dis分别为储热罐存储或释放的能量；分别为储热和放热的效率；μ为0-1变量，1、0分别为充热状态和放热状态。
消费模块的数学描述：消费模块由一天24小时的电负荷、热负荷和冷负荷数据组成。
综上所述，依据能量枢纽的串联特性，联立上述模块，可得最终能量枢纽表达矩阵：
L＝CT(Pnet+Pin+PP2G)+S；
其中，L表示负荷矩阵；CT表示转换耦合矩阵；Pnet表示网络输入矩阵；Pin表示新能源和储气罐输入矩阵；PP2G表示P2G能量矩阵；S住表示储能矩阵。
进一步的，所述办公区能量枢纽模型包括办公区供给模块、办公区转换模块和办公区消费模块。
所述住宅区能量枢纽模型包括住宅区供给模块、住宅区转换模块、住宅区存储模块和住宅区消费模块。
所述商业区能量枢纽模型包括商业区供给模块、商业区转换模块和商业区消费模块。
具体来说，多区域综合能源系统的区域内层面集成了办公区、住宅区和商业区。依据前文所述的通用型能量枢纽的建模方法，结合三个区域的用能特点，本实施例建立了三个区域的能量枢纽模型。其中办公区能量枢纽模型如图4所示，住宅区能量枢纽模型如图5所示，商业区能量枢纽模型如图6所示。
进一步的，所述办公区能量枢纽模型包括办公区能量枢纽的能量关系表达矩阵。
通过如下公式确定所述办公区能量枢纽的能量关系表达矩阵：
L办＝C办 T(P办 net+P办 in+P办 P2G)；
其中，L办表示预设的办公区负荷矩阵；表示预设的办公区转换耦合矩阵；/>表示预设的办公区网络输入矩阵；/>表示预设的办公区新能源和储气罐输入矩阵；/>表示预设的办公区P2G能量矩阵。
进一步的，所述住宅区能量枢纽模型包括住宅区能量枢纽的能量关系表达矩阵。
通过如下公式确定所述住宅区能量枢纽的能量关系表达矩阵：
L住＝C住 T(P住 net+P住 in+P住 P2G)+S住；
其中，L住表示预设的住宅区负荷矩阵；表示预设的住宅区转换耦合矩阵；/>表示预设的住宅区网络输入矩阵；/>表示预设的住宅区新能源和储气罐输入矩阵；/>表示预设的住宅区P2G能量矩阵；S住表示预设的储能矩阵。
进一步的，所述商业区能量枢纽模型包括商业区能量枢纽的能量关系表达矩阵。
通过如下公式确定所述商业区能量枢纽的能量关系表达矩阵：
L商＝C商 T(P商 net+P商 in)；
其中，L商表示预设的商业区负荷矩阵；表示预设的商业区转换耦合矩阵；/>表示预设的商业区网络输入矩阵；/>表示预设的商业区新能源和储气罐输入矩阵。
具体来说，通过通用型能量枢纽的建模方法快速建立上述不同区域模型，体现了本实施例的便捷性、高效性和准确性。
步骤S102，建立能源网络传输模型，所述能源网络传输模型包括电力传输网络模型和天然气传输网络模型，用于连接所述办公区、所述住宅区和所述商业区。
具体来说，在多区域综合能源系统中，能源网络将各区域连接起来，实现各区域的能源共享，使系统进一步耦合，充分利用各区域互补互济，实现能量最优分布。本实施例建立的能源网络传输模型为电力传输网络模型和天然气传输网络模型。
在电力传输网络模型中，电力系统的潮流分析以电网中节点功率平衡为基础。对于每一个节点而言，发电机注入的功率为负载消耗的功率与传输线上消耗的功率之和。电力系统详细的稳态模型采用的使交流潮流模型。本实施例中不同区域间距离较近，对线路上电阻和接地电阻忽略不计，同时不考虑系统的无功潮流分布，故电力传输网络模型采用线性化的直流潮流模型。
参见图7，天然气传输网络模型包括气源、压缩机和天然气管道。由于本实施例是规划层面的问题，所以在天然气系统中采用不考虑压缩机的天然气管网模型。天然气管网平差计算中，“节点法”是计算机计算中最常用的一种方法。它是以线性方程逼近非线性方程的方法迭代求解。
