综合能源系统能量模拟与优化调度方法、系统及设备

文档序号:25524892发布日期:2021-06-18 20:14阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种综合能源系统能量模拟与优化调度方法,其特征在于,包括:

确定区域内建筑数据库,并根据所述区域内建筑数据库确定区域能源供应形式与能源设备类型,确定能源价格参数;

根据所述区域内建筑数据库,计算区域内用户的冷、热、电全年逐时负荷需求,并根据区域地理位置及负荷特点,构建综合能源系统;

根据用户负荷需求,建立各供能设备能量转换模型及其相对应的约束条件,建立综合能源系统的能量模拟模型;

将每一个设备的最大可接受的设备容量设置为约束条件上限值,基于用户负荷需求与综合能源系统的能量模拟调度模型,根据预定的最小优化时间周期和预定模拟时间步长,以运行费用、初投资与回收期为目标函数,基于粒子群算法对所述能量模拟调度模型进行求解,对系统进行设备全年运行工况优化、储能调度运行优化、以及放能调度运行优化,并基于优化结果,获得优化供能设备的最优配置容量;以运行费用、初投资与回收期为目标函数,基于粒子群算法进一步对所述能量模拟调度模型进行求解,最终获取最佳运行方式、初投资最短回收周期。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述区域内建筑数据库,计算区域内用户的冷、热、电全年逐时负荷需求具体包括:

根据所述区域内建筑数据库中的参数,采用能耗模拟软件dest,基于状态空间法根据公式1和公式2模拟预测逐时负荷:

其中,yt表示逐时负荷预测值;t1,t2,……tn表示各围护结构的温度分布向量;a1,a2,……an,c1,c2,……cn表示各围护结构的导热和热容矩阵;r12,r13,……rn-1,n表示各围护结构内表面之间长波辐射换热矩阵;u是表示外界条件及室内发热量、送风温度、风量的向量;矩阵w1,w2,……wn表示拢量u如何作用在各面墙体上;tr表示房间室内发热量;h1,h2,……hn表示房间空气与各墙体间换热能力的向量;f表示房间结构及自动控制情况所决定的系数;d表示由希望输出的信息所决定的向量;yt表示逐时预测负荷;下标t-i·δτ表示i·δτ时刻前的状态;δτ表示时间步长;θi表示状态方程系数。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据用户负荷需求,建立各供能设备能量转换模型及其相对应的约束条件具体包括:

根据公式3建立电负荷平衡约束函数:

根据公式4建立冷负荷平衡约束函数:

lc+ecs=hab·ηab+pec·ηc公式4;

根据公式5建立热负荷平衡约束函数:

根据公式6建立储冷约束函数:

根据公式7建立储热约束函数:

根据公式8建立供能设备运行费用优化目标函数:

cop=fe·ein+fg·(gchp+ggb)公式8;

其中,le表示用户电负荷需求;lc表示用户冷负荷需求;lh表示用户热负荷需求;pec表示电制冷机输入功率;pehp表示电热泵输入功率;ein表示电网输电;gchp表示燃气轮机输入功率;hab表示溴化锂制冷机组输入功率;ggb表示燃气锅炉输入功率;ec=ecs-eds表示储冷装置净储冷功率;eh=ecs-eds表示储热装置净储热功率;cop表示优化调度模型下运行费用;表示燃气轮机发电效率;表示燃气轮机热效率;ηab表示溴化锂制冷机组制冷效率;ηc表示电制冷机cop;ηh表示电热泵cop;ηgb表示燃气锅炉效率;fe表示逐时电价;fg表示逐时燃气价格;分别表示t时刻储冷、储热元件的储能量;δc、δh分别表示储冷、储热损失率;ec.c和ec.d表示储冷元件充能和放能效率;eh.c和eh.d表示储热元件充能和放能效率;表示储冷元件输入功率与输出功率;表示储热元件输入功率与输出功率;

根据公式9-13确定设备模型约束函数:

根据公式14-17确定储能装置约束条件:

其中,ux表示0-1开关变量,用以限制充放能过程不能同时发生;表示储能元件最小和最大储能量;表示储能元件在调度周期前后储能量保持不变,其中x可表示储冷c或者储热h。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,

对系统进行设备全年运行工况优化、储能调度运行优化、以及放能调度运行优化具体包括:

