一种园区综合能源系统的双层多目标优化方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种园区综合能源系统的双层多目标优化方法及装置，同时考虑系统的经济性与环保性，上层模型以系统经济性为目标，在满足区域内冷热电等多种能量需求的同时，优化各种设备的容量配置；下层模型以碳排放量为目标，获取的双层规划模型可同时考虑系统经济性与碳排放量，最终得出优化方案，本申请解决了由于现有的园区综合能源系统仅对园区综合能源系统的经济性进行单目标优化，所以当园区综合能源系统的碳排放量超标或大幅缩减时，都会加重园区综合能源系统的经济性负担，那么得出的优化方案将失去参考作用，不利于园区综合能源系统高效、经济地运行的问题，使系统的经济性最优，有利于园区综合能源系统高效、经济地运行。运行。运行。

【技术实现步骤摘要】
一种园区综合能源系统的双层多目标优化方法及装置


[0001]本申请涉及综合能源系统运行规划
，尤其涉及一种园区综合能源系统的双层多目标优化方法及装置。

技术介绍

[0002]随着环境污染、能源短缺等问题的日益严重，园区综合能源系统被认为是实现能源的低碳排放和高效运行的有效途径。园区综合能源系统依托于大型园区，如学校、居民社区、工业园区等，与电网连接，以电力系统为核心，采用燃气设备、发电设备、制冷设备、制热设备及存储设备实现天然气、电能、冷能、热能的多能互补与规划调度，为用户提供绿色、高效、可靠的供能服务。
[0003]园区综合能源系统的优化是为了实现园区综合能源系统高效、经济、环保和可靠的运行。经济性和环保性是园区综合能源系统中最重要的两个优化指标。其中，环保性与园区综合能源系统的碳排放量息息相关。根据考虑优化指标的数目不同，可将园区综合能源系统的优化分为单目标优化和多目标优化。目前，现有的园区综合能源系统多为单目标优化，即仅对园区综合能源系统的经济性进行单层单目标优化，进而获取园区综合能源系统的优化方案。而只对一个目标进行单目标优化，得到的优化结果往往令人无法接受，例如，如果不对园区综合能源系统的碳排放量进行合理优化，园区综合能源系统的碳排放量超标不仅会破坏环境还会带来碳排放量的超标罚款，从而加大园区综合能源系统的经济性负担；而如果为了避免碳排放量的超标罚款，对园区综合能源系统的碳排放量进行大幅度缩减，减少天然气的使用量，也会加大其他能源的消耗，破坏了园区综合能源系统的统一规划调度，从而加大经济性的负担。
[0004]由于现有的园区综合能源系统仅对园区综合能源系统的经济性进行单目标优化，得出优化方案，所以当园区综合能源系统的碳排放量超标或大幅缩减时，都会加重园区综合能源系统的经济性负担，那么得出的优化方案将失去参考作用，不利于园区综合能源系统高效、经济地运行。

