[发明专利]一种综合能源系统多能耦合分层建模方法

说明书

本发明实施例公开了一种综合能源系统多能耦合分层建模方法，包括如下步骤：步骤100、确定五个层级，分别为分配层、转换层、集成层、储能层和网络层，每个层级都以传递矩阵的形式表述；步骤200、将五个层级的传递矩阵相乘，得到综合能源系统的输入能源和输出能源的耦合关系。本发明将综合能源系统中的能源转换设备、储能设备、能源网络等元素分别建模于不同的层级之中，层次清晰分明，当系统的结构发生变化时，只需修改发生变化的相应传递矩阵，而无需修改其他层的传递矩阵，通过各层传递矩阵的联合运算实现系统整体的输入与输出关系建模，可以实现各环节元素见的联合优化及规划，实现多能耦合优势互补。

技术领域

本发明实施例涉及能源系统技术领域，具体涉及一种综合能源系统多能耦合分层建模方法。

背景技术

随着社会能源短缺和环境问题的日益突显，如何保证能源供应、提高能源利用效率成为当前亟待解决的问题。传统的电/气/热/冷等多种形式的能源分产分供的模式无法发挥多能之间的互补优势和协同作用，成为制约实现能源高效利用的瓶颈。综合能源系统是由电/气/热/冷等能源形式通过耦合形成的有机整体，为多能协调及综合利用提供平台，可以有效发挥多能之间的互补作用，具有较大发展潜力。在综合能源系统中，电能易于大规模、远距离传输，但无法大量存储；而(天然)气能、热能传输能力较弱，但存储能力较强。以气能、热能等形式进行能量的存储，而以电能的形式进行能量的传输，能够极大提高整体的能源利用水平。

多种能源的耦合建模是综合能源系统分析的基础。这方面研究具有标志性的是ETH Zurich教授提出的能源集线器(Energy Hub)模型。该能源集线器模型是包含能源转换设备、储能设备以及能源网络拓扑关系的多能耦合线性模型，通过该模型可以进行能源系统的优化分析。同时，也有一些学者提出了能源路由器(Energy Router)模型用于综合能源系统的控制与管理。能量路由器由电力电子控制模块、通信模块、能量调度模块组成，具备系统综合优化与能量调配功能。能源路由器作为综合能源系统中的智能控制单元，从信息层面对综合能源系统多能耦合建模提供了支持。

虽然目前国内外在综合能源系统的多能耦合建模方面取得了一定的成果，但仍存在下述问题：1)将能源转换过程简化处理为单一类型的能源转换关系，这对于包含多种存在功能替代关系的能源转换设备的综合能源系统缺乏最优能流路径的选择能力，未能充分发挥多能之间的互补优势和协同作用，优化潜力挖掘不足；2)在建模过程中未对综合能源系统中的能源转换设备、储能设备、能源网络等各环节加以区分，各元素混杂在一起，导致模型辨识度不高，修改及重构困难，可扩展性不强。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种综合能源系统多能耦合分层建模方法，以解决现有技术中互补优势不明显，而且模型重构困难的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种综合能源系统多能耦合分层建模方法，包括如下步骤：

步骤100、确定五个层级，分别为分配层、转换层、集成层、储能层和网络层，每个层级都以传递矩阵的形式表述；

步骤200、依据不同层级加工多功能耦合的过程分解为能量的分配、转换、集成、存储和传输，并将五个层级的传递矩阵相乘，得到综合能源系统的输入能源和输出能源的耦合关系。

作为本发明的一种优选方案，所述分配层用于表述综合能源系统的输入能源按照一定的比例分配给能源转换设备的过程，以矩阵M₁表示，则能源经过分配层的变化过程表示为：

式中：P^α,P^β,…,P^ω为能源输入，其上标α,β,…,ω表示能源形式，，表示分配层的输出能源，其下标表示能源转换设备的编号。

作为本发明的一种优选方案，M₁表示分配层传递矩阵，由分配系数构成，表示为：