一种综合能源系统能效分析评估方法技术方案

本申请公开了一种综合能源系统能效分析评估方法，包括建立综合能源系统的拓扑模型，计算综合能源系统内的能流值；将综合能源系统按照能源类型分为若干能源子系统，不同能源子系统之间通过能源转换设备进行耦合；建立综合能源系统和各能源子系统的能效模型，能源转换设备的转换效率模型；将综合能源系统的能效模型分别对每一个能源子系统的能效模型以及能源转换设备的转换效率模型求偏导，得到各能源子系统以及能源转换设备的能效贡献度模型；计算得到各能源子系统以及能源转换设备的能效贡献值，当综合能源系统能效降低时据此进行调整，以改善综合能源系统的能效。本发明专利技术解决了综合能源系统能效分析评估以及改善的问题，适用于实际应用。用于实际应用。用于实际应用。

【技术实现步骤摘要】
一种综合能源系统能效分析评估方法


[0001]本专利技术属于能效分析
，涉及一种综合能源系统能效分析评估方法。

技术介绍

[0002]人类生存和社会发展的基础和动力是能源，能源是国计民生战略的基础。21世纪以来，社会经济迅速发展，能源需求总量急剧增加，能源供需矛盾日益凸显。由于煤炭、石油等传统化石能源不可再生，终将走向枯竭，如何解决不可再生能源的日益匮乏以及环境污染问题已成为人类社会面临的重大挑战。
[0003]面对目前能源发展的挑战，综合能源系统(integrated energy system，IES)这一概念得到了广泛的关注。在资源和环境约束下，通过多种能源协同设计和运行以提高能源利用效率是综合能源系统建设的重要目标之一，综合能源系统的建设能够实现多种能源系统的互补与融合，有利于提升能源的整体利用效率，目前已有许多学者从经济、安全、环保等多个方面对IES的优化运行进行了诸多研究。综合能源系统通过对多种能源系统的互补耦合和联合优化实现了可再生能源的充分消纳和不可再生能源的梯级利用，为能源领域的发展提供了优质服务，其规模可分为跨区域级、区域级和用户级。关于园区综合能源系统的评价，通常需从能效、经济性、可靠性等维度建立评价方法。
[0004]能效，即能源利用效率，是一个泛化术语，其用于衡量能源投入与产出的关系，可从生产、经济发展等多个角度建立评估体系。现有的能效评估方法主要基于热力学第一定律和热力学第二定律。热力学第一定律侧重于能源“量”的利用程度，主要研究对象为热泵、CCHP机组、HVAC和综合能源系统。热力学第二定律侧重于能源“质”的利用程度，利用的大小评估能源做功能力的差异。目前基于热力学第二定律对能效进行的评估主要集中在热力学工程领域，主要研究对象为发电厂和HVAC，而对综合能源系统的研究还较少。因此，研究综合能源系统内部的能效具有十分重要的实用价值。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中的不足，本申请提供一种综合能源系统能效分析评估方，在综合能效降低时，通过对能源子系统或者转换设备的调整，能有效改善系统的能效，解决了综合能源系统内不同能源形式对综合能效的贡献程度问题。
[0006]为了实现上述目标，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种综合能源系统能效分析评估方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：建立综合能源系统的拓扑模型，利用离散化的能流计算方法计算综合能源系统内的能流值；
[0009]步骤2：将综合能源系统按照能源类型分为若干能源子系统，不同能源子系统之间通过能源转换设备进行耦合；
[0010]步骤3：分别建立综合能源系统和各能源子系统的能效模型，以及能源转换设备的转换效率模型；
[0011]步骤4：基于边际贡献理论，将综合能源系统的能效模型分别对每一个能源子系统的能效模型以及能源转换设备的转换效率模型求偏导，得到各能源子系统以及能源转换设备的能效贡献度模型；
[0012]步骤5：将步骤1综合能源系统内的能流值代入步骤4的能效贡献度模型，计算得到各能源子系统以及能源转换设备的能效贡献值，表示各能源子系统以及能源转换设备对系统综合能效的贡献程度，当综合能源系统能效降低时据此进行调整，以改善综合能源系统的能效。
[0013]本专利技术进一步包括以下优选方案：
