基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容方法及系统与流程

1.本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容方法及系统。


背景技术：

2.目前，能源供应模式正由大型集中式能源生产供应向用户端分散式多能协同互补模式逐步转变，以减少能源发输配过程中的能量损失，提升全社会整体的能源利用效率，同时储能技术作为多能源协同控制的关键技术，也是可再生能源充分利用、分布式能源及微电网等领域的支撑技术，其发展与应用对于高效、安全、绿色的能源系统的建设与配置建设有着重要意义。
3.异构能源系统则是充分考虑冷热电的相互作用，分析各类能源供应之间的相互关系，南方地区由于制冷运行效率较高且全周期显性收益直观，如何采取异构能源系统的定容技术，对有效提高系统能效，提高能源供应的绿色比例，同时使成本效益达到最佳，具有很强的实用意义。
4.当前涉及到的多种能源类型的园区综合能源系统规划领域中，能源供应配置尚无相对解耦后的相对最优定容方法，传统的能源定容方法是基于实际或者模拟的整体系统运行数据，对多能运行于负荷匹配的情况进行分析，这种基于运行方式的能源系统供应定容方法的缺点主要包括逻辑与条件变化两个方面：
5.逻辑性方面：实际面对的大规模异构式能源系统能源类型以及用户数量众多，行为特性各异，不确定性很大，采用基于系统运行方式的定容方法，主要在于对各类能源配置的成本和技术综合比较上，由于列举的运行方式是有限的，无法以穷举法进行比较，且增加了计算和分析的复杂性，同时在指标的评价上，也无法对多个方案的各个因素之类进行清晰的各项对比，对相应的各类能源配置从逻辑上来看，没有一个清晰的定容逻辑和原则的梳理，仅基于某个特定运行条件下的比较，往往从逻辑论证上不是十分充分，且方案的适应性不强，定容结果的可信度有所下降。
6.条件变化方面：条件变化主要由于运行模式的容量和计算能力限制所导致，作为能源系统不能无穷尽地列举相应的条件，且由于现场环境及需求的不确定性，使得结果及结论同样会产生相应的不确定性，无法得到相应的明确的结论，同样，在不同边界条件下，采取什么样的配置和定容原则，也无法给处清晰的指导原则，对配置定容实际的研究带来较大的困难。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容方法及系统，以通过解耦各类能源系统的联系，综合各类因素实现对能源供应设备配置定容。
8.为解决以上技术问题，本发明提供了一种基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容方法及系统。
9.第一方面，本发明提供了一种基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容方法，所述方法包括以下步骤：
10.获取预设运行周期内异构能源供应设备的能源转换系数以及各电价时段的能源使用成本；
11.根据预设的边界条件设置异构能源供应设备的储能容量和蓄冷量，并根据能源分时价格计算得到预设运行周期内的蓄冷成本和收益；
12.获取预设运行周期内电力供应-冷气供应-热力供应的电冷热量，并根据能源转换系数和能源使用成本计算得到能源供应成本和收益；
13.根据所述蓄冷成本和收益、所述能源供应成本和收益得到预设运行周期内的运行效益；
14.根据所述能源转换系数计算得到能源碳排放量，并根据所述能源碳排放量和所述运行效益，得到最优效益评价指标；
15.将最优效益评价指标对应的异构能源供应设备储能容量作为最优能源定容结果。
16.在进一步的实施方案中，所述获取预设运行周期内各电价时段的能源使用成本的步骤包括：
17.获取预设运行周期内异构能源的能源分时价格曲线和能源需求量曲线；
18.根据所述能源分时价格曲线和所述能源需求量曲线，获取预设运行周期内各电价时段的能源使用成本；
19.其中，所述各电价时段包括电价峰期、平期、谷期。
20.在进一步的实施方案中，所述根据所述能源碳排放量和所述运行效益，得到最优效益评价指标的步骤包括：
21.利用所述能源碳排放量量化所述运行效益，得到预设运行周期内的运行效益总值；
22.根据所述运行效益总值，计算得到效益评价指标；
23.利用解耦算法对所述效益评价指标进行解耦，并通过粒子群算法对解耦后的效益评价指标进行筛选，得到最优效益评价指标。
24.在进一步的实施方案中，所述效益评价指标包括预设运行周期内的内部收益率评价指标、净现值评价指标和投资回收期评价指标。
25.在进一步的实施方案中，所述通过粒子群算法对解耦后的效益评价指标进行筛选，得到最优效益评价指标的步骤包括：
26.根据异构能源供应设备的能源供应类型、储能容量对所述效益评价指标进行分类，将其划分为各个种群；
27.设置粒子群算法参数和限制条件，并初始化粒子群；
28.确定各粒子的适应度值，将各粒子的适应度值与种群最优适应度值进行比较，若粒子的适应度值小于种群最优适应度值，则调整不同场景参数；若达到种群最优适应度值，则更新其速度与位置；
