CN114943376A - 用户侧综合能源优化利用区间规划方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用户侧综合能源优化利用区间规划方法及系统，包括：分别构建IES不同设备的模型；从设备“输入‑输出”角度提炼能源形式，设置能量母线作为耦合节点，构建IES供用能结构；针对所述IES供用能结构，以用户侧综合能源优化利用的成本最小为目标，构建基于区间规划的用户侧综合能源优化利用模型；将模型的混合整数区间线性规划问题，分解为一对交互的确定性子模型加以求解，得到基于区间规划的用户侧综合能源优化利用决策结果。本发明建立用户侧IES通用的设备模型和供用能结构，并给出一种考虑系统不确定性因素的用户侧综合能源优化利用方法，实现源荷在波动下的多能优化利用。
Description
技术领域
本发明涉及综合能源优化技术领域，尤其涉及一种用户侧综合能源优化利用区间规划方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
综合能源系统(integrated energy system，IES)通过对能源的生产、转换、输配、存储、消费等环节进行有机协调形成能源产供销一体化系统。面向终端用户的IES以智能用电系统、集中式供暖(冷、水)系统等耦合而成，主要关注能源的利用。实施多能耦合的综合能源优化利用可以提高能源综合利用率，降低包括能源耗费、设备运行费用等在内的系统综合运行成本。在IES负荷侧耦合点，多种设备或相互替代，或有机协调，其首要目的是承担并满足用户用能需求，这就有必要建立IES的负荷模型；但是，在优化建模过程中，还存在如下几个问题：
(1)当前，综合能源系统发展迅猛，其建设与应用日益普及，但不同系统其设备类型及组合形式复杂，负荷需求多样，而有关用户侧综合能源优化利用研究缺乏通用性设备模型与供用能结构以适应不同系统的特殊性。
(2)在实际的系统中，不可避免地存在诸多误差或不确定性——新能源出力受天气变化影响而具有较强的间歇性和随机性，用户负荷跟随个人喜好、生活习惯而波动，导致新能源发电以及用户负荷难以准确预测；系统中一些设备受负载率、环境温度甚至地理位置等因素影响，其运行工况复杂多变，部分负载率曲线不足以描述设备的运行特性，严格意义的变工况下的性能参数甚至难以准确获取。因此，传统的基于确定参数的优化建模方法存在误差大、不可靠等问题。
(3)基于概率的不确定优化方法，如随机规划、模糊规划等，在获取有关新能源出力、用户负荷等样本信息时存在数量不足、精度较低等问题，限制了其在工程实际中的应用。此外，基于概率的不确定优化方法的求解存在收敛慢、效率低、误差大等问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种用户侧综合能源优化利用区间规划方法及系统，建立用户侧IES通用的设备模型和供用能结构，并给出一种考虑系统不确定性因素的用户侧综合能源优化利用方法，实现源荷在波动下的多能优化利用。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种用户侧综合能源优化利用区间规划方法，包括：
分别构建IES不同设备的模型；
从设备“输入-输出”角度提炼能源形式，设置能量母线作为耦合节点，构建以能量母线为核心骨架、以按类设备为连接单元的面向终端用户的IES供用能结构；
针对所述IES供用能结构，以用户侧综合能源优化利用的成本最小为目标，构建基于区间规划的用户侧综合能源优化利用模型；将模型的混合整数区间线性规划问题，分解为一对交互的确定性子模型加以求解，得到基于区间规划的用户侧综合能源优化利用决策结果。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种用户侧综合能源优化利用区间规划系统，包括：
IES设备模型构建模块，用于分别构建IES不同设备的模型；
IES供用能结构构建模块，用于从设备“输入-输出”角度提炼能源形式，设置能量母线作为耦合节点，构建以能量母线为核心骨架、以按类设备为连接单元的面向终端用户的IES供用能结构；
