一种综合能源系统能量枢纽模型的标准化构建方法技术方案

本发明专利技术公开了一种综合能源系统能量枢纽模型的标准化构建方法，该方法将一个复杂综合能源系统能量枢纽模型分成简单综合能源系统能量枢纽模型，通过将每一个简单综合能源系统能量枢纽模型的耦合矩阵进行有序叠乘，最终计算出整个复杂综合能源系统能量枢纽模型的耦合矩阵。在耦合矩阵的建立过程中，本专利通过在综合能源系统能量枢纽模型增加一个限定方程的方式考虑了能量环流的情况，并通过增加虚拟能量转化设备的方式避免不同简单综合能源系统能量枢纽模型的耦合矩阵不匹配的情况。同时，在耦合矩阵建模过程中，对储能设备位置和能源侧需求响应的概念进行了扩展，使得电力系统的储能和能源侧需求响应可以被推广到综合能源系统。

A Standardized Method for Building Energy Hub Model of Integrated Energy System

【技术实现步骤摘要】
一种综合能源系统能量枢纽模型的标准化构建方法
本专利技术属于综合能源系统模型构建和优化领域，涉及一种综合能源系统能量枢纽模型的标准化构建方法。
技术介绍
传统非可再生能源的日益减少带来的能源危机和使用传统非可再生能源对环境造成的破坏驱使着人们重新考虑现有的能源生产、消费和储存模式。为了解决这一能源困境，各国政府不约而同的加大了可再生能源的生产，分配和消费等方面的研究经费和政策支持，并在能源互联网和多能源系统整体规划方面达成共识。然而，与传统电力系统相比，综合能源系统更加复杂和庞大。这对综合能源系统的能源枢纽耦合矩阵建模造成了很大的困难。基于能量枢纽建立的模型在城市能源规划方面有着独特的优点。一般来说，能量枢纽模型可以分为两种类型：将分配系数嵌入到耦合矩阵的经典能量枢纽模型和利用额外的能量流支路代替分配系数的线性化能量枢纽模型。标准建模方法是经典能量枢纽模型一个非常重要的方面。另外，在一个综合能源系统往往有多个能源存储设备和需求响应。传统的能量枢纽模型过程中一般假设能源存储设备在耦合矩阵的输入或者输出侧。然而，在一些情况下存储设备也可以安放在能量转换过程之间。对能量枢纽模型的建模中要考虑能源存储设备的安放不同位置的情况。类似于电力负荷需求响应，多能源需求响应的概念也被引入综合能源系统中。因此，综合能源系统统耦合矩阵的建模要考虑存储设备和需求响应的影响。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种综合能源系统能量枢纽模型的标准化构建方法，为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术公开的一种综合能源系统能量枢纽模型的标准化构建方法，包括以下步骤：1)将一个复杂综合能源系统能量枢纽模型分成若干简单综合能源系统能量枢纽模型；2)简单综合能源系统能量枢纽模型的所有设备均不存在能量传递关系，因此可以直接列出其耦合矩阵；3)通过将每一个简单综合能源系统能量枢纽模型的耦合矩阵进行有序叠乘，计算出整个复杂综合能源系统能量枢纽模型的耦合矩阵，从而构建得到该综合能源系统标准化能量枢纽模型。优选地，步骤1)中，将一个复杂综合能源系统能量枢纽模型分成若干简单综合能源系统能量枢纽模型的具体方法如下：将复杂综合能源系统按照能量流流入的顺序转化成若干简单综合能源系统，复杂综合能源系统的计算公式表示如下：Pstep,k＝Cstep,kPstep,k-1,k＝1,....,n；式中，n是所分的简单综合能源系统总数；Cstep,k为第k个简单综合能源系统的耦合矩阵；Pstep,(i-1)是第k个简单综合能源系统输入能量；Pinput是整个复杂综合能源系统的输入能量；Lload是整个复杂综合能源系统的负荷。优选地，步骤1)中，当综合能源系统能存在能量环流时，通过在综合能源系统能量枢纽模型增加一个限定方程的方式考虑能量环流的情况，具体如下：在综合能源系统找到第N层设备k的输出能量Qk是第M层设备j的输出能量Pj，其中M<N；此时，增加Pj＝Qk这一约束，则认为设备k和设备j之间没有能量传递关系。优选地，针对不同的简单综合能源系统在设备空缺，不同层的能量枢纽模型的耦合矩阵不匹配的问题，在这些设备空缺的位置人为加入能量转换效率为1的虚拟的能量分配设备。优选地，步骤1)中，对储能设备位置的概念进行扩展，方法如下：将储能设备整合到能量枢纽模型后，其输入输出能源的关系为下式：因此，储能设备的位置能够被扩展到能量转换任意位置。优选地，在耦合矩阵建模过程中，对负荷需求响应的概念进行扩展，负荷需求包括两种情形：1)负荷需求通过不同形式的能量来实现；2)根据能源价格或激励来调整不同类型的能源在某个时间段的需求；情形1)中，负荷侧的能量转换装置包含在能量枢纽模型中，并看作一个整体，通过对整个能量枢纽模型进行最优调度的计算，得到消费者对不同形式的能量的最优分配策；情形2)中，将能源负荷从高价格时间区间重新分配到低价格时间区间，需求响应被视为虚拟存储器，其被安装在输出端子中，充能和释能效率为1；需求响应表示为：式中，表示在时段t的初始负荷向量；表示在时段t的负荷转移向量；表示在时段t的实际负荷向量；因此，限制条件表示为：式中，是需求响应中的最大可参与调节的负荷向量；由于需求响应能够被认为是存储效率为1的虚拟能量存储设备，因此需求响应通过使用能量中提到的方法来解决，因此，包含存储和需求响应的能量枢纽模型表示为:与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术基于图论的相关知识提出一种综合能源系统能量枢纽模型的标准化构建方法，采用分布建模原理，将一个复杂综合能源系统耦合矩阵求解问题转化成多个简单综合能源系统耦合矩阵的问题，以降低直接建模的难度，随后扩展存储设备的位置，需求响应相互能量转换和弹性负荷需求也都包括在能量枢纽模型中。进一步地，在耦合矩阵的建立过程中，本专利技术方法通过在综合能源系统能量枢纽模型增加一个限定方程的方式考虑了能量环流的情况，并通过增加虚拟能量转化设备的方式避免不同简单综合能源系统能量枢纽模型的耦合矩阵不匹配的情况。同时，在耦合矩阵建模过程中，对储能设备位置和能源侧需求响应的概念进行了扩展，使得电力系统的储能和能源侧需求响应可以被推广到综合能源系统。附图说明图1为复杂综合能源系统转化成多个简单综合能源系统；图2为复杂综合能源系统中的循环；图3a为复杂综合能源系统中的循环设备空缺；图3b为复杂综合能源系统中的循环添加虚拟设备；图4为CHP能源系统模型及其能量流分配；图5为经典能量枢纽模型的能量传输和转化关系；图6为本文模型的能量传输和转化关系；图7为某小区未集成能源存储和需求响应的能量枢纽模型；图8为将图7所示的复杂复杂综合能源系统能量枢纽模型分成10个简单综合能源系统能量枢纽模型；图9为某小区集成能源存储的能量枢纽模型；图10为将图9所示的复杂复杂综合能源系统能量枢纽模型分成10个简单综合能源系统能量枢纽模型；图11为某小区集成需求响应的能量枢纽模型；图12为将图11所示的复杂复杂综合能源系统能量枢纽模型分成10个简单综合能源系统能量枢纽模型；图13为某小区集成能源存储和需求响应的能量枢纽模型；图14为将图13所示的复杂复杂综合能源系统能量枢纽模型分成10个简单综合能源系统能量枢纽模型。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。下面结合附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种综合能源系统能量枢纽模型的标准化构建方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将一个复杂综合能源系统能量枢纽模型分成若干简单综合能源系统能量枢纽模型；2)简单综合能源系统能量枢纽模型的所有设备均不存在能量传递关系，因此可以直接列出其耦合矩阵；3)通过将每一个简单综合能源系统能量枢纽模型的耦合矩阵进行有序叠乘，计算出整个复杂综合能源系统能量枢纽模型的耦合矩阵，从而构建得到该综合能源系统标准化能量枢纽模型。

