[发明专利]基于双模式热泵储能协调的综合能源系统双层优化方法

权利要求书

1.一种基于双模式热泵储能协调的综合能源系统双层优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，收集全年气象数据、分时电价、建筑室内人员占有率和风险评估信息；

步骤2，根据综合能源系统的预计规模和运行模式建立考虑多种惯性尺度的综合能源系统动态耦合模型，该综合能源系统动态耦合模型中包括气象模块、区域电网模块、光伏发电模块、风力发电模块、蓄电池储能模块、建筑负荷模块、含双模式热泵储能系统的能源站以及负荷预测模块；

步骤3，根据实际需求和不确定性分析建立综合能源系统优化新指标，确定包括全年、典型天气、极端天气和供能故障情况在内的不同优化场景；

步骤4，建立上层优化模型的目标函数，进行上层配置和运行成本优化，所述上层优化模型的目标函数如下：

Min C_T＝C_cp+C_OM+C_op (1)

C_cp＝∑_iM_iCRF_iC_cp，i+C₀ i∈equipments (2)

将光伏面积、风机扫风面积、蓄电池节数、热泵台数以及储能罐储能容量作为所述上层优化模型的决策变量，并设定所述上层优化模型的约束条件如下：

0≤M_wts_unit(s)≤s_max (5)

步骤5，建立下层优化模型的目标函数如下：

设定所述下层优化模型的约束条件如下：

设定所述蓄电池储能模块的约束条件如下：

SOC_min≤SOC_t≤SOC_max (13)

设定所述储能罐的约束条件如公式(15)和公式(16)，用于保证优化前后所述储能罐的能量储存量一致，

SOC_st＝SOC_end (15)

E_st，st＝E_st，end (16)，

设定所述综合能源系统动态耦合模型中供需关系的约束条件如下：

通过二进制变量对蓄电池、储能罐以及热泵进行启停状态控制，变量值为1时表示设备开启，变量值为0时表示设备关闭，并设定设备启停状态约束条件如下：

步骤6，调用Optimization模型库，基于所述综合能源系统动态耦合模型对所述综合能源系统进行系统结构配置的上层优化以及进行系统运行调度的下层优化，将所述下层优化模型嵌套入所述上层优化模型中得到双层优化模型，在所述下层优化模型的约束条件下求解最优运行参数，结合所述最优运行参数在所述上层优化模型的约束条件下求解最优结构参数，所述双层优化模型通过多轮循环得到所述综合能源系统的最优结构参数和最优运行参数；

步骤7，输出不同优化场景下的所述综合能源系统的所述最优结构参数和所述最优运行参数并进行综合效益评价，在考虑能源效率、经济效率、环境效益和风险评估后，确定所述综合能源系统的全局最优配置、运行策略以及风险防御策略，

其中，所述气象模块中的气象数据变换处理后作为所述光伏发电模块、所述风力发电模块以及所述建筑负荷模块的输入参数，

所述双模式热泵储能系统的性能效率和储能时间受储能罐入口水温影响发生实时变化，

所述负荷预测模块基于气象数据、建筑室内人员占有率和舒适度进行建立，

公式(1)中，C_T为年化总成本；C_cp为年化设备投资总成本，采用能源配置年等值投资成本进行计算，包括光伏、风力发电机、蓄电池和热泵购置与安装成本；C_OM为系统维护成本；C_op为系统运行成本，

公式(2)中，CRF_i为资金回收系数，M_i为i类设备的配置数量，C_cp，i为i类设备的投资成本，C₀为设备安装成本，

公式(3)中，k_d为年均利率，N_i为i类设备的生命周期，

公式(4)-公式(8)中，s_max、以及分别为最大可铺设光伏面积、最大可安装风机扫风面积、最大可安装蓄电池节数、最大可配置热泵台数以及储能罐最大储能功率，

公式(9)中，NH为一个调度周期内系统运行小时数，为可再生能源有效利用利用率新型评价指标，E_Rat为可再生能源渗透率，E_f为可再生能源利用率，为区域电网能源输入量，为可再生能源被系统本身所利用的部分，

公式(10)-公式(12)中，为所述综合能源系统动态耦合模型与电网的交互功率，为热泵运行功率，为储能罐充放能功率，

公式(13)-公式(14)中，SOC_t为蓄电池在时间间隔t内的荷电状态值，β_bat，c和β_bat，dc分别为蓄电池最大充电倍率和放电倍率，

公式(17)中，和分别为用户热需求和冷需求，和分别为储热罐和储冷罐释放能量的量，

公式(18)和公式(19)中，和分别表示蓄电池充放电状态，和分别表示储能罐储能和释放能量状态，表示热泵开启状态。