模型构建模块，用于针对所述IES供用能结构，以用户侧综合能源优化利用的成本最小为目标，构建基于区间规划的用户侧综合能源优化利用模型；
模型求解模块，用于将模型的混合整数区间线性规划问题，分解为一对交互的确定性子模型加以求解，得到基于区间规划的用户侧综合能源优化利用决策结果。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的用户侧综合能源优化利用区间规划方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明对于IES设备进行建模，模型是针对一类具有共性的设备建立的，具有通用性；比如：
对于热源机的模型，相比于现有技术中主要以热源机中的(微型)燃气轮机为主进行建模而导致梯级热能考虑不足的方式，本发明综合考虑了较为常见的几种具体设备，相应地在梯级能量上分析了包括电、烟气、蒸汽以及冷却水系统等，考虑的情况更加细致全面。
对于储能设备的建模，相比于现有技术中多能优化主要考虑的是蓄电池组和蓄热(冷)的方式，本发明还考虑当前热门的换电站以及电动汽车普及下带来的退役电池，并将这些储能予以综合考虑。
(2)本发明搭建了面向终端用户的IES供用能结构，该结构与设备建模相匹配，同样具备通用性，使得“设备-结构”模型是一体化，且具有很好的平移性和灵活性。
(3)本发明采用的是基于非概率型不确定性优化方法，需要大量的精确度信息来构建概率函数模型，能够直接获取不确定参数的区间值；这种建模方式在进行模型求解时方便易行。
发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例中的CCHP能量梯级利用结构示意图；
图2为本发明实施例中的交直流双向功率交换器结构示意图；
图3为本发明实施例中的充放电装置-电池组连接模式示意图；
图4为本发明实施例中的热能品位转换系统工作示意图；
图5为本发明实施例中的面向终端用户的IES供用能结构示意图；
图6为本发明实施例中的烟气型IES供用能结构示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请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申请的示例性实施方式。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。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种用户侧综合能源优化利用区间规划方法，具体包括如下过程：
(1)分别构建IES不同设备的模型；
IES设备包括热源机、储能装置、余热回收设备和电能转换设备和热能品位转换系统；本实施例分别对其进行建模。
①热源机
分布式冷热电联供(combinedcooling,heatingandpower)系统是指以天然气、沼气、烷类气体等清洁能源为燃料，应用热动力发电机组、余热利用机组等设备实现能量转换，为用户同时提供冷、热、电等多种负荷需求的分布式供能系统，广泛用于智能小区、商务楼宇、产业园区等用户侧，机组利用燃料燃烧产生的高品位烟气驱动交流发电机单元发电，伴随产生中品位烟气，可以驱动余热直燃机，也可以通过余热回收装置—余热锅炉、烟-液换热器等—处理成高温蒸汽或高温热水以供应不同的热动设备，该过程有时存在再排烟，可以被低品位余热转换装置回收制备热水等。此外，一些机组在工作过程中因冷却需要而产生大量的低温热水，也是系统可以回收的低品热。基于此抽象出如图1所示的CCHP能源梯级利用结构示意。热源机的梯级能量数学模型如下：
PG＝ηeλgasMG (1)
Qmid＝ηmid(1-ηe-η0-ηc)λgasMG (2)
Qlow＝Q′low+△Q＝(1-ηmid)Qmid/ηmid+ηcλgasMG (3)
