一种基于随机优化的多区互联综合能源系统规划方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于随机优化的多区互联综合能源系统规划方法，涉及能源互联网规划技术领域。首先，在虚拟能源枢纽的基础上，对多区互连的综合能源系统进行建模。然后，基于能量传输扩展模型，建立了考虑虚拟能源枢纽的多个能源枢纽的关联模型。进一步提出了路径规划的双层随机优化算法，外层确定能量网络候选集，内层确定不确定场景下成本最优的设备容量。本发明专利技术提供的方法可以给出多区能源互联网的装机容量和拓扑结构，所提出的规划算法大大提高了规划效率，相关规划结果有助于提高能效、降低碳排、提高能源互联网的经济效益。提高能源互联网的经济效益。提高能源互联网的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于随机优化的多区互联综合能源系统规划方法


[0001]本专利技术涉及能源互联网规划
，具体涉及一种基于随机优化的多区互联综合能源系统规划方法。

技术介绍

[0002]随着化石燃料的日益枯竭，能源的优化和经济利用愈发得到重视，这促使了能源互联网的发展。能源互联网是一个集综合能源和信息技术于一体的能源系统，主要由可再生能源驱动，而能源枢纽(Energy Hub，EH)则是能量互联网中实现能量分配和路径优化的关键设备。在能源互联网环境下，不同的能量载体之间形成强耦合，一方面提高了能源利用率，但另一方面，能源互联网的优化调度问题也成为难点。因此，能源互联网的规划与调度问题值得进一步研究。
[0003]近年来，能源互联网的研究主要集中在两个领域。一是能源互联网的多能互补特性建模，二是能源互联网的协调规划与调度。在文献Modelling of integrated multi
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energy systems:drivers,requirements,and opportunities P.Mancarella,G.Andersson,J.A.and K.R.W.Bell Proceedings PSCC,Geneoa,June 2016[C]中，p.Mancarella等人讨论了影响综合能源系统建模的因素及其实用性，并提出了一种多时间尺度模型。在文献Optimal Expansion Planning of Energy Hub With Multiple Energy Infrastructures[J].IEEE Transactions on Smart Grid,2017,6(5)中提出了多能源枢纽最优扩展规划模型，以最大化投资收益。在文献Hierarchical management for integrated community energy systems[J].Applied Energy,2015,160(DEC.15)中，根据热电联产系统运行方式的不同，包括完全解耦、部分解耦和全耦合，研究了混合潮流计算方法。在能源互联网中，新能源出力具有很强的随机性。文献Research on Structure and Energy Management Strategy ofHousehold Energy Router Based on Hybrid Energy Storage[C]//2019IEEE Power&Energy Society Innovative Smart Grid Technologies Conference(ISGT).IEEE,2019中建立考虑了多能源储能装置的能源互联网模型，并对系统的新能源承载能力做出分析。
[0004]能源互联网规划可以分为宏观和微观两个层面。宏观层面上，其目标是根据区域的资源配置和经济发展状况，确定区域工业园区的选址布局。微观层面上，目标是通过能源装置的选择、安装和调整，以及能源装置的建设和扩展，实现能源系统的合理运行。学界在微观层面上展开了大量研究。文献基于CCHP耦合的电力、天然气区域综合能源系统优化规划[J].电网技术,2018,42(8)对含冷热电负荷的能源互联网进行规划，并从目标、约束和影响因素三个方面建立了规划模型。文献A Novel Power System Source
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Grid
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Load Coordinated Planning Model Considering Both Efficiency PowerPlant andDemandResponse[C]//2018提出了考虑不确定性和多智能体博弈的配网与负荷协同规划问题，并运用博弈论和鲁棒优化求解。文献Research on Modes of Energy Utilization in Regional Energy Internet[C]//2018:38
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42提出了能量广域网的概念，提出虚拟能源