根据用户逐时负荷确定储热储冷量,基于逐时电价并以最小储能费用为目标,采用冒泡法确定储热储冷的时间进行储能调度运行优化;

所述的放能调度运行优化,根据逐时电价与在满足用户逐时负荷需求的前提下,以整个放能周期的运行费用最小为目标函数,采用最速下降法确定最佳放能时间与放能量,得出各供能设备的出力,进行放能调度运行优化,同时对当地能源价格体系给出合理性建议;其中,所述最速下降法的函数为:

ak+1=ak+ρk·s-k公式18;

其中,s-k表示梯度负方向;ρk表示梯度方向上的搜索步长;ak表示函数的坐标;ak+1表示所求函数的最佳坐标值;

在约束条件下,根据公式19,系统运行成本与系统初投资最小化为目标,优化供能设备配置容量:

其中,ctot表示供能系统总成本;表示各供能设备初投资费用;i表示折旧费用;t表示系统使用年限;

以运行费用、初投资与回收期为目标函数,基于粒子群算法进一步对所述能量模拟调度模型进行求解,最终获取最佳运行方式、初投资最短回收周期具体包括:

采用粒子群算法对目标函数与约束条件进行求解,得出最佳运行方式、初投资最短回收周期,其中,所述的粒子群算法为公式20-21:

vi=vi+c1·rand()·(pbesti-xi)+c2·rand()·(gbesti-xi)公式20;

xi=xi+vi公式21;

其中,i=1,2,3......n;n表示此群中粒子的总数;vi表示粒子的速度;xi表示粒子的当前位置;rand()表示介于(0,1)之间的随机数;c1和c2表示学习因子,通常为2;pbesti表示局部最优值;gbesti表示表示全局最优值。

5.一种综合能源系统能量模拟与优化调度系统,其特征在于,包括:

确定模块,用于确定区域内建筑数据库,并根据所述区域内建筑数据库确定区域能源供应形式与能源设备类型,确定能源价格参数;

计算模块,用于根据所述区域内建筑数据库,计算区域内用户的冷、热、电全年逐时负荷需求,并根据区域地理位置及负荷特点,构建综合能源系统;

建立模块,用于根据用户负荷需求,建立各供能设备能量转换模型及其相对应的约束条件,建立综合能源系统的能量模拟模型;

优化模块,用于将每一个设备的最大可接受的设备容量设置为约束条件上限值,基于用户负荷需求与综合能源系统的能量模拟调度模型,根据预定的最小优化时间周期和预定模拟时间步长,以运行费用、初投资与回收期为目标函数,基于粒子群算法对所述能量模拟调度模型进行求解,对系统进行设备全年运行工况优化、储能调度运行优化、以及放能调度运行优化,并基于优化结果,获得优化供能设备的最优配置容量;以运行费用、初投资与回收期为目标函数,基于粒子群算法进一步对所述能量模拟调度模型进行求解,最终获取最佳运行方式、初投资最短回收周期。

6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述计算模块具体用于:

根据所述区域内建筑数据库中的参数,采用能耗模拟软件dest,基于状态空间法根据公式1和公式2模拟预测逐时负荷:

其中,yt表示逐时负荷预测值;t1,t2,……tn表示各围护结构的温度分布向量;a1,a2,……an,c1,c2,……cn表示各围护结构的导热和热容矩阵;r12,r13,……rn-1,n表示各围护结构内表面之间长波辐射换热矩阵;u是表示外界条件及室内发热量、送风温度、风量的向量;矩阵w1,w2,……wn表示拢量u如何作用在各面墙体上;tr表示房间室内发热量;h1,h2,……hn表示房间空气与各墙体间换热能力的向量;f表示房间结构及自动控制情况所决定的系数;d表示由希望输出的信息所决定的向量;yt表示逐时预测负荷;下标t-i·δτ表示i·δτ时刻前的状态;δτ表示时间步长;θi表示状态方程系数。

7.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述建立模块具体用于:

根据公式3建立电负荷平衡约束函数:

根据公式4建立冷负荷平衡约束函数:

lc+ecs=hab·ηab+pec·ηc公式4;

根据公式5建立热负荷平衡约束函数:

根据公式6建立储冷约束函数:

根据公式7建立储热约束函数:

根据公式8建立供能设备运行费用优化目标函数:

cop=fe·ein+fg·(gchp+ggb)公式8;

其中,le表示用户电负荷需求;lc表示用户冷负荷需求;lh表示用户热负荷需求;pec表示电制冷机输入功率;pehp表示电热泵输入功率;ein表示电网输电;gchp表示燃气轮机输入功率;hab表示溴化锂制冷机组输入功率;ggb表示燃气锅炉输入功率;ec=ecs-eds表示储冷装置净储冷功率;eh=ecs-eds表示储热装置净储热功率;cop表示优化调度模型下运行费用;表示燃气轮机发电效率;表示燃气轮机热效率;ηab表示溴化锂制冷机组制冷效率;ηc表示电制冷机cop;ηh表示电热泵cop;ηgb表示燃气锅炉效率;fe表示逐时电价;fg表示逐时燃气价格;分别表示t时刻储冷、储热元件的储能量;δc、δh分别表示储冷、储热损失率;ec.c和ec.d表示储冷元件充能和放能效率;eh.c和eh.d表示储热元件充能和放能效率;表示储冷元件输入功率与输出功率;表示储热元件输入功率与输出功率;

根据公式9-13确定设备模型约束函数:

根据公式14-17确定储能装置约束条件:

其中,ux表示0-1开关变量,用以限制充放能过程不能同时发生;表示储能元件最小和最大储能量;表示储能元件在调度周期前后储能量保持不变,其中x可表示储冷c或者储热h。

8.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述优化模块具体用于:

根据用户逐时负荷确定储热储冷量,基于逐时电价并以最小储能费用为目标,采用冒泡法确定储热储冷的时间进行储能调度运行优化;

根据逐时电价与在满足用户逐时负荷需求的前提下,以整个放能周期的运行费用最小为目标函数,采用最速下降法确定最佳放能时间与放能量,得出各供能设备的出力,进行放能调度运行优化,同时对当地能源价格体系给出合理性建议;其中,所述最速下降法的函数为:

ak+1=ak+ρk·s-k公式18;

其中,s-k表示梯度负方向;ρk表示梯度方向上的搜索步长;ak表示函数的坐标;ak+1表示所求函数的最佳坐标值;

在约束条件下,根据公式19,系统运行成本与系统初投资最小化为目标,优化供能设备配置容量:

其中,ctot表示供能系统总成本;表示各供能设备初投资费用;i表示折旧费用;t表示系统使用年限;

采用粒子群算法对目标函数与约束条件进行求解,得出最佳运行方式、初投资最短回收周期,其中,所述的粒子群算法为公式20-21:

vi=vi+c1·rand()·(pbesti-xi)+c2·rand()·(gbesti-xi)公式20;

xi=xi+vi公式21;

其中,i=1,2,3......n;n表示此群中粒子的总数;vi表示粒子的速度;xi表示粒子的当前位置;rand()表示介于(0,1)之间的随机数;c1和c2表示学习因子,通常为2;pbesti表示局部最优值;gbesti表示表示全局最优值。

9.一种综合能源系统能量模拟与优化调度设备,其特征在于,包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的综合能源系统能量模拟与优化调度方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序,所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的综合能源系统能量模拟与优化调度方法的步骤。


技术总结
本发明公开了一种综合能源系统能量模拟与优化调度方法、系统及设备,所述方法包括:确定区域内建筑数据库,并根据所述区域内建筑数据库确定区域能源供应形式与能源设备类型,确定能源价格参数;根据所述区域内建筑数据库,计算区域内用户的冷、热、电全年逐时负荷需求,并根据区域地理位置及负荷特点,构建综合能源系统;根据用户负荷需求,建立各供能设备能量转换模型及其相对应的约束条件,建立综合能源系统的能量模拟模型;对系统进行设备全年运行工况优化、储能调度运行优化、以及放能调度运行优化;以运行费用、初投资与回收期为目标函数,基于粒子群算法进一步对所述能量模拟调度模型进行求解,最终获取最佳运行方式、初投资最短回收周期。

技术研发人员:李成仁;罗永伟;张泠;高效;连进步;吴心弘
受保护的技术使用者:国网能源研究院有限公司;湖南大学;国网浙江省电力有限公司
技术研发日:2020.06.19
技术公布日:2021.06.18
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