技术实现思路

[0005]为了解决由于现有的园区综合能源系统仅对园区综合能源系统的经济性进行单目标优化，得出优化方案，所以当园区综合能源系统的碳排放量超标或大幅缩减时，都会加重园区综合能源系统的经济性负担，那么得出的优化方案将失去参考作用，不利于园区综合能源系统高效、经济地运行的问题，本申请通过以下实施例公开了一种园区综合能源系统的双层多目标优化方法及装置。
[0006]本申请第一方面公开了一种园区综合能源系统的双层多目标优化方法，包括：
[0007]获取所述园区综合能源系统的结构模型，所述结构模型包括燃气设备、发电设备、制冷设备、制热设备及存储设备；
[0008]获取所述园区综合能源系统的第一约束条件，所述第一约束条件包括电能功率平
衡的约束条件、热能功率平衡的约束条件、冷能功率平衡的约束条件及天然气能功率平衡的约束条件；
[0009]根据所述第一约束条件，获取所述园区综合能源系统的运行约束模型及总功率平衡约束条件；
[0010]获取以系统经济性为优化目标的第一目标函数；
[0011]获取所述第一目标函数的第二约束条件，所述第二约束条件包括所述燃气设备的投资容量的约束条件、所述发电设备的投资容量的约束条件、所述制冷设备的投资容量的约束条件、所述制热设备的投资容量的约束条件及所述存储设备的投资容量的约束条件；
[0012]获取以碳排放量为优化目标的第二目标函数；
[0013]获取所述第二目标函数的第三约束条件，所述第三约束条件包括所述燃气设备的出力约束条件、所述制冷设备的出力约束条件、所述制热设备的出力约束条件及所述存储设备的出力约束条件；
[0014]根据所述运行约束模型、所述总功率平衡约束条件、所述第一目标函数及所述第二约束条件，获取所述园区综合能源系统的上层模型；
[0015]根据所述运行约束模型、所述总功率平衡约束条件、所述第二目标函数及所述第三约束条件，获取所述园区综合能源系统的下层模型；
[0016]根据所述上层模型及所述下层模型，获取所述园区综合能源系统的双层规划模型；
[0017]获取所述双层规划模型的解，所述双层规划模型的解为所述园区综合能源系统的最佳优化方案。
[0018]可选的，所述获取所述园区综合能源系统的结构模型，包括：
[0019]获取所述园区综合能源系统的结构模型，所述结构模型包括燃气设备、发电设备、制冷设备、制热设备及存储设备，所述燃气设备包括燃气轮机及燃气锅炉，所述发电设备包括风机，所述制冷设备包括吸收式制冷机，所述制热设备包括热泵，所述存储设备包括蓄电池及蓄热槽。
[0020]可选的，所述获取以系统经济性为优化目标的第一目标函数，包括：
[0021]通过如下公式获取以系统经济性为优化目标的第一目标函数：
[0022]min(C
inv
+C
ope
)；
[0023][0024][0025]其中，C
inv
表示系统年投资费用，C
ope
表示系统年运营费用，c
GT
表示所述燃气轮机的单位投资费用，c
GB
表示所述燃气锅炉的单位投资费用，c
BT
表示所述蓄电池的单位投资费用，c
TT
表示所述蓄热槽的单位投资费用，c
AC
表示所述吸收式制冷机的单位投资费用，c
HP
表示所述热泵的单位投资费用，c
RES
表示所述风机的单位投资费用，x表示各种设备的投资容量，x
GT
表示所述燃气轮机的投资容量，x
GB
表示所述燃气锅炉的投资容量，x
BT
表示所述蓄电池的投资容量，x
TT
表示所述蓄热槽的投资容量，x
AC
表示所述吸收式制冷机的投资容量，x
HP
表示所述热泵的投资容量，x
RES
表示所述风机的投资容量，n表示投资年限，r表示贴现率，表示所述燃气轮机的单位运行维护费用，表示所述燃气锅炉的单位运行维护费用，表示所述吸收式制冷机的单位运行维护费用，表示热泵的单位运行维护费用，表示所述风机的单位运行维护费用，表示所述蓄电池的单位运行维护费用，表示所述蓄热槽的单位运行维护费用，表示所述燃气轮机的输出电功率，表示所述燃气锅炉的输出热功率，表示所述吸收式制冷机的消耗热功率，表示所述热泵的消耗电功率，表示所述风机的输出电功率，表示所述蓄电池的充电功率，表示所述蓄电池的放电功率，表示系统的买电功率，表示系统的卖电功率，c
GAS
表示天然气的价格，表示系统的买电价格，表示系统的卖电价格，表示所述蓄热槽的充热功率，表示所述蓄热槽的放热功率，n
GT
表示所述燃气轮机的发电效率，n
GB
