[发明专利]基于多级能量枢纽模型的多能源系统互补优化配置方法

权利要求书

1.一种基于多级能量枢纽模型的多能源系统互补优化配置方法，其特征在于，首先建立以有向无环图为拓扑结构的多级能量枢纽通用模型，然后基于多级能量枢纽通用模型对多能源系统进行双阶段规划，得到用于实现多能源系统规划的多能源系统的结构和设备容量；

所述的多级能量枢纽通用模型，通过将能量枢纽结构中的系统元件分为三级：第一级是包含光热、风电、光伏的产能设备元件；第二级是包含电制冷、电制热和热制冷的能量转换设备元件；第三级是包含储热、储电的能量存储设备元件；以图论为理论基础，将其中的系统元件作为顶点，系统元件之间的能量流作为有向边，从而将整个能量枢纽模型作为一个有向无环图。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的能量枢纽结构是指：含多输入和多输出的多端口网络，多种能量在网络内部进行转换、分配和存储；

所述的能量枢纽模型，通过将多能源系统抽象成一个具有多输入多输出的多端口网络方式构建得到，其多个输入端与能源网络直接相连，以输入相应的能源，例如能量枢纽的输入端连接电网、天然气网和热力网来输入电、气、热；多个输出电、热、冷等能源满足多种负荷的需求，电、气、热、冷在能量枢纽内部通过能量转换设备和储能设备进行能量转换、分配和存储。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，为了构建描述能量枢纽模型，引入m×n维矩阵其中：m代表能量枢纽的级数，n代表系统元件的总数，矩阵Y中的所有元素均为0-1变量：当系统元件j处于能量枢纽的第i级，则y_ij＝1，否则y_ij＝0；一个能量枢纽的一种拓扑分级策略与一个矩阵Y一一对应；

对于每个时段和每种能量形式，引入两组m×n维矩阵来表述系统元件的输入输出功率，t时段能量枢纽第i级系统元件j关于能量形式k(e＝电，g＝气，h＝热，c＝冷)的输入功率输出功率其中：P_ij^k,in(t)和P_ij^k,out(t)分别代表t时段能量枢纽第i级系统元件j关于能量形式k(e＝电，g＝气，h＝热，c＝冷)的输入功率和。

4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征是，所述的能量枢纽包括：能量转换元件、占位连接元件、能量存储元件以及分布式可再生能源元件，其中：

①当能量转换元件j的输入和输出能量形式分别为k1和k2，那么能量转换元件的输入输出功率关系满足：其中：η_j为系统元件j的能量转换效率或者性能系数；对应地，能量转换元件输入或输出满足：其中：和分别代表系统元件j关于能量形式k1的输入功率下限和上限；

②当系统元件j是关于能量形式k的占位连接元件，那么占位连接元件的输入输出功率满足：对应地，占位连接元件的输入或输出满足：其中：M是一个较大的正常数；

③能量存储元件是单输入单输出元件，该能量存储元件j输入输出功率关系满足：其中：S_j(t)代表t时段系统元件j的荷电状态(state of charge，SOC)；η_jⁱⁿ和η_j^out分别代表系统元件j的充电和放电效率；Δt代表单个时间段的时间跨度；E_j代表系统元件j的存储容量；对应地，能量存储元件的输入和输出满足：能量存储元件的SOC满足：S_jmin≤S_j(t)≤S_jmax，S_j(0)＝S_j(T)，其中：S_jmin和S_jmax分别为系统元件j的SOC下限和上限；T是一天之内的总时间段数；

④分布式可再生能源元件作为零输入单输出元件，其输出受自然资源(比如风、光)的影响，该分布式可再生能源元件j的输出满足：其中：P^k,out_jmax(t)代表分布式可再生能源元件j在t时段的最大输出功率。