29.找出全局最优值粒子位置，不同种群间不断迭代计算，直至满足粒子群迭代次数时输出最优效益评价指标。
30.在进一步的实施方案中，所述限制条件包括投资金额限制、建设空间限制、能源需
求及供应限制。
31.在进一步的实施方案中，所述预设的边界条件包括异构能源供应设备的最大蓄能流量及功率。
32.第二方面，本发明提供了一种基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容系统，所述系统包括：
33.能源数据采集模块，用于获取预设运行周期内异构能源供应设备的能源转换系数以及各电价时段的能源使用成本；
34.能源成本计算模块，用于根据预设的边界条件设置异构能源供应设备的储能容量和蓄冷量，并根据能源分时价格计算得到预设运行周期内的蓄冷成本和收益；还用于获取预设运行周期内电力供应-冷气供应-热力供应的电冷热量，并根据能源转换系数和能源使用成本计算得到能源供应成本和收益；
35.运行效益确定模块，用于根据所述蓄冷成本和收益、所述能源供应成本和收益得到预设运行周期内的运行效益；
36.最优定容确定模块，用于根据所述能源转换系数计算得到能源碳排放量，并根据所述能源碳排放量和所述运行效益，得到最优效益评价指标；还用于将最优效益评价指标对应的异构能源供应设备储能容量作为最优能源定容结果。
37.第三方面，本发明还提供了一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述处理器与所述存储器相连，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序，以使得所述计算机设备执行实现上述方法的步骤。
38.第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
39.本发明提供了一种基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容方法及系统，所述方法在预先设定的能源供应设备的储能容量基础上，以满足各个时间段的能源需求量为前提，结合能源系统实时价格，计算得到预设运行周期内供应所需冷量所需要的能源成本支出，同时计算排放量并利用解耦算法以及粒子群算法进行综合比较，得到最优效益评价指标，实现了综合各类因素的能源设备配置定容方法。与现有技术相比，该方法清晰地、全面地反应了在最新政策下经济和减碳方面各个能源供应之间的平衡关系，衡量储能配置方案的综合效益，实现了合理配置能源系统中的储能容量，提升了异构能源系统储能容量配置的准确性、可靠性和适应性，提升了能源系统储能的经济性。
附图说明
40.图1是本发明实施例提供的基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容方法流程示意图；
41.图2是本发明实施例提供的基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容系统示意图；
42.图3是本发明实施例提供的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
43.下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，
并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
44.参考图1，本发明实施例提供了一种基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
45.s1.获取预设运行周期内异构能源供应设备的能源转换系数以及各电价时段的能源使用成本。
46.具体地，本实施例在预设运行周期内采集异构能源供应设备的能源转换系数、用户的历史能源使用量和最新的能源分时价格曲线，并根据用户的历史能源使用量得到能源需求量曲线，基于能源需求量曲线和能源分时价格曲线，将各个电价时段位置的能源需求量与能源分时价格相乘，再将各个电价时段位置相乘的结果进行积分求和，得到预设运行周期内各电价时段的能源使用成本，其中，所述各电价时段包括电价峰期、平期、谷期；所述预设运行周期包括设备的全生命周期，即全套设备从投入运行到报废回收的过程所经历的时长。
47.需要说明的是，传统能源消费结构正在逐步被以可再生能源为主的混合能源取代，异构能源系统则是以电、气、热、冷等各类能源进行统一规划调度的综合智慧能源系统。能源的供应和用户也逐渐呈现个体化、分散化的趋势。
48.s2.根据预设的边界条件设置异构能源供应设备的储能容量和蓄冷量，并根据能源分时价格计算得到预设运行周期内的蓄冷成本和收益。
49.本实施例充分考虑储能和蓄冷的作用，根据预设的边界条件设定异构能源供应设备的储能容量和蓄冷量，以能源分时价格作为调节，计算得到蓄冷成本和收益；其中，所述预设的边界条件包括异构能源供应设备的最大蓄能流量及功率。
50.s3.获取预设运行周期内电力供应-冷气供应-热力供应的电冷热量，并根据能源转换系数和能源使用成本计算得到能源供应成本和收益。
