CN115358567A - 一种考虑不确定性的能量流和物料流建模耦合方法 - Google Patents

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CN115358567A CN202210985136.7A CN202210985136A CN115358567A CN 115358567 A CN115358567 A CN 115358567A CN 202210985136 A CN202210985136 A CN 202210985136A CN 115358567 A CN115358567 A CN 115358567A
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Abstract

本发明公开了一种考虑不确定性的能量流和物料流的建模及耦合方法。方法包括：将分布式新能源发电设备、多能转换设备、能源存储设备、工业生产流水线负荷和物料存储仓库进行关联构建获得能量‑物料流耦合关联图系统；构建能量‑物料流耦合模型；将各个分布式新能源发电设备、多能转换设备、能源存储设备、工业生产流水线负荷和物料存储仓库的能量物料参数的预设量输入并输出调整量，实现考虑不确定性的能量流和物料流的耦合。本发明方法统一了工业生产中分布式新能源发电设备、能量转换设备和工业生产流水线负荷的不同建模方式，可以应用于工业的生产安排、设备投建等多个领域，进而辅助工业生产的精细化安排、生产数据矫正和节能提效等。

Description

一种考虑不确定性的能量流和物料流建模耦合方法
技术领域
本发明涉及了一种建模耦合方法，具体涉及了一种一种考虑不确定性的能量流和物料流建模耦合方法。
背景技术
作为综合能源系统的重要负荷，工业负荷的耗能量大并且耗能种类多，是综合能源系统提高灵活性和韧性所要关注的重点对象。同时，工业生产中有不同类型的生产流水线，不同的生产流水线生产不同的物料，生产流水线之间还存在着耦合关系。另外，工业负荷以及工业园区安装的分布式新能源均具有不确定性，这些不确定性会影响到工业负荷的能量平衡以及能量需求。为了进一步精细化掌握工业负荷的运行状态，提升整体综合能源系统的灵活性和韧性，需要对工业负荷的能量消耗进行精细化建模。为此，本发明专利提出了一种考虑不确定性的能量流和物料流耦合建模方法。
发明内容
本发明提出了一种考虑不确定性的能量流和物料流耦合建模方法，可以得到工业生产过程中消耗的能量、消耗的物料和生产的物料之间的精细化关系，并且能够将工业生产过程以及分布式新能源发电的各种不确定性纳入到上述关系中，可以很好地进行应用。
本发明采用的技术方案是：
本发明的耦合方法包括如下步骤：
1)使用图论法将若干分布式新能源发电设备、多能转换设备、能源存储设备、工业生产流水线负荷和物料存储仓库进行关联构建获得能量-物料流耦合关联图系统。
2)构建能量-物料流耦合关联图系统的能量-物料流耦合模型。
3)将各个分布式新能源发电设备、多能转换设备、能源存储设备、工业生产流水线负荷和物料存储仓库的能量物料参数的预设量输入能量-物料流耦合模型中，能量-物料流耦合模型输出各个分布式新能源发电设备、多能转换设备、能源存储设备、工业生产流水线负荷和物料存储仓库的能量物料参数的调整量并直接作为能量物料参数，实现考虑不确定性的能量流和物料流的耦合。
所述的不确定性具体包含工业生产过程中的不确定性以及分布式新能源发电的不确定性。工业生产过程中的不确定性是指工业生产过程中由于设备的故障、订单的临时到达或取消、单位产量波动所造成的产量存量的变化、设备参数变动所造成的产量变化等不确定性，这些不确定性对系统的能量流和物料流平衡会造成影响，为了表征这些不确定性，可以在后续的建模过程中使用随机变量进行表示，随机变量的分布可以是根据历史数据得到的经验分布，也可以使用诸如正态分布、泊松分布等常用的概率分布模型。分布式新能源发电的不确定性是指通过预测无法准确获取分布式新能源的发电量，分布式新能源的发电量也会影响到系统的能量流和物料流平衡，为了表征这种影响，分布式新能源的发电量可以使用随机变量进行表示，随机变量的分布可以是根据各种已有的预测模型得到的概率分布，也可以采用正态分布。
所述的步骤1)中，分布式新能源发电设备为将新能源转化为电能的装置，具体为分布式光伏发电装置或风电发电装置，但不限于此；分布式新能源发电设备将电能输送至总线中；多能转换设备为将天然气化学能转换为热能、将天然气化学能转换为热能和电能或将电能转换为热能的装置，但不限于此，具体为燃气锅炉、热电联产机组或电锅炉等；能源存储设备为存储天然气化学能或电能的设备，但不限于此，具体为储气设备或储能电池；工业生产流水线负荷包括中间生产流水线负荷和最终生产流水线负荷，中间生产流水线负荷为同时消耗外部直接输送的电能、多能转换设备转换后输送的电能和热能，或同时消耗外部直接输送的电能和多能转换设备转换后输送的热能，从而将待处理物料转化为已处理物料的流水线负荷，但不限于此；物料存储仓库为存储工业生产流水线负荷转化获得的已处理物料的仓库；最终生产流水线负荷为同时消耗外部直接输送的电能和多能转换设备转换后输送的电能，从而将所有物料存储仓库中的已处理物料转换为最终物料的生产流水线负荷；使用图论法分布式新能源发电设备、多能转换设备、能源存储设备、工业生产流水线负荷和物料存储仓库进行关联，直接构建获得能量-物料流耦合关联图系统。
所述的能量-物料流耦合关联图系统中，包括构建形成的E个分布式新能源发电设备、F个多能转换设备、G个工业生产流水线负荷、U个能源储存设备、V个物料储存仓库、P个节点、K条支路、Q个端口、Z个总线、U+V条虚拟线路和U+V个虚拟接口，其中P＝E+F+G+U+V。每个节点表示一个分布式新能源发电设备、一个多能转换设备、一个能源存储设备、一个工业生产流水线负荷或一个物料存储仓库；每条支路表示输入每个节点的物料流或同种能量流，或者表示从每个节点输出的物料流或同种能量流，能量流的种类包括热能流、电流和天然气流等；每个端口表示输入每个节点的物料流或同种能量流的输入端点，或者表示每个节点输出物料流或同种能量流的输出端口；每个总线表示同种能量流所流经的物理网络载体，能量流的种类等于总线的数量，物理网络载体具体为电流所流经的区域配电网，热能流所流经的区域热网络，天然气化学能所流经的区域天然气网络；每个表示能源存储设备或物料存储仓库的节点均另外构建有一个虚拟线路和一个虚拟接口；对于每个能源存储设备的虚拟线路和虚拟接口，虚拟线路表示单位时间内能源存储设备的能量增量，即表示单位时间内能源存储设备的充放能增量；虚拟接口表示连接能源存储设备和虚拟线路的虚拟位置点；对于每个物料存储仓库的虚拟线路和虚拟接口，虚拟线路表示单位时间内物料存储仓库的物料增量，即表示单位时间内物料存储仓库的物料存储和运出的增量；虚拟接口表示连接物料存储仓库和虚拟线路的虚拟位置点。为了保证节点的能源-物料流平衡，构建虚拟线路和虚拟接口作为为虚拟的物理载体。
