技术特征：
1.面向碳中和的城市综合能源发展规划方法，其特征在于，包括：s1：确定城市的城市结构和能源结构，进而建立能源系统的形态结构；s2：基于能源系统的形态结构建立对应的可靠性评估模型和不确定性模型，进而基于可靠性评估模型和不确定性模型构建对应的综合能源系统；s3：对综合能源系统进行发展路径规划，进而通过考虑电力和天然气系统之间联合优化运行和用户能源互补替代效应的分析方法对综合能源系统进行可靠性分析；s4：以经济性、独立性和碳排放为目标建立综合能源系统的目标优化模型，进而基于目标优化模型计算综合能源系统的最优容量配值，以实现城市的综合能源发展规划。2.如权利要求1所述的面向碳中和的城市综合能源发展规划方法，其特征在于：步骤s2中，通过如下步骤构建综合能源系统：s201：对各类能源的生产、分配、转换、消费、存储环节进行有机协调与优化，以形成对应的能源产供消一体化系统，进而基于能源产供消一体化系统建立能源输入侧、能源转换侧和能量储存侧的可靠性评估模型；s202：在建立的可靠性评估模型中加入供能设备和冷负荷、热负荷、电负荷的不确定性模型，以满足终端用户电、热、冷、气的多种用能需求；s203：基于能源输入侧、能源转换侧和能量储存侧的可靠性评估模型以及供能设备和冷负荷、热负荷、电负荷的不确定性模型建立安全稳定运行的电-气耦合综合能源系统。3.如权利要求1所述的面向碳中和的城市综合能源发展规划方法，其特征在于：步骤s3中，发展路径规划包括：1)对燃气网络进行规划：考虑天然气站进行扩容或者新建；2)对天然气能源网络进行规划：考虑气负荷、冷负荷和热负荷，同时考虑新建燃气锅炉和新建cchp，并且考虑燃气锅炉和cchp系统与电力网络之间的耦合关系，考虑各自网络出力约束；3)对电力网络进行规划：考虑变电站扩建或者新建；4)对电力能源网络进行规划：考虑电负荷、冷负荷和热负荷，同时考虑需求侧新空调并且考虑与燃气网络之间的耦合关系，考虑各自网络出力约束。4.如权利要求1所述的面向碳中和的城市综合能源发展规划方法，其特征在于：步骤s3中，通过如下步骤对综合能源系统进行可靠性分析：s301：通过可靠性网络等效的方式表示综合能源系统的元件，进而建立计及系统运行状态、外部环境变化、元件健康状况以及设备或系统运行方式的可靠性评估概率模型；s302：通过蒙特卡洛法结合可靠性评估概率模型和历史数据随机抽样生成一批新的数据作为未来运行状态，进而在多能流分析与优化的基础上结合未来运行状态评估综合能源系统的系统状态；s303：基于综合能源系统的系统状态计算对应的系统运行可靠性指标。5.如权利要求4所述的面向碳中和的城市综合能源发展规划方法，其特征在于：步骤s303中，系统运行可靠性指标包括负荷消减概率plc和期望缺电量eens。6.如权利要求4所述的面向碳中和的城市综合能源发展规划方法，其特征在于：步骤s301中，建立综合能源系统中的燃气机组、非燃气机组、天然气源和电转气设备四个元件的等效模型；
1)燃气机组的等效模型包括：燃气机组在t时刻的发电功率：燃气机组j在状态h下的实际可用发电容量：燃气机组等效体在状态下的发电容量：式中：表示燃气机组j在状态hjgfu下的发电容量；表示燃气机组j在状态hjgfu产下的实际可用发电容量；表示燃气机组在t时刻的发电功率；表示燃气机组j在状态h下的实际可用发电容量；表示燃气机组等效体在状态下的发电容量；a
j
、b
j
和c
j
均表示燃气机组j的热效率系数；h
g
表示天然气的热值；表示由天然气系统运行状态决定的燃气机组j的天然气注入功率上限；表示燃气机组数量；2)非燃气机组的等效模型包括：非燃气机组等效体在状态下的发电容量：式中：表示非燃气机组等效体在状态下的发电容量；表示工作状态，其在{0,1}中随机取值；表示发电容量；表示非燃气机组数量；3)天然气源的等效模型包括：天然气源等效体在状态的产气容量：式中：表示天然气源等效体在状态的产气容量；表示工作状态，其在{0,1}中随机取值；nw
i
表示天然气井或储气装置的数量；表示产气容量；4)电转气设备的等效模型包括：电转气模块j在时刻t的产气速率：式中：表示电转气模块j在时刻t的产气速率；η
ptg
表示电转气模组的效率；电转气模组j在状态下的产气容量为：式中：dgc
ptg
表示电转气模组j在状态下的产气容量；表示由电力系统运行状况
决定的电力供应上限；电转气等效体在状态下的产气容量：式中：表示电转气等效体在状态下的产气容量；表示电转气模组j的状态；表示电转气模组的数量；表示电转气设备的电力消耗；gc
ptg
表示天然气源的产气容量。7.如权利要求1所述的面向碳中和的城市综合能源发展规划方法，其特征在于：步骤s4中，通过如下公式表示综合能源系统的目标优化模型：f＝min(atc,eer,cev)式中：f表示最优容量配值；atc表示系统经济性目标；eer表示系统独立性目标；cev表示系统环保性目标；1)系统经济性目标：通过如下公式表示经济性目标：atc＝c
ic
+c
o&m
+c
re
+c
e
+c
l
；式中：atc表示综合能源系统的总成本，即系统经济性目标；c
ic
表示综合能源系统的设备购置成本；c
o&m
