综合能源系统最优运行方案的确定方法、系统及存储介质与流程

本发明涉及综合能源系统，并且更具体地，涉及一种综合能源系统最优运行方案的确定方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、随着全球工业化进程的加快，温室效应和环境问题日益突出。在此背景下，低碳减排的呼声越来越高。特别是中国已表示，力争到2030年实现碳达峰，到2060年实现碳中和。而传统能源供应主要依靠化石燃料，随着能源需求的增长，碳排放量也随之不断增加。因此，有必要整合可再生能源，转变能源利用方式，提高能源效率，减少碳排放。

2、综合能源系统（ies）可以实现多种能源之间的耦合转换，在解决环境问题和提高可再生能源消纳发挥着极大的作用，并且，ies还可以同时满足多种类型的负荷需求。随着ies研究的推进，传统能源系统单一供应、相互分离的局面正得到改变，能源浪费将大大减少，从而获得更好的经济效益和环境效益。由于ies内部错综复杂的耦合关系，其数学模型具有多变量、非线性和多约束的特点。如何在复杂的多变量、非线性和多约束条件下获得ies的最优运行方案，逐渐成为全世界关注的焦点。

3、发明申请cn111463836a公开了一种综合能源系统优化调度方法，包括：获取每日冷、热、电负荷及光伏出力的预测值；根据冷、热、电负荷及光伏出力的预测误差概率分布，生成误差场景集s；对误差场景集进行缩减，得到典型误差场景；将典型误差场景与冷、热、电负荷及光伏出力预测值相叠加，得到冷热电负荷与光伏出力的典型场景；构建综合能源系统优化调度的设备数学模型；根据综合能源系统优化调度的设备数学模型，构建综合能源系统优化调度模型；将典型场景输入综合能源系统优化调度模型中，并采用nsga-ii多目标算法进行求解，得到pareto最优解集；从pareto最优解集中挑选出最佳解，得到最佳运行方案。

4、但是，传统的综合能源系统优化调度方法存在收敛速度慢、经济成本高以及碳排放量高的缺陷。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种综合能源系统最优运行方案的确定方法、系统及存储介质。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种综合能源系统最优运行方案的确定方法，包括：

3、步骤一：确定综合能源系统的目标函数；

4、步骤二：设置目标函数的变量范围、约束条件和总迭代次数；

5、步骤三：初始化黏菌算法的种群数量，确定黏菌算法的各个个体的具体位置；其中种群数量为黏菌算法中个体的总数量，一个个体代表一个运行方案，具体位置代表个体对应的运行方案中各个能源设备的输入量和输出量；

6、步骤四：基于目标函数的变量范围、约束条件、总迭代次数和各个个体的具体位置，计算当前迭代次数的各个个体的目标函数值；

7、步骤五：判断当前随机数是否小于预设的给定值；若当前随机数小于或者等于预设的给定值，则基于预设的第一算法更新各个个体的具体位置；若当前随机数不小于预设的给定值，则基于预设的第二算法更新各个个体的具体位置；