所述的步骤2)中，构建的能量-物料流耦合模型如下：
Figure BDA0003801798980000031
其中，H表示能量流-物料流平衡矩阵，W表示含有和不含有不确定性的能量-物料流的支路集合矩阵的组合，B表示不含有不确定性的支路集合矩阵，Bmin和Bmax分别表示不含有不确定性的支路集合矩阵的最小和最大集合矩阵，Bmin≤B≤Bmax表示支路集合矩阵运行约束。
所述的含有和不含有不确定性的能量-物料流的支路集合矩阵的组合W具体如下：
W＝[ΑT,BT]T
其中，A表示含有不确定性的能量-物料流的支路集合矩阵。
含有不确定性的能量-物料流的支路集合矩阵A中的各个元素的预测值为步骤3)中各个分布式新能源发电设备和各个工业生产流水线负荷的能量物料参数；不含有不确定性的支路集合矩阵B中的各个元素的预测值为步骤3各个多能转换设备、能源存储设备和物料存储仓库的能量物料参数。
所述的含有不确定性的能量-物料流的支路集合矩阵A具体如下：
Figure BDA0003801798980000032
其中，将能量-物料流耦合关联图系统中E个分布式新能源发电设备所在的节点构成分布式新能源发电节点集合，分布式新能源发电节点集合中包括E个分布式新能源发电节点，将G个工业生产流水线负荷所在的节点构成工业生产流水线负荷节点集合，工业生产流水线负荷节点集合中包括G个工业生产流水线负荷节点，A1表示分布式新能源发电节点集合连接的支路的支路集合矩阵，Α2表示工业生产流水线负荷节点集合连接的支路的支路集合矩阵。
分布式新能源发电节点集合连接的支路的支路集合矩阵A1具体如下：
A1＝[R1,R2,…,RE]T
其中，R1,R2,…,RE分别表示分布式新能源发电节点集合中的第1、2…E个分布式新能源发电节点连接的支路的能量流大小，即表示分布式新能源发电设备的发电量；由于分布式新能源发电具有不确定性，这些量是随机变量。
工业生产流水线负荷节点集合连接的支路的支路集合矩阵Α2具体如下：
A2＝[M11,M12,…,M1D,M21,M22,…M2D,…,MG1,MG2,…MGD]T
其中，将能量-物料流耦合关联图系统中的P个节点中除了G个工业生产流水线负荷所在的节点的其它各个节点以及Z个总线构成工业连接元素集合，工业连接元素集合中有P-G+Z个工业连接元素，D表示工业连接元素集合中的工业连接元素的个数，D＝P-G+Z；M11,M12,…,M1D,M21,M22,…M2D,…,MG1,MG2,…MGD分别表示工业生产流水线负荷节点集合中的第1、2、…、G个工业生产流水线负荷节点分别和工业连接元素集合中的第1、2、…、D个工业连接元素之间连接的支路流经的能量流大小或者物料流大小。
上述构建的支路能量-物料流包括不确定性，但是与同一个工业生产流水线负荷节点所连接的支路上的能量-物料流又具有相关性，因此，对于某个工业生产流水线负荷来说，在与其连接的所有支路中选取一条支路为随机变量，其它变量为决策变量，常常选取一个工业生产流水线负荷的产出物料流作为随机变量的支路。
所述的不含有不确定性的支路集合矩阵B具体如下：
Figure BDA0003801798980000041
其中，将能量-物料流耦合关联图系统中的F个多能转换设备所在的节点构成多能转换设备节点集合，多能转换设备节点集合中包括F个多能转换设备节点，将U个能源储存设备所在的节点构成能源储存设备节点集合，能源储存设备节点集合中包括U个能源储存设备节点，将Z个总线构成总线集合，B1表示虚拟线路集合矩阵，B2表示多能转换设备节点集合、能源储存设备节点集合和总线集合之间连接的支路的支路集合矩阵。
虚拟线路集合矩阵B1具体如下：
B1＝[ΔS1,ΔS2,…,ΔSY]T
其中，将能量-物料流耦合关联图系统中的Y条虚拟线路构成虚拟线路集合，ΔS1,ΔS2,…,ΔSY表示单位时间内虚拟线路集合中的第1、2、…Y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量增量或虚拟线路连接的物料储存仓库的物料增量，Y＝U+V，这些量都是决策变量。
多能转换设备节点集合、能源储存设备节点集合和总线集合之间连接的支路的支路集合矩阵B2具体如下：
Figure BDA0003801798980000051
其中，
Figure BDA0003801798980000052
分别表示多能转换设备节点集合中的第1、2、…、F个多能转换设备节点分别和能源储存设备节点集合中的第1、2、…、U个能源储存设备节点之间连接的支路的能量流大小，
Figure BDA0003801798980000053
分别表示多能转换设备节点集合中的第1、2、…、F个多能转换设备节点分别和总线集合中的第1、2、…、Z个总线之间连接的支路的能量流大小，
Figure BDA0003801798980000054
分别表示能源储存设备节点集合中的第1、2、…、U个能源储存设备节点分别和总线集合中的第1、2、…、Z个总线之间连接的支路的能量流大小；上述构建的支路能量流的大小不包括不确定性，都是决策变量。
所述的能量流-物料流的平衡矩阵H具体如下：
Figure BDA0003801798980000055
其中，将能量-物料流耦合关联图系统中的E个分布式新能源发电设备、F个多能转换设备和G个工业生产流水线负荷所在的节点构成第一节点集合，第一节点集合中包括X个第一节点，X＝E+F+G，H11,H12…H1X表示第一节点集合中第1、2、…、X个第一节点的能量-物料转换矩阵；将能量-物料流耦合关联图系统中的U个能源储存设备和V个物料储存仓库所在的节点构成第二节点集合，第二节点集合中包括Y个第二节点，Y＝U+V，H21,H22…H2y…H2Y表示第二节点集合中第1、2…、Y个第二节点的能量-物料转换矩阵；H31,H32…H3z…H3Z表示第1、2、…、Z个总线的能量平衡矩阵。
所述的第一节点集合中第1、2、…、X个第一节点的能量-物料转换矩阵中的第x个第一节点的能量-物料转换矩阵H1x具体如下：
H1x＝C1xI1x
H1xW＝0
其中，C1x表示第一节点集合中第x个第一节点的转换特征矩阵，I1x表示第一节点集合中第x个第一节点的端口-支路系数矩阵，1≤x≤X。
