一种零碳园区综合能源规划仿真方法、系统和计算机设备技术方案

本发明专利技术公开了一种零碳园区综合能源规划仿真方法、系统和计算机设备，属于能源综合利用技术领域，对零碳园区进行综合能源规划仿真，通过对园区进行全面的碳核算，进行风、光自然资源的特性分析以及负荷特性数据分析，以碳排放量、投资成本、新能源消纳率为优化目标，对冷能、热能、电能的能源系统进行容量规划配置，其中电能包括光伏发电、风力发电、火电发电以及电网供电，然后对典型年每个小时进行各种能源类型的仿真模拟运行，对全年的能源总量平衡和每小时的能源功率平衡进行对比分析，形成最优容量配置和运行方案。优容量配置和运行方案。优容量配置和运行方案。

【技术实现步骤摘要】
一种零碳园区综合能源规划仿真方法、系统和计算机设备


[0001]本专利技术属于能源综合利用
，具体涉及一种零碳园区综合能源规划仿真方法、系统和计算机设备。

技术介绍

[0002]二氧化碳等温室气体排放与全球气候变化之间存在直接的关系。人类在生产、生活中，向大气中排放的二氧化碳气体增多，导致大气中二氧化碳的浓度不断增加，使得现在气候危机严重影响人类的生活。为了进一步降低碳排放量，需要建设零碳园区，而建设零碳园区，就需要通过源网荷储、综合能源系统的规划，来实现零碳园区能源活动的节能减碳，为园区的碳中和提供优化路径。
[0003]零碳园区综合能源的规划，需要以双碳为建设目标，考虑园区综合能源建设前后的碳排放量、新建清洁能源的消纳比、项目投资成本等关键因素，进行多种能源系统的容量规划配置，包括冷能、热能、电能等能源类型，源网荷储中的源即能源产生方，有电制冷、电制热、光伏发电、风电发电、燃气机制电等，网即多能流网络，荷是园区用能负荷，储包括冷储能、热储能和电储能等。
[0004]而目前的方法，由于变量太多，数据量大，只能对典型日做规划。但若用典型日的规划结果，作为长期运行的某个园区的规划结果与理想的规划效果偏差较大，适应性低。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种零碳园区综合能源规划仿真方法和系统，结合碳核算和能源规划，对冷、热、电多种能源形式进行多目标优化配置，得到最优配置和运行方案。
[0006]为达到上述目的，本专利技术所述一种零碳园区综合能源规划仿真方法包括以下步骤：
[0007]S1、根据园区的地理位置收集典型年全年每个小时的光资源辐照量数据和风资源平均风速，由光资源辐照量数据和风资源平均风速测算单位装机情况的典型年每个小时的风电发电量和光伏发电量；收集项目园区典型年的全年负荷数据，获取全年每个小时的使用冷能用量、热能用量和电能用量；
[0008]S2、在每个季节内对每天各个小时的光伏发电量、风电发电量、冷能用量、热能用量和电能用量进行聚类分析，共得到n个典型天，典型天的第j天的第x个小时的光伏发电量、风电发电量、冷能用量、热能用量和电能用量分别等于聚类的中心值，每个典型天的权重为在聚类该类别中的天数除以典型年的天数；
[0009]S3、进行第一级优化求解：求解多目标问题的试解解集，多目标问题的试解是光伏、风电、储能、冷能、热能等能源设备的规划容量；
[0010]优化问题的多目标为：投资成本最低、碳排放量最小、新能源弃电率最低；约束为电力平衡约束、电量平衡约束、热能平衡约束和冷能平衡约束，优化问题的解集是风电、光伏、储能、冷能、热能设备的规划容量，所述碳排放量根据典型天的权重以及典型天的电网
用电量、冷能用能量和热能用能量计算；
[0011]求解过程是：用优化算法根据人工设置的遗传种群数量的初始参数，随机生成多组第一级优化的试解；
[0012]S4、进行第二级优化求解：将第一级优化的试解以及试解在算法中的迭代变异结果带入S4中计算，得到每个试解的电储能调度策略，然后回到S3，用个试解的电储能调度策略更新约束条件，再根据更新后的约束条件和目标进行求解，从而得到最优解集，即多个风电、光伏、储能、冷能和热能设备的规划容量；
[0013]S5、根据二级优化的最优解集，求出单一最优解，获得风电、光伏、储能、冷能和热能等多种能源设备的规划容量。
[0014]进一步的，S5完成后，计算单一最优解在对应的储典型年每个小时的各类能源调度策略，根据单一最优解以及其S4得到的储能调度策略，对典型年每个小时的各类能量进行仿真运行，获得每个小时源网荷储的能量平衡情况，检查单一最优解是否合理。
[0015]进一步的，S2中，用K
‑
Means聚类算法进行聚类分析。
[0016]进一步的，S3中，使用带精英策略的非支配排序遗传算法求解多目标问题的试解解集。
[0017]进一步的，S3中，电力平衡约束为：P
PV,t
+P
Wind,t
+P
grid,t
+P
load,t
+P
battery,t
＝0；其中，P
PV,t
为第t小时的光伏发电量，P
Wind,t
为第t小时的风电发电量，P
grid,t
为第t小时的电网用电量，P
load,t
符号为负，为第t小时的负荷的电能用电量，P
battery,t
