一种考虑不确定性的工业负荷多能灵活性评估方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑不确定性的工业负荷多能灵活性评估方法。方法包括：构建考虑产量调整约束的工业负荷中的生产流程的能耗和产量关系模型；使用图论法将生产流程和产物储存仓库关联构建储存和产量要求约束；构建工业负荷的离散状态集合，进行可行区间搜索构建多能可行区间；搜索可行区间获得工业负荷的多能灵活性，实现对多能灵活性的评估。本发明专利技术方法评估出考虑生产不确定性的工业负荷的多能灵活调节能力，可用于调整工业负荷对各种能源形式在运行层面的需求，可用于电力、多能需求响应等多个领域，进而辅助能源系统利用工业负荷的调节能力，加强系统灵活性，支撑能源系统的灵活运行优化调度。灵活运行优化调度。灵活运行优化调度。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑不确定性的工业负荷多能灵活性评估方法


[0001]本专利技术涉及了一种多能灵活性评估方法，具体涉及了一种考虑不确定性的工业负荷多能灵活性评估方法。

技术介绍

[0002]工业负荷是能源系统的重要负荷，也是能源系统中能源消耗占比最高的负荷。随着能源系统的发展，新能源占比的升高需要能源系统能源系统具有更强的灵活性来进行消纳和平衡。因此，在系统运行层面，可以合理利用能源系统中工业负荷的可调节能力来为能源系统提供灵活性。但是工业负荷本身是具有不确定性的，例如产量的波动、订单的变化等。而能源系统需要的灵活资源肯定是确定可控的，否则还会增加灵活调度的负担。目前构建工业负荷参与能源系统灵活互动的稳定可靠方式中，缺乏对工业负荷的多能灵活性进行考虑不确定性的高可靠性研究。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出了一种考虑不确定性的工业负荷多能灵活性评估方法，可以得到工业负荷具有概率值的多能可调节区间，该调节能力能够被能源系统运用到优化调度中，增强能源系统的运行灵活性。
[0004]本专利技术采用的技术方案是：
[0005]本专利技术工业负荷多能灵活性评估方法包括如下步骤：
[0006]1)构建考虑产量调整约束的工业负荷中的生产流程的能耗和产量关系模型。
[0007]2)使用图论法将步骤1)中的工业负荷中的生产流程和产物储存仓库进行关联，构建产物储存仓库的储存约束和基于各个生产流程之间串并联关系的生产流程的产量要求约束。
[0008]3)将工业负荷中的生产流程中的不确定性作为随机变量，将随机变量离散化从而构建工业负荷的各个离散状态集合，每个离散状态集合中包括工业负荷的若干离散状态，根据能耗和产量关系模型，在每个离散状态下对产量调整约束以及产物储存仓库的储存约束和生产流程的产量要求约束进行可行区间搜索从而构建每个离散状态下的多能可行区间以及各自的概率。
[0009]4)根据工业负荷的多能灵活性的预设概率值要求，在各个离散状态下的多能可行区间中搜索满足预设概率值要求的可行区间，获得工业负荷的多能灵活性，从而实现对工业负荷的多能灵活性的评估。
[0010]所述的不确定性是指工业生产过程中的不确定性。工业生产过程中的不确定性是指工业生产过程中由于设备的故障、订单的临时到达或取消、单位产量波动所造成的产量存量的变化、设备参数变动所造成的产量变化等不确定性，这些不确定性对系统的能量流和物料流平衡会造成影响，为了表征这些不确定性，可以在后续的建模过程中使用随机变量进行表示，随机变量的分布可以是根据历史数据得到的经验分布，也可以使用诸如正态
分布、泊松分布等常用的概率分布模型。
[0011]所述的工业负荷中的生产流程是指以车间或者工序为区分的工业生产中的一个环节，划分的标准为不同生产流程之间不存在明显的时间约束，也就是上一道生产流程处理后的物料或者产品可以进行存储，不用立刻进入下一道生产流程。对工业负荷进行生产流程划分有利于工业进行生产管理，不同生产流程生产的是稳定的中间产物或者物料，方便生产管理对不同的生产流程进行排班和人力安排。从设备层面来看，一个生产流程可能只有一种设备，也可能是由多个设备之间组成的加工系统。当该生产流程是由多个设备组成的加工系统时，说明在该生产流程过程中对物料有着严格的时间和顺序约束，也就是某个设备加工完成后，需要在较短时间内进入下一个设备。同时物料在这些设备之间的加工顺序也是有严格要求的。在经过整个加工环节之后，能够进行存储。在许多工业中，已经对生产流程有划分。在此基础上，为了挖掘工业负荷中不同生产流程的灵活性，根据生产流程的耗能