第一节点集合中第x个第一节点的转换特征矩阵C1x的行数为第一节点集合中第x个第一节点内转换过程的总数量，转换过程包括一种能源转换为另一种能源的过程、一种物料转换为另一种物料的过程以及消耗一种能源生产一种物料的过程；C1x的列数为第一节点集合中第x个第一节点的端口总数量；若第一节点集合中第x个第一节点有L个转换过程和J个端口，第l个转换过程的输入从第j个端口输入，则C1x的第l行，第j列的值为转换过程的转换效率；若第一节点集合中第x个第一节点的第l个转换过程的输出从第j个端口输出，则C1x的第l行，第j列的值为1；C1x中未赋值的其他值均为0，1≤l≤L，1≤j≤J<Q。
第一节点集合中第x个第一节点的端口-支路系数矩阵I1x的行数为第一节点集合中第x个第一节点的端口总数量；I1x的列数为能量-物料流耦合关联图系统的支路和虚拟线路的总数量，即为K+Y；若第一节点集合中第x个第一节点有O条支路和J个端口，第o条支路输入到第j个端口，则I1x的第j行，第o列的值为1；若第一节点集合中第x个第一节点的第o条支路从第j个端口输出，则I1x的第j行，第o列的值为-1；I1x中未赋值的其他值均为0，1≤o≤O<K+Y。
所述的第二节点集合中第1、2…、Y个第二节点的能量-物料转换矩阵中的第y个第二节点的能量-物料转换矩阵H2y具体如下：
H2y＝C2yI2y
H2yW＝0
其中，C2y表示第二节点集合中第y个第二节点的转换特征矩阵，I2y表示第二节点集合中第y个第二节点的端口-支路系数矩阵，1≤y≤Y。
第二节点集合中第y个第二节点的转换特征矩阵C2y为一个1×3的矩阵，C2y的第一列的值为1，若第二节点集合中第y个第二节点为能源存储设备，则C2y的第二列的值为第y个第二节点的充能效率，C2y的第三列的值为第y个第二节点的放能效率；若第二节点集合中第y个第二节点为物料存储仓库，则C2y的第二列的值为第y个第二节点的存储物料的效率，C2y的第三列的值为第y个第二节点的输出物料的效率。
第二节点集合中第y个第二节点的端口-支路系数矩阵I2y的行数为3，I2y的列数为能量-物料流耦合关联图系统的支路和虚拟线路的总数量，即为K+Y；若第二节点集合中第y个第二节点的虚拟线路的增量位于不含有不确定性的支路集合矩阵B的第y列，则I2y的第一行的第y列的值为1，同一列中未赋值的其它值为0；若输入第二节点集合中第y个第二节点的支路位于不含有不确定性的支路集合矩阵B的第Y+k列，则I2y的第二行的第y列的值为1，同一列中未赋值的其它值为0，1≤k≤K；若从第二节点集合中第y个第二节点输出的支路位于不含有不确定性的支路集合矩阵B的第Y+k列，则I2y的第三行的第y列的值为-1，同一列中未赋值的其它值均为0。
所述的第1、2、…、Z个总线的能量平衡矩阵H3z具体如下：
H3zW＝0
其中，能量-物料流耦合关联图系统中第z个总线的能量平衡矩阵的H3z的行数为1，H3z的列数为能量-物料流耦合关联图系统的支路和虚拟线路的总数量，即为K+Y；若输入能量-物料流耦合关联图系统中第z个总线的支路位于不含有不确定性的支路集合矩阵B的第Y+k列，则H3z的第Y+k列的值为1；若从能量-物料流耦合关联图系统中第z个总线输出的支路位于不含有不确定性的支路集合矩阵B的第Y+k列，则H3z的第Y+k列的值为-1，H3z中未赋值的其它值均为0。
所述的能量-物料流耦合模型中，不含有不确定性的支路集合矩阵的最小集合矩阵Bmin具体为虚拟线路集合矩阵B1中各个元素的最小值以及多能转换设备节点集合、能源储存设备节点集合和总线集合之间连接的支路的支路集合矩阵B2中的各个元素的最小值的共同的集合；不含有不确定性的支路集合矩阵的最大集合矩阵Bmax具体为虚拟线路集合矩阵B1中各个元素的最大值以及多能转换设备节点集合、能源储存设备节点集合和总线集合之间连接的支路的支路集合矩阵B2中的各个元素的最大值的共同的集合。
所述的虚拟线路集合矩阵B1中的各个元素中的第y个元素ΔSy，即单位时间内虚拟线路集合中的第1、2、…Y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量增量或虚拟线路连接的物料储存仓库的物料增量，具体满足如下公式：
Figure BDA0003801798980000071
其中，ΔSy，min表示单位时间内虚拟线路集合中的第y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量增量或第y条虚拟线路连接的物料储存仓库的物料增量的最小值，ΔSy，max表示单位时间内虚拟线路集合中的第y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量增量或第y条虚拟线路连接的物料储存仓库的物料增量的最大值；Sy，min表示虚拟线路集合中的第y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量存储容量的最小值或第y条虚拟线路连接的物料储存仓库的物料存储容量的最小值，Sy，max表示虚拟线路集合中的第y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量存储容量的最大值或第y条虚拟线路连接的物料储存仓库的物料存储容量的最大值；Sy，soc表示构建能量-物料流耦合模型前，虚拟线路集合中的第y条虚拟线路连接的能源储存设备的能源存储容量或第y条虚拟线路连接的物料储存仓库的物料存储容量。
本发明的有益效果是：
本发明方法统一了工业生产中能量转换设备和工业生产流水线负荷的不同建模方式，用统一的方法描述含有不确定性和不含有不确定性的能量流和物料流，并以矩阵的形式进行表示，可以应用于工业的生产安排、设备投建等多个领域，进而辅助工业生产的精细化安排、生产数据矫正、设备投建和节能提效等。
附图说明
图1为本发明建模方法流程图；
图2为本发明实施例的能量-物料流耦合关联图系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的建模及耦合方法包括如下步骤：
1)使用图论法将若干分布式新能源发电设备、多能转换设备、能源存储设备、工业生产流水线负荷和物料存储仓库进行关联构建获得能量-物料流耦合关联图系统。