式中，PG为热源机发电单元输出的电功率；ηe为发电单元的发电效率；λgas为天然气的热值；MG为热源机的燃气消耗速率；Qmid为中品位余热的热功率；ηmid为中品烟气利用率，取决于余热利用方式，对于烟气直燃型，ηmid一般取0.91，对于余热回收型，ηmid一般取0.8；Qlow为低品位余热的热功率，包括Q′low和ΔQ，其中，Q′low为余热回收装置的再排烟，即低品位烟气的热功率，ΔQ为热源机(特指燃气内燃机)冷却水系统回收的余热功率，其中ηc为冷却水系统(包括缸套水、中冷器以及润滑油)的热回收率，而对于(微型)燃气轮机，ΔQ＝0。
②储能装置
储能是IES不可或缺的协调装置。一方面，通过跨时段转移负荷，平抑高峰时段负荷，往往可以节省用户峰段电费；另一方面，通过能量的“储存”和“释放”，解决用户热电负荷比与热源机热电出力比不匹配问题，将源荷关系柔性化。
用户侧IES常见储能装置多种多样，其中，电化学储能(如蓄电池组、电车动力电池及其退役电池等)和储热(如蒸汽蓄热器、蓄热水箱等)是最常见的两种设备。源荷二重性是储能的基本特性，对于一些特殊场景下的储能装置，同时还具有移动特性，如换电站(batteryswapstation,BSS)。因此，本实施例从具有一般代表性的BSS入手，建立其数学模型作为电化学储能和储热的通用模型。
BSS采用如图3所示的充放电装置-电池组连接模式。整个换电站被划分为NP个平台分块(NP由换电站充电需求和系统对换电站放电功率要求共同决定)，实行“整体充/放电”的管理模式。站内电量变化方程和功率表达式如下
EBSS,t＝(1-σBSS·△t)EBSS,t-1+PBSS,t△t+△EBSS,t (5)
式中，EBSS,t为t时刻换站内的总电量；PBSSc,t和PBSSd,t分别为t时段内换电站充、放电功率；ηBSSc和ηBSSd分别为充、放电效率；σBSS为动力电池的自放电率；ΔEBSS,t是表征应公交运营需求，换电站进行电池装/卸而造成的站内电量变化值，其计算公式为：
△EBSS,t＝△Ein,t-△Eout,t＝SOCresEbatNin,t-EbatNout,t (7)
式中，ΔEin,t为(t-1,t]时段电动公交卸载电池的剩余电量，并于t时刻统一接入充/放电平台，ΔEout.t为(t,t+1]时段需要出库装载电池的电量，且于t时刻全部下线出库而不接受充/放电管理；Nin,t和Nout,t分别为相应时间段进/出库电池组数；Ebat为整车动力电池的容量；SOCres为换电时电池剩余荷电率，计算公式如下：
式中，L为公交车日行驶里程；EFF为电池的能效比；ηd为动力电池的放电效率，一般有ηd＝ηBSSc；DOD为电池的允许放电深度，计算公式如下
DOD＝SOCmax-SOCmin (9)
式中，SOCmax和SOCmin分别为储能的最大荷能率和最小荷能率，对于电储能一般分别为0.9和0.2。
换电站充/放电需要满足如下运行约束
式中，Pbat,c和Pbat,c分别为公交动力电池的充、放电功率；uBSSc,t和uBSSd,t为0-1变量，uBSSc,t取1表示充电，uBSSd,t取1表示放电，uBSSc,t+uBSSd,t≤1。作为具有移动特性的储能装置，换电站的电量约束是时变的，具体如下
式中，NΣ是t时刻站内电池总组数(NΣ＝kNP，k为每个充放电平台接入的电池组数，k为正整数)；tc为每组电池完成充电所需的时间段数。
此外，在优化周期的首尾时段，换电站要维持能量不变，即有
式中，Γ为优化周期的全时段数，一般取24或96。
对于蓄电池组(electric storage,ES)、退役电池(retired battery,RB)、蓄热水箱(watertank,WT)、蒸汽蓄热器(steamaccumulator,SA)等固定储能，具有和BSS相似的数学模型(式(5)、式(6)和式(6))，所不同的是，作为固定储能，其模型不包含储能容量变化量，即式(5)中ΔEBSS,t＝0，且运行约束不再是时变的，满足技术约束即可。此外，针对退役电池，考虑到荷电性能的衰退，其最大荷能率SOCmax不再为定常数，其实际容量保持率与其充放电循环次数基本保持如下幂函数关系
SOC'max＝a-b·nc (14)
式中，n为退役电池的完全充电循环次数，a、b、c可分别取107.4、0.8745和0.6066。