51.本实施例在预设运行周期内，从电冷热两个角度，分别计算电力供应-冷气供应-热力供应的电冷热量，以能源转换系数以及能源使用成本进行计算，得到能源供应成本和效益，其中，能源转换系数即为能源输入输出转换值。
52.s4.根据所述蓄冷成本和收益、所述能源供应成本和收益得到预设运行周期内的运行效益。
53.对于假定的同一能源供应设备，本实施例以蓄冷成本减去蓄冷基准成本，得到蓄冷节省成本；以能源供应成本减去能源供应基准成本，得到能源供应节省成本；根据蓄冷节省成本、收益和能源供应节省成本、收益得到预设储能容量的异构能源供应设备在预设运行周期内的运行效益，在本实施例中，基准成本是指无分时能源的基本价格。
54.s5.根据所述能源转换系数计算得到能源碳排放量，并根据所述能源碳排放量和所述运行效益，得到最优效益评价指标。
55.在一个实施例中，所述根据所述能源碳排放量和所述运行效益，得到最优效益评价指标的步骤包括：
56.利用所述能源碳排放量量化所述运行效益，得到预设运行周期内的运行效益总值；
57.根据所述运行效益总值，计算得到效益评价指标；
58.利用解耦算法对所述效益评价指标进行解耦，并通过粒子群算法对解耦后的效益评价指标进行筛选，得到最优效益评价指标。
59.在一个实施例中，所述通过粒子群算法对解耦后的效益评价指标进行筛选，得到最优效益评价指标的步骤包括：
60.根据异构能源供应设备的能源供应类型、储能容量对所述效益评价指标进行分类，将其划分为各个种群；
61.设置粒子群算法参数和限制条件，并初始化粒子群；在本实施例中，所述粒子群算法参数包括种群规模、速度、位置、迭代次数、局部最优指标以及全局最优牵引指标；所述限制条件包括投资金额限制、建设空间限制、能源需求及供应限制，这三个限制均可折算为表征设备容量上限的三个数值；
62.确定各粒子的适应度值，将各粒子的适应度值与种群最优适应度值进行比较，若粒子的适应度值小于种群最优适应，保证种群多样性度值，则调整不同场景参数；若达到种群最优适应度值，则更新其速度与位置；
63.对所有粒子所表征的综合效益，选取一个对，分别执行全周期综合效益指标计算步骤进行计算，同时计算相应的综合指标值；
64.找出全局最优值粒子位置，不同种群间不断迭代计算，直至满足粒子群迭代次数时输出最优效益评价指标；
65.输出最优效益评价指标对应的运行效益总值，并将其作为设定的异构能源供应设备的储能容量条件下的最优运行效益总值。
66.具体地，本实施例根据能源转换系数，通过一次二次能源综合分析代入，计算得到一次能源的碳排放量，然后，利用所述能源碳排放量量化所述运行效益，并进行累加求和，得到预设运行周期内的运行效益总值；通过通用的财务评价计算方法，计算得到效益评价指标，在本实施例中，所述效益评价指标包括预设运行周期内的内部收益率评价指标、净现值评价指标和投资回收期评价指标。
67.对于不同的能源供应和利用设备容量，经由上述过程获得对应的经效益评价指标，本实施例采用解耦算法以及粒子群算法，通过相互比较找到最优效益评价指标对应的设备储能容量作为本实施例的最优输出结果：
68.本实施例考虑部分解耦的算法，将相关解耦因素分解开，如部分蓄冷规模与电力关系，能源供应耦合性较差的部分供应等，比如：部分电力输送与分布式能源处理等分开，此外，在众多的能源待选方案中，利用粒子群算法，进行计算，输出最优效益评价指标，粒子群算法的核心思想就是利用种群中各粒子的相互影响进行迭代进化，由于不同粒子间的作用各不相同，受影响粒子的进化途径也不尽相同，从而衍生出最优值。
69.本发明实施例在计算和配置过程综合考虑解耦后的各个能源单位成本比较等，输出结果直观，在各类比较计算中操作性强，作为定容和前期工作的相关依据。
70.s6.将最优效益评价指标对应的异构能源供应设备储能容量作为最优能源定容结果。
71.在计算经济效益指标时，本实施例从全生命周期运行出发，以全外部输入的基准方案为比较，考虑计算了燃料输入成本、初投资成本、运行成本、维护成本，考虑到储能(含蓄冷)、本地能源供应能源转换的效益，作为方案比较的主要依据。
72.异构能源系统涉及能源种类众多，覆盖电、冷、热等适用范围，方案相对变化较多，对于一个假设的容量数值，采用逐时模拟、判断、计算的常规思路需要进行运算次数数量指数型增长，而本发明实施例通过采用局部解耦将有效减少了计算循环次数大大提升了计算速度与算法运行效率；本实施例就异构配置多设备，多能源结构导致的多方案，从比较参数的加权比较来看，通过采用解耦分解、粒子群计算等方法，大大减少了比较方案数和计算量，为异构能源配置定容提供了有效的计算分析方法，本实施例所适用的冷、热、电协同运行，涉及各类蓄冷、制冷及电力系统设备的相关容量。
73.本实施例提供了一种基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容方法，该方法在现行能源价格和各类成本的限制下，通过解耦各类能源系统的联系，实现了综合各类因素的能源设备配置定容方法，本实施例针对一个假定的能源供应及利用设备容量，根据能源的需求量，以满足各个时间段的能源需求量为前提，结合能源分时价格，计算得到在配置当前假定储能容量的设备时，该预设运行周期内供应所需蓄冷量所需要的能源成本支出，同时计算碳排放量并进行综合比较，得到配置该假定容量的能源设备所能带来的最优经济效益。
