一种乡村综合能源系统多目标优化调度方法技术方案

一种乡村综合能源系统多目标优化调度方法，包括以下步骤：S1、采集乡村综合能源系统中各能源设备的参数及各能源负荷数据；S2、构建电、热、气能量平衡关系、交互约束集、能源设备能源输出约束集和储能约束集；S3、基于电、热、气能量平衡关系、交互约束集、能源设备能源输出约束集和储能约束集，构建乡村综合能源系统多目标优化调度函数；S4、基于乡村综合能源系统各能源设备的参数及各能源负荷数据，针对乡村综合能源系统优化调度多目标函数，构建马尔可夫决策模型；S5、针对建立的马尔可夫决策模型，通过迭代策略法进行求解，形成乡村综合能源系统多目标优化调度方案。本发明专利技术能有效减少系统运行成本，提高供能可靠性，减小交互功率波动。波动。波动。

【技术实现步骤摘要】
一种乡村综合能源系统多目标优化调度方法


[0001]本专利技术涉及多能源优化调度领域，具体是涉及一种乡村综合能源系统多目标优化调度方法。

技术介绍

[0002]随着经济和科技的进步，世界范围内对能源的消耗越来越大，传统化石能源的枯竭与环境污染问题对人类的发展产生了挑战。如何提升能源的利用效率，充分发挥能源利用价值是解决能源问题的有效途径之一。随着能源和环境问题的日益凸显，综合能源系统成为社会关注的重点。近年来，国家乡村振新战略持续推进，乡村经济社会发展突飞猛进。乡村经济和社会发展对电、热、气等多种能源供应提出了更高的要求。如何对乡村综合能源系统进行优化调度，减少系统运行成本，提高供能可靠性，减小交互功率波动，让整个乡村综合能源系统以综合效益最优为目的运行，这对助力农村相关产业加速数字化转型，加快新农村建设具有十分重要的意义。
[0003]国内外专家学者在综合能源系统建模以及优化调度方面展开了调查研究并取得了诸多成果。徐航等人通过对综合能源系统中的能量生产设备、能量转换设备以及能量存储设备进行建模，以日运行费用最低为优化目标，在冷热电功率平衡约束以及设备物理约束下，采用混合整数线性规划法对模型进行求解，从而给出了一种考虑能量梯级利用的工厂综合能源系统多能协同优化方法；陈维荣针对区域综合能源系统的弃风弃光问题和经济成本最优问题，提出一种考虑P2G两阶段模型的区域综合能源系统优化调度方法。Shahidehpour M等人在机组组合安全约束(security constrained unit commitment，SCUC)问题中考虑了天然气传输约束，探究了天然气、电力耦合网络中的最优机组组合问题。Qadrdan M等人考虑了风电预测的不确定性，采用不同的规划方法研究比较了英国电力和天然气综合能源系统的多种运行策略，结果表明采用随机规划法能够降低电
‑
气IES的运行成本。对于电
‑
热IES，Li Z等人提出了一种计及风电和热网动态特性的电
‑
热IES耦合调度模型，仿真结果表明了该模型能够降低系统的运行成本，提高风电利用率和系统的运行灵活性。上述方法只单一的考虑了一种优化目标，缺乏对综合能源系统优化目标的综合考虑。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，克服上述
技术介绍
的不足，提供一种乡村综合能源系统多目标优化调度方法，能有效减少系统运行成本，提高供能可靠性，减小交互功率波动。
[0005]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是，一种乡村综合能源系统多目标优化调度方法，包括以下步骤：
[0006]S1、采集乡村综合能源系统中各能源设备的参数及各能源负荷数据；
[0007]S2、考虑乡村综合能源系统的能量交互，构建电、热、气能量平衡关系、交互约束