交直流双向功率变换器是一种实现交直流系统网络互联、能量互通，但不具备能量存储与释放的装置。一般地，直流母线优先供应直流负荷，在供不应求时通过A/D转换从交流母线获取电能，反之则可将功率馈回交流系统，如图2所示。将直流系统视作交流系统的负荷，则双向功率变换器的模型如下：
式中，PDi和PDo分别为直流母线从交流母线获得的功率和向交流母线输出的功率；ηA/D和ηD/A为变换器A/D和D/A转换效率；uDi和uDo为0-1变量，uDi+uDi≤1，当uDi＝1时，PA/D>0，即表示交流系统向直流系统输出功率，当uDo＝1时，PA/D<0，即表示直流系统向交流系统输送功率。
③余热回收设备和电能转换设备
余热回收设备和电能转换设备是实现用户侧电热互补的一对典型设备，本文根据余热利用方式将用户侧CCHP的余热回收设备分为两大类——一类是直接换热设备，即通过各种换热器，以直接换热方式制备供热热源；另一种是余热制冷制热技术，即通过特殊工质，根据吸收式循环原理，用吸收式设备制备制冷或采暖所需的媒质；类似地，将电能转换设备分为电热转换设备和压缩式设备。采用典型参数描述设备“输入-输出”能量转换关系。
对于直接换热设备和电热转换热备，引入能量转换效率η描述“输入-输出”关系，具体如下：
式中，
为输入直接换热设备HEi的余热热功率，cla表明余热的品位(包括中品位mid和低品位low)；
为设备HEi输出的热功率；
为设备HEi的热交换效率；
为电热转换设备EHi消耗的电功率；
为设备EHi输出的热功率；
为电热转换效率。
对于吸收式设备和压缩式设备，引入能效比(coefficientof performance,COP)描述能量转换关系，具体如下：
式中，
为输入吸收式设备Ai的余热热功率(品位cla)；mode为运行模式，包括制冷(c)和采暖(h)两种；
为设备Ai输出热媒水(采暖工况)或冷媒水(制冷工况)的热功率；
为设备Ai在模式mode下的能效比；PCi为压缩式设备Ci主机消耗的电功率；
为设备Ci输出热媒水(采暖工况)或冷媒水(制冷工况)的热功率；
为设备Ci在模式mode下的能效比。
对于压缩式设备，其水泵、冷却塔等辅机消耗可观的电能，计算方法如下：
式中，Pau为辅机消耗的电功率；kau是辅机耗能伴随系数；h为水泵水头；g为重力加速度；ρ为水的密度；Cp为水的平均比定压热容；Δηau为泵的效率；ΔTw为供水换热前后的温差(℃)。
④热能品位转换系统
热能除了从高品位向低品位转变外，还存在逆自然转变现象，其中以热能品位提升最为常见，如废热回收、水温泵升等，这一过程需要消耗一定的能量，通过驱动装置(如吸收式热泵、电热泵等)实现热能品位转换，其流程如图4所示。
驱动装置输入高品质能量(高温蒸汽、电能等)，以一定比例关系转化并传递给被加热物体，从而提升其热能品质，其数学模型如下
Qxo＝COPxEx+Qxi＝(COPx+Rx)·Ex (20)
式中，Ex为输入驱动装置x的高品质能(功率)；COPx为装置x的能效比；Qxi和Qxo分别为待加热介质的热功率和被加热后介质的热功率，本文假设在输入和输出端口被加热介质的物质流相同；Rx为被加热介质的热功率与输入驱动装置的高品质能的功率比值，比例系数Rx取决于设备x的能效比以及转换系统中物质流的输入与输出的比焓，计算方法如下：
式中，hxi和hxo分别为被加热物体在加热前和加热后的的比焓，h 0为基准比焓，一般取常温水比焓。对于特定驱动设备x，Rx可以视作常数。
(2)从设备“输入-输出”角度提炼能源形式，设置能量母线作为耦合节点，构建以能量母线为核心骨架、以按类设备为连接单元的面向终端用户的IES供用能结构；
本实施例搭建用户侧IES供用能通用结构，一方面要求清晰描述IES能量流动与转换关系，另一方面，为了适应不同系统，模型需要具有一定的通用性和灵活性。表1从能源“输入-输出”角度梳理了模块一中IES设备模型。
表1 用户侧IES设备
