一种综合能源系统的能源集线器分部建模方法及系统技术方案

本公开提出了一种综合能源系统的能源集线器分部建模方法及系统，包括：利用多能流有向图描述综合能源系统的输入输出端口，能量转换装置和储能装置之间的关系；基于该有向图将综合能源系统分解为多个互联的可由多能流耦合矩阵描述的能源集线器；分别求解能源集线器的多能流耦合矩阵并将求得的耦合矩阵依序累乘，得到复杂综合能源系统耦合矩阵，进而构建综合能源系统能源集线器模型。本发明专利技术通过引入能量转换单元这一概念对系统内部组成结构进行描述，降低能源集线器模型构建难度。降低能源集线器模型构建难度。降低能源集线器模型构建难度。

【技术实现步骤摘要】
一种综合能源系统的能源集线器分部建模方法及系统


[0001]本公开属于能源
，尤其涉及一种综合能源系统的能源集线器分部建模方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]近年来，人类面临的生态环境恶化与化石燃料枯竭问题日渐加剧，实现能源高效利用已成为世界各国能源领域研究的核心追求。冷能、热能、电能独立设计运行的多元供能系统，仍无法从根本解决能源利用率低和运行成本高等关键问题。为实现多种能源的优势互补及高效利用，衍生了以实现多种能源生产传输，协同优化，耦合互补为核心的综合能源系统。典型的综合能源系统特指在规划、建设和运行等过程中，通过对能源的生产、传输、转换、存储等环节进行有机协调与优化后，形成的能源产供销一体化系统，主要由供能网络、能源转换装置、能源存储装置和终端综合能源供用单元组成。推动以多能互补为核心的综合能源系统的发展，是构建我国“互联网+”智慧能源系统的重要途径。
[0004]科学合理的建模一直以来都是综合能源系统一体化设计与优化运行控制的根本前提。2007年，能源集线器模型由瑞士苏黎世联邦理工学院的Martin Geidl团队提出，该模型利用耦合矩阵描述了综合能源系统内部多种能量流的耦合、转换、分配关系以及系统输入能流和输出能流转换关系，并引入了调度因子表现一个支路连接到多个不同的并行支路时能量流的分裂。
[0005]然而，随着当前经济社会的高速发展，综合能源系统的规模与日俱增，其设备组成多样且不同能源转换器之间的多能流耦合关系愈加复杂，利用传统建模方法难以准确求解综合能源系统耦合矩阵，所建立的模型越来越难以满足研究者对于精确优化的需求。