集、能源设备能源输出约束集和储能约束集；
[0008]S3、基于电、热、气能量平衡关系、交互约束集、能源设备能源输出约束集和储能约束集，构建乡村综合能源系统多目标优化调度函数；
[0009]S4、基于乡村综合能源系统各能源设备的参数及各能源负荷数据，针对所建立的乡村综合能源系统优化调度多目标函数，构建马尔可夫决策模型；
[0010]S5、针对建立的马尔可夫决策模型，通过迭代策略法进行求解，形成乡村综合能源系统多目标优化调度方案。
[0011]进一步，步骤S1中，所述各能源设备包括：风机、光伏设备、燃气轮机、燃气锅炉、电锅炉、电转气装置、粪污处理生成装置、碳补集装置和储能装置，储能装置包括储电设备、储热设备和储气设备。
[0012]进一步，步骤S2中，所述电、热、气的能量平衡关系为：
[0013][0014]式中：P
gird,t
为t时刻与主网交互的电功率，P
wind,t
为t时刻的风机发电功率，P
pv,t
为t时刻的光伏设备发电功率，P
MT,t
为t时刻的燃气轮机发电功率，P
si,t
为t时刻储电设备对电的储能充放量，正数为放能状态，负数为储能状态，P
ij,ex
(t)为t时刻子系统i与其他乡村综合能源系统中的子系统j之间交互的电功率，P
exc,t
为t时刻粪污处理生成装置耗电功率，P
EB,t
为t时刻电锅炉耗电功率，P
P2G,t
为t时刻电转气装置耗电功率，P
CCS,t
为t时刻碳补集装置耗电功率，P
load,t
为t时刻各子系统消耗的电功率；
[0015]H
gird,t
为t时刻与主网交互的热量，H
MT,t
为t时刻燃气轮机产热量，H
FB,t
为t时刻燃气锅炉产热量，H
EB,t
为t时刻电锅炉产热量，H
si,t
为t时刻储热设备对热的储能充放量，正数为放能状态，负数为储能状态，H
ij,ex
(t)为t时刻子系统i与其他乡村综合能源系统中的子系统j之间交互的热量，H
load,t
为t时刻各子系统消耗的热量；
[0016]Q
gird,t
为t时刻与主网交互的天然气量，Q
P2G,t
为t时刻电转气装置的天然气产量，Q
exc,t
为t时刻粪污处理生成装置的天然气产量，Q
si,t
为t时刻储气设备对气的储能充放量，正数为放能状态，负数为储能状态，Q
ij,ex
(t)为t时刻子系统i与其他乡村综合能源系统中的子系统j之间交互的天然气量，Q
FB,t
为t时刻燃气锅炉消耗的天然气量，Q
MT,t
为t时刻燃气轮机消耗的天然气量，Q
load,t
为t时刻各子系统消耗的天然气量。
[0017]进一步，步骤S2中，所述交互约束集为：
[0018][0019][0020]式中：x∈{P,H,Q}，x∈P时，x
gird,t
为t时刻与主网交互的电功率，x
ij,ex
(t)为t时刻子系统i与其他乡村综合能源系统中的子系统j之间交互的电功率；x∈H时，x
gird,t
为t时刻与主网交互的热量，x
ij,ex
(t)为t时刻子系统i与其他乡村综合能源系统中的子系统j之间交互的热量；x∈Q时，x
gird,t
为t时刻与主网交互的天然气量，x
ij,ex
(t)为t时刻子系统i与其他乡村综合能源系统中的子系统j之间交互的天然气量；0≤t≤T，T是调度周期。
[0021]进一步，步骤S2中，所述能源设备能源输出约束集为：
[0022][0023][0024][0025]式中：P
x,t