从表1中不难看出，尽管IES设备类型及其具体装置多种多样，但从能源的“输入-输出”角度来看，能源形式是具体而简单的，分别为交流电、直流电、蒸汽、烟气、冷媒水、热媒水、(高低温)热水等几种。而从某种能源角度来看，其关联的设备往往是多样的，例如交流电，既是热源机、电网等设备的输出能源形式，同时也是电能转换设备的输入能源，这既体现了多能互济的结构关系——热源机发电单元与电网电能互补，也描述了系统能量流动关系——热源机等设备输出的交流电送往并驱动电能转换设备。同理，对于其他能源形式亦有类似情形，此处不再一一分析。
基于上述特点，本实施例借鉴变电站主接线，从设备“输入-输出”角度提炼能源形式作为系统的重要特征，并设置能量母线作为耦合节点，描述能量的汇集与分配关系，同时，以设备和曲线沟通不同能量母线，刻画不同能量转换关系和流动过程，搭建如图5所示的用户侧供用能结构，图中各类设备即对应步骤(1)中IES设备模型。
本实施例以能量母线为核心骨架、以按类设备为连接单元的IES供用能结构具有诸多优点：
第一，对于集中供能式用户侧IES，其能量载体基本包含于结构图中的母线形式，而IES设备亦涵盖于图中设备类型，因此，对于不同的用户侧IES，只需要适当调整能量母线，例如用户所需的热水不区分高低温热水或是中品热是单一的烟气或蒸汽等，并根据系统的具体设备增减或是更换母线间的转换设备，便可以获得对应系统的供用能结构，即所搭建的结构具有较好的通用性和可平移性；
第二，以母线作为能量汇集与分配的节点，辅以按类设备作为连接桥梁，使得结构直观明了；
第三，根据各个母线上能量的输入与输出关系，借鉴基尔霍夫电流定律可以快速建立IES能量平衡关系；
第四，结构充分考虑了梯级用能、余热回收等技术，如热源机“发电-烟气-冷却水”三级用能、再排烟利用、低温热水回收利用等，更好地契合了IES“节能高效”的应用理念和发展趋势。
(3)针对所述IES供用能结构，以用户侧综合能源优化利用的成本最小为目标，构建基于区间规划的用户侧综合能源优化利用模型；
本实施例中，针对余热直燃形式的用户侧IES供用能结构，构建基于区间规划的用户侧综合能源优化利用模型，其结构如图6所示。
在建模前做统一声明，各个变量的右上标“±”表示区间数变量，且在参数声明过程中在不引起混淆的情况下省略“±”。
基于区间规划的用户侧综合能源优化利用模型的目标函数如下：
用户侧综合能源优化利用的成本包括能源成本Co(元)、运行维护成本Cm(元)和环境成本Ce(元)。目标函数如下：
1)能源成本
能源成本包括IES与公网交互电能的费用Cgrid和购买燃料的费用Cfuel，即
式中，Pgi和Pgo分别为τ时段IES从大电网购电功率和向大电网售电功率，右上标，后文均是如此，不再赘述；cgi,τ和cgo,τ分别为从公网购电时单价和向公网售电时单价，根据能源政策和用户意愿，可以采用分时电价、实时电价等能源单价机制；cfuel,τ为燃料的单价，其单位按照燃料的热值折算成yuan/(kW·h)；τ为时间段序号，τ＝1,2,3,…,Γ；△t为时间段时长，△t＝24/Γ(h)。
2)运行维护成本
式中，cG为热源机单位出力的维护成本；cB为锅炉单位出力的维护成本；
为新能源发电设备Di单位出力的维护成本；
为储能装置Si储存或释放单位功率的维护成本；
为直接换热设备HEi单位出力的维护成本；
为吸收式设备Ai单位出力的维护成本；
为电热转换设备EHi单位出力的维护成本；
为压缩式设备Ci单位出力的维护成本。
为新能源发电设备Di在时段τ输出的功率；
为储能装置Si在时段τ储存或释放的功率；PG、QB、
等变量在第二章建模中已详细说明，上述变量单位均已换算成kW，下标i是用以区分系统中可能存在的同类设备。
3)环境成本
基于若干发电技术的污染排放数据(表中单位为g/kWh)，不难发现，不论是传统发电方式，还是分布式发电，其污染排放气体主要是CO2。本实施例考虑CO2气体对环境产生的影响，其排放所产生的环境成本Ce如下：
式中，γe为公网上单位电能的二氧化碳排放系数，本文假设传统发电方式为单一的燃煤发电，即γe取值86.472g/(kWh)；γf为分布式发电中单位热值的燃料其二氧化碳排放量，单位为g/therm，其中therm为热量单位，1kWh＝0.03412therm；
为CO2排放单位价格，取值为5.875×10-4元/g。
