[發明專利]一種城市綜合能源系統多目標優化方法

有效

• 申請號: 201911029496.4
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110910272B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 趙長偉;劉瑾;戚艷;張燕宏;王繼革;張慧穎;楊得博;王旭東;王合兵;楊國朝;趙村;李慶鐳;李廣敏;楊智;駢睿珺;劉偉;呂劍;張鵬;李剛
• 申請（專利權）人: 國網天津市電力公司;國家電網有限公司
• 主分類號: G06Q50/06
• 分類號: G06Q50/06;G06F30/20
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

1.一種城市綜合能源系統多目標優化方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1：城市綜合能源系統環節劃分

將城市綜合能源系統分為額能源生產、運輸、轉換、存儲和利用五個環節；各環節的輸入與輸出關系如下式：

L_i＝C_iP_i

其中i＝1、2、3、4、5，分別代表能源生產、運輸、轉換、儲存和利用的五個環節；P_i和L_i分別代表第i部分的能量輸入列向量和輸出列向量，不同行元素代表不同的能源形式；C_i代表能效矩陣，其第m行第n列的元素值代表第m種能源經過本環節后轉換成第n種能源的效率；

S2：城市綜合能源系統能效建模；

S3：城市綜合能源系統經濟性建模

本發明中經濟性指年運行成本，考慮城市綜合能源系統在能源生產、轉換和儲存環節的產生的運行費用；在能源生產、轉換和儲存環節均存在如下關系：

ξ_i＝π_iP_i

其中i＝1,3,4分別表示能源生產、轉換和儲存環節；ξ_i代表第i個環節的成本(元)；π_i代表第i個環節的成本矩陣，反映單位能源在i環節產生的費用；

S4：城市綜合能源系統環保性建模

城市綜合能源系統以年總二氧化碳排放量作為環保性指標，核算方法如下式；

其中，R代表系統總CO₂排放量，μ_h為第h種能源單位CO2排放系數；

S5：城市綜合能源系統優化目標與約束

步驟一：確定優化目標

本發明采用多目標優化方法，優化目標如下：

max?f＝{f₁,-f₂,-f₃}

步驟二：確定約束條件，所述約束條件包括：能量供應約束；機動車需求量約束；燃油消耗約束；供需平衡約束；比例約束；

S6：城市綜合能源系統優化求解，選用NSGA-II算法求解多目標優化問題；

所述步驟S2中，具體方法如下：

S201：城市綜合能源生產環節效率矩陣建模

能源生產環節由集中式電供熱即CEH、火電廠即TP、燃煤鍋爐即CFB、燃氣鍋爐即GB和熱電聯產即CHP五部分組成，該環節效率矩陣如式(2)所示；

其中λ^j_i,α代表第i個環節第α種能量的j分量，η_ceh,η_tp,η_cfb,η_gb分別代表CEH、TP、CFB和GB的效率，η_chpe,η_chph代表CHP的發電效率和發熱效率；

S202：城市綜合能源運輸環節效率矩陣建模

能源運輸環節環節由電網即PG、熱力管網即HSP和天然氣網即GP三部分組成，該環節效率矩陣如式(3)所示；

其中，η_pg,η_hsp,η_gp分別代表PG、HSP和GP的效率；HSP的效率一般為95％；

PG的效率可以通過(4)來計算；

η_pg＝(1-a)(1-b)(1-c)???????????????(4)

其中a、b、c代表中壓線損率、變壓器損耗率、低壓線損率；

GP的效率可以通過(5)計算；

其中，Q代表氣體傳輸量；E_g,3代表氣體壓縮機消耗的電能；

S203：城市綜合能源轉換環節效率矩陣建模

能量轉換環節由五部分組成：分布式可再生能源發電即DREG、分布式太陽能產熱即DSHG、分布式電轉熱即DEHT、分布式電轉冷即DECT和分布式氣轉電/冷/熱設備即DGE；由于在能源轉換環節增加了兩個新的能源輸入項，造成該環節輸入P₃不等于能量傳輸環節的輸出L₂；因此，定義矩陣T₂如式6形式；

則有P₃＝L₂T₂+P_r，其中：

P_r＝[0?0?0?0?0?P_3re?P_3rh]^T????????(7)

其中P_3re、P_3rh分別為分布式可再生電源和分布式可再生熱源的投入量；該環節效率矩陣如式(8)所示；

其中η_deht,,η_dect代表DEHT和DECT的效率，η_dgee,η_dgeh,η_dgec代表DGE的發電效率、熱效率和冷效率；

其中，λ_e，λ_h，λ_c分別代表電能、熱能、冷能從轉換環節輸出到存儲環節的比例；

S204：城市綜合能源存儲環節效率矩陣建模

能源儲存環節由三部分組成：儲電(EES)、儲熱(TES)和儲冷(CS)，該環節效率矩陣如式(10)所示；

其中ηees,ηtes,ηcs分別代表EES、TES和CS充放電效率；

S205：城市綜合能源利用環節效率矩陣建模；

能源利用環節共分五個部分：電負荷(EL)，熱負荷(HL)，冷負荷(CL)，氣負荷(GS)、油需求(OR)，該環節效率矩陣如式(11)所示；

其中,η_el,η_hl,η_cl,η_gl,η_or分別代表EL、HL、CL、GL和OR用能效率

S206：城市綜合能源系統能效模型

城市綜合能源系統的輸出矩陣L₅可以用(12)表示；

L₅＝C₅(I-λ+C₄λ)C₃(T₂C₂C₁P₁+P_r)??????(12)

其中I代表單位矩陣；則城市綜合能源系統能效模型如式(13)所示；