一种区域综合能源站多站选址及热力管网规划方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种区域综合能源站多站选址及热力管网规划方法及系统，涉及区域综合能源系统的规划技术领域，该方法包括构建区域中由能源站

【技术实现步骤摘要】
一种区域综合能源站多站选址及热力管网规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及区域综合能源系统的规划
，尤其涉及一种区域综合能源站多站选址及热力管网规划方法及系统
。

技术介绍

[0002]区域综合能源站是城市中进行冷
、
热
、
电
、
气等多种能源集中供应的基础设施，而区域综合能源站的选址和热力管网规划，是区域综合能源站规划过程中最值得关注的问题之一
。
区域综合能源站及热力管网规划的问题可以被描述为：在目标区域内，已知能源站的备选位置
、
负荷点及相应的负荷，确定能源站的个数
、
位置
、
每个能源站服务的负荷点，及相应的管网布置方式，使得系统总成本最小
。
[0003]近年来，国内外学界及工业界针对能源站选址及热力管网规划进行了相关研究，并取得了一定的进展，例如研究人员提出了能距的概念
,
并以能距最小为经济目标，建立了区域能源站
‑
网
P
‑
中位布局模型
。
通过遍历所有可行解，确定能源站数量
、
站址
、
储能中心与管线路径的最优方案
。
研究人员将热力管网规划问题转化图论中的最小生成树问题，并采用遍历法解决能源站选址问题，通过对比所有可能能源站选址及对应的最优热力管网规划方式，得到能源站数量
、
站址
、
容量及热力管网规划的最优方案
。
研究人员提出了一种基于改进
P
‑
中位模型的能源站选址及管网建设最优规划的方法
。
研究人员提出了一种基于
K
‑
means
算法能源站选址及管网规划方法，将能源站到负荷点的最短路径作为聚类相似性依据划分负荷归属，在确定能源站位置的同时确定管网布局
。
专利
CN110738359A
公开了一种基于
P
中位模型的分布式能源站选址方法，将能源站选址及管网布置问题转化为
P
中位模型，并利用混合整数线性规划求解算法对该模型进行求解，得到能源站选址规划结果以及负荷归属能源站的分配规划结果，但该专利未涉及热力管网规划问题
。
专利
CN115829164A
对能源供应区域中的全部能源站和负荷点进行聚类，得到多个候选能源站，之后以多个候选能源站和负荷点为节点，以节点之间的连线作为边，遍历所有节点和边，得到目标组网路径
。
专利
CN111582658A
公开了一种考虑多区域互联协同的能源站设备配置及管线规划方法，通过建立基于改进
P
中位模型的分布式能源站选址规划方法，确定多区域能源站的建设位置
、
能源站间拟建设互联管线的实际长度以及各能源站供应负荷的大小，并以多区域系统总成本最低为目标实现了分布式能源站集成各类设备配置
、
站间互联管线的选型规划与多区域系统整体运行优化
。
专利
CN116227098A
公开了一种热力管网规划方案，但其未涉及能源站的选址问题
。
[0004]从现有的技术方案看，处理能源站选址及热力管网规划问题的普遍方法是将该问题划分两个独立子问题：
(1)
能源站选址及负荷分配问题
。(2)
热力管网规划问题，并予以分别解决
。
能源站选址及负荷分配问题中的能源站选址是指确定能源站的能源站的个数
、
位置，而负荷分配是指确定每个能源站所服务的负荷点，热力管网规划问题是指在确定能源站的能源站的个数
、
位置
、
每个能源站服务的负荷点的情形下，确定热力管网的布置与走向
。
[0005]对于第
(1)
个问题，现有的工作的思路都是基于“遍历
+
最小距离分配”的方法，首先遍历所有可能的能源站选址方案，在每一个能源站选址方案下将负荷点根据最小距离分配给各能源站
。
在完成能源站选址及分配后，再基于图论中的最小生成树理论解决第
(2)
个问题，得到热力管网的布置与走向
。
最后对所有遍历的情形进行比较，取其中总成本最小的方案，得到最终的能源站选址及热力管网规划方案
。
此类方法存在的问题和不足主要是将能源站选址
、
负荷分配与管网规划问题进行了割裂考虑，因此在负荷分配的过程中忽略了管网拓扑对负荷点接入成本的影响，因此不能保证得到的能源站选址及负荷分配的结果是最佳的
。