目标函数的约束条件如下：
①母线功率平衡约束
在各个母线节点，以区间数描述其能量平衡关系，具体如下：
1)交流电母线功率平衡
式中，Pgi和Pgo分别为系统向电网购入电能功率和馈回功率；PAC为交流电负荷功率。
2)直流电母线功率平衡
式中，PPV为光伏发电系统出力；PDC为直流电负荷功率。
3)烟气母线功率平衡
式中，Qmid/low为在低品热供不应求时，由中品热补足的热功率。
4)冷媒水/热媒水母线功率平衡
对于夏季制冷，冷媒水母线功率平衡关系为
式中，QCSd和QCSc分别为蓄冰槽释放冷能和存储冷能的功率。
对于冬季供暖，热媒水母线功率平衡关系为
5)高温热水母线功率平衡
式中，QBwat为热水锅炉输出的热功率。
6)低温热水母线功率平衡
式(32)中，上标“'”用来与式(31)作区分，物理含义相同。
②设备运行约束
除了上述的各种能量平衡约束以外，还需考虑各类设备自身的约束，具体如下：
式(33)-(34)中参数右上标“min”和“max”代表各个参数的上下限，物理含义与之相同。以
为例，
和
分别为热源机输出电功率(PG)的上下限，其他参数与此类似。
1)分布式动力系统
2)储能装置(以BSS为例)
3)余热回收设备
4)电能转换设备
5)热能品位转换设备
(4)将模型的混合整数区间线性规划问题，分解为一对交互的确定性子模型加以求解，得到基于区间规划的用户侧综合能源优化利用决策结果。
本实施例建立的用户侧综合能源优化利用模型为混合整数区间线性规划问题，可以将其分解为一对交互的确定性子模型加以求解。
以夏季为例，具体步骤如下：(注：其他季节比如冬季供暖只是根据式(30)调整一下)
1)在最小运行条件下，光伏出力
交直流电负荷、空间制冷负荷、以及高低温热水负荷分别为
Q-WH、Q-WL，构造子模型C-如下：(需要补充说明的是，为了避免建模中的冗杂表达，储能单元以只给出了电储能部分，其他部分类似而被省略)
2)求解子模型C-，得P-gi、
P-Ci、P-EHi、
P-ESid、P-ESic以及所有标志位(即0-1变量)等；
3)在最大运行条件下，光伏出力
交流电负荷、空间制冷负荷、以及热水负荷分别为
在步骤ii)计算结果基础上构造子模型C+如下：
4)求解子模型C+，得
以及所有标志位；
5)整合两个子模型的解，得到基于区间规划的用户侧综合能源优化利用决策结果。
实施例二
在一个或多个实施方式中，公开了一种用户侧综合能源优化利用区间规划系统，包括：
IES设备模型构建模块，用于分别构建IES不同设备的模型；
IES供用能结构构建模块，用于从设备“输入-输出”角度提炼能源形式，设置能量母线作为耦合节点，构建以能量母线为核心骨架、以按类设备为连接单元的面向终端用户的IES供用能结构；
模型构建模块，用于针对所述IES供用能结构，以用户侧综合能源优化利用的成本最小为目标，构建基于区间规划的用户侧综合能源优化利用模型；
模型求解模块，用于将模型的混合整数区间线性规划问题，分解为一对交互的确定性子模型加以求解，得到基于区间规划的用户侧综合能源优化利用决策结果。
需要说明的是，上述各模块的具体实现方式已经在实施例一中进行了说明，此处不再详述。
实施例三
在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、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实施例一中的用户侧综合能源优化利用区间规划方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明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发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种用户侧综合能源优化利用区间规划方法，其特征在于，包括：
分别构建IES不同设备的模型；
从设备“输入-输出”角度提炼能源形式，设置能量母线作为耦合节点，构建以能量母线为核心骨架、以按类设备为连接单元的面向终端用户的IES供用能结构；
