一种基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法，包括，利用Floyd最短路径策略得到聚类中心与负荷点间的最小权重矩阵和对应的路径矩阵；结合Floyd最短路径策略得到的矩阵和K‑means聚类策略进行优化计算，获得能源站位置、负荷归属和管网布局；循环迭代不同数量的能源站，确定最终的年均经济成本最小的区域能源系统能源站的数量、位置、负荷归属及管网布局，完成优化。本发明专利技术方法考虑了能源站、供能管网的初始投资与运营维护成本，根据负荷点的负荷需求和规划区域道路分布情况，将能源站设置在靠近负荷中心位置，实现区域能源系统站网布局优化规划，提高区域能源系统经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法
本专利技术涉及分布式能源的
，尤其涉及一种基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法。
技术介绍
近年来，随着社会经济的不断发展，能源需求不断增加，能源消耗所导致环境污染问题日益严峻。提高能源利用效率，减少污染排放成为解决能源与环境问题的关键。区域能源系统因具有污染低，效率高等独特的优势，在世界范围内得到了快速的发展。区域能源系统包括能源站、供能管网和负荷需求点。其中能源站的数量与选址对于整个系统的投资运营起了至关重要作用；另外，能源站与管网布局的相互耦合作用使得能源站选址问题更加复杂。目前能源站选址一般通过工程经验进行判断和比选，确定备选能源站位置，然后依据算法从备选能源站中优选出最终的能源站位置与数量，缺少根据定性比较对能源站位置进行选优的研究。因此需要对区域能源系统能源站数量、选址以及管网布局进行综合优化，保障区域能源系统的经济性。
技术实现思路
本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。因此，本专利技术提供了一种基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法，能够解决在区域没有备选能源站位置的情况下确定区域内最优的能源站数量、选址及能源站和负荷点间的管网布局问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：包括，利用Floyd最短路径策略得到聚类中心与负荷点间的最小权重矩阵和对应的路径矩阵；结合所述Floyd最短路径策略得到的矩阵和K-means聚类策略进行优化计算，获得能源站位置、负荷归属和管网布局；循环迭代不同数量的所述能源站，确定最终的年均经济成本最小的区域能源系统能源站的数量、位置、所述负荷归属及所述管网布局，完成优化。作为本专利技术所述的基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法的一种优选方案，其中：所述优化计算具体包括，若所述能源站数量k小于能源站数量上限，则随机选取k个负荷点作为所述能源站选址；利用所述Floyd最短路径策略计算所述能源站与所述负荷点间最短路径权重矩阵D和取得最小权重对应的路径矩阵P；分配所述负荷点并比较所述最短路径权重矩阵D的最小权重值；将所述负荷点放入集合中，重复计算，直至全部的所述负荷点全部完成分配时计算所述集合的负荷中心；将所述负荷中心近似到最近负荷点进行标记，作为新的能源站选址。作为本专利技术所述的基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法的一种优选方案，其中：还包括，若所述新的能源站选址与旧的所述能源站位置为同一负荷点，则所述能源站位置收敛，计算目标函数；若所述新的能源站选址与所述旧的能源站位置不是同一负荷点，则重新计算所述权重矩阵D和所述路径矩阵P；比较并更新所述目标函数与初始参数C的大小，保存此时的所述能源站个数、位置及所述管网布局；循环迭代，直至初始参数k大于所述能源站数量上限时结束优化计算，输出优化后的所述能源站数量、位置和所述管网布局。作为本专利技术所述的基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法的一种优选方案，其中：所述权重矩阵D和所述路径矩阵P包括，其中，dij是D的元素，其值为点i和j之间的最小权重，i为负荷点，j为能源站选址，pij是P的元素,表示当点i和j之间取得最小权重时，二者之间的路径。作为本专利技术所述的基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法的一种优选方案，其中：计算所述负荷中心包括，其中，xj、yj表示能源站j所供应负荷点的负荷中心位置坐标，i表示负荷需求点，Vj为能源站j所供应负荷点集合，Qi为负荷点i的负荷需求。作为本专利技术所述的基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法的一种优选方案，其中：计算所述目标函数包括，其中，j表示能源站，k表示能源站个数，i表示负荷需求点，Vj为能源站j所供应负荷点集合，为能源站j的年均经济成本，Dij为能源站j至负荷点i的管网年均经济成本，Xij表示负荷点的归属，若负荷点i由能源站j供能取1，否则取0。作为本专利技术所述的基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法的一种优选方案，其中：将区域能源系统年均经济成本最小作为区域能源系统站网布局最优的判断指标，所述区域能源系统经济成本包括能源站经济成本和供能管网经济成本，其中，所述区域能源系统经济成本计算公式如下，其中，j表示能源站，k表示能源站个数，i表示负荷需求点，Vj为能源站j所供应负荷点集合，为能源站j的年均经济成本，Dij为能源站j至负荷点i的管网年均经济成本，Xij表示负荷点的归属，若负荷点i由能源站j供能取1，否则取0。作为本专利技术所述的基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法的一种优选方案，其中：所述能源站经济成本包括所述能源站的初期投资费用和后期维护管理费用，则所述能源站年均经济成本如下，其中，为能源站j的建设成本，r为年利率，t为能源系统寿命年限，为能源站j的年运行维护费用。作为本专利技术所述的基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法的一种优选方案，其中：所述供能管网经济成本包括管网初期投资费用、折旧维护费用、水泵运行费用和供热管网的热量损失费用，则所述能源站至所述负荷点的所述管网年均经济成本如下，其中，为管网初期投资费用，为管网年折旧维护费用，为水泵年运行费用，为管网年热量损失费用，Qi为负荷点i的负荷需求。作为本专利技术所述的基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法的一种优选方案，其中：还包括，c(db)＝9.4868+4.942db其中，M为管网的管段数，c(db)为单位长度管网建设费用，db为第b段管网的管径，lb为第b段管网的长度。本专利技术的有益效果：本专利技术方法将最短路径思想引入K-means聚类算法中，参照最短路径确定能源站到负荷点的管网布局，并将能源站到负荷点的最短路径作为聚类相似性依据划分负荷归属，在确定能源站位置的同时确定了管网布局；另一方面，本专利技术方法考虑了能源站、供能管网的初始投资与运营维护成本，根据负荷点的负荷需求和规划区域道路分布情况，将能源站设置在靠近负荷中心位置，在区域没有备选能源站位置的情况下，能够确定区域内最优的能源站数量、选址以及能源站和负荷点间的管网布局，实现区域能源系统站网布局优化规划，提高区域能源系统经济效益。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本专利技术中一个实施例所述的基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法的流程示意图；图2为本专利技术中一个实施例所述的基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法，其特征在于：包括，/n利用Floyd最短路径策略得到聚类中心与负荷点间的最小权重矩阵和对应的路径矩阵；/n结合所述Floyd最短路径策略得到的矩阵和K-means聚类策略进行优化计算，获得能源站位置、负荷归属和管网布局；/n循环迭代不同数量的所述能源站，确定最终的年均经济成本最小的区域能源系统能源站的数量、位置、所述负荷归属及所述管网布局，完成优化。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法，其特征在于：包括，
利用Floyd最短路径策略得到聚类中心与负荷点间的最小权重矩阵和对应的路径矩阵；
结合所述Floyd最短路径策略得到的矩阵和K-means聚类策略进行优化计算，获得能源站位置、负荷归属和管网布局；
循环迭代不同数量的所述能源站，确定最终的年均经济成本最小的区域能源系统能源站的数量、位置、所述负荷归属及所述管网布局，完成优化。