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产量特性，将他们划分为3类，分别为离散生产流程、连续生产流程和灵活生产流程，并建立每一类的能耗和产量关系模型。
[0012]所述的步骤1)中，将工业负荷中的生产流程按照其生产特征进行分类，工业负荷中的生产流程包括离散生产流程、连续生产流程和灵活生产流程，工业负荷中的生产流程的能耗和产量关系模型具体如下：
[0013]离散生产流程的能耗和产量关系模型具体如下：
[0014][0015][0016]其中，IM1表示离散生产流程的产量；c1表示离散生产流程过程中已启动的生产流水线的数量，由于离散生产流程中流水线的数量较少，因此启停数量的不确定性也相对较小，该值为决策变量；表示离散生产流程内单个生产流水线的产量，为已知量；n表示离散生产流程中具有的生产流水线的总数量，为已知量；ME1表示离散生产流程的各种能源消耗列向量，各种能源消耗列向量中包括电力能源、天然气能源、热能等的消耗量；表示离散生产流程内单个生产流水线的各种能源消耗列向量，各种能源消耗列向量中包括电力能源、天然气能源、热能等的消耗量，为已知量。
[0017]所述的离散生产流程是指其能耗和产量只在几个固定的点之间切换。离散生产流程内部的设备往往具有单台功率大、数量少、单体不可调或者调控难度大等特点。针对单体设备或者单个生产流程的调节控制是化工生产过程控制学科重点关注的研究对象，其研究目的为在短时间尺度进行控制，从而稳定生产过程中的各项指标。因此对于该专利关注的小时级别的调节能力来说，此时生产已经达到了一个稳态，也就是离散生产流程的一个固定的工作点。典型的离散生产流程就是化工生产过程中的大部分生产流程，例如冶炼、电解等。当生产需要调整时，此类生产流程只能关闭或启动部分流水线，导致其能耗和产量只能在几个运行点之间切换。
[0018]连续生产流程的能耗和产量关系模型具体如下：
[0019]ME2＝IM2·
C2[0020]其中，ME2表示连续生产流程的各种能源消耗列向量，各种能源消耗列向量中包括电力能源、天然气能源、热能等的消耗量；IM2表示连续生产流程的产量；C2表示连续生产流
程的各种能源能耗和产量的关系，可由连续生产流程内单条生产流水线的单位产量和额定能耗求得，为已知量。
[0021]所述的连续生产流程是指其能耗和产量能够近似在大范围内进行连续调节。连续生产流程内部的单个流水线具有功率小、数量大、不可调等特点。与离散生产流程内部的流水线相比，连续生产流程内部的流水线单体功率更小，因此往往配备了多条相同的流水线来同时生产，实际生产过程中的流水线数量处于20
‑
60个，可以认为其是连续生产流程。典型的连续生产流程是织布和注塑生产流程，一个纺织厂的织布机数量往往在80
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150台这个数量级。这种类型的生产流程也是通过关闭或启动部分流水线来调整产量和能耗。但由于其单体功率小，总量大，是主要的可调节资源之一，因此在评估工业负荷的调节能力时，近似认为能耗与产量的可以进行连续调节。
[0022]灵活生产流程的能耗和产量关系模型具体如下：
[0023]ME3＝IM3·
C3+A3[0024]其中，ME3表示灵活生产流程的各种能源消耗列向量，各种能源消耗列向量中包括电力能源、天然气能源、热能等的消耗量；IM3表示灵活生产流程的产量；C3表示灵活生产流程的各种能源能耗和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑不确定性的工业负荷多能灵活性评估方法，其特征在于：方法包括如下步骤：1)构建考虑产量调整约束的工业负荷中的生产流程的能耗和产量关系模型；2)使用图论法将步骤1)中的工业负荷中的生产流程和产物储存仓库进行关联，构建产物储存仓库的储存约束和生产流程的产量要求约束；3)将工业负荷中的生产流程中的不确定性作为随机变量，将随机变量离散化从而构建工业负荷的各个离散状态集合，每个离散状态集合中包括工业负荷的若干离散状态，根据能耗和产量关系模型，在每个离散状态下对产量调整约束以及产物储存仓库的储存约束和生产流程的产量要求约束进行可行区间搜索从而构建每个离散状态下的多能可行区间；4)根据工业负荷的多能灵活性的预设概率值要求，在各个离散状态下的多能可行区间中搜索满足预设概率值要求的可行区间，获得工业负荷的多能灵活性，从而实现对工业负荷的多能灵活性的评估。