表示综合能源系统的运营和维护成本；c
re
表示综合能源系统的设备零部件更换成本；c
e
表示综合能源系统的总能源成本，c
l
表示能源传输损耗成本；通过如下公式表示综合能源系统的初始成本：通过如下公式表示综合能源系统的初始成本：c
ic,j
＝c
j
·
c
u,j
＝n
j
·
c
u,j
；式中：c
ic,j
表示组件j的资本成本；c
ic
表示每个单位的资本成本；n
j
表示固定单位使用的单位数目；c
u,j
表示组件j的单位成本；c
j
表示单位容量；m表示单位总数；i表示利率；r表示综合能源系统的资本回收系数；n表示综合能源系统的寿命；式中：c
o&m,j
表示设备j的运行和维护成本，c
o&m,u,j
是单个设备j的运行和维护成本；式中：c
ic,j
表示每个设备的资本成本；c
ic,j
表示组件j的资本成本；c
u,j
表示组件j的单位成本；n
j
表示更换设备的数量；f表示通货膨胀率；
式中：c
fuel
表示天然气消费的能源成本；c
grid
表示从电网购电的能源成本；c
lost
表示网络传输损耗成本；c
gas
表示天然气价格；c
grid
表示电价；v
pgu
表示pgu的天然气消费；v
gb
表示燃气锅炉的天然气消费；2)系统独立性目标通过如下公式表示系统独立性目标：式中：e
grid,buy
表示从主电网购买的电量；e
load
表示用户的电力消耗量；e
ies
表示综合能源系统中的电力消耗量；3)系统环保型目标通过如下公式表示系统环保性目标：式中：cev表示综合能源系统的总碳排放，即系统环保型目标；ω
k,j
表示来自排放源k的污染物j的排放系数；ζ
ec-p表示污染物排放惩罚费用；δ
e,j
表示污染物j的单位成本；p
k
(t)表示t时刻的排放源k的功率。8.如权利要求7所述的面向碳中和的城市综合能源发展规划方法，其特征在于：综合能源系统的目标优化模型满足如下约束条件：1)资源约束：式中：分别表示综合能源系统天然气和电能最大供给量；2)用能约束：式中：f
ele
、f
heat
、f
gas
分别表示终端用户的电、冷/热、气能源需求；3)发电机组的数量约束：式中：n
wt
、n
pv
分别表示风机和光伏板的总数；a
wt
、a
pv
分别表示风机和光伏板的总可用面积；a
u,wt
、a
u,pv
分别表示风力涡轮机和光伏板的单位面积；4)节点电压约束：v
imin
≤v
i
≤v
imax
；式中：v
imin
、v
imax
分别表示线路电压幅值上下约束值；
5)线路潮流约束：式中：表示支路电功率传输界限；6)热网温度约束：t
imin
≤t
i
≤t
imax
；式中：t
imin
、t
imax
分别表示热网节点温度上下约束值；7)管道流量约束：式中：分别表示管道工质流量上下限。9.如权利要求1所述的面向碳中和的城市综合能源发展规划方法，其特征在于，还包括：s5：将综合能源系统中的化石能源替换为氢能源并计算对应的制氢成本，进而分析氢能源在达成碳中和目标中的可行性。10.如权利要求9所述的面向碳中和的城市综合能源发展规划方法，其特征在于：步骤s5中，通过如下公式计算制氢成本：s5中，通过如下公式计算制氢成本：s5中，通过如下公式计算制氢成本：s5中，通过如下公式计算制氢成本：s5中，通过如下公式计算制氢成本：0≤c
pv
；0≤c
p2h
；；；；；式中：lcoh2表示目标函数，即制氢成本；c
inv
表示光伏电解氢的投资成本；c
om
表示年度运维成本；c
fix
表示固定年度购电成本；c
var
表示可变年度购电成本；c
pv
表示投资的光伏容量；c
p2h
表示投资的电转氢容量；表示不同时刻从电网购买的电功率；表示从电网购
买的最大电功率；表示光伏出力；p
t
表示单位容量的光伏出力；表示电转氢的注入电功率；η
p2h
表示电转氢的效率；表示相角；h
output
表示年度制氢产量；表示电转氢的单位投资；表示光伏的单位投资；dr表示贴现率；n表示系统寿命；表示电转氢每年的单位操作和维持费用；表示有功功率的单位固定年电价；表示光伏每年的单位操作和维持费用；表示分时电价；表示视在功率的单位固定年电价。
技术总结
本发明具体涉及面向碳中和的城市综合能源发展规划方法，包括：确定城市的城市结构和能源结构，建立能源系统的形态结构；基于能源系统的形态结构建立对应的可靠性评估模型和不确定性模型，进而基于可靠性评估模型和不确定性模型构建对应的综合能源系统；对综合能源系统进行发展路径规划，进而通过考虑电力和天然气系统之间联合优化运行和用户能源互补替代效应的分析方法对综合能源系统进行可靠性分析；以经济性、独立性和碳排放为目标建立综合能源系统的目标优化模型，进而基于目标优化模型计算综合能源系统的最优容量配值，以实现城市的综合能源发展规划。本发明能够提高面向碳中和城市综合能源发展规划的实用性和全面性。性。性。
技术研发人员：张施令 王皓宇 周倩 黄伟 范川 李哲 胡文 吴贞龙 姚勇 宋兆欧 周楦颉 方钦 汤林 方斯顿 罗颖冰 刘龙真 黄莘杰
受保护的技术使用者：国网重庆市电力公司
技术研发日：2022.10.25
技术公布日：2023/1/31