一种基于多目标优化的综合能源运行仿真方法技术

本发明专利技术提出了一种基于多目标优化的综合能源运行仿真方法，其包括：步骤S10，根据综合能源系统区域内的资源类型及负荷特性，建立综合能源系统优化的多目标协同优化模型，包括建立目标函数模型以及建立约束条件；步骤S11，采用双目标运行优化算法，对所述多目标协同优化模型进行仿真处理，获得优化得出设备的调度方案；步骤S12，在检测到用户冷、热负荷或气负荷出现异常时，按预定的策略调整当前的设备调度方案。实施本发明专利技术，可以在保障电网稳定运行的基础上，实现经济最优和碳排放最低的设备调度方案。方案。方案。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多目标优化的综合能源运行仿真方法


[0001]本专利技术涉及能源领域，尤其涉及一种基于多目标优化的综合能源运行仿真方法。

技术介绍

[0002]能源是人类社会发展的物质基础与先决条件，社会生产力跨越式的发展，导致对能源的需求量也急剧上升。由于传统的化石能源面临着过度开采、近乎枯竭等严重问题，传统的能源利用形式急需转型和升级。因此，建立包括风能、太阳能等可再生分布式能源，能提供冷、热、电能并可以全面优化和利用能源的综合能源系统，将是提高能源效率，实现可持续能源发展的重要途径。综合能源系统运行优化的主要目标可以概括为“两高三低”，即：提高系统可靠性、提高系统整体能效、降低系统运行成本、降低碳排放、降低系统污染物排放量。
[0003]目前，综合能源系统的运行优化大多为单目标优化函数，如：以运行成本最低或环境污染最低为目标，很少有同时考虑运行成本最低与污染物排放最少的双目标函数，并且考虑冷、热、电负荷平衡约束，天然气负荷平衡约束以及储能设备运行约束等作为系统约束条件，同时考虑到能源网络异常情况的处理。因此，不能完全保障在电网稳定运行的基础上，既能实现经济最优，还能是综合能源系统的碳排放最低。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种基于多目标优化的综合能源运行仿真方法，可以在保障电网稳定运行的基础上，实现经济最优和碳排放最低的设备调度方案。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供一种基于多目标优化的综合能源运行仿真方法，包含如下步骤：
[0006]步骤S10，根据综合能源系统区域内的资源类型及负荷特性，确立其对应的物理模型，建立综合能源系统优化的多目标协同优化模型，包括建立目标函数模型以及建立约束条件；
[0007]步骤S11，采用双目标运行优化算法，对所述多目标协同优化模型进行仿真处理，获得优化得出设备的调度方案；其中，所述双目标分别为年总运行成本最低和污染物排放最低；
[0008]步骤S12，用户用能监测系统检测到用户冷、热负荷或气负荷出现异常时，按预定的策略调整当前的设备调度方案。
[0009]优选地，在所述步骤S10中，进一步包括：
[0010]步骤S100，根据当前园区资源对应的物理模型，建立运行成本目标函数，以及污染物减排目标函数；所述物理模型包括自然资源类型以及耦合设备；
[0011]步骤S101，分别建立电负荷平衡约束条件、热负荷平衡约束条件、冷负荷平衡约束、天然气负荷平衡约束条件以及能量储存系统运行约束条件。
[0012]优选地，在步骤S100中，根据下述公式确定运行成本目标函数：
[0013]综合能源系统运行优化的目标为总成本最低，其运行成本目标函数如下所示：
[0014]F1＝min C
op
＝C
op
‑
E
+C
op
‑
H
+C
op
‑
NG
+C
op
‑
DR
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0015][0016]C
op
‑
H
＝C
op
‑
else
+a
h_st
P
h_st
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0017][0018][0019]式中：C
op
为系统总运行成本；C
op
‑
E
为满足系统电负荷的运行成本；C
op
‑
H
为满足系统热负荷的运行成本，C
op
‑
NG
满足系统气负荷的运行成本、C
op
‑
DR
为系统需求响应运行成本；C
i
为分布式电源的运行成本；P
i
(t)为分布式电源的输出功率；γ
ele
为电网的分时电价；P
EB_grid
(t)为综合能源系统向电网购电的功率；P
CCHP&GB
(t)冷热电三联供机组和燃气锅炉的输出总功率；δ
CCHP&GB
为冷热电三联供机组和燃气锅炉利用天然气中低热值的效率；C
bat,dep
为单位时间内储能的充/放电总折旧费用；C
op
‑
else
为系统内设备的维护费用；P
h_st
(t)为储热设备的实时功率；a
h_st
为储热设备的单位成本；为燃气价格；LHV
NG
为燃气的热值；P
NG_st
(t)为储气罐的实时功率；a
h_st
为储气罐的功率费用；ω
DR
为系统参与需求响应单位功率补贴价格；P
DR
(t)为系统进行需求响应的实时总功率；为系统参与需求响应单位时间补贴。
[0020]优选地，在步骤S100中，根据下述公式确定污染物减排目标函数：
[0021]将系统环境排放目标确定为环境成本最小化，其污染物减排目标函数如下所示：
[0022][0023]式中：C
E
为系统总环境成本；P
k