为第t小时的储能充放电量；
[0018]电量平衡约束为：
[0019]其中，j表示第j天，A
j
为第j天的新能源弃电量；
[0020]冷能平衡约束为：冷能设备产生的冷能等于冷能用量；
[0021]热能平衡约束为：热能设备产生的热能等于热能用量。
[0022]进一步的，S4中，使用遗传算法求解电储能的调度策略。
[0023]进一步的，S5中，求出单一最优解时，优先考虑投资成本最优，对所有最优解进行加权计算，得到单一最优解。
[0024]一种零碳园区综合能源规划仿真系统，其特征在于，包括：
[0025]采集存储模块，用于支持零碳园区综合能源规划仿真系统执行上述的规划方法的S1；
[0026]处理模块用于支持零碳园区综合能源规划仿真系统执行上述的规划方法的S2至S5。
[0027]一种计算机设备，包括电连接的存储器和处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述的方法的步骤。
[0028]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：
[0029]本专利技术提出了一种零碳园区综合能源规划仿真方法，对零碳园区进行综合能源规划仿真，通过对园区进行全面的碳核算，进行风、光自然资源的特性分析以及负荷特性数据分析，以碳排放量、投资成本、新能源消纳率为优化目标，对冷能、热能、电能的能源系统进行容量规划配置，其中电能包括光伏发电、风力发电、火电发电以及电网供电，然后对典型年8760小时进行各种能源类型的仿真模拟运行，对全年的能源总量平衡和每小时的能源功
率平衡进行对比分析，形成最优配置和运行方案。
[0030]本专利技术采用聚类算法根据季节对采集到的发电数据和负荷数据进行聚类，以简化数据，利用简化后的数据建立多目标模型，进行两级优化，从而得到更加准确的规划结果。进行聚类后可大大降低解集中解的数量(降低10
‑
100倍)，使得能够在较长的时间内进行仿真；同时，本专利技术采用两级优化，一级得到试解，二级得到最优储能策略，然后在将最优储能策略更新一级求解条件，最后得到一个确定的解，此解即为最终的规划方案，且在确定规划方案的同时得到了最优运行策略。
[0031]进一步的，步骤S2中，区分不同季节然后采用K
‑
Means聚类算法进行聚类分析，季节通常有强烈的风光资源出力特性，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种零碳园区综合能源规划仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据园区的地理位置收集典型年全年每个小时的光资源辐照量数据和风资源平均风速，由光资源辐照量数据和风资源平均风速测算单位装机情况的典型年每个小时的风电发电量和光伏发电量；收集项目园区典型年的全年负荷数据，获取全年每个小时的使用冷能用量、热能用量和电能用量；S2、在每个季节内对每天各个小时的光伏发电量、风电发电量、冷能用量、热能用量和电能用量进行聚类分析，共得到n个典型天，典型天的第j天的第x个小时的光伏发电量、风电发电量、冷能用量、热能用量和电能用量分别等于聚类的中心值，每个典型天的权重为在聚类该类别中的天数除以典型年的天数；S3、进行第一级优化求解：求解多目标问题的试解解集，多目标问题的试解是光伏、风电、储能、冷能、热能等能源设备的规划容量；优化问题的多目标为：投资成本最低、碳排放量最小、新能源弃电率最低；约束为电力平衡约束、电量平衡约束、热能平衡约束和冷能平衡约束，优化问题的解集是风电、光伏、储能、冷能、热能设备的规划容量，所述碳排放量根据典型天的权重以及典型天的电网用电量、冷能用能量和热能用能量计算；求解过程是：用优化算法根据人工设置的遗传种群数量的初始参数，随机生成多组第一级优化的试解；S4、进行第二级优化求解：将第一级优化的试解以及试解在算法中的迭代变异结果带入S4中计算，得到每个试解的电储能调度策略，然后回到S3，用个试解的电储能调度策略更新约束条件，再根据更新后的约束条件和目标进行求解，从而得到最优解集，即多个风电、光伏、储能、冷能和热能设备的规划容量；S5、根据二级优化的最优解集，求出单一最优解，获得风电、光伏、储能、冷能和热能等多种能源设备的规划容量。2.根据权利要求1所述的一种零碳园区综合能源规划仿真方法，其特征在于，S5完成后，计算单一最优解在对应的储典型年每个小时的各类能源调度策略，根据单一最优解以及其S4得到的储能调度策略，对典型年每个小时的各类能量进行仿真运行，获得每个小时源网荷储的能量平衡情况，检查单一最优解是否合理。3.根据权利要求1所述的一种零碳园区综合能源规划仿真方法，其特征在于，所述S2中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宗尧，陈志彤，张辉辉，白梅芳，胡少轶，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：