8、步骤六：基于当前随机数、当前迭代次数的各个个体的目标函数值以及更新后的各个个体的具体位置，计算下一迭代次数的各个个体的目标函数值；

9、步骤七：判断是否达到最大迭代次数；若达到最大迭代次数则转至步骤八，反之则转至步骤四；

10、步骤八：基于各个个体的目标函数值和各个个体的具体位置，从各个运行方案中确定最优运行方案以及最优运行方案中各个能源设备的输入量和输出量。

11、可选地，所述目标函数的表达式如下：

12、；

13、；

14、；

15、式中， f为目标函数； f buy为综合能源系统的电和天然气的购买成本； f op为综合能源系统的能源设备维护成本； pe( t)表示 t时刻的外购电； pg( t)表示 t时刻的外购天然气； ce( t)表示 t时刻的电价； cg表示 t时刻的天然气价； cpv、、、、、、和分别表示光伏、风电、燃气装置、燃气锅炉、电制冷机、电转氢装置、电转气装置和氢燃料电池的单位维护成本； ppv( t)表示 t时刻的光伏的功率输出量； pwt( t)表示 t时刻的风电的功率输出量； pgfe( t)表示 t时刻的燃气装置的热能输出量； pgb( t)表示 t时刻的燃气锅炉的热能输出量； pec,in( t)表示 t时刻的电制冷机的电能输入量； pp2h,in( t)表示 t时刻的电转氢装置的功率输入量； pp2g,in( t)表示 t时刻的电转气装置的氢气输入量； phfc,in( t)表示 t时刻的氢燃料电池的氢气输入量。

16、可选地，通过以下公式确定黏菌算法的各个个体的具体位置：

17、；

18、式中， xi表示个体 i的具体位置； lbi表示个体 i的最小功率； ubi表示个体 i的最大功率； r是介于 0 和 1 之间的当前随机数。

19、可选地，所述基于预设的第一算法更新各个个体的具体位置，包括：

20、基于当前随机数、综合能源系统的各个能源设备的最大功率和最小功率，通过以下公式更新各个个体的具体位置：

21、；

22、式中， xin+1表示个体 i 在迭代次数n+1中的具体位置； r是介于 0 和 1 之间的当前随机数； lbi表示个体 i的最小功率； ubi表示个体 i的最大功率； z表示预设的给定值。

23、可选地，所述基于预设的第二算法更新各个个体的具体位置，包括：

24、基于当前随机数和当前迭代次数的各个个体的目标函数值，计算各个运行方案的权重 w、位置参数 a和个体位置评估参数 p；

25、判断当前随机数 r是否小于个体位置评估参数 p；

26、若前随机数 r小于个体位置评估参数 p，则通过以下公式更新各个个体的具体位置：

27、；

28、式中， xin+1表示个体 i 在迭代次数n+1中的具体位置； r是介于 0 和 1 之间的当前随机数； xbn表示最优解的当前位置； vb是一个范围在 -a到 a之间的随机数； w为各个运行方案的权重； x an和 x bn表示随机选取的两个个体； z表示预设的给定值； p表示个体位置评估参数；

29、若前随机数 r不小于个体位置评估参数 p，则通过以下公式更新各个个体的具体位置：

30、；

31、式中， xin+1表示个体 i 在迭代次数n+1中的具体位置； r是介于 0 和 1 之间的当前随机数； vc是一个从1到0线性递减的数； xin表示个体 i 在迭代次数n中的具体位置； p表示个体位置评估参数。

32、根据本发明的另一个方面，提供了一种综合能源系统最优运行方案的确定系统，包括：

33、目标函数确定模块，用于确定综合能源系统的目标函数；

34、设置模块，用于设置目标函数的变量范围、约束条件和总迭代次数；

35、初始化模块，用于初始化黏菌算法的种群数量，确定黏菌算法的各个个体的具体位置；其中种群数量为黏菌算法中个体的总数量，一个个体代表一个运行方案，具体位置代表个体对应的运行方案中各个能源设备的输入量和输出量；

36、第一计算模块，用于基于目标函数的变量范围、约束条件、总迭代次数和各个个体的具体位置，计算当前迭代次数的各个个体的目标函数值；

37、个体位置更新模块，用于判断当前随机数是否小于预设的给定值；若当前随机数小于或者等于预设的给定值，则基于预设的第一算法更新各个个体的具体位置；若当前随机数不小于预设的给定值，则基于预设的第二算法更新各个个体的具体位置；