步骤1)中，分布式新能源发电设备为将新能源转化为电能的装置，具体为分布式光伏发电装置或风电发电装置，但不限于此；分布式新能源发电设备将电能输送至总线中；多能转换设备为将天然气化学能转换为热能、将天然气化学能转换为热能和电能或将电能转换为热能的装置，但不限于此，具体为燃气锅炉、热电联产机组或电锅炉等；能源存储设备为存储天然气化学能或电能的设备，但不限于此，具体为储气设备或储能电池；工业生产流水线负荷包括中间生产流水线负荷和最终生产流水线负荷，中间生产流水线负荷为同时消耗外部直接输送的电能、多能转换设备转换后输送的电能和热能，或同时消耗外部直接输送的电能和多能转换设备转换后输送的热能，从而将待处理物料转化为已处理物料的流水线负荷，但不限于此；物料存储仓库为存储工业生产流水线负荷转化获得的已处理物料的仓库；最终生产流水线负荷为同时消耗外部直接输送的电能和多能转换设备转换后输送的电能，从而将所有物料存储仓库中的已处理物料转换为最终物料的生产流水线负荷；使用图论法分布式新能源发电设备、多能转换设备、能源存储设备、工业生产流水线负荷和物料存储仓库进行关联，直接构建获得能量-物料流耦合关联图系统。
能量-物料流耦合关联图系统中，包括构建形成的E个分布式新能源发电设备、F个多能转换设备、G个工业生产流水线负荷、U个能源储存设备、V个物料储存仓库、P个节点、K条支路、Q个端口、Z个总线、U+V条虚拟线路和U+V个虚拟接口，其中P＝E+F+G+U+V。
每个节点表示一个分布式新能源发电设备、一个多能转换设备、一个能源存储设备、一个工业生产流水线负荷或一个物料存储仓库；每条支路表示输入每个节点的物料流或同种能量流，或者表示从每个节点输出的物料流或同种能量流，能量流的种类包括热能流、电流和天然气流等；每个端口表示输入每个节点的物料流或同种能量流的输入端点，或者表示每个节点输出物料流或同种能量流的输出端口；每个总线表示同种能量流所流经的物理网络载体，能量流的种类等于总线的数量，物理网络载体具体为电流所流经的区域配电网，热能流所流经的区域热网络，天然气化学能所流经的区域天然气网络；每个表示能源存储设备或物料存储仓库的节点均另外构建有一个虚拟线路和一个虚拟接口；对于每个能源存储设备的虚拟线路和虚拟接口，虚拟线路表示单位时间内能源存储设备的能量增量，即表示单位时间内能源存储设备的充放能增量；虚拟接口表示连接能源存储设备和虚拟线路的虚拟位置点；对于每个物料存储仓库的虚拟线路和虚拟接口，虚拟线路表示单位时间内物料存储仓库的物料增量，即表示单位时间内物料存储仓库的物料存储和运出的增量；虚拟接口表示连接物料存储仓库和虚拟线路的虚拟位置点。为了保证节点的能源-物料流平衡，构建虚拟线路和虚拟接口作为为虚拟的物理载体。
2)构建能量-物料流耦合关联图系统的能量-物料流耦合模型。
步骤2)中，构建的能量-物料流耦合模型如下：
Figure BDA0003801798980000091
其中，H表示能量流-物料流平衡矩阵，W表示含有和不含有不确定性的能量-物料流的支路集合矩阵的组合，B表示不含有不确定性的支路集合矩阵，Bmin和Bmax分别表示不含有不确定性的支路集合矩阵的最小和最大集合矩阵，Bmin≤B≤Bmax表示支路集合矩阵运行约束。
含有和不含有不确定性的能量-物料流的支路集合矩阵的组合W具体如下：
W＝[ΑT,BT]T
其中，A表示含有不确定性的能量-物料流的支路集合矩阵。
含有不确定性的能量-物料流的支路集合矩阵A中的各个元素的预测值为步骤3)中各个分布式新能源发电设备和各个工业生产流水线负荷的能量物料参数；不含有不确定性的支路集合矩阵B中的各个元素的预测值为步骤3各个多能转换设备、能源存储设备和物料存储仓库的能量物料参数。
含有不确定性的能量-物料流的支路集合矩阵A具体如下：
Figure BDA0003801798980000101
其中，将能量-物料流耦合关联图系统中E个分布式新能源发电设备所在的节点构成分布式新能源发电节点集合，分布式新能源发电节点集合中包括E个分布式新能源发电节点，将G个工业生产流水线负荷所在的节点构成工业生产流水线负荷节点集合，工业生产流水线负荷节点集合中包括G个工业生产流水线负荷节点，A1表示分布式新能源发电节点集合连接的支路的支路集合矩阵，Α2表示工业生产流水线负荷节点集合连接的支路的支路集合矩阵。
分布式新能源发电节点集合连接的支路的支路集合矩阵A1具体如下：
A1＝[R1,R2,…,RE]T
其中，R1,R2,…,RE分别表示分布式新能源发电节点集合中的第1、2…E个分布式新能源发电节点连接的支路的能量流大小，即表示分布式新能源发电设备的发电量；由于分布式新能源发电具有不确定性，这些量是随机变量。
工业生产流水线负荷节点集合连接的支路的支路集合矩阵Α2具体如下：
A2＝[M11,M12,…,M1D,M21,M22,…M2D,…,MG1,MG2,…MGD]T
其中，将能量-物料流耦合关联图系统中的P个节点中除了G个工业生产流水线负荷所在的节点的其它各个节点以及Z个总线构成工业连接元素集合，工业连接元素集合中有P-G+Z个工业连接元素，D表示工业连接元素集合中的工业连接元素的个数，D＝P-G+Z；M11,M12,…,M1D,M21,M22,…M2D,…,MG1,MG2,…MGD分别表示工业生产流水线负荷节点集合中的第1、2、…、G个工业生产流水线负荷节点分别和工业连接元素集合中的第1、2、…、D个工业连接元素之间连接的支路流经的能量流大小或者物料流大小。
上述构建的支路能量-物料流包括不确定性，但是与同一个工业生产流水线负荷节点所连接的支路上的能量-物料流又具有相关性，因此，对于某个工业生产流水线负荷来说，在与其连接的所有支路中选取一条支路为随机变量，其它变量为决策变量，常常选取一个工业生产流水线负荷的产出物料流作为随机变量的支路。
不含有不确定性的支路集合矩阵B具体如下：
Figure BDA0003801798980000102
其中，将能量-物料流耦合关联图系统中的F个多能转换设备所在的节点构成多能转换设备节点集合，多能转换设备节点集合中包括F个多能转换设备节点，将U个能源储存设备所在的节点构成能源储存设备节点集合，能源储存设备节点集合中包括U个能源储存设备节点，将Z个总线构成总线集合，B1表示虚拟线路集合矩阵，B2表示多能转换设备节点集合、能源储存设备节点集合和总线集合之间连接的支路的支路集合矩阵。
虚拟线路集合矩阵B1具体如下：
B1＝[ΔS1,ΔS2,…,ΔSY]T
其中，将能量-物料流耦合关联图系统中的Y条虚拟线路构成虚拟线路集合，ΔS1,ΔS2,…,ΔSY表示单位时间内虚拟线路集合中的第1、2、…Y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量增量或虚拟线路连接的物料储存仓库的物料增量，Y＝U+V，这些量都是决策变量。
多能转换设备节点集合、能源储存设备节点集合和总线集合之间连接的支路的支路集合矩阵B2具体如下：
Figure BDA0003801798980000111