(t)为t时刻的污染物排放源k的功率；为污染源设备k所排放的污染物类型j的环境成本单位；w为污染源设备的总数；m为污染物的类型总数；δ
E,j
为污染物类型j的排放量；ζ
EC
‑
p
为处理污染物成本。
[0024]优选地，在所述步骤S101中，进一步包括：
[0025]采用下式建立电负荷平衡约束条件：
[0026]P
e_grid
(t)+P
WT
(t)+P
PV
(t)+P
CCHP
(t)+P
dis
(t)＝P
load
(t)+P
char
(t)
ꢀꢀ
(18)
[0027]式中：P
e_grid
(t)为综合能源系统向电网购买的功率；P
WT
(t)为风机发电功率、P
pv
(t)为光伏发电功率、P
CCHP
(t)为热电联产机组发电输出功率；P
dis
(t)为电池的放电功率；P
load
(t)为系统总电负荷需求P
char
(t)为电池的充电功率；
[0028]采用下式建立热负荷平衡约束条件：
[0029]H
CCHP
(t)+H
GB
(t)+H
h_re
(t)＝H
load
(t)+H
h_st
(t)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多目标优化的综合能源运行仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S10，根据综合能源系统区域内的资源类型及负荷特性，确立其对应的物理模型，建立综合能源系统优化的多目标协同优化模型，包括建立目标函数模型以及建立约束条件；步骤S11，采用双目标运行优化算法，对所述多目标协同优化模型进行仿真处理，获得优化得出设备的调度方案；其中，所述双目标分别为年总运行成本最低和污染物排放最低；步骤S12，在检测到用户冷、热负荷或气负荷出现异常时，按预定的策略调整当前的设备调度方案。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S10中，进一步包括：步骤S100，根据当前园区资源对应的物理模型，建立运行成本目标函数，以及污染物减排目标函数；所述物理模型包括自然资源类型以及耦合设备；步骤S101，分别建立电负荷平衡约束条件、热负荷平衡约束条件、冷负荷平衡约束、天然气负荷平衡约束条件以及能量储存系统运行约束条件。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤S100中，根据下述公式确定运行成本目标函数：综合能源系统运行优化的目标为总成本最低，其运行成本目标函数如下所示：F1＝minC
op
＝C
op
‑
E
+C
op
‑
H
+C
op
‑
NG
+C
op
‑
DR
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)C
op
‑
H
＝C
op
‑
else
+a
h_st
P
h_st
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)(3)式中：C
op
为系统总运行成本；C
op
‑
E
为满足系统电负荷的运行成本；C
op
‑
H
为满足系统热负荷的运行成本，C
op
‑
NG
满足系统气负荷的运行成本、C
op
‑
DR
为系统需求响应运行成本；C
i
为分布式电源的运行成本；P
i
(t)为分布式电源的输出功率；γ
ele
为电网的分时电价；P
EB_grid
(t)为综合能源系统向电网购电的功率；P
CCHP&GB
(t)冷热电三联供机组和燃气锅炉的输出总功率；δ
CCHP&GB
为冷热电三联供机组和燃气锅炉利用天然气中低热值的效率；C
bat,dep
为单位时间内储能的充/放电总折旧费用；C
op
‑
else
为系统内设备的维护费用；P
h_st
(t)为储热设备的实时功率；a
h_st
为储热设备的单位成本；为燃气价格；LHV
NG
为燃气的热值；P
NG_st
(t)为储气罐的实时功率；a
h_st
为储气罐的功率费用；ω
DR
为系统参与需求响应单位功率补贴价格；P
DR
(t)为系统进行需求响应的实时总功率；为系统参与需求响应单位时间补贴。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤S100中，根据下述公式确定污染物减排目标函数：将系统环境排放目标确定为环境成本最小化，其污染物减排目标函数如下所示：
式中：C
E
为系统总环境成本；P
k
(t)为t时刻的污染物排放源k的功率；为污染源设备k所排放的污染物类型j的环境成本单位；w为污染源设备的总数；m为污染物的类型总数；δ
E,j
为污染物类型j的排放量；ζ
EC
‑
p
为处理污染物成本。5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤S101中，进一步包括：采用下式建立电负荷平衡约束条件：P
e_grid
(t)+P
WT
(t)+P
PV
(t)+P
CCHP
(t)+P
dis
(t)＝P
load
(t)+P
char
(t)
ꢀꢀ
(6)式中：P
e_grid
(t)为综合能源系统向电网购买的功率；P
WT
(t)为风机发电功率、P
pv
(t)为光伏发电功率、P
CCHP
...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛森茂，邵志奇，蔡京陶，王若愚，王卿玮，叶键民，
申请(专利权)人：深圳供电局有限公司，
类型：发明
国别省市：