一种灵活运行的综合能源系统多目标优化运行方法技术方案

本发明专利技术公开了一种灵活运行的综合能源系统多目标优化运行方法。本发明专利技术按照下述步骤进行：首先建立综合能源系统多目标协调优化运行模型；然后基于多代理的综合能源系统多目标优化运行求解方法，将调度周期所有时段设置为总代理，基于多元负荷特性提出时段子代理划分方法，按时段划分为多个时段子代理，降低变量维度。本发明专利技术提出综合能源系统协调优化运行方法，得到综合能源系统最优运行策略Pareto最优解集，降低综合运行成本，减少污染气体排放量，提高系统运行灵活性，提高综合能源利用率。提高综合能源利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种灵活运行的综合能源系统多目标优化运行方法


[0001]本专利技术涉及综合能源系统优化运行领域，更具体地说，是涉及一种灵活运行的综合能源系统多目标优化运行方法。

技术介绍

[0002]随着全球化石能源逐渐枯竭以及气候问题日益严峻，世界能源供应以及可持续发展均面临巨大的挑战。综合能源系统由多种能源形式的子系统组成，包括电力系统、天然气系统、热力系统，其能够有效耦合利用各子系统多类能源，满足系统内电负荷、热负荷、冷负荷、气负荷需求。
[0003]综合能源系统集成了各个供能系统，能够有效消纳风能、太阳能、地热能、生物质能等可再生能源，不仅能够降低化石能源消耗量，而且能够减少污染气体排放，有效实现多类能源跨领域高质量梯级利用。综合能源系统运行策略优劣与否，直接影响系统内能源利用效率、可再生能源消纳量、系统运营成本以及污染气体排放量的多少。
[0004]综合能源系统内包括能源生产设备、能源转换设备、能源存储设备和负荷，能源生产设备有风力发电、光伏发电、燃气轮机、燃气锅炉、热泵等；能源转换设备有电锅炉、电制冷机、冰蓄冷空调、吸收式制冷机等；能源存储设备有储电设备、储热设备、储冷设备、储气设备；负荷按使用对象有工业、商业和居民负荷，按负荷品种分为电负荷、热负荷、冷负荷和气负荷。能源生产设备、能源转换设备和能源存储设备赋予综合能源系统灵活运行的天然特性，多种能源耦合、转换、存储，使综合能源系统有丰富的运行组合方式，灵活性能够反映综合能源系统应对系统内各类负荷波动的能力，因此，灵活性指标是综合能源系统运行策略的重要指标之一。
[0005]现有的综合能源系统优化运行方法大多数以经济性作为单目标优化，当同时考虑经济性和环保性多目标优化时，利用权重系数将经济性目标和环保性目标加权转换为单目标问题，只能通过调整权重系数，得到某一种运行策略，这样将失去解的多样性和全面性，无法提供更多的备选方案，不能满足决策者的多角度需求。
[0006]综上所述，综合考虑经济性、环保性以及灵活性，开展综合能源系统多目标优化运行研究具有重要意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足，提供一种同时具有多样性和全面性的灵活运行的综合能源系统多目标优化运行方法。
[0008]本专利技术一种灵活运行的综合能源系统多目标优化运行方法，按照下述步骤进行：
[0009]1.首先建立综合能源系统多目标协调优化运行模型：
[0010]1.1确定目标函数
[0011]综合能源系统多目标协调优化运行的目标函数包括三个独立目标，如下式所示：
[0012]min F(x)＝[f1(x),f2(x),f3(x)]T
[0013]其中F(x)为综合能源能源系统的多目标协调优化运行目标函数，以综合能源系统运行成本最小、碳排放量最少和灵活性指标最大为目标进行优化；f1(x)为综合能源系统运行成本最小目标函数，包括：风机、光伏、电转气设施、热电联产设施、燃气锅炉、电锅炉、储能设备、制冷设备的设备运行维护成本；f2(x)为综合能源系统污染气体排放量最小目标函数，天然气和电力消耗产生的污染物排放；f3(x)为综合能源系统灵活性指标目标函数；x为系统运行优化决策变量，包括：综合能源系统风机、光伏、燃气锅炉、储能设备等设备的输出功率、能源输入功率、储能设备充放功率；
[0014]所述综合能源系统运行成本最小目标函数f1(x)如下式所示；
[0015][0016]式中，T为调度运行周期总时段数；为时段t综合能源系统设备运行维护成本；为时段t综合能源系统的能源购置成本；
