一种基于标准化矩阵模型的综合能源系统优化方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于标准化矩阵模型的综合能源系统优化方法，该方法包括以下步骤：1)建立综合能源系统标准化矩阵模型；2)根据优化类型，缩放所述综合能源系统标准化矩阵模型，建立与所述优化类型对应的优化规划模型，采用智能优化算法获得优化结果。与现有技术相比，本发明专利技术解决了传统综合能源系统优化方法所建立的综合能源系统规划模型是非线性的，对于大型的综合能源系统而言太过复杂，计算耗时长等问题，简单高效，能根据不同综合能源系统应用场景，通过缩放综合能源系统标准化矩阵，快速建立相应的优化规划模型，确保了计算准确性。

An Optimal Method of Integrated Energy System Based on Standardized Matrix Model

The present invention relates to an optimization method of integrated energy system based on standardized matrix model, which includes the following steps: 1) establishing a standardized matrix model of integrated energy system; 2) scaling the standardized matrix model of integrated energy system according to the optimization type, establishing an optimization planning model corresponding to the optimization type, and using intelligent optimization algorithm to obtain the optimization results. Compared with the existing technology, the present invention solves the problems of non-linear integrated energy system planning model established by traditional integrated energy system optimization method, too complex for large-scale integrated energy system, long calculation time and so on. It is simple and efficient, and can quickly establish corresponding integrated energy system by scaling the standardization matrix of integrated energy system according to different application scenarios of integrated energy system. The optimization programming model ensures the accuracy of calculation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于标准化矩阵模型的综合能源系统优化方法
本专利技术属于综合能源系统设计规划领域，涉及一种综合能源优化方法，尤其是涉及一种面向结构、设计和运行的基于标准化矩阵模型的综合能源系统优化方法。
技术介绍
在PPP和新电改条件下，区域能源互联网的实质是多能互补基础上的综合能源服务。传统能源系统规划通常仅面对单一能源系统(如冷、热、电、天燃气)，不能优化配置各个能源系统的资源，整体能源资源利用效率低。针对这一问题，在解决分布式清洁能源的背景下，研究人员提出了综合能源系统协同规划的概念，即将冷、热、电、热水、天燃气等多种能源耦合，形成一个多种能源综合转换利用的物理系统，以充分发挥不同形式能源的互补与协同效应，在更大范围内实现各个能源系统的资源优化配置，提高系统运行灵活性的同时，提高分布式清洁能源消纳能力和系统综合能效与可靠性。