大学城综合能源系统经济运行优化方法及系统与流程

本发明涉及综合能源系统协调优化，尤其涉及一种大学城综合能源系统经济运行优化方法及系统。

背景技术：

1、综合能源涉及特性各异的不同能源环节，既包含传统能源(如电、气、冷、热)，也包含新型能源(如氢能、光伏发电、风电等)。

2、综合能源系统打破了传统冷/热/电/气多种能源在规划、运行层面互相隔离的现状，通过能源转换设备实现多能间的协同互补，满足用户对于不同品位的能源需求。同时，需要对大学城综合能源系统拓扑结构进行动态实时的优化控制，转换用能形式，达到运行的经济性目标。

3、因此，关于综合能源系统(integrated energy systems,ies)的建模、需求响应及优化调度方法是现在研究的重点。

4、在大学城应用场景下，如何根据综合能源系统的实际应用场景，设置优化调度分析过程中目标函数和约束条件，以得到更加合理的优化调度方法，是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种大学城综合能源系统经济运行优化方法及系统，用以解决现有综合能源系统协调优化方式不够合理的问题。

2、一方面，本发明公开了一种大学城综合能源系统经济运行优化方法，包括：

3、以大学城综合能源系统最小经济运行成本为目标构建目标函数；

4、确定所述目标函数的约束条件，所述约束条件包括电功率平衡约束、节点电压与支路电流约束、网络拓扑约束、开关次数约束、热网约束及设备约束；

5、求解所述目标函数，并根据所述目标函数的求解结果对所述综合能源系统的运行进行优化。

6、在上述方案的基础上，本发明还做出了如下改进：

7、进一步，所述目标函数f的公式表示为：

8、

9、其中，σ1、σ2分别为经济性的权重值、环保性的权重值；pe为t时段从上级电网购买的电能；为t时段的单位电价；vg为燃气轮机消耗的天然气量，vboi为燃气锅炉消耗的天然气量；为t时段的天然气价格，单位为元/m3；δt为单位调度时长，t为调度周期；ω为惩罚系数；ee为单位电功率下二氧化碳的排放系数；eg为单位体积天然气的二氧化碳排放系数。

10、进一步，所述电功率平衡约束的公式表示为：

11、

12、其中，pe.t、ppv.t、pwind.t、pgt.t分别为t时段从电网的购电功率、光伏出力、风力发电出力、燃气轮机出力；pe.loss.t、pe.load.t、pbat.t分别为t时段的配电网网损、电负荷、电池储能效率；pg.i.t、qg.i.t分别表示节点i在t时段注入的有功功率、无功功率；pd.i.t、qd.i.t分别表示节点i在t时段负荷的有功功率、无功功率；ui.t、uj.t分别表示t时段节点i、j的电压幅值；gij、bij分别表示支路ij的电导、电纳；δij.t表示t时段节点i、j间的电压相角差，n为配电网系统所包含的节点总数。

13、进一步，所述节点电压与支路电流约束的公式表示为：

14、

15、其中，umin、umax分别表示节点电压的下限、上限；il,t表示支路l在t时段的电流幅值，il_max表示支路l的电流最大值。

16、进一步，所述网络拓扑约束的公式表示为：

17、

18、其中，dij,t为支路ij在t时段的潮流方向，dij,t＝1表示节点j在t时段为节点i的母节点，潮流流向为从节点j到节点i；dji,t为支路ji在t时段的潮流方向，dij,t＝1表示节点i在t时段为节点j的母节点，潮流流向为从节点i到节点j；n(i)指与节点i相近的可重构连接的节点集合；sij,t为t时段支路ij的连通状态，当支路ij闭合时，sij,t＝1；当支路ij断开时，sij,t＝0。

19、进一步，所述开关次数约束的公式表示为：

20、

21、其中，kl,t为支路l在t时段的实际开关动作次数，kl_max,t为支路l在t时段的开关动作次数的上限，kmax为所有支路开关动作总次数的上限，nl表示配电网系统中所有支路的总数。

22、进一步，所述热网约束的公式表示为：

23、

24、其中，qboi.t、qhrs.t、qload.t、qstor.t分别为t时段的燃气锅炉的热出力、燃气轮机热回收系统的热出力、系统热负荷、蓄热罐出力；分别为t时段热节点x温度的下限、上限；tx,t为t时段热节点x的实际温度；分别为t时段xy管道水流量的上限、下限，gxy,t为t时段xy管道的实际水流量。

25、进一步，所述设备约束的公式表示为：

26、

27、式中，为燃气轮机的切除系数；为燃气轮机的额定功率；pg.t表示t时段燃气轮机的实际功率；ppv.nom为光伏机组的额定功率；pwind.nom为风电机组的的额定功率；qboi.t为t时段燃气锅炉的实际功率，qboi.nom为燃气锅炉的额定功率；qhrs.t为t时段热回收系统的实际功率，qhrs.nom为热回收系统的额定功率；sbat.t为t时段储能电池的实际功率；sbat,max、sbat,min分别为储能装置的运行功率的上限、下限。

28、进一步，所述根据所述目标函数的求解结果对所述综合能源系统的运行进行优化，执行：

29、随机生成一个种群，包含m个粒子，随机初始化种群中所有粒子的速度和位置；

30、以目标函数作为适应度函数，计算每个粒子的适应度值f(x)，根据每个粒子的适应度值f(x)记录相应的粒子满足所述约束条件下的个体最优位置f0、群体最优值f1和群体最优适应度s0；

31、根据群体最优适应度s0计算出退火的初始温度t0，并算出初始温度下每个粒子经过退火后的适应度值f2；

32、根据粒子迭代公式更新每个粒子的速度和位置；

33、进行退火操作；

34、将每个粒子的适应度值f2按照从高到低的顺序排列，筛选掉适应度值排在前1/5的粒子，并将剩下适应度值排在中间的粒子复制1/4，从而保持种群的个体总数不变；

35、随机选择适应度低的粒子，将相应的粒子的位置进行交叉和变异，并更新粒子的个体最优位置f0和群体最优值f1；

36、判断是否满足迭代终止条件，若满足，则输出最优解作为协调优化方案；若不满足，则返回至所述根据群体最优适应度s0计算出退火的初始温度t0，并算出初始温度下每个粒子经过退火后的适应度值f2的步骤；

37、其中，所述协调优化方案包括综合能源系统中各出力设备的出力功率的调度方案。

38、另一方面，本发明还公开了一种采用上述方法的大学城综合能源系统经济运行优化系统，包括：

39、目标函数构建模块，用于以综合能源系统最小经济运行成本为目标构建目标函数；

40、约束条件构建模块，用于确定所述目标函数的约束条件，所述约束条件包括电功率平衡约束、节点电压与支路电流约束、网络拓扑约束、开关次数约束、热网约束及设备约束；

41、协调优化模块，用于求解所述目标函数，并根据所述目标函数的求解结果对所述综合能源系统的运行进行优化。

42、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

43、本发明提供的大学城综合能源系统经济运行优化方法，通过设置较为合理的目标函数和约束条件，能够很好地实现大学城综合能源系统经济运行优化，以指导实际的综合能源系统的运行。

44、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。