技术实现思路

[0006]为克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种综合能源系统的能源集线器分部建模方法，综合考虑了系统所包含的能量转换装置，储能装置，能流聚合点，能流分离点以及能流传输损耗。
[0007]为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0008]第一方面，公开了一种综合能源系统的能源集线器分部建模方法，包括：
[0009]基于图论，利用多能流有向图描述综合能源系统的输入输出端口，能量转换装置和储能装置之间的耦合关系；
[0010]基于该有向图，利用能量转换单元排列以及虚拟能量转换单元插入的方法，将综合能源系统分解为多个互联的简单互联的能源集线器结构；
[0011]分别求解各部分简单能源集线器的多能流耦合矩阵并将求得的耦合矩阵依序累乘，得到复杂综合能源系统耦合矩阵，进而构建综合能源系统能源集线器模型。
[0012]进一步的技术方案，将所述综合能源系统能源集线器模型应用于以经济性为目标的优化运行控制系统中，并求解全局最优解。该优化运行控制系统在满足用户每日电能、热能、冷能需求的前提下，对园区综合能源系统能源转换设备及储能设备的工作功率进行优化调度。
[0013]第二方面，公开了一种综合能源系统的能源集线器分部建模系统，包括：
[0014]综合能源系统有向图描述模块，被配置为：基于图论，利用多能流有向图描述综合能源系统的输入输出端口，能量转换装置和储能装置之间的耦合关系；
[0015]综合能源系统能源集线器建模模块，被配置为：
[0016]基于该有向图，利用能量转换单元排列以及虚拟能量转换单元插入的方法，将综合能源系统分解为多个互联的简单互联的能源集线器结构；
[0017]分别求解各部分简单能源集线器的多能流耦合矩阵并将求得的耦合矩阵依序累乘，得到复杂综合能源系统耦合矩阵，进而构建综合能源系统能源集线器模型。
[0018]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0019]本公开技术方案综合考虑了系统所包含的能量转换装置，储能装置，能流聚合点，能流分离点以及能流传输损耗。为了降低能源集线器模型构建难度，本专利技术通过引入能量转换单元这一概念对系统内部组成结构进行描述，并建立一套相应的分部模型构建标准。首先，确立复杂综合能源系统包含的输入输出端口，能量转换装置和储能装置，并利用多能流有向图描述；其次，利用能量转换单元排列、虚拟能量转换单元插入等方法，将系统分解为多个简单互联的能源集线器；最后，分别求解简单能源集线器的多能流耦合矩阵并将求得的耦合矩阵依序累乘，得到复杂综合能源系统耦合矩阵，进而实现系统能源集线器模型的构建。
[0020]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0021]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0022]图1为本公开实施例能源集线器基本架构图；
[0023]图2为本公开实施例多能源系统结构示例图；
[0024]图3为本公开实施例复杂的综合能源系统图；
[0025]图4为本公开实施例能源集线器基本架构分部等效图；
[0026]图5为本公开实施例能流路径与能量转换单元确立示例图；
[0027]图6为本公开实施例虚拟能量转换单元插入示例图；
[0028]图7为本公开实施例综合能源系统能源集线器分部建模流程图；
[0029]图8为本公开实施例综合能源系统能流有向图；
[0030]图9为本公开实施例虚拟能量转换单元插入结果图；
[0031]图10为本公开实施例每日负荷及分布式发电出力曲线图；
[0032]图11为本公开实施例综合能源系统各能量转换单元优化运行结果图。
具体实施方式
[0033]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0034]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0035]在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0036]实施例一
[0037]本实施例公开了一种综合能源系统的能源集线器分部建模方法，该方法综合考虑了系统所包含的能量转换装置，储能装置，能流聚合点，能流分离点以及能流传输损耗。为了降低能源集线器模型构建难度，本专利技术通过引入能量转换单元这一概念对系统内部组成结构进行描述，并建立一套相应的分部模型构建标准。
[0038]首先关于图1为能源集线器基本架构，该构架通常包含多种能源形式组成的输入和输出端口，以及连接这些端口的转换单元。输入端口通常与可再生能源，电能，天然气等能源分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种综合能源系统的能源集线器分部建模方法，其特征是，包括：基于图论，利用多能流有向图描述综合能源系统的输入输出端口，能量转换装置和储能装置之间的耦合关系；基于该有向图，利用能量转换单元排列以及虚拟能量转换单元插入的方法，将综合能源系统分解为多个互联的简单互联的能源集线器结构；分别求解各部分简单能源集线器的多能流耦合矩阵并将求得的耦合矩阵依序累乘，得到复杂综合能源系统耦合矩阵，进而构建综合能源系统能源集线器模型。2.如权利要求1所述的一种综合能源系统的能源集线器分部建模方法，其特征是，所述综合能源系统能源集线器模型为以经济性为目标的日优化运行模型，求解该模型全局最优解，该优化运行模型满足用户每日电能、热能、冷能需求的前提下，对园区综合能源系统能源转换设备及储能设备的工作功率进行优化调度。3.如权利要求1所述的一种综合能源系统的能源集线器分部建模方法，其特征是，所述能量转换装置分为单输入单输出，单数入多输出，多输入单输出和多输入多输出四类，每个能量转换装置看作一个能量转换单元，将能量转换单元效率视为恒定值，不随工况的变换而改变。4.如权利要求1所述的一种综合能源系统的能源集线器分部建模方法，其特征是，基于该有向图将综合能源系统分解为多个互联的由多能流耦合矩阵描述的能源集线器，将能源集线器分解为若干个简单互联的部分，每个部分的输出端口直接连接下一个部分的输入端口。5.如权利要求1所述的一种综合能源系统的能源集线器分部建模方法，其特征是，利用多能流有向图描述综合能源系统的输入输出端口，能量转换装置和储能装置之间的关系：基于图论的方法，对系统结构和多能流耦合关系以有向图的形式描述，并标注能源转换单元；依次搜索每一条能流经输入端口到输出端口的路径；记录各路径经过的能量转换单元的数量N，并记录数量最大值Max。6.如权利要求5所述的一种综合能源系统的能源集线器分部建模方法，其特征是，选取所有包含能量转换单元数目小...

【专利技术属性】
技术研发人员：李珂，王海洋，王雄儒，张承慧，孙志浩，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：