[发明专利]一种计及综合需求响应的区域综合能源系统多目标运行决策方法

权利要求书

1.一种计及综合需求响应的区域综合能源系统多目标运行决策方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：综合需求响应建模；

所述步骤S1中，综合需求响应指用户参与上级能源网络的负荷调节，包括电力需求响应和热力需求响应，该电力需求响应和热力需求响应均采用激励型响应模型，包括如下步骤：

S11：构建激励型电力需求响应模型，其模型在数学上为二次函数，如下式所示：

式中：C_DR,i(t)表示第i个激励型需求响应用户在第t时段的需求响应成本；P_DR,i(t)表示第i个激励型需求响应用户在第t时段的需求响应削减功率；ɑ_DR,i表示第i个激励型需求响应用户补偿金额的二次项系数；b_DR,i表示第i个激励型需求响应用户补偿金额的一次项系数；其中：P_DR,i,max(t)、P_DR,i,min(t)分别表示第i个用户在第t时段需求响应能力上下限，P_DR,i,min(t)一般取0；

S12：构建激励型热力需求响应模型，其模型在数学上亦为二次函数，如下式所示；

式中：C_HR,i(t)表示第i个激励型热力需求响应用户在第t时段的需求响应成本；Q_HR,i(t)表示第i个激励型热力需求响应用户在第t时段的需求响应削减供热量；ɑ_HR,i表示第i个激励型热力需求响应用户补偿金额的二次项系数；b_HR,i表示第i个激励型热力需求响应用户补偿金额的一次项系数；其中：Q_HR,i,max(t)、Q_HR,i,min(t)分别表示第i个用户在第t时段热力需求响应能力上下限，P_DR,i,min(t)一般取0；

S2：区域综合能源系统经济性建模；

S3：区域综合能源系统能效建模；

S4：区域综合能源系统优化目标与约束建模；

S5：区域综合能源系统多目标运行方案求解；

S6：区域综合能源系统运行方案决策；

所述步骤S2中，首先需设置运行决策时间，并制定相应的周期和步长，之后，基于典型区域综合能源系统建立区域综合能源系统经济性模型，如下式所示：

式中：f₁为系统总运行成本；C_CP(t)表示第t时段燃煤火电机组的运行成本；C_CB(t)表示第t时段燃煤供热锅炉的运行成本；C_CHP(t)表示第t时段燃气热电联产机组的运行成本；c_coal和c_gas分别表示标准煤和天然气的单价；F_CHP(t)表示在第t时段燃气热电联产机组的天然气消耗量；F_CP(t)表示在第t时段燃煤火电机组的标准煤消耗量；F_CB(t)表示在第t时段燃煤供热锅炉的标准煤消耗量；

F_CHP(t)的计算方式如下式所示：

式中：F_CHP(t)表示在第t时段燃气热电联产机组的天然气消耗量；P_CHP(t)、Q_CHP(t)分别表示在第t时段燃气热电联产机组的供电功率、供热功率；ɑ_CHP,P、ɑ_CHP,H分别表示其燃料消耗特性中发电和发热功率的二次项系数；b_CHP,P、b_CHP,H分别表示其燃料消耗特性发电和发热功率的线性系数；c_CHP,P、c_CHP,H表示其燃料消耗特性的常数项；

F_CP(t)的计算方式如下式所示：

式中：F_CP(t)表示在第t时段燃煤火电机组的标准煤消耗量，P_CP(t)表示在第t时段燃煤火电机组的发电功率，a_CP表示其燃料消耗特性的二次项系数，b_CP表示其燃料消耗特性的线性系数，c_CP表示其燃料消耗特性的常数项；

F_CB(t)的计算方式如下式所示：

式中：F_CB(t)表示在第t时段燃煤供热锅炉的标准煤消耗量，Q_CB(t)表示在第t时段燃煤供热锅炉的供热功率，a_CB表示其燃料消耗特性的二次项系数，b_CB表示其燃料消耗特性的线性系数，c_CB表示其燃料消耗特性的常数项；

