[發明專利]一種計及能流延遲特性的綜合能源系統拓撲優化方法

有效

• 申請號: 202010436001.6
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111626587B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 鐘崴;王安陽;林小杰;吳燕玲;周懿
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明涉及一種計及能流延遲特性的綜合能源系統拓撲優化方法，本優化方法包括如下步驟：步驟S1，建立包括蒸汽、熱水輸送網絡，冷凍水、冷空氣輸送網絡以及壓縮空氣輸運網絡在內的綜合能源系統網絡機理模型；步驟S2，計算各能流輸運網絡末端工質溫度、流量等關鍵參數隨源端波動的響應特性；步驟S3，建立多種能流最低綜合延遲的目標函數，其中，各能流延遲的權重系數由模糊層次分析法獲得；步驟S4：構建供需工況組合集，設定多種能流供需匹配約束與綜合能源系統網絡節點空間分布約束；步驟S5，采用粒子群優化算法求解上述步驟的目標函數與約束條件構成的優化問題，得到綜合能源系統最優拓撲規劃方案。

技術領域

本發明涉及綜合能源系統優化方法，屬于綜合能源系統領域，具體涵蓋一種計及能流延遲特性的綜合能源系統拓撲優化方法。

技術背景

當前，我國能源消費不斷增長，2017年一次能源生產總量已達35.85億噸標準煤。如何從區域能源的角度出發，解決區域內多元化用能需求問題、解決區域能源效率提升問題、促進區域能源可持續發展，是能源領域的研究焦點。在能源轉型的政策引導和信息物理融合的技術驅動下，針對上述問題的綜合能源系統概念隨即產生。綜合能源系統是指一定區域內利用先進的物理信息技術和創新管理模式，整合區域內電能、熱能、冷能、壓縮空氣等多種能源，實現各能源子系統之間的協調規劃、協同管理、交互響應和互補互濟的新型一體化能源系統。

現有對綜合能源系統的研究聚焦于系統優化規劃和優化調度策略方向。而隨著城鎮化進程的不斷深入，城市空間布局、能源結構不斷重構，新型綜合能源系統的規劃得到越來越多學者的關注。但綜合能源系統規劃評價手段較為單一，以經濟性和排放特性為主導，而鮮有方法考慮不同能流的延遲特性。以蒸汽能流為例：蒸汽管網工質流動過程在蒸汽參數波動、可壓縮性、狀態變化、摩擦和傳熱等多種因素的作用下，其復雜瞬變特性導致源端和用戶端蒸汽溫度與流量的響應速度緩慢。

考慮到冷、熱、壓縮空氣等多種能流的不同延遲響應特性，如何從機理角度出發，建立綜合能源系統各能流的模型，并基于該模型建立綜合能源系統節點網絡拓撲優化方法是實現區域資源稟賦高效利用的關鍵技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種計及能流延遲特性的綜合能源系統拓撲優化方法，以基于機理的綜合能源系統模型和基于粒子群算法的優化手段，對綜合能源系統內源側和用戶側組成的節點拓撲網絡規劃方案進行尋優，以較低的人工成本獲得滿足最低延遲要求的綜合能源系統規劃策略。

為解決技術問題，本發明采用以下技術方案實現：

一種計及能流延遲特性的綜合能源系統拓撲優化方法，包括如下步驟：

步驟S1，建立包括蒸汽、熱水輸送網絡，冷凍水、冷空氣輸送網絡以及壓縮空氣輸運網絡在內的綜合能源系統網絡機理模型。不同能流傳輸模型構建方法有一定差異，冷空氣及壓縮空氣輸運網絡僅需建立水力模型，而蒸汽、熱水、冷凍水輸送網絡除水力模型外，還需建立熱力模型。以下分步驟介紹通用性水力模型和熱力模型的構建：

步驟S110，水力模型要求工質在綜合能源網絡中流動應滿足網絡基本定理：各管道的流量在各節點處應滿足流量連續性方程，即節點處流入流量等于流出流量。在一個輸運閉合回路中，工質在各管道中流動的壓頭損失之和為0，即

式中，A_s為綜合能源系統網絡的節點-支路關聯矩陣；m_t為各管道流量；m_q,t為各節點流出流量；B_h為綜合能源系統網絡的回路-支路關聯矩陣；h_f,t為壓頭損失向量，其計算方法為

h_f,t＝Km_t|m_t| (2)

式中，K為管道的阻力系數矩陣。