2.根据权利要求1所述的基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法，其特征在于：所述优化计算具体包括，
若所述能源站数量k小于能源站数量上限，则随机选取k个负荷点作为所述能源站选址；
利用所述Floyd最短路径策略计算所述能源站与所述负荷点间最短路径权重矩阵D和取得最小权重对应的路径矩阵P；
分配所述负荷点并比较所述最短路径权重矩阵D的最小权重值；
将所述负荷点放入集合中，重复计算，直至全部的所述负荷点全部完成分配时计算所述集合的负荷中心；
将所述负荷中心近似到最近负荷点进行标记，作为新的能源站选址。


3.根据权利要求2所述的基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法，其特征在于：还包括，
若所述新的能源站选址与旧的所述能源站位置为同一负荷点，则所述能源站位置收敛，计算目标函数；
若所述新的能源站选址与所述旧的能源站位置不是同一负荷点，则重新计算所述权重矩阵D和所述路径矩阵P；
比较并更新所述目标函数与初始参数C的大小，保存此时的所述能源站个数、位置及所述管网布局；
循环迭代，直至初始参数k大于所述能源站数量上限时结束优化计算，输出优化后的所述能源站数量、位置和所述管网布局。


4.根据权利要求3所述的基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法，其特征在于：所述权重矩阵D和所述路径矩阵P包括，












其中，dij是D的元素，其值为点i和j之间的最小权重，i为负荷点，j为能源站选址，pij是P的元素，表示当点i和j之间取得最小权重时，二者之间的路径。


5.根据权利要求4所述的基于聚类选址的区域能源系统站网布局优化方法，其特征在于：计算所述负荷中心包括，



其中，xj...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珊珊，刘青荣，王广涛，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：上海;31