针对所述IES供用能结构，以用户侧综合能源优化利用的成本最小为目标，构建基于区间规划的用户侧综合能源优化利用模型；将模型的混合整数区间线性规划问题，分解为一对交互的确定性子模型加以求解，得到基于区间规划的用户侧综合能源优化利用决策结果。
2.如权利要求1所述的一种用户侧综合能源优化利用区间规划方法，其特征在于，所述IES设备包括热源机、储能装置、余热回收设备和电能转换设备和热能品位转换系统。
3.如权利要求2所述的一种用户侧综合能源优化利用区间规划方法，其特征在于，所述热源机的模型，具体为：
PG＝ηeλgasMG
Qmid＝ηmid(1-ηe-η0-ηc)λgasMG
Qlow＝Q′low+△Q＝(1-ηmid)Qmid/ηmid+ηcλgasMG
其中，PG为热源机发电单元输出的电功率；ηe为发电单元的发电效率；λgas为天然气的热值；MG为热源机的燃气消耗速率；Qmid为中品位余热的热功率；ηmid为中品烟气利用率，Qmid为中品位余热的热功率；ηmid为中品烟气利用率；Qlow为低品位余热的热功率，Q′low为余热回收装置的再排烟，即低品位烟气的热功率，ΔQ为热源机冷却水系统回收的余热功率，ηc为冷却水系统的热回收率。
4.如权利要求2所述的一种用户侧综合能源优化利用区间规划方法，其特征在于，建立储能装置中换电站的电化学储能和储热的通用模型，具体为：
EBSS,t＝(1-σBSS·△t)EBSS,t-1+PBSS,t△t+△EBSS,t
其中，EBSS,t为t时刻换站内的总电量；PBSSc,t和PBSSd,t分别为t时段内换电站充、放电功率；ηBSSc和ηBSSd分别为充、放电效率；σBSS为动力电池的自放电率；ΔEBSS,t是表征应公交运营需求，换电站进行电池装/卸而造成的站内电量变化值。
5.如权利要求2所述的一种用户侧综合能源优化利用区间规划方法，其特征在于，对于热能品位转换系统进行建模，具体为：
Qxo＝COPxEx+Qxi＝(COPx+Rx)·Ex
其中，Ex为输入驱动装置x的高品质能，COPx为装置x的能效比；Qxi和Qxo分别为待加热介质的热功率和被加热后介质的热功率，Rx为被加热介质的热功率与输入驱动装置的高品质能的功率比值；hxi和hxo分别为被加热物体在加热前和加热后的的比焓，h 0为基准比焓。
6.如权利要求1所述的一种用户侧综合能源优化利用区间规划方法，其特征在于，所述用户侧综合能源优化利用的成本包括：能源成本、运行维护成本、和环境成本。
7.如权利要求1所述的一种用户侧综合能源优化利用区间规划方法，其特征在于，所述基于区间规划的用户侧综合能源优化利用模型的约束包括：母线功率平衡约束和设备运行约束；其中，所述母线功率平衡约束包括交流电母线功率平衡约束、直流电母线功率平衡约束、烟气母线功率平衡约束、冷媒水/热媒水母线功率平衡约束、高温热水母线功率平衡约束和低温热水母线功率平衡约束；所述设备运行约束包括：分布式动力系统约束、储能装置约束、余热回收设备约束、电能转换设备约束和热能品位转换设备约束。
8.如权利要求1所述的一种用户侧综合能源优化利用区间规划方法，其特征在于，将模型的混合整数区间线性规划问题，分解为一对交互的确定性子模型加以求解，得到基于区间规划的用户侧综合能源优化利用决策结果，具体为：
在最小运行条件下，构造子模型C-，并求解子模型C-，得到优化目标下限以及相应的优化变量的下限值；
在最大运行条件下，在子模型C-的求解基础上，构造子模型C+，并求解子模型C+，得到优化目标上限，以及相应的优化变量的上限值；
整合两个子模型的解，得到基于区间规划的用户侧综合能源优化利用决策结果。
9.一种用户侧综合能源优化利用区间规划系统，其特征在于，包括：
IES设备模型构建模块，用于分别构建IES不同设备的模型；
IES供用能结构构建模块，用于从设备“输入-输出”角度提炼能源形式，设置能量母线作为耦合节点，构建以能量母线为核心骨架、以按类设备为连接单元的面向终端用户的IES供用能结构；
模型构建模块，用于针对所述IES供用能结构，以用户侧综合能源优化利用的成本最小为目标，构建基于区间规划的用户侧综合能源优化利用模型；