国内外许多研究机构、能源企业已经开展了相关的项目探索，如国外的欧盟ELECTRA示范项目、欧盟E-DeMa项目、英国曼彻斯特示范工程、德国朗根费尔德示范工程、日本柏叶智慧城市、加拿大耶洛奈夫镇示范项目等与国内的延庆县示范工程、上海迪士尼度假区示范、崇明岛示范工程等。能源综合服务系统的优化决策是一个复杂的系统问题，很大程度上取决于决策者偏好及其所确立的优化目标。从时间尺度上，能源综合服务系统的优化可以分为长期战略优化(战略规划)、中期战术优化(战术规划)及短期运行优化(运行规划)三个层次。任一层次均需实现该层次所规定的特定目标，同时该层次的决策将成为低层次的约束条件，如图1所示。孔祥强等采用模式搜索和惩罚函数两种方法，以年运行费用最小为目标函数，对分布式热电联产系统的运行策略进行了优化分析。Bischi等基于混合整数线性规划理论，以日运行费用最小为目标函数，考虑能源价格、运维费用、启停损耗、外界温度等相关因素，构建了分布式热电联产系统的运行规划模型。Facci等分析了分布式热电联产系统常规“以热定电”和“以电定热”的模式，提出了系统运行优化的动态规划模型。黄子硕等分析了多能互补分布式能源系统综合能效的影响因素，并以夏季工况为例给出了几种典型配置下的综合能效水平。任洪波等论述了分布式热电联产系统设计优化研究进展，提出了由结构优化、设计优化和运行优化所构成的系统优化的层次型框架体系。相比于分布式热电联产系统，由于综合能源系统固有的多元性与复杂性，其系统优化研究将是当前及未来能源系统工程研究的主要课题之一。此外，尽管大量文章讨论了分布式热电联产系统的设计优化与运行优化研究，但很少有论文研究其标准化建模方法。基于调度系数，Chicco等提出了一种为小规模冷、热、电三联供系统自动生成耦合矩阵的建模技术。由于涉及调度因子，所建立的综合能源系统规划模型是非线性的，该方法对于大型的综合能源系统而言太过复杂。Almassalkhi等提出了一种能量“输入-存储-转换-存储-输出”结构的综合能源系统线性建模方法。然而，该建模方法只能处理固定结构形式的综合能源系统。当前，研究一种适用于各种结构形式的，且灵活自动的综合能源系统计算机标准化建模方法和适用于面向结构、设计和运行的综合优化方法具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术旨在解决采用传统综合能源系统优化方法所建立的综合能源系统规划模型是非线性的，对于大型的综合能源系统而言太过复杂，计算耗时长等问题，提出了一种基于标准化矩阵模型的综合能源系统优化方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于标准化矩阵模型的综合能源系统优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)建立综合能源系统标准化矩阵模型；2)根据优化类型，缩放所述综合能源系统标准化矩阵模型，建立与所述优化类型对应的优化规划模型，采用智能优化算法获得优化结果。进一步地，建立所述综合能源系统标准化矩阵模型时，以能源转换设备之间的能量流作为状态变量。进一步地，所述综合能源系统标准化矩阵模型为：式中，Ec为供给电制冷设备的电量，Hh为供给吸收式制冷设备的热量，FAB为供给锅炉设备的燃料量，FCHP为供给CHP设备的燃料量，Eh为供给电制热设备的电量，Sh为光热、深层地热等产生的热量，Ei为坚强主网架供电量，Se为区域光伏产生的电量，We为区域风电产生的电量，Vc,in为储冷设备充入的冷量，Vc,out为储冷设备放出的冷量，Vh,in为储热设备充入的热量，Vh,out为储热设备放出的热量，Ve,in为储电设备充入的电量，Ve,out为储电设备放出的电量，为通过能源输送网络输送至用户端的总冷量，为通过能源输送网络输送至用户端的总热量，为通过能源输送网络输送至用户端的总电量，ΔEc为冷量变化，ΔEh为热量变化，ΔEe为电量变化，ηQ、ηW分别为CHP设备产热、产电效率，ηAB为锅炉产热效率，ηC为电制冷设备的性能系数，ηH为电制热设备的性能系数，ηR为吸收式制冷设备的性能系数，ηCH为充能效率，ηDS为放能效率，下标e、c、h分别表示电、冷、热。进一步地，所述优化类型包括综合能源系统结构优化、综合能源系统设计优化和综合能源系统运行优化。进一步地，所述综合能源系统结构优化中，以最大化系统年综合能效为优化目标，优化确定系统组成单元及其相互联系，所述系统年综合能效综合考虑经济性指标、节能性指标和环境性指标。进一步地，所述最大化系统年综合能效的优化函数表示为：maxη＝f(α,β,x,y,z,u)式中，变量x,α,β分别为燃气/燃油锅炉与CHP设备消耗燃料量之比、通过电制冷设备提供的冷量与总冷量需求之比和通过电制热设备提供的热量与总热量需求之比，表示系统配置方案；变量y,z分别为总冷量需求与总电力需求之比和总热量需求与总电力需求之比，表示区域用户的总冷、热、电需求结构；u当地生物质、光伏、风电能源折合当量标准煤后与总电力需求之比，表示当地可再生能源利用情况。