[0017][0018]式中，i为能源供应生产设备编号；Ω1为能源供应生产设备集合；为第i个能源供应生产设备的单位输出能量的运行维护成本；为时段t第i个能源供应生产设备的输出能量；j为储能设备编号；Ω2为储能设备集合；为第j个储能设备的单位充放电功率的运行维护成本，为时段t第j个储能设备的充放电功率；
[0019]综合能源系统的能源购置成本包括电力购买成本和天然气购买成本，如下式所示，默认系统只能从电网购电不向电网售电；
[0020][0021]式中，C
e,t
、C
g,t
分别为时段t的电力购买单价和天然气购买单价；P
e,t
、G
g,t
分别为时段t综合能源系统的电力和天然气购买量；
[0022]所述综合能源系统运行污染气体排放量f2(x)如下式所示。
[0023][0024][0025][0026][0027][0028]式中，E
t,CO
为时段t的CO排放量；为时段t的CO2排放量；为时段t的SO2排放量；E
t,NOx
为时段t的NOx排放量；P
e,t
为时段t综合能源系统从电网的电力购买量；Ω3为消耗天然气的能源供应生产设备集合；G
g,i,t
为时段t第i个消耗天然气的能源供应生产设备的
天然气购买量；G
gL,o,t
为时段t其他天然气负荷功率；α
e,CO
、和α
e,NOx
分别为消耗电能所产生的污染气体CO、CO2、SO2和NOx的排放系数；α
g,i,CO
、和α
g,i,NOx
分别为第i个消耗天然气的能源供应生产设备产生的污染气体CO、CO2、SO2和NOx的排放系数；α
g,o,CO
、和α
g,o,NOx
分别为除消耗天然气的能源供应生产设备以外其他消耗天然气所产生的污染气体CO、CO2、SO2和NOx的排放系数；
[0029]所述；f3(x)综合能源系统灵活性指标目标函数如下式：
[0030]f3(x)＝FLE
ESS
+P
wr,e
+G
wr,g
[0031]式中，FLE
ESS
为储能设备利用指标；P
wr,e
为调度周期内综合能源系统与上级电网的交互功率波动率；G
wr,g
为调度周期内综合能源系统与天然气网的交互功率波动率；
[0032][0033]式中，为储能设备的额定容量；
[0034][0035]式中，P
e,max
为调度周期内综合能源系统与上级电网的交互功率的最大值；为调度周期内综合能源系统与上级电网的交互功率的平均值；
[0036][0037]式中，G
g,max
为调度周期内综合能源系统与上级电网的交互功率的最大值；为调度周期内综合能源系统与天然气网的交互功率的平均值；
[0038]1.2约束条件
[0039](1)电功率平衡约束
[0040][0041]式中，Ω4为产生电能的能源供应生产设备集合；Ω5为储电设备集合；Ω6为消耗电能的能源供应生产设备集合；P
e,i,t
为时段本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种灵活运行的综合能源系统多目标优化运行方法，其特征是，按照下述步骤进行：一、首先建立综合能源系统多目标协调优化运行模型：1.1确定目标函数综合能源系统多目标协调优化运行的目标函数包括三个独立目标，如下式所示：min F(x)＝[f1(x),f2(x),f3(x)]
T
其中F(x)为综合能源能源系统的多目标协调优化运行目标函数，以综合能源系统运行成本最小、碳排放量最少和灵活性指标最大为目标进行优化；f1(x)为综合能源系统运行成本最小目标函数，包括：风机、光伏、电转气设施、热电联产设施、燃气锅炉、电锅炉、储能设备、制冷设备的设备运行维护成本；f2(x)为综合能源系统污染气体排放量最小目标函数，天然气和电力消耗产生的污染物排放；f3(x)为综合能源系统灵活性指标目标函数；x为系统运行优化决策变量，包括：综合能源系统风机、光伏、燃气锅炉、储能设备等设备的输出功率、能源输入功率、储能设备充放功率；所述综合能源系统运行成本最小目标函数f1(x)如下式所示；式中，T为调度运行周期总时段数；为时段t综合能源系统设备运行维护成本；为时段t综合能源系统的能源购置成本；式中，i为能源供应生产设备编号；Ω1为能源供应生产设备集合；为第i个能源供应生产设备的单位输出能量的运行维护成本；为时段t第i个能源供应生产设备的输出能量；j为储能设备编号；Ω2为储能设备集合；为第j个储能设备的单位充放电功率的运行维护成本，为时段t第j个储能设备的充放电功率；综合能源系统的能源购置成本包括电力购买成本和天然气购买成本，如下式所示，默认系统只能从电网购电不向电网售电；式中，C
e,t