模型求解模块，用于将模型的混合整数区间线性规划问题，分解为一对交互的确定性子模型加以求解，得到基于区间规划的用户侧综合能源优化利用决策结果。
10.一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-8任一项所述的用户侧综合能源优化利用区间规划方法。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117236530A (zh) * | 2023-11-16 | 2023-12-15 | 国网湖北省电力有限公司 | 基于4g/5g短共享电力无线通信的电力用能优化方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110417006A (zh) * | 2019-07-24 | 2019-11-05 | 三峡大学 | 考虑多能协同优化的综合能源系统多时间尺度能量调度方法 |
| CN113690879A (zh) * | 2021-08-05 | 2021-11-23 | 燕山大学 | 考虑电-热柔性负荷的区域综合能源系统容量配置方法 |
| CN113779783A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-10 | 国网上海市电力公司 | 计及多重不确定性的区域综合能源系统规划与运行联合优化方法 |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110417006A (zh) * | 2019-07-24 | 2019-11-05 | 三峡大学 | 考虑多能协同优化的综合能源系统多时间尺度能量调度方法 |
| CN113690879A (zh) * | 2021-08-05 | 2021-11-23 | 燕山大学 | 考虑电-热柔性负荷的区域综合能源系统容量配置方法 |
| CN113779783A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-10 | 国网上海市电力公司 | 计及多重不确定性的区域综合能源系统规划与运行联合优化方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| ENCHENG DONG 等: "Optimal Utilization Strategy of Integrated Energy for Commercial Users Based on CCHP Coupling", 《2021 IEEE IAS INDUSTRIAL AND COMMERCIAL POWER SYSTEM ASIA》, 2 December 2021 (2021-12-02), pages 2 - 4 * |
| 白牧可 等: "基于区间线性规划的区域综合能源系统日前优化调度", 《电网技术》, vol. 41, no. 12, 31 December 2017 (2017-12-31), pages 2 - 3 * |
| 黄文焘 等: "电热微网能量耦合转换模型与梯级优化利用方法", 《中国电机工程学报》, vol. 40, no. 21, 5 November 2020 (2020-11-05), pages 2 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117236530A (zh) * | 2023-11-16 | 2023-12-15 | 国网湖北省电力有限公司 | 基于4g/5g短共享电力无线通信的电力用能优化方法 |
| CN117236530B (zh) * | 2023-11-16 | 2024-02-09 | 国网湖北省电力有限公司 | 基于4g/5g短共享电力无线通信的电力用能优化方法 |
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