步骤S103，根据所述办公区能量枢纽模型、所述住宅区能量枢纽模型和所述商业区能量枢纽模型和所述能源网络传输模型，并结合上级配电网和外部燃气网，建立多区域综合能源系统模型。
具体来说，多区域综合能源系统主要分为两个层面，即区域内和区域间。区域内层面通过能量枢纽的模型来展现能量的供给、转换、存储和消费。区域间层面则主要是由连接不同区域间的能源传输组成。本实施例建立由电网和天然气网为能源传输网络，涉及办公区、住宅区和商业区的多区域综合能源系统，其系统架构如图8所示。其中区域内的能量枢纽模型和区域间能源传输网络模型是多区域综合能源系统集成的关键。办公区、住宅区和商业区通过电力传输网络和天然气传输网络相连，同时区域间通过上级配电网和外部燃气网相连。
步骤S104，根据所述多区域综合能源系统模型，并以能耗成本最低为优化目标，确定多区域综合能源系统的优化目标函数。
进一步的，所述根据所述多区域综合能源系统模型，并以能耗成本最低为优化目标，确定多区域综合能源系统的优化目标函数，包括：
获取电价和天然气价格。
根据所述多区域综合能源系统模型确定所述上级配电网的交换功率，以及确定所述外部燃气网交换的燃气体积。
根据所述电价、所述天然气价格、所述上级配电网的交换功率和所述外部燃气网交换的燃气体积，并以能耗成本最低为优化目标，确定所述优化目标函数。
进一步的，所述根据所述电价、所述天然气价格、所述上级配电网的交换功率和所述外部燃气网交换的燃气体积，并以能耗成本最低为优化目标，确定所述优化目标函数，包括：
通过如下公式确定所述优化目标函数：
其中，t表示时刻；Ce(t)表示t时刻的电价；Cg(t)表示t时刻的天然气价格；Pe t(t)表示t时刻上级配电网的交换功率；Pg t(t)表示t时刻外部燃气网交换的燃气体积。
步骤S105，根据所述优化目标函数和预设的约束条件，建立多区域综合能源系统优化模型，对能源分配进行优化。
进一步的，所述约束条件包括所述能量枢纽模型中的模块约束、能量枢纽耦合矩阵约束和传输网络约束。
具体来说，多区域综合能源系统的约束条件包括各个区域能量枢纽中各个模块的约束、能量枢纽耦合矩阵约束和传输网络约束。依据通用型能量枢纽的建模方法，按照其串联特性，每个区域的能量枢纽的模块约束可以分为供给模块约束、转换模块约束、存储模块约束和消费模块约束。由于本实施例消费模块中负荷作抽象处理，故暂不考虑其约束。
供给模块约束：由图4、图5和图6所示，三个区域中均含有供给模块，办公区和住宅区中含有可再生能源、P2G设备和储气罐，而办公区不含P2G设备。为方便起见，储气罐约束放于存储模块中描述。风机、光伏和P2G设备的额定容量约束即不超过其额定容量即可。
转换模块约束：办公区、住宅区和商业区中均包含转换模块，但转换设备不尽相同。其各转换设备的约束即不超过其额定值即可。
存储模块约束：住宅区包含存储模块，其约束包括蓄电池和储热罐的约束以及供给模块中储气罐的约束。以蓄电池为例，应同时满足蓄电池充放电功率约束、蓄电池额定容量约束、蓄电池每天净交换功率为0约束和蓄电池日充放次数约束。
能量枢纽耦合矩阵约束：由图4、图5和图6所示，其能量关系表达矩阵可作为能量枢纽耦合矩阵约束。
传输网络约束：传输网络约束包括电网约束和天然气网约束。此外，还有网络的不等式约束，包括节点电压、支路有功功率、管段压降和管段流量。均需限制在最大值和最小值之间。
进一步的，所述对能源分配进行优化，包括对上级配电网的交换功率、外部燃气网交换的燃气体积和所述能量枢纽模型中各设备的输出进行优化。
具体来说，本实施例的优化变量包括上级配电网的交换功率、外部燃气网交换的燃气体积和所述能量枢纽模型中各设备的输出等。将多区域综合能源系统优化模型转换为0-1混合整数线性规划模型，基于matlab编程环境下，借助yalmip平台，采用高效求解器cplex，进行求解，输出优化结果。