其中，
Figure BDA0003801798980000112
分别表示多能转换设备节点集合中的第1、2、…、F个多能转换设备节点分别和能源储存设备节点集合中的第1、2、…、U个能源储存设备节点之间连接的支路的能量流大小，
Figure BDA0003801798980000113
分别表示多能转换设备节点集合中的第1、2、…、F个多能转换设备节点分别和总线集合中的第1、2、…、Z个总线之间连接的支路的能量流大小，
Figure BDA0003801798980000114
分别表示能源储存设备节点集合中的第1、2、…、U个能源储存设备节点分别和总线集合中的第1、2、…、Z个总线之间连接的支路的能量流大小；上述构建的支路能量流的大小不包括不确定性，都是决策变量。
能量流-物料流的平衡矩阵H具体如下：
Figure BDA0003801798980000115
其中，将能量-物料流耦合关联图系统中的E个分布式新能源发电设备、F个多能转换设备和G个工业生产流水线负荷所在的节点构成第一节点集合，第一节点集合中包括X个第一节点，X＝E+F+G，H11,H12…H1X表示第一节点集合中第1、2、…、X个第一节点的能量-物料转换矩阵；将能量-物料流耦合关联图系统中的U个能源储存设备和V个物料储存仓库所在的节点构成第二节点集合，第二节点集合中包括Y个第二节点，Y＝U+V，H21,H22…H2y…H2Y表示第二节点集合中第1、2…、Y个第二节点的能量-物料转换矩阵；H31,H32…H3z…H3Z表示第1、2、…、Z个总线的能量平衡矩阵。
第一节点集合中第1、2、…、X个第一节点的能量-物料转换矩阵中的第x个第一节点的能量-物料转换矩阵H1x具体如下：
H1x＝C1xI1x
H1xW＝0
其中，C1x表示第一节点集合中第x个第一节点的转换特征矩阵，I1x表示第一节点集合中第x个第一节点的端口-支路系数矩阵，1≤x≤X。
第一节点集合中第x个第一节点的转换特征矩阵C1x的行数为第一节点集合中第x个第一节点内转换过程的总数量，转换过程包括一种能源转换为另一种能源的过程、一种物料转换为另一种物料的过程以及消耗一种能源生产一种物料的过程；C1x的列数为第一节点集合中第x个第一节点的端口总数量；若第一节点集合中第x个第一节点有L个转换过程和J个端口，第l个转换过程的输入从第j个端口输入，则C1x的第l行，第j列的值为转换过程的转换效率；若第一节点集合中第x个第一节点的第l个转换过程的输出从第j个端口输出，则C1x的第l行，第j列的值为1；C1x中未赋值的其他值均为0，1≤l≤L，1≤j≤J<Q。
第一节点集合中第x个第一节点的端口-支路系数矩阵I1x的行数为第一节点集合中第x个第一节点的端口总数量；I1x的列数为能量-物料流耦合关联图系统的支路和虚拟线路的总数量，即为K+Y；若第一节点集合中第x个第一节点有O条支路和J个端口，第o条支路输入到第j个端口，则I1x的第j行，第o列的值为1；若第一节点集合中第x个第一节点的第o条支路从第j个端口输出，则I1x的第j行，第o列的值为-1；I1x中未赋值的其他值均为0，1≤o≤O<K+Y。
第二节点集合中第1、2…、Y个第二节点的能量-物料转换矩阵中的第y个第二节点的能量-物料转换矩阵H2y具体如下：
H2y＝C2yI2y
H2yW＝0
其中，C2y表示第二节点集合中第y个第二节点的转换特征矩阵，I2y表示第二节点集合中第y个第二节点的端口-支路系数矩阵，1≤y≤Y。
第二节点集合中第y个第二节点的转换特征矩阵C2y为一个1×3的矩阵，C2y的第一列的值为1，若第二节点集合中第y个第二节点为能源存储设备，则C2y的第二列的值为第y个第二节点的充能效率，C2y的第三列的值为第y个第二节点的放能效率；若第二节点集合中第y个第二节点为物料存储仓库，则C2y的第二列的值为第y个第二节点的存储物料的效率，C2y的第三列的值为第y个第二节点的输出物料的效率。
第二节点集合中第y个第二节点的端口-支路系数矩阵I2y的行数为3，I2y的列数为能量-物料流耦合关联图系统的支路和虚拟线路的总数量，即为K+Y；若第二节点集合中第y个第二节点的虚拟线路的增量位于不含有不确定性的支路集合矩阵B的第y列，则I2y的第一行的第y列的值为1，同一列中未赋值的其它值为0；若输入第二节点集合中第y个第二节点的支路位于不含有不确定性的支路集合矩阵B的第Y+k列，则I2y的第二行的第y列的值为1，同一列中未赋值的其它值为0，1≤k≤K；若从第二节点集合中第y个第二节点输出的支路位于不含有不确定性的支路集合矩阵B的第Y+k列，则I2y的第三行的第y列的值为-1，同一列中未赋值的其它值均为0。
第1、2、…、Z个总线的能量平衡矩阵H3z具体如下：
H3zW＝0
其中，能量-物料流耦合关联图系统中第z个总线的能量平衡矩阵的H3z的行数为1，H3z的列数为能量-物料流耦合关联图系统的支路和虚拟线路的总数量，即为K+Y；若输入能量-物料流耦合关联图系统中第z个总线的支路位于不含有不确定性的支路集合矩阵B的第Y+k列，则H3z的第Y+k列的值为1；若从能量-物料流耦合关联图系统中第z个总线输出的支路位于不含有不确定性的支路集合矩阵B的第Y+k列，则H3z的第Y+k列的值为-1，H3z中未赋值的其它值均为0。
能量-物料流耦合模型中，不含有不确定性的支路集合矩阵的最小集合矩阵Bmin具体为虚拟线路集合矩阵B1中各个元素的最小值以及多能转换设备节点集合、能源储存设备节点集合和总线集合之间连接的支路的支路集合矩阵B2中的各个元素的最小值的共同的集合；不含有不确定性的支路集合矩阵的最大集合矩阵Bmax具体为虚拟线路集合矩阵B1中各个元素的最大值以及多能转换设备节点集合、能源储存设备节点集合和总线集合之间连接的支路的支路集合矩阵B2中的各个元素的最大值的共同的集合。
虚拟线路集合矩阵B1中的各个元素中的第y个元素ΔSy，即单位时间内虚拟线路集合中的第1、2、…Y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量增量或虚拟线路连接的物料储存仓库的物料增量，具体满足如下公式：
Figure BDA0003801798980000131
