一种基于供需节点调整的区域能源网络资源再分配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种基于供需节点调整的区域能源网络资源再分配方法，提出了适应于用能节点数量分阶段增长特征下的区域能源网络资源分配方案与优化模型，包括基于距离的各供能节点的供能范围最优划分、连接供用能节点的能源管网最优路径规划方案以及以运行经济性最优为目标的区域能源网络资源优化分配/再分配模型。本发明专利技术解决了目前区域能源系统项目实施通常采用一次性完成全部建设的规划设计方案的问题，为以分布式能源系统、综合能源系统为代表的区域能源系统合理规划建设提供参考。表的区域能源系统合理规划建设提供参考。表的区域能源系统合理规划建设提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种基于供需节点调整的区域能源网络资源再分配方法


[0001]本专利技术涉及一种区域能源网络资源再分配方法，具体涉及一种包括基于距离的各供能节点的供能范围最优划分、连接供用能节点的能源管网最优路径规划方案以及以运行经济性最优为目标的基于供需节点调整的区域能源网络资源再分配方法。

技术介绍

[0002]能源，作为人类历史进程中赖以生生不息、不断发展的重要物质保障，推动着人类社会不断进步。传统的供能系统为集中式供能系统，以使用煤、石油等能源的火力发电厂为主要代表，但集中式供能系统相互独立，各系统间缺乏有效的互联互通，彼此之间形成的能源孤岛，使得其效率普遍偏低，有大量的热能未能得到利用即直接排放到大气环境中，且传统集中式供能系统的调峰性能较差，难以满足用户灵活性负荷需求。
[0003]能源互联网具备了设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平及交易开放等主要特征，在综合能源系统的基础上，能源互联网强调能源系统与信息系统的融合，并且基于两者的融合建立了适用于能源互联网的市场机制与商业模式，即实现了能量层、信息层与价值层三者的有机结合，是有力契合能源革命的关键技术之一。
[0004]区域建筑能耗形式以冷能、热能、电能、蒸汽能等为主，而不同类型的建筑设施各自具备其独有的用能负荷特征，时间尺度上的叠加即形成了负荷的峰谷差。而分布式能源系统具备削峰填谷的重要特征，因此分布式能源系统在各类城市区域能源供应系统中得到了广泛应用，有利于推进我国城市化建设的高效高质发展及能源革命战略的深入推广实施。
[0005]但是，随着分布式能源系统的迅速发展，也暴露出了许多新的问题。在以往的区域分布式能源系统项目建设过程中，包括区域分布式能源站建设位置及投建数量的决策，供能设备经济性最佳优选组合以及其供能能力即各类能源设备容量配置，连接源荷两端的区域电网、气网、热能(冷能)输送管路、蒸汽管道等能源管网路径规划等在内的区域能源系统规划方案均按照区域总体规划方案中用户最终用能规模确立，而与此同时，由于区域用户数量具有时序性增长特征，因此在区域建设过程中，存在着区域用户与分布式能源站建设时序不匹配的问题，而区域内不同性质类别的用户其相应的负荷特征存在较大差异，负荷的波动会对能源站内设备出力产生直接影响，继而影响区域能源系统的经济性。
[0006]目前，我国分布式能源系统项目建设过程中普遍存在上述问题，针对单体建筑的设计供能量普遍偏高其实际用能量约20％
‑
30％，而在区域层面这种不匹配性则会进一步放大，我国部分区域分布式能源系统供回水温差只有2℃，主要是由于能源供需两侧的建设时序不匹配所造成。
[0007]由以上分析可知，为了有效解决我国现有分布式能源系统项目建设过程中普遍存在的相关问题需要采提出了区域能源网络资源优化分配原则方案，包括基于距离的供能节点供能范围划分方案、能源管网最优路径设计方案，接着建立了区域能源网络能源资源最优分配模型。