进一步地，所述综合能源系统设计优化中，将综合能源系统设计成区域型分布式能源互联网络形式，优化获得系统组成单元的技术特性，所述技术特性包括机型、容量和台数。进一步地，所述区域型分布式能源互联网络形式中，对于同类型能源转换设备，选择2台或2台以上设备并联运行。进一步地，所述综合能源系统运行优化中，以区域最小化运维成本为优化目标，优化确定综合能源系统各设备单元最优的逐时运行策略。进一步地，所述区域最小化运维成本的优化函数表示为：式中，Pi,t为第i种输入能源第t时段的价格，M为区域综合能源系统外购能源的种类，Fi,t为第i种能源第t时段的外购量，T为时间周期。与现有技术相比，本专利技术具有以如下有益效果：1)本专利技术的综合能源系统标准化矩阵建模方法和优化方法简单高效，能根据不同综合能源系统应用场景，通过缩放综合能源系统标准化矩阵，快速建立相应的优化规划模型，在确保计算准确性的同时克服了以往非线性规划模型计算耗时长的缺点。2)本专利技术所提出的综合能源系统标准化矩阵建模方法及优化方法能有效适用于区域综合能源系统包括结构、设计和运行的综合优化规划。附图说明图1为能源综合服务系统的优化决策过程示意图；图2为一综合能源系统结构示意图；图3为综合能源系统的标准化矩阵建模方法原理图；图4为本专利技术建立的综合能源系统线性规划模型的物理结构示意图；图5为综合能源系统结构优化示意图图6为区域型分布式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于标准化矩阵模型的综合能源系统优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)建立综合能源系统标准化矩阵模型；2)根据优化类型，缩放所述综合能源系统标准化矩阵模型，建立与所述优化类型对应的优化规划模型，采用智能优化算法获得优化结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于标准化矩阵模型的综合能源系统优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)建立综合能源系统标准化矩阵模型；2)根据优化类型，缩放所述综合能源系统标准化矩阵模型，建立与所述优化类型对应的优化规划模型，采用智能优化算法获得优化结果。2.根据权利要求1所述的基于标准化矩阵模型的综合能源系统优化方法，其特征在于，建立所述综合能源系统标准化矩阵模型时，以能源转换设备之间的能量流作为状态变量。3.根据权利要求1所述的基于标准化矩阵模型的综合能源系统优化方法，其特征在于，所述综合能源系统标准化矩阵模型为：式中，Ec为供给电制冷设备的电量，Hh为供给吸收式制冷设备的热量，FAB为供给锅炉设备的燃料量，FCHP为供给CHP设备的燃料量，Eh为供给电制热设备的电量，Sh为光热、深层地热等产生的热量，Ei为坚强主网架供电量，Se为区域光伏产生的电量，We为区域风电产生的电量，Vc,in为储冷设备充入的冷量，Vc,out为储冷设备放出的冷量，Vh,in为储热设备充入的热量，Vh,out为储热设备放出的热量，Ve,in为储电设备充入的电量，Ve,out为储电设备放出的电量，为通过能源输送网络输送至用户端的总冷量，为通过能源输送网络输送至用户端的总热量，为通过能源输送网络输送至用户端的总电量，ΔEc为冷量变化，ΔEh为热量变化，ΔEe为电量变化，ηQ、ηW分别为CHP设备产热、产电效率，ηAB为锅炉产热效率，ηC为电制冷设备的性能系数，ηH为电制热设备的性能系数，ηR为吸收式制冷设备的性能系数，ηCH为充能效率，ηDS为放能效率，下标e、c、h分别表示电、冷、热。4.根据权利要求1所述的基于标准化矩阵模型的综合能源系统优化方法，其特征在于，所述优化类型包括综合能源系统结构优化、综合能源系统设计优化和综合能源系统运行优化。5.根据权利要求4所述的基于标准...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙可，范娟娟，李春，郑伟民，郁家麟，楼杏丹，郑朝明，张利军，王蕾，华云，刘伟，应雨龙，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司，浙江华云信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33