[发明专利]一种针对分布式能源分层复杂网络优化方法

摘要

本发明针对当前分布式能源建设和替代集中式能源供给网络背景下，现有的网络优化模型方法不能兼顾网络衍生性、结构稳定性等需求，致使实用性低问题，本发明公开一种针对分布式能源分层复杂网络优化方法，通过通用的网络路径优化技术以解决上述问题，实现分布式能源建设过程中集中式能源利用率可控、提高能源供给系统整体能源利用率、同时满足网络实施运行成本最优。

主权项

1.一种针对分布式能源分层复杂网络优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：下级节点设置&区域划分综合考虑网络中节点位置与路径联通性，将网络节点按照其重要程度做评分，评分的依据为其与最近分层节点的距离以及其流量的综合考量，并建立评分模型如下：其中，Score_i为节点i的综合评分，d_im为节点i与分层节点j的距离，表示节点i流向分层节点j的流量占分层节点j总流量占比，为保证距离d_im与处于同一数量级，需对距离进行同样处理，即将d_im与网络中最长路径距离进行作比，并赋予相应权重，在赋予权重时认为，当节点i距离分层节点j较近时，距离因子d_im起决定作用；而当节点i距离分层节点j较远时，距离因子d_im所起作用甚微，流量因子在一定范围内，根据距离d_im的增加而增加，到一定距离时达到最大值，尔后逐步下降，直至距离d_im最大时失效；在完成对各节点评分后，应初步确定分层节点的大致位置，其基本思想为①分层节点应尽量与周边节点联通；②分层节点应优先选取节点密集或能源流量需求较大的空间；③满足部分节点对于集中式能源使用率的要求；步骤二：下级网络初始化在下级区域网络路径优化之前，需要进行网络初始化操作，需要完成的目标是对于上一步骤中确定的已经被分为不同类的不同二级节点进行初始网络的建立，首先依照线路损耗基本原理计算最大线路长度：其中，ΔP为预设的最大线路损耗功率；I为线路额定电流；R为线路电阻；R20为20摄氏度下线路的电阻率，L为最大线路长度，通过预设最大线路损耗功率，可以计算出最大的线路长度L。对于不同区域中的所有二级节点，循环网络初始化算法，得到所有区域的初始化网络连通结构；步骤三：下级网络路径优化&上级节点选择每个下级区域网络优化过程中，都将集中式能源供给节点纳入网络系统，设坐标系原点为集中式能源供给节点，定义为节点1，则和剩余的n个节点可以构成为一个n+1个节点的网络，网络的初始化过程已在上一步中完成，定义变量Ei为节点i的能源流入流出值：Ei＝Esi‑Edi其中Esi表示节点i的能源生产量；Edi表示节点i的能源需求量。则当Ei＞0，表示节点i能源产量大于能源需求量，对外可以输出能源；当Ei＜0，表示节点i能源产量小于能源需求量，需要从其他节点或者集中式能源节点处获取能源；当Ei＝0，表示节点i能源产量等于能源需求量，定义变量Ti,j表示节点i与节点j之间的能源流动量，其中i,j＝1,…,(n+1)且i≠j。定义标志系数mi,j表示用以表示节点i和节点j之间是否能够发生能源的流动关系，比如，当i和j之间的距离小于网络初始化过程中设置的最大线路长度L，并且Ei＞0、Ej＜0或Ei＜0、Ej＞0时，节点i和节点j之间可以发生能源流动，则设置mi,j分别为1和‑1，代表了能源流动的方向，其他情况下则设置为0，代表不能发生能源流动。综上则可以将某一个节点i的Ei表示为：将Ei的计算公式展开可以得到方程组：至此网络基础模型建立完成，为满足设计要求的集中式能源利用率降低到设定值以及成本最小两个条件，使用两次线性规划算法来获取满足条件的最优路径；首先，由于模型建立过程中将集中式能源固定作为节点1已经纳入了网络，因而优化后网络的集中式能源使用量与集中式能源利用率之间的关系可以用如下公式表达：式子左边表示优化后网络中集中式能源节点1的能源供给量之和，式子左边h表示集中式能源利用率，表示网络未优化之前集中式能源供给量，定义集中式能源利用率设定值为h^*，则第一次线性规划目标函数为：h≤h*经过第一次求解过程之后可以得到所有能够满足集中式能源利用率低于设定值h*的网络连接状态解空间，如图3所示。解空间中的每一个可行解均可以依照如下公式计算其线路建设成本：式中C表示总成本，C₀表示每公里线路成本单价，表示不同解中不同类型网络线路总长度。使用冒泡法进行第二次线性规划求解，则可得到解空间中的建设成本最小的解，即为最终求得的最优网络连接解。在下级网络优化完成之后，还需要在网络中选择上级节点的位置，采用对于网络中节点重要度进行排序，选择重要度最高的节点作为上级节点；能源网络中节点的重要度主要由节点的度，也即节点与其他节点的连接关系，以及节点的能源流动量两个指标来确定；通过分析网络中不同节点的度以及能源流动量，则可以选择出网络中重要度最高的节点为上级节点，通过上述过程，可以完成对于任意非顶层网络的结构优化过程，对于任意层的网络都可以重复上述过程获取当前层网络的最优结构，并选出上级节点的位置；步骤四：顶层网络路径设计对于每一个顶层节点，按照周围同级节点到其距离，由近到远将其他节点纳入到网络线路中；根据BA无标度网络的生成方法及性质，相互间能源流量最大的两个节点首先连接，而当网络中已有节点数目超过2个的时候，将新加入的点通过连接成本和线路承载量为约束条件，判断其最优的连接方式。