技术实现思路

[0006]为此，本专利技术实施例提供了一种区域综合能源站多站选址及热力管网规划方法及系统，用于解决现有技术中将能源站选址
、
负荷分配与管网规划问题进行了割裂考虑，因此在负荷分配的过程中忽略了管网拓扑对负荷点接入成本的影响，不能保证得到的能源站选址及负荷分配的结果是最佳的问题
。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术实施例提供一种区域综合能源站多站选址及热力管网规划方法，所述方法包括：
[0008]S1
：构建区域中由能源站
、
管网
、
路口以及负荷点所组成的无向赋权图模型；
[0009]S2
：基于无向赋权图模型，利用动态并行竞争算法对每一个能源站选址方案进行最优规划，得到能源站选址最优规划方案及其对应的最小全生命周期成本；
[0010]S3
：对所有能源站选址最优规划方案进行经济性比较，得到最终的能源站选址最优规划方案，完成负荷的分配及热力管网的规划
。
[0011]优选地，所述构建由能源站
、
管网
、
路口以及负荷点所组成的无向赋权图模型的方法为：
[0012]无向赋权图
G
＝
(V,E,L)
，其中
V
为顶点集合，
V
＝
V1∪V2∪V3，其中
[0013]代表能源站备选位置组成的集合，代表能源站备选位置组成的集合，代表负荷点组成的集合，代表道路交叉点组成的集合，
E
＝
{e(v,v
′
)|v,v
′
∈V}
为顶点之间直接相连的边组成的集合，描述了代表顶点之间的邻接关系，其中
v
表示顶点，
L
＝
{L(e)|e∈E}
为
E
中各边的长度所组成的集合；
[0014]定义
P(V1)
为
V1的所有非空子集组成的集合，称为
V1的真幂集，即本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种区域综合能源站多站选址及热力管网规划方法，其特征在于，包括：
S1
：构建区域中由能源站
、
管网
、
路口以及负荷点所组成的无向赋权图模型；
S2
：基于无向赋权图模型，利用动态并行竞争算法对每一个能源站选址方案进行最优规划，得到能源站选址最优规划方案及其对应的最小全生命周期成本；
S3
：对所有能源站选址最优规划方案进行经济性比较，得到最终的能源站选址最优规划方案，完成负荷的分配及热力管网的规划
。2.
根据权利要求1所述的区域综合能源站多站选址及热力管网规划方法，其特征在于，所述构建由能源站
、
管网
、
路口以及负荷点所组成的无向赋权图模型的方法为：无向赋权图
G
＝
(V,E,L)
，其中
V
为顶点集合，
V
＝
V1∪V2∪V3，其中代表能源站备选位置组成的集合，代表能源站备选位置组成的集合，代表负荷点组成的集合，代表道路交叉点组成的集合，
E
＝
{e(v,v
′
)|v,v
′
∈V}
为顶点之间直接相连的边组成的集合，描述了代表顶点之间的邻接关系，其中
v
表示顶点，
L
＝
{L(e)|e∈E}
为
E
中各边的长度所组成的集合；定义
P(V1)
为
V1的所有非空子集组成的集合，称为
V1的真幂集，即
P(V1)
中包含了所有可能的能源站选址方案；定义无向赋权图
G
的子图分别代表由各能源站连接的管网
、
路口
、
负荷点所组成的图；所述子图
T
i
写为
T
i
＝
(V
i
,E
i
,L
i
)
，其中
V
i
，
E
i
，
L
i
分别为
T
i
中的能源站
、
边
、
边的长度组成的集合；
T
＝
T1∪T2，
...
，
∪T
m
代表区域内所有能源站
、
管网及与之连接的路口和负荷点组成的图
。3.
根据权利要求2所述的区域综合能源站多站选址及热力管网规划方法，其特征在于，将所述无向赋权图
G
用邻接矩阵的形式表示，令矩阵
A
N
×
N
为图
G
的邻接矩阵，则
A
N
×
N
具有以下三个性质：
(1)A
为对称矩阵；
(2)A
的维数等于
V
中元素的个数，即
N
＝
m+n+p
；
(3)A
中的元素
a
ij
满足式中，
N
表示矩阵的维数，
m
表示能源站备选位置数量，
n
表示负荷点的数量，
p
表示道路交叉点的数量，
v
i
、v
j
均表示顶点
。4.
根据权利要求2所述的区域综合能源站多站选址及热力管网规划方法，其特征在于，利用动态并行竞争算法对每一个能源站选址方案进行最优规划的方法为：利用动态并行竞争算法设计一种回合制的动态竞争机制来决定每个负荷点对于能源站的归属，在每一回合，考察每个未选负荷点接入每个现有管网节点时的最佳边际相对成本，并选择最佳边际相对成本最低的接入方案，将对应的负荷点与管网节点相连，之后进入下一回合，直至所有的负荷点被接入管网中
。5.
根据权利要求4所述的区域综合能源站多站选址及热力管网规划方法，其特征在于，
所述最佳边际相对成本定义为负荷点以最短路径接入管网节点时，其造成的全生命周期成本增加量与该负荷点年供能量之比，其表达式如下：式中，代表当前状态下将负荷点
v
j
与管网
T
中的节点
v
k
相连时的边际投入产出比，
LCC
base
为当前状态下管网的全生命周期成本，
LCC
new
为新的负荷点接入当前状态下的管网后形成的新管网的全生命周期成本，
Q
ann,j
为负荷点
v
j
的年供能量，代表负荷点组成的集合
。6.
根据权利要求5所述的区域综合能源站多站选址及热力管网规划方法，其特征在于，所述全生命周期成本
LCC
的计算公式如下：式中，
C
cap
为管网的初始投资成本，
C
loss
为管网热损失对应的成本，
C
elec
为维持管网介质流动需要的电耗成本，
C
op
为其它运行成本，包括燃料
、

【专利技术属性】
技术研发人员：韩四维，潘杭萍，殷俊平，朱婵霞，奚巍民，孙志凰，陈倩，周佳伟，蒋一博，王喆，
申请(专利权)人：国网苏州城市能源研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：