所述步骤S3中，所用模型为区域综合能源系统的总二次能源供给量与总一次能源消耗量的比值，如下式所示：

式中：T表示计算步长，在本专利模型中其值取1h；k_gc表示天然气按照热值转换到标准煤的系数；q_coal表示标准煤的热值；

所述步骤S4中，首先，需建立区域综合能源系统运行的目标函数模型，该区域综合能源系统运行包含经济性和能效两个目标，其优化的目标函数如下式所示：

min{f₁,-f₂}

之后，即可建立区域综合能源系统的运行约束模型，包括如下步骤：

S41：建立供能机组出力上下限约束模型；

式中：P_CP,min、Q_CB,min、P_CHP,min、Q_CHP,min分别表示燃煤火电机组供电功率、燃煤供热锅炉供热功率、燃气热电联产机组供电、供热功率下限，P_CP,max、Q_CB,max、P_CHP,max、Q_CHP,max分别表示燃煤火电机组供电功率、燃煤供热锅炉供热功率、燃气热电联产机组供电、供热功率上限；

S42：建立用户激励型需求响应上下限约束；

S43：建立供能机组爬坡速率约束模型；

式中：ν_CP,min、ν_CB,min、ν_CHP,P,min、ν_CHP,Q,min分别表示燃煤火电机组、燃煤供热锅炉、燃气热电联产机组电功率和热功率降功率限值，ν_CP,max、ν_CB,max、ν_CHP,P,max、ν_CHP,Q,max分别表示燃煤火电机组、燃煤供热锅炉、燃气热电联产机组电功率和热功率升功率速率限值；

S44：建立供需平衡约束模型；

在运行周期内的每个时刻，均应满足每个用户的电力以及热力负荷供需平衡，负荷平衡约束，如下式所示：

式中：P_load(t)和Q_load(t)表示系统在t时段预测电负荷与预测热负荷；

S45：建立系统安全备用约束模型，如下式所示：

式中：P_G,max表示系统供电机组最大出力，k_r表示系统备用容量系数；

所述步骤S5中，基于精英策略的非支配排序的遗传算法进行改进，包括如下步骤：

S51：多目标优化模型的等式约束和不等式约束如下式所示：

式中：x表示各个优化变量组成的解矩阵，J、K分别表示量种形式约束条件的数量；

S52：定义约束违反值来定量描述某个解违反约束条件的程度；

S53：采用带约束的支配关系改变非支配排序方式；支配关系由个体约束违反值来决定，约束违反值小的个体支配约束违反值大的个体；如果个体的约束违反值相等，再通过原始的支配关系对其进行判定；通过带约束的支配关系先考虑约束违反值再考虑目标函数情况可以保证更接近满足约束条件的个体优先保留，从而保证最终的迭代结果是可行解；

S54：基于传统NSGA-II方法，应用本专利提出的改进方法，可以求解区域综合能源系统运行优化问题，获得兼顾经济性和能效的帕累托最优解集；

所述步骤S52中，以解矩阵x为例，该解的约束违反值表示方式如下：

式中：g_j(x)表示若g_j(x)0或g_j(x)＝0则其值为0，若g_j(x)0则其值为其本身；若某个解的约束违反值为0，则该解完全满足约束条件，为可行解；若某个解的约束违反值大于0，则该解为不可行解，CV(x)的值越大说明该解越不满足约束条件；

所述步骤S6中，包括如下步骤：

S61：对S5所得到的帕累托最优解集合{(f_1,1，—f_2,1)，(f_1,2，—f_2,2),…,(f_1,N，—f_2,N)}的两个目标(f₁和—f₂)的数值分别进行归一化，分别归一化到[0,1]的区间，得到{(f’_1,1，f’_2,1)，(f’_1,2，f’_2,2),…,(f’_1,N，f’_2,N)}；

S62：据区域综合能源系统决策者对于经济性和能效两个目标的倾向性，对两个目标设定权重，分别为ɑ_f1和ɑ_f2；

S63：应用如下公示计算帕累托最优解集合中每一组解的综合指标；

S64:对序列f’_n进行排序，选取数值最小f’_n所对应的解作为区域综合能源系统多目标运行决策方案。