表示所述燃气锅炉的制热效率，s表示系统的第s个典型运行场景，S表示系统的典型运行场景的集合，w(s)表示第s个典型运行场景在全年的出现频率，N表示系统的调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种园区综合能源系统的双层多目标优化方法，其特征在于，包括：获取所述园区综合能源系统的结构模型，所述结构模型包括燃气设备、发电设备、制冷设备、制热设备及存储设备；获取所述园区综合能源系统的第一约束条件，所述第一约束条件包括电能功率平衡的约束条件、热能功率平衡的约束条件、冷能功率平衡的约束条件及天然气能功率平衡的约束条件；根据所述第一约束条件，获取所述园区综合能源系统的运行约束模型及总功率平衡约束条件；获取以系统经济性为优化目标的第一目标函数；获取所述第一目标函数的第二约束条件，所述第二约束条件包括所述燃气设备的投资容量的约束条件、所述发电设备的投资容量的约束条件、所述制冷设备的投资容量的约束条件、所述制热设备的投资容量的约束条件及所述存储设备的投资容量的约束条件；获取以碳排放量为优化目标的第二目标函数；获取所述第二目标函数的第三约束条件，所述第三约束条件包括所述燃气设备的出力约束条件、所述制冷设备的出力约束条件、所述制热设备的出力约束条件及所述存储设备的出力约束条件；根据所述运行约束模型、所述总功率平衡约束条件、所述第一目标函数及所述第二约束条件，获取所述园区综合能源系统的上层模型；根据所述运行约束模型、所述总功率平衡约束条件、所述第二目标函数及所述第三约束条件，获取所述园区综合能源系统的下层模型；根据所述上层模型及所述下层模型，获取所述园区综合能源系统的双层规划模型；获取所述双层规划模型的解，所述双层规划模型的解为所述园区综合能源系统的最佳优化方案。2.根据权利要求1所述的一种园区综合能源系统的双层多目标优化方法，其特征在于，所述获取所述园区综合能源系统的结构模型，包括：获取所述园区综合能源系统的结构模型，所述结构模型包括燃气设备、发电设备、制冷设备、制热设备及存储设备，所述燃气设备包括燃气轮机及燃气锅炉，所述发电设备包括风机，所述制冷设备包括吸收式制冷机，所述制热设备包括热泵，所述存储设备包括蓄电池及蓄热槽。3.根据权利要求2所述的一种园区综合能源系统的双层多目标优化方法，其特征在于，所述获取以系统经济性为优化目标的第一目标函数，包括：通过如下公式获取以系统经济性为优化目标的第一目标函数：min(C
inv
+C
ope
)；
其中，C
inv
表示系统年投资费用，C
ope
表示系统年运营费用，c
GT
表示所述燃气轮机的单位投资费用，c
GB
表示所述燃气锅炉的单位投资费用，c
BT
表示所述蓄电池的单位投资费用，c
TT
表示所述蓄热槽的单位投资费用，c
AC
表示所述吸收式制冷机的单位投资费用，c
HP
表示所述热泵的单位投资费用，c
RES
表示所述风机的单位投资费用，x表示各种设备的投资容量，x
GT
表示所述燃气轮机的投资容量，x
GB
表示所述燃气锅炉的投资容量，x
BT
表示所述蓄电池的投资容量，x
TT
表示所述蓄热槽的投资容量，x
AC
表示所述吸收式制冷机的投资容量，x
HP
表示所述热泵的投资容量，x
RES
表示所述风机的投资容量，n表示投资年限，r表示贴现率，表示所述燃气轮机的单位运行维护费用，表示所述燃气锅炉的单位运行维护费用，表示所述吸收式制冷机的单位运行维护费用，表示热泵的单位运行维护费用，表示所述风机的单位运行维护费用，表示所述蓄电池的单位运行维护费用，表示所述蓄热槽的单位运行维护费用，表示所述燃气轮机的输出电功率，表示所述燃气锅炉的输出热功率，表示所述吸收式制冷机的消耗热功率，表示所述热泵的消耗电功率，表示所述风机的输出电功率，表示所述蓄电池的充电功率，表示所述蓄电池的放电功率，表示系统的买电功率，表示系统的卖电功率，c
GAS
表示天然气的价格，表示系统的买电价格，表示系统的卖电价格，表示所述蓄热槽的充热功率，表示所述蓄热槽的放热功率，n
GT
表示所述燃气轮机的发电效率，n
GB
表示所述燃气锅炉的制热效率，s表示系统的第s个典型运行场景，S表示系统的典型运行场景的集合，w(s)表示第s个典型运行场景在全年的出现频率，N表示系统的调度周期的集合，t表示系统在场景s下的时间段。4.根据权利要求3所述的一种园区综合能源系统的双层多目标优化方法，其特征在于，所述获取所述第一目标函数的第二约束条件，包括：通过如下公式获取所述第一目标函数的第二约束条件：s.t.0≤x
i
≤C
imax
；其中，i表示各个设备，i＝{GT，GB，BT，TT，AC，HP，RES}，当i＝GT时，x
i
表示所述燃气轮机的投资容量，C
imax
表示所述燃气轮机的最大投资容量；当i＝GB时，x
i
表示所述燃气锅炉的投资容量，C
imax
表示所述燃气锅炉的最大投资容量；当i＝BT时，x
i
表示所述蓄电池的投资容量，C
imax
表示所述蓄电池的最大投资容量；当i＝TT时，x
i
表示所述蓄热槽的投资容量，C
imax
表示所述蓄热槽的最大投资容量；当i＝AC时，x
i
表示所述吸收式制冷机的投资容量，C
imax
表示所述吸收式制冷机的最大投资容量；当i＝HP时，x
i
表示所述热泵的投资容量，C
imax
表示所
述热泵的最大投资容量；当i＝RES时，x
i
表示所述风机的投资容量，C
imax
表示所述风机的最大投资容量。5.根据权利要求4所述的一种园区综合能源系统的双层多...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁俊宇，袁兴宇，杨洋，李浩涛，罗恩博，何婕，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：