【技术特征摘要】
1.一种综合能源系统能量枢纽模型的标准化构建方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将一个复杂综合能源系统能量枢纽模型分成若干简单综合能源系统能量枢纽模型；2)简单综合能源系统能量枢纽模型的所有设备均不存在能量传递关系，因此可以直接列出其耦合矩阵；3)通过将每一个简单综合能源系统能量枢纽模型的耦合矩阵进行有序叠乘，计算出整个复杂综合能源系统能量枢纽模型的耦合矩阵，从而构建得到该综合能源系统标准化能量枢纽模型。2.根据权利要求1所述的综合能源系统能量枢纽模型的标准化构建方法，其特征在于，步骤1)中，将一个复杂综合能源系统能量枢纽模型分成若干简单综合能源系统能量枢纽模型的具体方法如下：将复杂综合能源系统按照能量流流入的顺序转化成若干简单综合能源系统，复杂综合能源系统的计算公式表示如下：Pstep,k＝Cstep,kPstep,k-1,k＝1,....,n；式中，n是所分的简单综合能源系统总数；Cstep,k为第k个简单综合能源系统的耦合矩阵；Pstep,(i-1)是第k个简单综合能源系统输入能量；Pinput是整个复杂综合能源系统的输入能量；Lload是整个复杂综合能源系统的负荷。3.根据权利要求1所述的综合能源系统能量枢纽模型的标准化构建方法，其特征在于，步骤1)中，当综合能源系统能存在能量环流时，通过在综合能源系统能量枢纽模型增加一个限定方程的方式考虑能量环流的情况，具体如下：在综合能源系统找到第N层设备k的输出能量Qk是第M层设备j的输出能量Pj，其中M<N；此时，增加Pj＝Qk这一约束，则认为设备k和设备j之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冬冬，刘天晧，张建松，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61