、C
g,t
分别为时段t的电力购买单价和天然气购买单价；P
e,t
、G
g,t
分别为时段t综合能源系统的电力和天然气购买量；所述综合能源系统运行污染气体排放量f2(x)如下式所示。(x)如下式所示。(x)如下式所示。(x)如下式所示。
式中，E
t,CO
为时段t的CO排放量；为时段t的CO2排放量；为时段t的SO2排放量；E
t,NOx
为时段t的NOx排放量；P
e,t
为时段t综合能源系统从电网的电力购买量；Ω3为消耗天然气的能源供应生产设备集合；G
g,i,t
为时段t第i个消耗天然气的能源供应生产设备的天然气购买量；G
gL,o,t
为时段t其他天然气负荷功率；α
e,CO
、和分别为消耗电能所产生的污染气体CO、CO2、SO2和NOx的排放系数；α
g,i,CO
、和分别为第i个消耗天然气的能源供应生产设备产生的污染气体CO、CO2、SO2和NOx的排放系数；α
g,o,CO
、、和分别为除消耗天然气的能源供应生产设备以外其他消耗天然气所产生的污染气体CO、CO2、SO2和NOx的排放系数；所述；f3(x)综合能源系统灵活性指标目标函数如下式：f3(x)＝FLE
ESS
+P
wr,e
+G
wr,g
式中，FLE
ESS
为储能设备利用指标；P
wr,e
为调度周期内综合能源系统与上级电网的交互功率波动率；G
wr,g
为调度周期内综合能源系统与天然气网的交互功率波动率；式中，为储能设备的额定容量；式中，P
e,max
为调度周期内综合能源系统与上级电网的交互功率的最大值；为调度周期内综合能源系统与上级电网的交互功率的平均值；式中，G
g,max
为调度周期内综合能源系统与上级电网的交互功率的最大值；为调度周期内综合能源系统与天然气网的交互功率的平均值；1.2约束条件(1)电功率平衡约束式中，Ω4为产生电能的能源供应生产设备集合；Ω5为储电设备集合；Ω6为消耗电能的能源供应生产设备集合；P
e,i,t
为时段t第i个产生电能的能源供应生产设备发出的电功率；P
e,j,ES
‑
dis,t
为时段t第j个储电设备放电功率；P
e,k,t
为时段t第k个消耗电能的能源供应设备消耗的电功率；P
eL,t
为时段t的其他电负荷；P
e,j,ES
‑
ch,t
为时段t第j个储电设备的充电功率；(2)热功率平衡约束
式中，Ω7为产生热能的能源供应生产设备集合；Ω8为储热设备集合；Ω9为消耗热能的能源供应生产设备集合；Q
q,i,t
为时段t第i个产生热能的能源供应生产设备发出的热功率；Q
q,j,HS
‑
dis,t
为时段t第j个储热设备放热功率；Q
q,k,t
为时段t第k个消耗热能的能源供应生产设备的热负荷；Q
qL,t
为时段t的热负荷；Q
q,j,HS
‑
ch,t
为时段t第j个储热设备的充热功率；(3)冷功率平衡约束式中，Ω
10
为产生冷能的能源供应生产设备集合；Ω
11
为储冷设备集合；C
c,i,t
为时段t第i个产生冷能的能源供应生产设备发出的冷功率；C
c,j,CS
‑
dis,t
为时段t第j个储冷设备放冷功率；C
cL,t
为时段t的冷负荷；C
c,j,CS
‑
ch,t
为时段t第j个储冷设备的充冷功率；(4)天然气功率平衡约束式中，Ω3为消耗天然气的能源供应生产设备集合；Ω
12
为储气设备集合；G
g,t,s,h
为时段t的天然气功率；G
g,P2G,t
为时段t电转气设备产生的的天然气功率；G
g,i,GS
‑
dis,t
为时段t第j个储气设备放气功率；G
g,i,t
为时段t第i个消耗天然气的能源供应生产设备的天然气功率；G
gL,o,t
为时段t其他天然气负荷功率；G
g,i,GS
‑
ch,t
为时段t第j个储气设备的充气功率；(5)能源生产转换设备运行约束P
imin
≤P
i,t
≤P
imax i∈Ω1式中，P
imin
、P
imax
分别为第i个能源生产转换设备的运行功率下限和上限值，P
i,t
为第t时刻第i个能源生产转换设备的运行功率。(6)储能设备运行约束(6)储能设备运行约束(6)储能设备运行约束(6)储能设备运行约束P
k,t,ESS
‑
dis
P
k,t,ESS
‑
ch
＝0E
k,0,ESS
＝E
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵号，马麟，刘剑，李学斌，陈世龙，刘晓鸥，
申请(专利权)人：天津津电供电设计所有限公司，
类型：发明
国别省市：