本申请上述实施例公开的一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法，首先建立办公区、住宅区和商业区三个区域的能量枢纽模型，并以此为基础建立多区域综合能源系统模型，其中办公区、住宅区和商业区通过能源网络传输模型相连，外部还连接上级配电网和外部燃气网。然后以能耗成本最低为优化目标确定优化目标函数。最后根据优化目标函数并结合约束条件，建立多区域综合能源系统优化模型对能源分配进行优化。本申请综合办公区、住宅区和商业区的用能特性和负荷特性，建立多个区域的联立和互动，将多种形式的能源统一整合，耦合多个区域的能源转换设备，满足多个区域的负荷要求，实现区域间的互补互济，进一步提高整个系统的经济效益，降低其环境成本。
下述为本申请装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。
本申请第二实施例公开了一种多区域综合能源系统集成与协同优化装置，所述多区域综合能源系统集成与协同优化装置应用于本申请第一实施例公开的多区域综合能源系统集成与协同优化方法，参见图9所示的结构示意图，所述多区域综合能源系统集成与协同优化装置包括：
能量枢纽建模单元10，用于利用通用型能量枢纽的建模方法，对办公区、住宅区和商业区进行建模，确定三个能量枢纽模型，分别为办公区能量枢纽模型、住宅区能量枢纽模型和商业区能量枢纽模型。
传输模型构建单元20，用于建立能源网络传输模型，所述能源网络传输模型包括电力传输网络模型和天然气传输网络模型，用于连接所述办公区、所述住宅区和所述商业区。
系统模型构建单元30，用于根据所述办公区能量枢纽模型、所述住宅区能量枢纽模型和所述商业区能量枢纽模型和所述能源网络传输模型，并结合上级配电网和外部燃气网，建立多区域综合能源系统模型。
目标函数确定单元40，用于根据所述多区域综合能源系统模型，并以能耗成本最低为优化目标，确定多区域综合能源系统的优化目标函数。
能源分配优化单元50，用于根据所述优化目标函数和预设的约束条件，建立多区域综合能源系统优化模型，对能源分配进行优化。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种多区域综合能源系统集成与协同优化方法，其特征在于，包括：
利用通用型能量枢纽的建模方法，对办公区、住宅区和商业区进行建模，确定三个能量枢纽模型，分别为办公区能量枢纽模型、住宅区能量枢纽模型和商业区能量枢纽模型；
建立能源网络传输模型，所述能源网络传输模型包括电力传输网络模型和天然气传输网络模型，用于连接所述办公区、所述住宅区和所述商业区；
根据所述办公区能量枢纽模型、所述住宅区能量枢纽模型和所述商业区能量枢纽模型和所述能源网络传输模型，并结合上级配电网和外部燃气网，建立多区域综合能源系统模型；
根据所述多区域综合能源系统模型，并以能耗成本最低为优化目标，确定多区域综合能源系统的优化目标函数；
根据所述优化目标函数和预设的约束条件，建立多区域综合能源系统优化模型，对能源分配进行优化；
所述办公区能量枢纽模型包括办公区供给模块、办公区转换模块和办公区消费模块；
所述住宅区能量枢纽模型包括住宅区供给模块、住宅区转换模块、住宅区存储模块和住宅区消费模块；
所述商业区能量枢纽模型包括商业区供给模块、商业区转换模块和商业区消费模块；
所述办公区能量枢纽模型包括办公区能量枢纽的能量关系表达矩阵；
通过如下公式确定所述办公区能量枢纽的能量关系表达矩阵：