其中，ΔSy，min表示单位时间内虚拟线路集合中的第y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量增量或第y条虚拟线路连接的物料储存仓库的物料增量的最小值，ΔSy，max表示单位时间内虚拟线路集合中的第y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量增量或第y条虚拟线路连接的物料储存仓库的物料增量的最大值；Sy，min表示虚拟线路集合中的第y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量存储容量的最小值或第y条虚拟线路连接的物料储存仓库的物料存储容量的最小值，Sy，max表示虚拟线路集合中的第y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量存储容量的最大值或第y条虚拟线路连接的物料储存仓库的物料存储容量的最大值；Sy，soc表示构建能量-物料流耦合模型前，虚拟线路集合中的第y条虚拟线路连接的能源储存设备的能源存储容量或第y条虚拟线路连接的物料储存仓库的物料存储容量。
3)将各个分布式新能源发电设备、多能转换设备、能源存储设备、工业生产流水线负荷和物料存储仓库的能量物料参数的预设量输入能量-物料流耦合模型中，能量-物料流耦合模型输出各个分布式新能源发电设备、多能转换设备、能源存储设备、工业生产流水线负荷和物料存储仓库的能量物料参数的调整量并直接作为能量物料参数，实现考虑不确定性的能量流和物料流的耦合。
所述的不确定性具体包含工业生产过程中的不确定性以及分布式新能源发电的不确定性。工业生产过程中的不确定性是指工业生产过程中由于设备的故障、订单的临时到达或取消、单位产量波动所造成的产量存量的变化、设备参数变动所造成的产量变化等不确定性，这些不确定性对系统的能量流和物料流平衡会造成影响，为了表征这些不确定性，可以在后续的建模过程中使用随机变量进行表示，随机变量的分布可以是根据历史数据得到的经验分布，也可以使用诸如正态分布、泊松分布等常用的概率分布模型。分布式新能源发电的不确定性是指通过预测无法准确获取分布式新能源的发电量，分布式新能源的发电量也会影响到系统的能量流和物料流平衡，为了表征这种影响，分布式新能源的发电量可以使用随机变量进行表示，随机变量的分布可以是根据各种已有的预测模型得到的概率分布，也可以采用正态分布。
具体实施例如下：
根据步骤1)可以得到能量-物料流耦合关联图系统，如图2所示。该系统共拥有分布式新能源发电设备类型的节点1个，多能转换设备类型的节点2个，即热电联产机组和燃气锅炉，工业生产流水线负荷类型的节点3个，能源储存设备类型的节点2个，即储能电池和储气装置，物料储存仓库类型的节点2个，即物料存储仓库，相应的虚拟线路4条、虚拟接口4个，支路21条，总线3个。其中，生产流水线1为注塑加工和两器加工车间，生产流水线2为钣金生产车间，生产流水线3为空调室外机总装车间；生产流水线1的输入物料流具体为注塑原料、压缩机即金属管原料，生产流水线1向物料存储仓库1输出成品蒸发器和冷凝器，然后输入生产流水线3；生产流水线2的输入物料流具体为热镀锌板及其他金属零件，生产流水线2向物料存储仓库2输出成品钣金件，然后输入生产流水线3，生产流水线3最终输出成品空调室外机。
根据步骤2)可以计算获得分布式发电设备、热电联产机组、燃气锅炉、生产流水线1、生产流水线2和生产流水线3的能量-物料转换方程。以热电联产机组为例，具体如下：
Figure BDA0003801798980000151
其中，ηg2e和ηg2h分别为热电联产机组的发电效率和产热效率，为已知量。上式的左边矩阵即为热电联产机组这一节点的节点能量-物料转换矩阵，可表示为Hchp。02×16表示为一个2行16列的全为0的矩阵，02×2同理。
根据步骤2)可以计算储能电池、物料存储仓库1和物料存储仓库2的能量-物料存储方程。以储能电池为例，具体如下：
[01×12 -1 01×9 η+ -η-]W＝0
其中，η+和η-分别为储能电池的充电效率和放电效率，为已知量。上式的左边矩阵即为储能电池这一节点的节点能量-物料存储矩阵。
根据步骤2)可以计算总线的能量平衡方程。以天然气总线为例，具体如下：
[01×15 1 -1 -1 01×6]W＝0
最终构建起整个系统的能量-物料流耦合模型，具体如下：
Figure BDA0003801798980000152
由上述实施例可见，本发明最后得到的结果将变量与固定参数进行了完全分离，统一了工业生产中分布式新能源发电设备、能量转换设备和工业生产流水线负荷的不同建模方式，用统一的方法描述了具有不确定性和不具有不确定性的能量流和物料流，可以应用于工业的生产数据矫正、生产安排、设备投建等多个领域。

Claims (10)

1.一种考虑不确定性的能量流和物料流的建模及耦合方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)使用图论法将若干分布式新能源发电设备、多能转换设备、能源存储设备、工业生产流水线负荷和物料存储仓库进行关联构建获得能量-物料流耦合关联图系统；
2)构建能量-物料流耦合关联图系统的能量-物料流耦合模型；
3)将各个分布式新能源发电设备、多能转换设备、能源存储设备、工业生产流水线负荷和物料存储仓库的能量物料参数的预设量输入能量-物料流耦合模型中，能量-物料流耦合模型输出各个分布式新能源发电设备、多能转换设备、能源存储设备、工业生产流水线负荷和物料存储仓库的能量物料参数的调整量并直接作为能量物料参数，实现考虑不确定性的能量流和物料流的耦合。
2.根据权利要求1所述的一种考虑不确定性的能量流和物料流的建模及耦合方法，其特征在于：所述的步骤1)中，分布式新能源发电设备为将新能源转化为电能的装置；多能转换设备为将天然气化学能转换为热能、将天然气化学能转换为热能和电能或将电能转换为热能的装置；能源存储设备为存储天然气化学能或电能的设备；工业生产流水线负荷包括中间生产流水线负荷和最终生产流水线负荷，中间生产流水线负荷为同时消耗外部直接输送的电能、多能转换设备转换后输送的电能和热能，或同时消耗外部直接输送的电能和多能转换设备转换后输送的热能，从而将待处理物料转化为已处理物料的流水线负荷；物料存储仓库为存储工业生产流水线负荷转化获得的已处理物料的仓库；最终生产流水线负荷为同时消耗外部直接输送的电能和多能转换设备转换后输送的电能，从而将所有物料存储仓库中的已处理物料转换为最终物料的生产流水线负荷；使用图论法分布式新能源发电设备、多能转换设备、能源存储设备、工业生产流水线负荷和物料存储仓库进行关联，直接构建获得能量-物料流耦合关联图系统。
