本发明专利技术涉及一种近零碳园区双重硬约束的综合能源优化规划和评价方法首先，对园区内分布式能源设备、能源耦合设备和能源储存设备建模。其次，选取经济指标作为目标函数，在MATLAB环境下调用YALMIP工具包和CPLEX商业求解器求解此混合整数线性规划问题。本发明专利技术建立了近零碳园区双重硬约束的综合能源评价方法。首先，选取能耗、碳排、电气化率、绿电占比、余热利用率、碳源碳汇比等关键指标。其次，选用熵权法确定各关键指标的权重。最后，利用优劣解距离法进行评价打分。该方法将为近零碳园区综合能源系统提供更加真实的评估，为能源供需平衡优化问题提供指导方案及实践的可行性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于近零碳园区配电网领域，尤其是一种近零碳园区双重硬约束的综合能源优化规划和评价方法
技术介绍
1、在我国，能源和工业部门碳排放占比超过80％，探索以零碳为目标的能源转型是落实国家"碳达峰"及"碳中和"战略的重要创新举措。园区是城市碳排放最集中的空间，作为先进要素高度集聚、创新活动蓬勃发展的产业活动主要载体，各类园区将在“双碳”战略实践中发挥至关重要的作用。产业园区在我国能源消耗及碳排放中占比很高，为实现“双碳”目标，建设近零碳产业园区意义重大。
2、电能是大多数产业园区最核心的能源形式，如能在高度的电气化水平基础上，实现80％以上的超高比例绿电供应，并打破能源壁垒实现电同热、气等能源的相互替代和阶梯利用来降低碳排放，则建设近零碳园区将具备现实可行性。
3、开展综合能源规划可以促进近零碳目标实现。当今能源消费体系中，各类异质能源(电、气、热/冷等)间的联系愈加紧密，对应的异质能源系统的耦合互联态势愈专利技术显，能源的利用与消费过程将不仅仅局限于独立的电能，还融入了气、热/冷等具有不同物理形态的异质能源。在提升能源综合利用效率的同时，也带来了新的安全问题：随着异质能源系统间的耦合愈发紧密，系统间的交互影响会提升运行风险，一旦扰动在异质能源系统间传递时，往往易造成大范围的连锁故障；大量新能源接入后，各异质能源系统的供需平衡都会受到新能源出力随机性的影响，系统安全稳定运行将面临更加严峻的挑战。因此，在安全、低碳的前提下，实现各类能源针对园区开发建设范围的综合能源规划是实现园区零碳目标的关键。
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p>4、为衡量近零碳产业园区综合能源规划方案优劣，对可行的园区综合能源规划方案进行排序、优选，筛选出最优方案，并根据能耗、碳排、电气化率、绿电占比、余热利用率、碳源碳汇比等关键指标，提供综合能源系统规划的经验积累并指导未来建设，我们需要建立近零碳园区综合评价体系。5、现在国内外对于近零碳园区综合能源优化规划和评价方法已经有了一定基础，但是其主要研究能效和经济、环保维度的指标，对安全约束的研究相对较少。由于综合能源系统多能流间的强耦合性，安全性不再是单一系统自身的问题。目前国内外研究领域缺少同时考虑安全和低碳双重硬约束的近零碳园区综合能源优化规划方法及评价体系。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种近零碳园区低碳安全双重硬约束的综合能源优化规划和评价方法，旨在低碳、安全双重硬约束下，规划电气热各类异质能源互补互济、高度协同、深层次利用，验证在近零碳园区场景下突破“能源不可能三角”的可行性，即同时兼顾能源供给安全(安全性)、能源价格低廉(经济性)和能源环境友好(清洁性)三方面的目标，并建立园区综合评价指标体系，为筛选出最优规划方案提供支持，最终实现近零碳目标。
2、本专利技术是采取以下技术方案实现的：
3、本专利技术的第一方面是提供了一种近零碳园区双重硬约束的综合能源优化规划方法，包括如下步骤：
4、步骤1)建立近零碳园区综合能源系统模型，包括分布式能源设备模型、能源耦合设备模型和能源储存设备模型；
5、步骤2)构建近零碳园区综合能源系统规划模型，目标函数为系统运行总费用最小：
6、c＝(ce+cgas+ces+chs)min
7、式中：c为近零碳园区综合能源系统运行总费用；ce为购电费用；cgas为购气体费用；ces为电储能运行费用；chs为热储能运行费用；
8、规划模型的约束条件包括低碳约束和安全约束，其中，安全约束包括功率平衡约束、设备容量约束和系统运行约束；
9、步骤3)将近零碳园区综合能源系统规划模型转化为混合整数线性规划问题，通过matlab中的yalmip工具箱以及商业求解软件cplex求解。
10、进一步地，所述分布式能源设备模型包括：
11、(1)光伏(pv)
12、太阳光照强度符合beta分布，概率密度函数为：
13、
14、式中：g为实际光照强度(千瓦/平方米)；gmax为最大光照强度(千瓦/平方米)；α和β是beta分布的形状参数；
15、光伏的输出功率为：
16、
