[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

说明书

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，通过建立多能源系统的多级能量枢纽模型，提出包含每级配置设备规划与相邻两级配置设备之间的连接关系规划的两阶段规划模型，实现适用于任何多能源系统的通用规划模型，可以同时规划系统结构和设备容量，最小化规划成本，解决了目前研究局限于单一规划结构或设备容量的问题，且单一规划考虑因素不全面，易造成规划成本偏高，不能充分发挥多能源系统的高能源利用效率优势。

技术领域

本发明涉及的是一种应用于多能源系统的技术，具体是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。

背景技术

现有的多能源系统的配置规划是针对在系统结构和设备种类已知的情况下，对设备的容量进行规划，且关于多能源系统结构规划的研究方法局限于枚举法，无法应用于综合能源系统结构和设备容量同时规划的场景，不能解决多能源系统满足电、热、冷等不同负荷需求以及系统中产能设备、储能设备和能量转换设备种类繁多、系统结构复杂的问题。因此，亟需提出一种通用的多能源系统规划模型，可以同时规划系统的结构和设备容量，适用于复杂的多能源系统规划问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出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。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明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(vertex)，系统元件之间的能量流作为有向边(directed edge)，从而将整个能量枢纽模型作为一个有向无环图(directed acyclic graph，DAG)。

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。

所述的有向无环图具有拓扑分级的性质，即所有顶点可以被划分入不同的级别，分级后的有向边都从低级指向高级。根据此性质将典型能量枢纽进行拓扑分级，建立能量枢纽的拓扑分级通用模型。在一个分级后的有向无环图中，连接相邻两层的有向边为短边，其余为长边。为了避免长边的出现,可以引入虚拟顶点将长边划分为若干条短边。这些虚拟顶点命名为占位连接元件(placeholding connection component)。需要注意的是，占位连接元件是一种虚拟顶点，将长边划分为若干条短边，方便模型的构建，不代表真实的传输线或者管道，以便实现能量枢纽的拓扑分级策略。含占位连接元件的多级能量枢纽通用模型如图1所示。

为了构建描述能量枢纽拓扑分级结构的数学模型，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。