74.需要说明的是，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
75.在一个实施例中，如图2所示，本发明实施例提供了一种基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容系统，所述系统包括：
76.能源数据采集模块101，用于获取预设运行周期内异构能源供应设备的能源转换系数以及各电价时段的能源使用成本；
77.能源成本计算模块102，用于根据预设的边界条件设置异构能源供应设备的储能容量和蓄冷量，并根据能源分时价格计算得到预设运行周期内的蓄冷成本和收益；还用于获取预设运行周期内电力供应-冷气供应-热力供应的电冷热量，并根据能源转换系数和能源使用成本计算得到能源供应成本和收益；
78.运行效益确定模块103，用于根据所述蓄冷成本和收益、所述能源供应成本和收益得到预设运行周期内的运行效益；
79.最优定容确定模块104，用于根据所述能源转换系数计算得到能源碳排放量，并根据所述能源碳排放量和所述运行效益，得到最优效益评价指标；还用于将最优效益评价指标对应的异构能源供应设备储能容量作为最优能源定容结果。
80.关于一种基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容系统的具体限定可以参见上述对于一种基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容方法的限定，此处不再赘述。本领域普通技术人员可以意识到，结合本技术所公开的实施例描述的各个模块和步骤，能够以硬件、软件或者两者结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
81.本发明实施例提供了一种基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容系统，所述系统通过能源数据采集模块采集能源数据，所述能源成本计算模块和运行效益确定模块以满足各个时间段的能源需求量为前提，结合能源分时价格，计算得到在配置当前假定储能容量的设备时，该预设运行周期内供应所需蓄冷量所需要的能源成本支出，同时计算碳排
放量并进行综合比较，得到配置该假定容量的能源设备所能带来的最优经济效益。相比于现有技术，本实施例提供的定容系统具有保障供能可靠性、降低碳排放量，节省支出和提升经济性等优点。
82.图3是本发明实施例提供的一种计算机设备，包括存储器、处理器和收发器，它们之间通过总线连接；存储器用于存储一组计算机程序指令和数据，并可以将存储的数据传输给处理器，处理器可以执行存储器存储的程序指令，以执行上述方法的步骤。
83.其中，存储器可以包括易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者；处理器可以是中央处理器、微处理器、特定应用集成电路、可编程逻辑器件或其组合。通过示例性但不是限制性说明，上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件、现场可编程逻辑门阵列、通用阵列逻辑或其任意组合。
84.另外，存储器可以是物理上独立的单元，也可以与处理器集成在一起。
85.本领域普通技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有相同的部件布置。
86.在一个实施例中，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
87.本发明实施例提供的一种基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容方法及系统，其一种基于解耦面对异构能源系统的能源配置定容方法利用解耦算法和粒子群算法对效益评价指标进行综合比较，得到最优效益评价指标，并将最优效益评价指标对应的异构能源供应设备储能容量作为最优能源定容结果。该方法清晰地、全面地反应了在最新政策下经济和减碳方面各个能源供应之间的平衡关系，可适用于最新电力市场政策策执行的情形下，且可衍生推广应用到其他异构能源系统、电冷热以及源网荷储储能设备定容中。
88.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如ssd)等。
89.本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。
90.以上所述实施例仅表达了本技术的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技
术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。