38、第二计算模块，用于基于当前随机数、当前迭代次数的各个个体的目标函数值以及更新后的各个个体的具体位置，计算下一迭代次数的各个个体的目标函数值；

39、判断模块，用于判断是否达到最大迭代次数；若达到最大迭代次数则转至方案确定模块，反之则转至第一计算模块；

40、方案确定模块，用于基于各个个体的目标函数值和各个个体的具体位置，从各个运行方案中确定最优运行方案以及最优运行方案中各个能源设备的输入量和输出量。

41、可选地，所述目标函数的表达式如下：

42、；

43、；

44、；

45、式中， f为目标函数； f buy为综合能源系统的电和天然气的购买成本； f op为综合能源系统的能源设备维护成本； pe( t)表示 t时刻的外购电； pg( t)表示 t时刻的外购天然气； ce( t)表示 t时刻的电价； cg表示 t时刻的天然气价； cpv、、、、、、和分别表示光伏、风电、燃气装置、燃气锅炉、电制冷机、电转氢装置、电转气装置和氢燃料电池的单位维护成本； ppv( t)表示 t时刻的光伏的功率输出量； pwt( t)表示 t时刻的风电的功率输出量； pgfe( t)表示 t时刻的燃气装置的热能输出量； pgb( t)表示 t时刻的燃气锅炉的热能输出量； pec,in( t)表示 t时刻的电制冷机的电能输入量； pp2h,in( t)表示 t时刻的电转氢装置的功率输入量； pp2g,in( t)表示 t时刻的电转气装置的氢气输入量； phfc,in( t)表示 t时刻的氢燃料电池的氢气输入量。

46、可选地，通过以下公式确定黏菌算法的各个个体的具体位置：

47、；

48、式中， xi表示个体 i的具体位置； lbi表示个体 i的最小功率； ubi表示个体 i的最大功率； r是介于 0 和 1 之间的当前随机数。

49、可选地，所述基于预设的第一算法更新各个个体的具体位置，包括：

50、基于当前随机数、综合能源系统的各个能源设备的最大功率和最小功率，通过以下公式更新各个个体的具体位置：

51、；

52、式中， xin+1表示个体 i 在迭代次数n+1中的具体位置； r是介于 0 和 1 之间的当前随机数； lbi表示个体 i的最小功率； ubi表示个体 i的最大功率； z表示预设的给定值。

53、可选地，所述基于预设的第二算法更新各个个体的具体位置，包括：

54、基于当前随机数和当前迭代次数的各个个体的目标函数值，计算各个运行方案的权重 w、位置参数 a和个体位置评估参数 p；

55、判断当前随机数 r是否小于个体位置评估参数 p；

56、若前随机数 r小于个体位置评估参数 p，则通过以下公式更新各个个体的具体位置：

57、；

58、式中， xin+1表示个体 i 在迭代次数n+1中的具体位置； r是介于 0 和 1 之间的当前随机数； xbn表示最优解的当前位置； vb是一个范围在 -a到 a之间的随机数； w为各个运行方案的权重； x an和 x bn表示随机选取的两个个体； z表示预设的给定值； p表示个体位置评估参数；

59、若前随机数 r不小于个体位置评估参数 p，则通过以下公式更新各个个体的具体位置：

60、；

61、式中， xin+1表示个体 i 在迭代次数n+1中的具体位置； r是介于 0 和 1 之间的当前随机数； vc是一个从1到0线性递减的数； xin表示个体 i 在迭代次数n中的具体位置； p表示个体位置评估参数。

62、根据本发明的又一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行本发明上述任一方面所述的方法。

63、根据本发明的又一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述可执行指令以实现本发明上述任一方面所述的方法。

64、本发明将黏菌算法运用于求解综合能源系统的优化运行问题，可以快速、准确地从各个运行方案中确定最优运行方案以及最优运行方案中各个能源设备的输入量和输出量，从而得到更优的运行结果，更好的满足用户对电、气、冷、热这四种负荷需求的同时，使得优化运行调度的收敛速度更快、经济成本更低、碳排放量更小，让综合能源系统的经济性和环境友好性达到更佳。从而解决现有的综合能源系统优化调度方法存在收敛速度慢、经济成本高以及碳排放量高的技术问题。