3.根据权利要求1所述的一种考虑不确定性的能量流和物料流的建模及耦合方法，其特征在于：所述的能量-物料流耦合关联图系统中，包括构建形成的E个分布式新能源发电设备、F个多能转换设备、G个工业生产流水线负荷、U个能源储存设备、V个物料储存仓库、P个节点、K条支路、Q个端口、Z个总线、U+V条虚拟线路和U+V个虚拟接口，其中P＝E+F+G+U+V；每个节点表示一个分布式新能源发电设备、一个多能转换设备、一个能源存储设备、一个工业生产流水线负荷或一个物料存储仓库；每条支路表示输入每个节点的物料流或同种能量流，或者表示从每个节点输出的物料流或同种能量流，能量流的种类包括热能流、电流和天然气流；每个端口表示输入每个节点的物料流或同种能量流的输入端点，或者表示每个节点输出物料流或同种能量流的输出端口；每个总线表示同种能量流所流经的物理网络载体，能量流的种类等于总线的数量；每个表示能源存储设备或物料存储仓库的节点均另外构建有一个虚拟线路和一个虚拟接口；对于每个能源存储设备的虚拟线路和虚拟接口，虚拟线路表示单位时间内能源存储设备的能量增量；虚拟接口表示连接能源存储设备和虚拟线路的虚拟位置点；对于每个物料存储仓库的虚拟线路和虚拟接口，虚拟线路表示单位时间内物料存储仓库的物料增量；虚拟接口表示连接物料存储仓库和虚拟线路的虚拟位置点。
4.根据权利要求3所述的一种考虑不确定性的能量流和物料流的建模及耦合方法，其特征在于：所述的步骤2)中，构建的能量-物料流耦合模型如下：
Figure FDA0003801798970000021
其中，H表示能量流-物料流平衡矩阵，W表示含有和不含有不确定性的能量-物料流的支路集合矩阵的组合，B表示不含有不确定性的支路集合矩阵，Bmin和Bmax分别表示不含有不确定性的支路集合矩阵的最小和最大集合矩阵；
所述的含有和不含有不确定性的能量-物料流的支路集合矩阵的组合W具体如下：
W＝[AT,BT]T
其中，A表示含有不确定性的能量-物料流的支路集合矩阵；
含有不确定性的能量-物料流的支路集合矩阵A中的各个元素的预测值为步骤3)中各个分布式新能源发电设备和各个工业生产流水线负荷的能量物料参数；不含有不确定性的支路集合矩阵B中的各个元素的预测值为步骤3各个多能转换设备、能源存储设备和物料存储仓库的能量物料参数。
5.根据权利要求4所述的一种考虑不确定性的能量流和物料流的建模及耦合方法，其特征在于：所述的含有不确定性的能量-物料流的支路集合矩阵A具体如下：
Figure FDA0003801798970000022
其中，将能量-物料流耦合关联图系统中E个分布式新能源发电设备所在的节点构成分布式新能源发电节点集合，分布式新能源发电节点集合中包括E个分布式新能源发电节点，将G个工业生产流水线负荷所在的节点构成工业生产流水线负荷节点集合，工业生产流水线负荷节点集合中包括G个工业生产流水线负荷节点，A1表示分布式新能源发电节点集合连接的支路的支路集合矩阵，A2表示工业生产流水线负荷节点集合连接的支路的支路集合矩阵；
分布式新能源发电节点集合连接的支路的支路集合矩阵A1具体如下：
A1＝[R1,R2,…,RE]T
其中，R1,R2,…,RE分别表示分布式新能源发电节点集合中的第1、2…E个分布式新能源发电节点连接的支路的能量流大小；
工业生产流水线负荷节点集合连接的支路的支路集合矩阵A2具体如下：
A2＝[M11，M12，…，M1D，M21，M22，…M2D，…，MG1，MG2，…MGD]T
其中，将能量-物料流耦合关联图系统中的P个节点中除了G个工业生产流水线负荷所在的节点的其它各个节点以及Z个总线构成工业连接元素集合，工业连接元素集合中有P-G+Z个工业连接元素，D表示工业连接元素集合中的工业连接元素的个数，D＝P-G+Z；M11,M12,…,M1D,M21,M22,…M2D,…,MG1,MG2,…MGD分别表示工业生产流水线负荷节点集合中的第1、2、…、G个工业生产流水线负荷节点分别和工业连接元素集合中的第1、2、…、D个工业连接元素之间连接的支路流经的能量流大小或者物料流大小。
6.根据权利要求4所述的一种考虑不确定性的能量流和物料流的建模及耦合方法，其特征在于：所述的不含有不确定性的支路集合矩阵B具体如下：
Figure FDA0003801798970000031
其中，将能量-物料流耦合关联图系统中的F个多能转换设备所在的节点构成多能转换设备节点集合，多能转换设备节点集合中包括F个多能转换设备节点，将U个能源储存设备所在的节点构成能源储存设备节点集合，能源储存设备节点集合中包括U个能源储存设备节点，将Z个总线构成总线集合，B1表示虚拟线路集合矩阵，B2表示多能转换设备节点集合、能源储存设备节点集合和总线集合之间连接的支路的支路集合矩阵；
虚拟线路集合矩阵B1具体如下：
B1＝[ΔS1,ΔS2,…,ΔSY]T
其中，将能量-物料流耦合关联图系统中的Y条虚拟线路构成虚拟线路集合，ΔS1,ΔS2,…,ΔSY表示单位时间内虚拟线路集合中的第1、2、…Y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量增量或虚拟线路连接的物料储存仓库的物料增量，Y＝U+V；
多能转换设备节点集合、能源储存设备节点集合和总线集合之间连接的支路的支路集合矩阵B2具体如下：
Figure FDA0003801798970000041
其中，
Figure FDA0003801798970000042
分别表示多能转换设备节点集合中的第1、2、…、F个多能转换设备节点分别和能源储存设备节点集合中的第1、2、…、U个能源储存设备节点之间连接的支路的能量流大小，
Figure FDA0003801798970000043
分别表示多能转换设备节点集合中的第1、2、…、F个多能转换设备节点分别和总线集合中的第1、2、…、Z个总线之间连接的支路的能量流大小，
Figure FDA0003801798970000044
分别表示能源储存设备节点集合中的第1、2、…、U个能源储存设备节点分别和总线集合中的第1、2、…、Z个总线之间连接的支路的能量流大小。
7.根据权利要求4所述的一种考虑不确定性的能量流和物料流的建模及耦合方法，其特征在于：所述的能量流-物料流的平衡矩阵H具体如下：
Figure FDA0003801798970000045
其中，将能量-物料流耦合关联图系统中的E个分布式新能源发电设备、F个多能转换设备和G个工业生产流水线负荷所在的节点构成第一节点集合，第一节点集合中包括X个第一节点，X＝E+F+G，H11,H12…H1X表示第一节点集合中第1、2、…、X个第一节点的能量-物料转换矩阵；将能量-物料流耦合关联图系统中的U个能源储存设备和V个物料储存仓库所在的节点构成第二节点集合，第二节点集合中包括Y个第二节点，Y＝U+V，H21,H22…H2y…H2Y表示第二节点集合中第1、2…、Y个第二节点的能量-物料转换矩阵；H31,H32…H3z…H3Z表示第1、2、…、Z个总线的能量平衡矩阵。