枢纽(virtual energyhub，VEH)来对多区能源互联网进行建模，但该研究侧重于VEH的规划，未考虑多个EH之间的路径建设费用，因而未能实现多个能源枢纽之间的能量路径优化。能源枢纽作为一种重要的能量互联网技术，在一定的地理范围内实现电网的能量路由和信息互联。虚拟能源枢纽可以连接多个孤立的能源枢纽，扩大能源互联网的规模，然而考虑不确定性的多能源最优分配问题尚待解决。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题，在于提供一种基于随机优化的多区互联综合能源系统规划方法，通过建立虚拟能源枢纽中多个能源枢纽的关联模型，并提出路由算法来筛选多区能源互联网系统规划的候选集并制定求解策略，从而解决不确定性的多能源最优分配问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：
[0007]本专利技术一种基于随机优化的多区互联综合能源系统规划方法，应用于多区能源互联网系统MREI，一所述多区能源互联网系统MREI包括至少两个综合能源系统IES，在所述多区能源互联网系统MREI中，所述综合能源系统IES通过电、热和天然气网络连接；一所述综合能源系统IES包括至少两个能源枢纽EH，所述综合能源系统IES通过所述能源枢纽EH相互协调以实现多能源的互补，虚拟能源枢纽VEH用于集中管理所述能源枢纽EH，所述方法包括如下步骤：
[0008]步骤10、以矩阵形式建立对所述能源枢纽EH进行建模，用于分析每个所述能源枢纽EH中多个能量的转换、储存和分配，所述能源枢纽EH包括供应侧、转换侧和负荷侧，所述矩阵将多个能量的输入、转换和输出联系在一起，反映了所述能源枢纽EH中多个能量网络之间的耦合；
[0009]步骤20、建立虚拟能源枢纽VEH中多个能源枢纽EH的关联模型，所述关联模型是虚拟能源枢纽VEH中多个虚拟能源枢纽EH位置与容量之间的相关方程；
[0010]步骤30、将每个能源枢纽EH简化为节点，确定节点之间的直线距离，并给定能源枢纽EH之间的联络能流种类，构造电/热/气的节点集V
e
、V
h
、V
g
，定义为与其他能源枢纽EH有电/热/气联络的能源枢纽EH集合，将多区能源互联网系统MREI进行解耦得到电网、热网和天然气网，三个网架均需满足连通性约束；
[0011]步骤40、以设备参数和线路参数为变量建立MREI的规划模型，所述规划模型的目标函数为最小化MREI的年成本；
[0012]步骤50、将电/热/气网络最小生成树和所有n
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1最小生成树的集合作为MREI拓扑结构候选集，其中，n为网络中的节点数量；将所述MREI拓扑结构候选集通过粒子群算法进行路径优化从而选择能量到达目的地的最佳路径，通过随机情景的目标函数期望值计算得到每个粒子计算总成本，当粒子群收敛时，重新初始化粒子群，路径优化的结果即为最优拓扑结构以及最优装机容量。
[0013]进一步地，所述步骤50中具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于随机优化的多区互联综合能源系统规划方法，其特征在于：应用于多区能源互联网系统MREI，一所述多区能源互联网系统MREI包括至少两个综合能源系统IES，在所述多区能源互联网系统MREI中，所述综合能源系统IES通过电、热和天然气网络连接；一所述综合能源系统IES包括至少两个能源枢纽EH，所述综合能源系统IES通过所述能源枢纽EH相互协调以实现多能源的互补，虚拟能源枢纽VEH用于集中管理所述能源枢纽EH，所述方法包括如下步骤：步骤10、以矩阵形式建立对所述能源枢纽EH进行建模，用于分析每个所述能源枢纽EH中多个能量的转换、储存和分配，所述能源枢纽EH包括供应侧、转换侧和负荷侧，所述矩阵将多个能量的输入、转换和输出联系在一起，反映了所述能源枢纽EH中多个能量网络之间的耦合；步骤20、建立虚拟能源枢纽VEH中多个能源枢纽EH的关联模型，所述关联模型是虚拟能源枢纽VEH中多个虚拟能源枢纽EH位置与容量之间的相关方程；步骤30、将每个能源枢纽EH简化为节点，确定节点之间的直线距离，并给定能源枢纽EH之间的联络能流种类，构造电/热/气的节点集V
e
、V
h
、V
g
，定义为与其他能源枢纽EH有电/热/气联络的能源枢纽EH集合，将多区能源互联网系统MREI进行解耦得到电网、热网和天然气网，三个网架均需满足连通性约束；步骤40、以设备参数和线路参数为变量建立MREI的规划模型，所述规划模型的目标函数为最小化MREI的年成本；步骤50、将电/热/气网络最小生成树和所有n
‑
1最小生成树的集合作为MREI拓扑结构候选集，其中，n为网络中的节点数量；将所述MREI拓扑结构候选集通过粒子群算法进行路径优化从而选择能量到达目的地的最佳路径，通过随机情景的目标函数期望值计算得到每个粒子计算总成本，当粒子群收敛时，重新初始化粒子群，路径优化的结果即为最优拓扑结构以及最优装机容量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤50中具体包括：步骤5a、生成MREI拓扑结构候选集，所述MREI拓扑结构候选集为电/热/气网络最小生成树和所有n
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1最小生成树的集合；步骤5b、拓扑结构初始化；步骤5c、粒子群初始化；步骤5d、对每个粒子计算总成本；步骤5e、求得最低总成本及对应的粒子；步骤5f、更新粒子速度及位置；步骤5g、判断粒子...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇腾，陈可，黄海潮，谢裕清，应张驰，陈珊，王玲，于浩，王嘉琦，陈岸青，王达琳，钟晓颖，
申请(专利权)人：国网信通亿力科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：