[0014]优选地，步骤1具体包括以下步骤：
[0015]步骤1.1：查询并输入综合能源系统内部数据；
[0016]步骤1.2：利用加权有向图建立综合能源系统等效的拓扑模型；
[0017]步骤1.3：基于综合能源系统内部数据，采用离散化的能流计算方法对拓扑模型中的能流进行计算。
[0018]优选地，步骤1.1所述综合能源系统内部数据包括设备数据、系统购能数据和负荷数据；
[0019]所述设备数据包括能源转换设备的装机容量、能源转换系数、储能设备的储放能状态、储放能效率和能质系数；
[0020]所述系统购能数据包括从外部能源网购买的能源量；
[0021]所述负荷数据为用户对不同能源的需求量。
[0022]优选地，步骤1.2具体包括以下步骤：
[0023]步骤1.2.1：定义加权有向图；
[0024]步骤1.2.2：根据综合能源系统的结构，基于加权有向图定义，建立综合能源系统的拓扑模型，并根据加权有向图的定义，用标准化的节点矩阵来对综合能源系统的拓扑模型进行描述。
[0025]优选地，步骤1.2.1具体为：
[0026]定义一个有向图D(T,L)，包括节点集合T以及分支集合L；
[0027]其中，节点集合，用于描述系统内部能源的输入输出、转换、存储节点；
[0028]分支集合，表示节点之间的联系，用e(i,j)表示各个分支的方向，用e
ij
表示从节点i到节点j传输的能量；
[0029]另外，在分支上赋予权重值来描述各节点之间的能流损耗特征，且权重值的大小反映分支的长度。
[0030]优选地，步骤1.2.2具体为：
[0031]假设综合能源系统的拓扑模型有N个节点和B个分支，那么其节点和分支的关系用一个N
×
B阶矩阵A＝(a
ik
)
N
×
B
来表示，即：
[0032][0033]其中，l
k
表示第k条分支，k＝1,2,
…
,m，a
ik
为矩阵A中的元素，表示分支与节点的关
系，i表示节点的标号，m表示拓扑模型中分支的总数；
[0034]考虑各分支上的权重值，建立权矩阵B＝(η
ij
)
n
×
n
，并且将分支上的权重定义为：
[0035][0036]式中，μ
ij
为两个节点之间的能量转换效率；
[0037]假设S为综合能源系统的拓扑模型内输入节点到输出节点之间的一条路径，定义向量X，X＝(x1,x2,
…
,x
m
)
T
，X中元素表示分支与路径的关系，若分支在路径中，则该分支对应的元素为1，否则为0：
[0038][0039]其中，l
k
表示第k条分支；
[0040]则路径S的长度d
s
为：
[0041][0042]优选地，步骤1.3具体包括以下步骤：
[0043]步骤1.3.1：初始化各分支的能流值和全矩阵，i＝1；
[0044]步骤1.3.2：计算系统路径集；
[0045]步骤1.3.3：离散化输出顶点的能流值为若干个单位步长，并以一定的能流值Δp为步长大小，单位步长记为P
i
,i＝1,2,3
…
，i表示步长的序号；
[0046]步骤1.3.4：从路径集中选择优先路径；
[0047]步骤1.3.5：计算路径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种综合能源系统能效分析评估方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：建立综合能源系统的拓扑模型，利用离散化的能流计算方法计算综合能源系统内的能流值；步骤2：将综合能源系统按照能源类型分为若干能源子系统，不同能源子系统之间通过能源转换设备进行耦合；步骤3：分别建立综合能源系统和各能源子系统的能效模型，以及能源转换设备的转换效率模型；步骤4：基于边际贡献理论，将综合能源系统的能效模型分别对每一个能源子系统的能效模型以及能源转换设备的转换效率模型求偏导，得到各能源子系统以及能源转换设备的能效贡献度模型；步骤5：将步骤1综合能源系统内的能流值代入步骤4的能效贡献度模型，计算得到各能源子系统以及能源转换设备的能效贡献值，表示各能源子系统以及能源转换设备对系统综合能效的贡献程度，当综合能源系统能效降低时据此进行调整，以改善综合能源系统的能效。2.根据权利要求1所述的一种综合能源系统能效分析评估方法，其特征在于：步骤1具体包括以下步骤：步骤1.1：查询并输入综合能源系统内部数据；步骤1.2：利用加权有向图建立综合能源系统等效的拓扑模型；步骤1.3：基于综合能源系统内部数据，采用离散化的能流计算方法对拓扑模型中的能流进行计算。