8.根据权利要求7所述的一种考虑不确定性的能量流和物料流的建模及耦合方法，其特征在于：所述的第一节点集合中第1、2、…、X个第一节点的能量-物料转换矩阵中的第x个第一节点的能量-物料转换矩阵H1x具体如下：
H1x＝C1xI1x
H1xW＝0
其中，C1x表示第一节点集合中第x个第一节点的转换特征矩阵，I1x表示第一节点集合中第x个第一节点的端口-支路系数矩阵，1≤x≤X；
第一节点集合中第x个第一节点的转换特征矩阵C1x的行数为第一节点集合中第x个第一节点内转换过程的总数量，转换过程包括一种能源转换为另一种能源的过程、一种物料转换为另一种物料的过程以及消耗一种能源生产一种物料的过程；C1x的列数为第一节点集合中第x个第一节点的端口总数量；若第一节点集合中第x个第一节点有L个转换过程和J个端口，第l个转换过程的输入从第j个端口输入，则C1x的第l行，第j列的值为转换过程的转换效率；若第一节点集合中第x个第一节点的第l个转换过程的输出从第j个端口输出，则C1x的第l行，第j列的值为1；C1x中未赋值的其他值均为0，1≤l≤L，1≤j≤J<Q；
第一节点集合中第x个第一节点的端口-支路系数矩阵I1x的行数为第一节点集合中第x个第一节点的端口总数量；I1x的列数为能量-物料流耦合关联图系统的支路和虚拟线路的总数量，即为K+Y；若第一节点集合中第x个第一节点有O条支路和J个端口，第o条支路输入到第j个端口，则I1x的第j行，第o列的值为1；若第一节点集合中第x个第一节点的第o条支路从第j个端口输出，则I1x的第j行，第o列的值为-1；I1x中未赋值的其他值均为0，1≤o≤O<K+Y；
所述的第二节点集合中第1、2…、Y个第二节点的能量-物料转换矩阵中的第y个第二节点的能量-物料转换矩阵H2y具体如下：
H2y＝C2yI2y
H2yW＝0
其中，C2y表示第二节点集合中第y个第二节点的转换特征矩阵，I2y表示第二节点集合中第y个第二节点的端口-支路系数矩阵，1≤y≤Y；
第二节点集合中第y个第二节点的转换特征矩阵C2y为一个1×3的矩阵，C2y的第一列的值为1，若第二节点集合中第y个第二节点为能源存储设备，则C2y的第二列的值为第y个第二节点的充能效率，C2y的第三列的值为第y个第二节点的放能效率；若第二节点集合中第y个第二节点为物料存储仓库，则C2y的第二列的值为第y个第二节点的存储物料的效率，C2y的第三列的值为第y个第二节点的输出物料的效率；
第二节点集合中第y个第二节点的端口-支路系数矩阵I2y的行数为3，I2y的列数为能量-物料流耦合关联图系统的支路和虚拟线路的总数量，即为K+Y；若第二节点集合中第y个第二节点的虚拟线路的增量位于不含有不确定性的支路集合矩阵B的第y列，则I2y的第一行的第y列的值为1，同一列中未赋值的其它值为0；若输入第二节点集合中第y个第二节点的支路位于不含有不确定性的支路集合矩阵B的第Y+k列，则I2y的第二行的第y列的值为1，同一列中未赋值的其它值为0，1≤k≤K；若从第二节点集合中第y个第二节点输出的支路位于不含有不确定性的支路集合矩阵B的第Y+k列，则I2y的第三行的第y列的值为-1，同一列中未赋值的其它值均为0；
所述的第1、2、…、Z个总线的能量平衡矩阵H3z具体如下：
H3zW＝0
其中，能量-物料流耦合关联图系统中第z个总线的能量平衡矩阵的H3z的行数为1，H3z的列数为能量-物料流耦合关联图系统的支路和虚拟线路的总数量，即为K+Y；若输入能量-物料流耦合关联图系统中第z个总线的支路位于不含有不确定性的支路集合矩阵B的第Y+k列，则H3z的第Y+k列的值为1；若从能量-物料流耦合关联图系统中第z个总线输出的支路位于不含有不确定性的支路集合矩阵B的第Y+k列，则H3z的第Y+k列的值为-1，H3z中未赋值的其它值均为0。
9.根据权利要求4所述的一种考虑不确定性的能量流和物料流的建模及耦合方法，其特征在于：所述的能量-物料流耦合模型中，不含有不确定性的支路集合矩阵的最小集合矩阵Bmin具体为虚拟线路集合矩阵B1中各个元素的最小值以及多能转换设备节点集合、能源储存设备节点集合和总线集合之间连接的支路的支路集合矩阵B2中的各个元素的最小值的共同的集合；不含有不确定性的支路集合矩阵的最大集合矩阵Bmax具体为虚拟线路集合矩阵B1中各个元素的最大值以及多能转换设备节点集合、能源储存设备节点集合和总线集合之间连接的支路的支路集合矩阵B2中的各个元素的最大值的共同的集合。
10.根据权利要求9所述的一种考虑不确定性的能量流和物料流的建模及耦合方法，其特征在于：所述的虚拟线路集合矩阵B1中的各个元素中的第y个元素ΔSy，即单位时间内虚拟线路集合中的第1、2、…Y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量增量或虚拟线路连接的物料储存仓库的物料增量，具体满足如下公式：
Figure FDA0003801798970000061
其中，ΔSy，min表示单位时间内虚拟线路集合中的第y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量增量或第y条虚拟线路连接的物料储存仓库的物料增量的最小值，ΔSy，max表示单位时间内虚拟线路集合中的第y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量增量或第y条虚拟线路连接的物料储存仓库的物料增量的最大值；Sy，min表示虚拟线路集合中的第y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量存储容量的最小值或第y条虚拟线路连接的物料储存仓库的物料存储容量的最小值，Sy，max表示虚拟线路集合中的第y条虚拟线路连接的能源储存设备的能量存储容量的最大值或第y条虚拟线路连接的物料储存仓库的物料存储容量的最大值；Sy，soc表示构建能量-物料流耦合模型前，虚拟线路集合中的第y条虚拟线路连接的能源储存设备的能源存储容量或第y条虚拟线路连接的物料储存仓库的物料存储容量。
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CN118396352A (zh) * 2024-06-28 2024-07-26 国网浙江省电力有限公司营销服务中心 一种水泥工业用户用电可调能力评估方法及系统
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