L办＝C办 T(P办 net+P办 in+P办 P2G)；
其中，L办表示预设的办公区负荷矩阵；表示预设的办公区转换耦合矩阵；/>表示预设的办公区网络输入矩阵；/>表示预设的办公区新能源和储气罐输入矩阵；/>表示预设的办公区P2G能量矩阵；
所述住宅区能量枢纽模型包括住宅区能量枢纽的能量关系表达矩阵；
通过如下公式确定所述住宅区能量枢纽的能量关系表达矩阵：
其中，L住表示预设的住宅区负荷矩阵；表示预设的住宅区转换耦合矩阵；/>表示预设的住宅区网络输入矩阵；/>表示预设的住宅区新能源和储气罐输入矩阵；/>表示预设的住宅区P2G能量矩阵；S住表示预设的储能矩阵；
所述商业区能量枢纽模型包括商业区能量枢纽的能量关系表达矩阵；
通过如下公式确定所述商业区能量枢纽的能量关系表达矩阵：
L商＝C商 T(P商 net+P商 in)；
其中，L商表示预设的商业区负荷矩阵；表示预设的商业区转换耦合矩阵；/>表示预设的商业区网络输入矩阵；/>表示预设的商业区新能源和储气罐输入矩阵。
2.根据权利要求1所述的多区域综合能源系统集成与协同优化方法，其特征在于，所述根据所述多区域综合能源系统模型，并以能耗成本最低为优化目标，确定多区域综合能源系统的优化目标函数，包括：
获取电价和天然气价格；
根据所述多区域综合能源系统模型确定所述上级配电网的交换功率，以及确定所述外部燃气网交换的燃气体积；
根据所述电价、所述天然气价格、所述上级配电网的交换功率和所述外部燃气网交换的燃气体积，并以能耗成本最低为优化目标，确定所述优化目标函数。
3.根据权利要求2所述的多区域综合能源系统集成与协同优化方法，其特征在于，所述根据所述电价、所述天然气价格、所述上级配电网的交换功率和所述外部燃气网交换的燃气体积，并以能耗成本最低为优化目标，确定所述优化目标函数，包括：
通过如下公式确定所述优化目标函数：
其中，t表示时刻；Ce(t)表示t时刻的电价；Cg(t)表示t时刻的天然气价格；表示t时刻上级配电网的交换功率；/>表示t时刻外部燃气网交换的燃气体积。
4.根据权利要求1所述的多区域综合能源系统集成与协同优化方法，其特征在于，所述约束条件包括所述能量枢纽模型中的模块约束、能量枢纽耦合矩阵约束和传输网络约束。
5.根据权利要求1所述的多区域综合能源系统集成与协同优化方法，其特征在于，所述对能源分配进行优化，包括对上级配电网的交换功率、外部燃气网交换的燃气体积和所述能量枢纽模型中各设备的输出进行优化。
6.一种多区域综合能源系统集成与协同优化装置，其特征在于，所述多区域综合能源系统集成与协同优化装置应用于权利要求1-5任一项所述的多区域综合能源系统集成与协同优化方法，所述多区域综合能源系统集成与协同优化装置包括：
能量枢纽建模单元，用于利用通用型能量枢纽的建模方法，对办公区、住宅区和商业区进行建模，确定三个能量枢纽模型，分别为办公区能量枢纽模型、住宅区能量枢纽模型和商业区能量枢纽模型；
传输模型构建单元，用于建立能源网络传输模型，所述能源网络传输模型包括电力传输网络模型和天然气传输网络模型，用于连接所述办公区、所述住宅区和所述商业区；
系统模型构建单元，用于根据所述办公区能量枢纽模型、所述住宅区能量枢纽模型和所述商业区能量枢纽模型和所述能源网络传输模型，并结合上级配电网和外部燃气网，建立多区域综合能源系统模型；
目标函数确定单元，用于根据所述多区域综合能源系统模型，并以能耗成本最低为优化目标，确定多区域综合能源系统的优化目标函数；
能源分配优化单元，用于根据所述优化目标函数和预设的约束条件，建立多区域综合能源系统优化模型，对能源分配进行优化。
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