2.根据权利要求1所述的一种考虑不确定性的工业负荷多能灵活性评估方法，其特征在于：所述的步骤1)中，工业负荷中的生产流程包括离散生产流程、连续生产流程和灵活生产流程，工业负荷中的生产流程的能耗和产量关系模型具体如下：离散生产流程的能耗和产量关系模型具体如下：离散生产流程的能耗和产量关系模型具体如下：其中，IM1表示离散生产流程的产量；c1表示离散生产流程过程中已启动的生产流水线的数量；表示离散生产流程内单个生产流水线的产量；n表示离散生产流程中具有的生产流水线的总数量；ME1表示离散生产流程的各种能源消耗列向量，各种能源消耗列向量中包括电力能源、天然气能源、热能的消耗量；表示离散生产流程内单个生产流水线的各种能源消耗列向量，各种能源消耗列向量中包括电力能源、天然气能源、热能的消耗量；连续生产流程的能耗和产量关系模型具体如下：ME2＝IM2·
C2其中，ME2表示连续生产流程的各种能源消耗列向量，各种能源消耗列向量中包括电力能源、天然气能源、热能的消耗量；IM2表示连续生产流程的产量；C2表示连续生产流程的各种能源能耗和产量的关系；灵活生产流程的能耗和产量关系模型具体如下：ME3＝IM3·
C3+A3其中，ME3表示灵活生产流程的各种能源消耗列向量，各种能源消耗列向量中包括电力能源、天然气能源、热能的消耗量；IM3表示灵活生产流程的产量；C3表示灵活生产流程的各种能源能耗和产量关系中的线性项；A3表示灵活生产流程的各种能源能耗和产量关系中的常数项；所述的产量调整约束具体如下：所述的产量调整约束具体如下：其中，和分别表示离散生产流程在一个调度步长内的最小产量和最大产
量；和分别表示灵活生产流程在一个调度步长内的最小产量和最大产量。3.根据权利要求1所述的一种考虑不确定性的工业负荷多能灵活性评估方法，其特征在于：所述的步骤2)中，使用图论法将步骤1)中的工业负荷中的生产流程和产物储存仓库进行关联，具体为将生产流程和产物储存仓库建模作为节点，生产流程和产物储存仓库之间的物料流动为节点之间的连接。4.根据权利要求1所述的一种考虑不确定性的工业负荷多能灵活性评估方法，其特征在于：所述的步骤2)中，产物储存仓库的储存约束具体如下：其中，和分别表示生产流程在一个调度步长内最大的物料运出量和物料运入量；和分别表示产物储存仓库最小和最大的物料存储量；ΔS表示产物储存仓库在一个调度步长内该的存量变化量；S
t
‑1表示产物储存仓库在t时刻调度周期之前的t
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1时刻的存量。5.根据权利要求3所述的一种考虑不确定性的工业负荷多能灵活性评估方法，其特征在于：所述的步骤2)中，生产流程的产量要求约束具体如下：其中，ΔS表示工业负荷内所有产物储存仓库的存量变化量的列向量；S
t
‑1表示工业负荷内所有产物储存仓库在t
‑
1时刻的已有存量的列向量；T表示生产流程的整个调度周期的时间；表示所有生产流程的最大产量的列向量；H表示生产流程和产物储存仓库的关联矩阵；TA表示各个生产流程在一个调度周期内的目标产量列向量。6.根据权利要求5所述的一种考虑不确定性的工业负荷多能灵活性评估方法，其特征在于：所述的生产流程和产物储存仓库的关联矩阵H中包括若干关联元素，具体如下：其中，H
i,j
表示生产流程和产物储存仓库的关联矩阵H中的第i行第j列的关联元素；κ
rm
表示产物转换系数。7.根据权利要求1所述的一种考虑不确定性的工业负荷多能灵活性评估方法，其特征在于：所述的步骤3)中，在产物储存仓库的储存约束和生产流程的产量要...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁一，惠恒宇，包铭磊，宋永华，
申请(专利权)人：浙江大学绍兴研究院，
类型：发明
国别省市：