17、式中：ppv为光伏的实际输出功率；pst为标准测试条件下的光伏最大输出功率；gst为标准条件下的光照强度；ε为光伏功率温度系数；ts为光伏电池表面温度；tst为标准条件下光伏电池表面温度，一般为25摄氏度；ta为环境温度；v'为风速；
18、(2)风机(wt)
19、风速符合weibull分布，用公式表示为：
20、
21、式中：c为weibull分布的尺度参数；k为weibull分布的形状参数；σ为标准差；μ为期望；v为风速；
22、风机输出功率的模型为：
23、
24、式中：pwt为风机出力的有功出力；pra为风机出力的额定出力；vin，vout，vn为风机的切入、切出和额定风速。
25、进一步地，所述近零碳园区能源耦合设备模型包括：
26、(1)电转气设备(p2g)
27、p2g可以将额外的电能转换为气能，首先通过电解水制取氢气，然后氢气和二氧化碳结合制取天然气甲烷，数学模型和运行约束如下：
28、
29、式中：qp2g,t为p2g设备消耗的co2量；vgas,t为p2g设备生成的天然气体积；kgas为天然气低位燃烧热值；ηp2g为电转气装置效率；αco2为电转气装置效率；pp2g,t为p2g设备消耗的电功率；pp2g,min为p2g设备消耗电功率的最小值；pp2g,max为p2g设备消耗电功率的最大值；pp2g,down为p2g设备消耗电功率爬坡率的最小值；pp2g,max为p2g设备消耗电功率爬坡率的最大值；
30、(2)热电联产机组设备(chp)
31、chp设备的模型如下：
32、
33、式中：gchp,t为chp机组燃烧天然气产生的总功率；vchp,t为chp机组的进气量；pchp,t为chp机组产生的电功率；hchp,t为chp机组产生的热功率；ηchp,t为chp机组的热效率；为chp机组的电效率；pchp,min为chp机组输出电功率的最小值；pp2g,max为chp机组输出电功率的最大值；pchp,down为chp机组输出电功率爬坡率的最小值；pp2g,max为chp机组输出电功率爬坡率的最大值；
34、(3)燃气锅炉(gb)
35、燃气锅炉的模型如下：
36、
37、式中：hgb,t为燃气锅炉产生的热功率；为燃气锅炉的效率；vgb,t为燃气锅炉的进气量；hgb,max为燃气锅炉输出热功率的最大值；hgb,min为燃气锅炉输出热功率的最小值；hgb,up为燃气锅炉输出热功率爬坡率的最大值；hgb,down为燃气锅炉输出热功率爬本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种近零碳园区双重硬约束的综合能源优化规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的近零碳园区双重硬约束的综合能源优化规划方法，所述分布式能源设备模型包括：
3.根据权利要求1所述的近零碳园区双重硬约束的综合能源优化规划方法，所述近零碳园区能源耦合设备模型包括：
4.根据权利要求1所述的近零碳园区双重硬约束的综合能源优化规划方法，所述近零碳园区能源储存设备模型为：
5.根据权利要求1所述的近零碳园区双重硬约束的综合能源优化规划方法，园区碳排放量的计算模型以及低碳约束如下：
6.根据权利要求1所述的近零碳园区双重硬约束的综合能源优化规划方法，所述安全约束包括电功率平衡约束、热功率平衡约束、储能设备运行约束及各设备电、热功率运行上下限约束；
7.一种根据权利要求1～6任一权利要求所述的近零碳园区双重硬约束的综合能源优化规划方法的评价方法，其特征在于，首先，选取能耗、碳排、电气化率、绿电占比、余热利用率、碳源碳汇比等关键指标；其次，选用熵权法确定各关键指标的权重；最后，利用优劣解距离法进行评价打分。
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【技术特征摘要】
1.一种近零碳园区双重硬约束的综合能源优化规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的近零碳园区双重硬约束的综合能源优化规划方法，所述分布式能源设备模型包括：
3.根据权利要求1所述的近零碳园区双重硬约束的综合能源优化规划方法，所述近零碳园区能源耦合设备模型包括：
4.根据权利要求1所述的近零碳园区双重硬约束的综合能源优化规划方法，所述近零碳园区能源储存设备模型为：
5.根据权利要求1所述的近零碳园区双重硬约束的综合能源优化规划方...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝金娜，王康丽，梁海深，杨馨淼，肖峻，宋红宇，李云秀，牛荣杰，袁贺超，祖国强，李国栋，王旌，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司宝坻供电分公司，
类型：发明
国别省市：
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