3.根据权利要求2所述的一种综合能源系统能效分析评估方法，其特征在于：步骤1.1所述综合能源系统内部数据包括设备数据、系统购能数据和负荷数据；所述设备数据包括能源转换设备的装机容量、能源转换系数、储能设备的储放能状态、储放能效率和能质系数；所述系统购能数据包括从外部能源网购买的能源量；所述负荷数据为用户对不同能源的需求量。4.根据权利要求2所述的一种综合能源系统能效分析评估方法，其特征在于：步骤1.2具体包括以下步骤：步骤1.2.1：定义加权有向图；步骤1.2.2：根据综合能源系统的结构，基于加权有向图定义，建立综合能源系统的拓扑模型，并根据加权有向图的定义，用标准化的节点矩阵来对综合能源系统的拓扑模型进行描述。5.根据权利要求4所述的一种综合能源系统能效分析评估方法，其特征在于：步骤1.2.1具体为：定义一个有向图D(T,L)，包括节点集合T以及分支集合L；其中，节点集合，用于描述系统内部能源的输入输出、转换、存储节点；分支集合，表示节点之间的联系，用e(i,j)表示各个分支的方向，用e
ij
表示从节点i到节点j传输的能量；
另外，在分支上赋予权重值来描述各节点之间的能流损耗特征，且权重值的大小反映分支的长度。6.根据权利要求5所述的一种综合能源系统能效分析评估方法，其特征在于：步骤1.2.2具体为：假设综合能源系统的拓扑模型有N个节点和B个分支，那么其节点和分支的关系用一个N
×
B阶矩阵A＝(a
ik
)
N
×
B
来表示，即：其中，l
k
表示第k条分支，k＝1,2,
…
,m，a
ik
为矩阵A中的元素，表示分支与节点的关系，i表示节点的标号，m表示拓扑模型中分支的总数；考虑各分支上的权重值，建立权矩阵B＝(η
ij
)
n
×
n
，并且将分支上的权重定义为：式中，μ
ij
为两个节点之间的能量转换效率；假设S为综合能源系统的拓扑模型内输入节点到输出节点之间的一条路径，定义向量X，X＝(x1,x2,
…
,x
m
)
T
，X中元素表示分支与路径的关系，若分支在路径中，则该分支对应的元素为1，否则为0：其中，l
k
表示第k条分支；则路径S的长度d
s
为：7.根据权利要求2所述的一种综合能源系统能效分析评估方法，其特征在于：步骤1.3具体包括以下步骤：步骤1.3.1：初始化各分支的能流值和全矩阵，i＝1；步骤1.3.2：计算系统路径集；步骤1.3.3：离散化输出顶点的能流值为若干个单位步长，并以一定的能流值Δp为步长大小，单位步长记为P
i
,i＝1,2,3
…
，i表示步长的序号；步骤1.3.4：从路径集中选择优先路径；步骤1.3.5：计算路径长度、输入节点能流值的增量和分支的能流值增量；步骤1.3.6：更新系统输入输出节点和分支的能流值；步骤1.3.7：判断是否超出分支的容量或输出节点能流值是否满足要求，若是，则进入步骤1.3.8，否则，i＝i+1，返回步骤1.3.4；步骤1.3.8：从路径集中删除当前路径；步骤1.3.9：更新路径集和权矩阵；步骤1.3.10：判断路径集是否为空集或输出节点能流值是否达到设定值，若是，则进入
步骤1.3.11，否则，i＝i+1，返回步骤1.3.4；步骤1.3.11：输出各分支的能流值，计算能效贡献度。8.根据权利要求1所述的一种综合能源系统能效分析评估方法，其特征在于：步骤2中，将综合能源系统分为4个能源子系统，分别为：电能子系统、热能子系统、冷能子系统和天然气子系统；所述能源转换设备包括电锅炉、常规电制冷冷机、热电联产机组、燃气锅炉、吸收式制冷机、P2G，分别用于电转热、电转冷、热电联产、气转热、热转冷、电转气。9.根据权利要求1所述的一种综合能源系统能效分析评估方法，其特征在于：步骤3中，将综合能源系统和能源子系统的能效定义为能量需求与输入系统能源的比值，建立对应系统的能效模型；能源转换设备的转换效率模型通过能质系数来进行建模。10.根据权利要求1或9所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世海，陈铭明，苏慧玲，孔月萍，陆婋泉，陈宇沁，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：