[发明专利]计及碳排放的综合能源系统多层级优化方法

说明书

本发明公开了一种计及碳排放的综合能源系统多层级优化方法，包括：按照节点类型将综合能源系统划分为区域层、区块层、本地层三个层级，其中，本地层位于底层，区块层位于中间层，区域层位于顶层；建立综合能源系统各个层级的优化配置模型目标函数；建立综合能源系统各个层级的优化配置模型约束，包括能源网络潮流约束、能源耦合约束和碳排放约束；根据各个层级的优化配置模型目标函数和优化配置模型约束，基于遗传算法对综合能源系统进行优化，得到系统各个层级的优化配置结果。本发明能够实现综合能源系统中集中式能源供给和分布式能源供给的协同规划，满足综合能源系统灵活设计要求。

技术领域

本发明涉及能源互联网规划技术领域，具体地，涉及一种计及碳排放的综合能源系统多层级优化方法。

背景技术

现有能源系统规划通常从供需关系出发，分别进行各能源的专项规划。而实际过程中，各专项规划交互影响，可能带来负荷重复计算、占地冲突、能源结构不合理等问题。在能源互联网规划中，各能源系统的规划是一体的，如何在各能源交互影响和约束关系下实现能源供应和需求的优化匹配是综合能源系统规划设计的关键问题。该问题可描述为：在一个限定的地理区域和规划周期内，满足用户冷/热/电/气等多种用能需求下，确定各能源资源的优化配置，各能源转换和存储技术类型和容量的组合，以及各能源供应网络的布局，使得系统在技术、经济、能效、环境效益等方面的多个目标下达到最优。与单一能源系统规划相比，综合能源系统规划不仅为一个多目标优化问题，还面临着更多的复杂性和不确定性，包括：更多的优化对象，如在冷热电联供(CCHP)系统中，热电比例、蒸汽压力、冷热水温度、管网的直径和长度等都是待确定的变量；各能源耦合和转换带来复杂的约束关系；能源输入和输出中存在多重不确定性和相关性，比如能源输入中风能、太阳能等能源的不确定性和能源服务中各种用能需求的不确定性，同时输入输出之间还可能存在时间或空间上的某种相关性，如气象变化将同时对风电、光伏发电和用户的冷/热需求造成影响；各能源的服务半径和动态特性的差异使优化模型在时间和空间尺度的选择上难以把握。上述因素使得综合能源系统的规划工作面临很大的挑战。综合能源系统涉及各用户本地能源供应、区域供能网络以及区域集中式供能装置的协同规划。目前，综合能源系统规划缺乏指导原则和方法，在当前工作中，通常未能考虑综合能源系统的节能减排目标在不同层面的实现。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种计及碳排放的综合能源系统多层级优化方法，以在综合能源系统优化中，考虑节能减排目标，实现各用户本地供能与区域集中式供能在节能减排目标上的协同优化。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述计及碳排放的综合能源系统多层级优化方法，包括：

按照节点类型将综合能源系统划分为区域层、区块层、本地层三个层级，其中，本地层位于底层，区块层位于中间层，区域层位于顶层；

建立综合能源系统各个层级的优化配置模型目标函数；

建立综合能源系统各个层级的优化配置模型约束，包括能源网络潮流约束、能源耦合约束和碳排放约束；

根据各个层级的优化配置模型目标函数和优化配置模型约束，基于遗传算法对综合能源系统进行优化，得到系统各个层级的优化配置结果。

优选地，区域层能源网络潮流约束F通过下式表示：

其中，分别为区域层的天然气网络潮流约束、电力网络潮流约束和热力网络潮流约束；分别为区域节点在第t小时向系统供给的天然气流速、电功率和热功率；分别为第k个枢纽节点在第t小时向区域供给的天然气流速、电功率和热功率，k＝1,2...,n，n为枢纽节点总数量；分别为区域在第t小时向第i个区块节点所供给的天然气流速、电功率和热功率，i＝1,2...,p，p为区块节点总数量；

区域层能源耦合约束EH通过下式表示：