为t时刻的能源设备x发电功率，x∈{wind,pv,MT,si}，x∈wind本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种乡村综合能源系统多目标优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采集乡村综合能源系统中各能源设备的参数及各能源负荷数据；S2、考虑乡村综合能源系统的能量交互，构建电、热、气能量平衡关系、交互约束集、能源设备能源输出约束集和储能约束集；S3、基于电、热、气能量平衡关系、交互约束集、能源设备能源输出约束集和储能约束集，构建乡村综合能源系统多目标优化调度函数；S4、基于乡村综合能源系统各能源设备的参数及各能源负荷数据，针对所建立的乡村综合能源系统优化调度多目标函数，构建马尔可夫决策模型；S5、针对建立的马尔可夫决策模型，通过迭代策略法进行求解，形成乡村综合能源系统多目标优化调度方案。2.如权利要求1所述的乡村综合能源系统多目标优化调度方法，其特征在于：步骤S1中，所述各能源设备包括：风机、光伏设备、燃气轮机、燃气锅炉、电锅炉、电转气装置、粪污处理生成装置、碳补集装置和储能装置，储能装置包括储电设备、储热设备和储气设备。3.如权利要求2所述的乡村综合能源系统多目标优化调度方法，其特征在于：步骤S2中，所述电、热、气的能量平衡关系为：式中：P
gird,t
为t时刻与主网交互的电功率，P
wind,t
为t时刻的风机发电功率，P
pv,t
为t时刻的光伏设备发电功率，P
MT,t
为t时刻的燃气轮机发电功率，P
si,t
为t时刻储电设备对电的储能充放量，正数为放能状态，负数为储能状态，P
ij,ex
(t)为t时刻子系统i与其他乡村综合能源系统中的子系统j之间交互的电功率，P
exc,t
为t时刻粪污处理生成装置耗电功率，P
EB,t
为t时刻电锅炉耗电功率，P
P2G,t
为t时刻电转气装置耗电功率，P
CCS,t
为t时刻碳补集装置耗电功率，P
load,t
为t时刻各子系统消耗的电功率；H
gird,t
为t时刻与主网交互的热量，H
MT,t
为t时刻燃气轮机产热量，H
FB,t
为t时刻燃气锅炉产热量，H
EB,t
为t时刻电锅炉产热量，H
si,t
为t时刻储热设备对热的储能充放量，正数为放能状态，负数为储能状态，H
ij,ex
(t)为t时刻子系统i与其他乡村综合能源系统中的子系统j之间交互的热量，H
load,t
为t时刻各子系统消耗的热量；Q
gird,t
为t时刻与主网交互的天然气量，Q
P2G,t
为t时刻电转气装置的天然气产量，Q
exc,t
为t时刻粪污处理生成装置的天然气产量，Q
si,t
为t时刻储气设备对气的储能充放量，正数为放能状态，负数为储能状态，Q
ij,ex
(t)为t时刻子系统i与其他乡村综合能源系统中的子系统j之间交互的天然气量，Q
FB,t
为t时刻燃气锅炉消耗的天然气量，Q
MT,t
为t时刻燃气轮机消耗的天然气量，Q
load,t
为t时刻各子系统消耗的天然气量。4.如权利要求1或2所述的乡村综合能源系统多目标优化调度方法，其特征在于：步骤S2中，所述交互约束集为：S2中，所述交互约束集为：
式中：x∈{P,H,Q}，x∈P时，x
gird,t
为t时刻与主网交互的电功率，x
ij,ex
(t)为t时刻子系统i与其他乡村综合能源系统中的子系统j之间交互的电功率；x∈H时，x
gird,t
为t时刻与主网交互的热量，x
ij,ex
(t)为t时刻子系统i与其他乡村综合能源系统中的子系统j之间交互的热量；x∈Q时，x
gird,t
为t时刻与主网交互的天然气量，x
ij,ex
(t)为t时刻子系统i与其他乡村综合能源系统中的子系统j之间交互的天然气量；0≤t≤T，T是调度周期。5.如权利要求2所述的乡村综合能源系统多目标优化调度方法，其特征在于：步骤S2中，所述能源设备能源输出约束集为：中，所述能源设备能源输出约束集为：中，所述能源设备能源输出约束集为：式中：P
x,t
为t时刻的能源设备x发电功率，x∈{wind,pv,MT,si}，x∈wind时，P
x,t
为t时刻的风机发电功率，x∈pv时，P
x,t
为t时刻的光伏设备电功率，x∈MT时，P
x,t
为t时刻的燃气轮机电功率，x∈si时，P
x,t
为t时刻储电设备对电的储能充放量；H
y,t
为t时刻能源设备y产热量，y∈{MT,FB,EB,si}，y∈MT时，H
y,t
为t时刻燃气轮机产热量，y∈FB时，H
y,t
为t时刻燃气锅炉产热量，y∈EB时，H
y,t
为t时刻电锅炉产热量，y∈si时，H
y,t
为t时刻储热设备对热的储能充放量；Q
z,t
为t时刻能源设备z的天然气产量，z∈{P2G,exc,si}，z∈P2G时，Q
z,t
为t时刻电转气装置的天然气产量，z∈exc时，Q
z,t
为t时刻粪污处理生成装置的天然气产量，z∈si时，Q
z,t
为t时刻储气设备对气的储能充放量。6.如权利要求2所述的乡村综合能源系统多目标优化调度方法，其特征在于：步骤S2中，所述储能约束集为：0≤x
si,t
≤SOC
N
；；；式中：x
si,t
为储能装置x在t时刻所储存或释放的能量，SOC
N
为储能装置x的额定储能容量，x∈{P,H,Q}，x∈P时，x
si,t
为t时刻储电设备对电的储能充放量；x∈H时，x
si,t
为t时刻储热设备对热的储能充放量；x∈Q时，x
si,t
为t时刻储气设备对气的储能充放量；为t时刻储能装置x的蓄能功率，为储能装置x的蓄能功率的最大值，是引入的0
‑
1状态变量，为1时表示储能设备x处于蓄能状态，为0时表示储能设备x处于放能状态；为t时刻储能装置x的放能功率，为储能装置x的放能功率的最大值；是引入的0
‑
1状态变量，为1时表示储能设备x处于放能状态，为0时表示储能设备x处于蓄能状态。7.如权利要求2所述的乡村综合能源系统多目标优化调度方法，其特征在于：步骤S3中，所述多目标函数包括乡村综合能源系统运行成本最低目标函数、乡村综合能源系统供能可靠性最高目标函数和乡村综合能源系统交互功率波动最小目标函数；所述乡村综合能源系统运行成本最低目标函数为：
式中：f1为乡村综合能源系统运行成本；Me(t)为乡村综合能源系统在t时刻的运行费用；M1(t)为乡村综合能源系统与主网的交互成本；M2(t)为乡村综合能源系统相邻子系统之间的交互成本；其中，运行费用Me(t)包括设备的运行维护费用M
om
以及燃料费用M
fuel
，具体表达式为：式中：T为设备的总运行小时数；I为设备的数量；a
i
为设备的单位可变运行维护成本；P
x,t
为t时刻的能源设备x发电功率，H
y,t
为t时刻能源设备y产热量，Q
z,t
为t时刻粪污处理生成装置的天然气产量；J为输入能源的类型总数；为第j种能源在t时刻的价格，能源包括电能、热能和气能；为第j种能源在t时刻的使用量；所述设备是指各能源设备；交互成本M1(t)、M2(t)由下式可得：(t)由下式可得：式中：N表示乡村综合能源系统所包含的子系统个数；式中：N表示乡村综合能源系统所包含的子系统个数；分别为t时刻购电、购热、购气价格；P
gird,t
、H
gird,t
、Q
gird,t
分别为t时刻与主网交互的电功率、热量、天然气量，γ1、γ2、γ3分别为相邻子系统交互的电、热、气单位成本；P
ij,ex
(t)、H
ij,ex
(t)、Q
ij,ex
(t)分别为t时刻子系统i与其他乡村综合能...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜飞，易子木，刘利波，肖昌麟，何振武，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：