技术实现思路

[0008]针对上述问题，本专利技术的主要目的在于提供一种包括基于距离的各供能节点的供能范围最优划分、连接供用能节点的能源管网最优路径规划方案以及以运行经济性最优为目标的基于供需节点调整的区域能源网络资源再分配方法。
[0009]本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于供需节点调整的区域能源网络资源再分配方法，所述分配方法包括以下步骤：
[0010]第一步：根据供能节点数量、位置确定及其供能范围划分中需要考量的要素内容建立基于距离的供能节点供能范围划分方案；使用泰森多边形(Voronoi)图完成基于距离的供能节点供能范围划分方案；
[0011]第二步：根据图论理论的基本内容运用克鲁斯卡尔算法建立能源管网最优路径设计方案；
[0012]第三步：在确定各供能节点供能范围及其内部最优能源管网拓扑路径的基础上，根据区域内部负荷分布情况及其动态变化特征，以区域能源网络经济最优为目标，确定供能节点内部各类供能设备的容量及调度运行策略。
[0013]在本专利技术的具体实施例子中，第一步的具体划分方案步骤如下：
[0014](1)、将区域内3个供能节点建设位置进行两两连接；
[0015](2)、做相连边的垂直平分线，将区域分为3部分，其中每部分即为各部分内部供能节点所对应的供能范围。
[0016]在本专利技术的具体实施例子中，第二步的具体方案的制定步骤如下：
[0017](1)、根据案例区域中各点的经纬度坐标，应用MATLAB编写基于经纬度坐标的距离计算程序，得出案例区域中各条路径的精确长度；
[0018](2)、根据案例中各条道路与其首末端节点之间的关系，以及计算得出的各路网节点间距离构造路网节点邻接矩阵；其中，邻接矩阵为行列数相等的方阵时元素值即为路网节点个数；邻接矩阵主对角线上元素值为0；不直接相连的两路网节点间距离为无穷大；
[0019](3)、将邻接矩阵输入至Kruskal算法程序中得到连接全部路网节点的最小生成树，将负荷节点接入能源管网，对最小生成树管网进行优化。
[0020]在本专利技术的具体实施例子中，第三步的具体步骤包括：
[0021](1)、根据区域内部负荷分布情况及其动态变化特征，以区域能源网络经济最优为目标，建立区域能源网络资源优化分配/再分配模型；
[0022](2)、应用YALMIP工具箱调用商业优化求解器GUROBI求解区域能源网络资源优化分配模型的最优解，确定供能节点内部各类供能设备的容量及各阶段区域能源网络资源分配状况。
[0023]在本专利技术的具体实施例子中，第一步中建立基于距离的供能节点供能范围划分方案的步骤包括：将各个位置点两两相连，并作其连线的垂直平分线，垂直平分线将位置点所在区域划分为若干子区域，即可完成Voronoi图绘制。
[0024]在本专利技术的具体实施例子中，第二步中建立能源管网最优路径设计方案的步骤包括：应用克鲁斯卡尔算法搜索部分边权值相等的加权连通图中的最小生成树，继而确定能源管网最优路径。
[0025]在本专利技术的具体实施例子中，第一步中供能节点供能的设备模型：
[0026](1)供电系统模型
[0027]光伏发电设备的运行模型为：
[0028][0029]式中：为τ时刻光伏电池的发电功率，kW；s
τ
为τ时刻的光照强度，W/m2；P
STC
、s
STC
、T
STC
分别为标准测试条件下的光伏发电功率、太阳光照强度和参考温度；k为功率温度系数；为τ时刻光伏电池温度，℃；
[0030]蓄电池的运行模型为：
[0031][0032]式中：为τ+Δτ时刻蓄电池的蓄电量，kWh；为τ时刻蓄电池的蓄电量，kWh；ζ
ES
为计及蓄电池自身损耗的放能系数；η
c,ES
、η
disc,ES
分别为蓄电池的储能效率及释能效率；分别为蓄电池在t时刻的储能功率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于供需节点调整的区域能源网络资源再分配方法，其特征在于：所述分配方法包括以下步骤：第一步：根据供能节点数量、位置确定及其供能范围划分中需要考量的要素内容建立基于距离的供能节点供能范围划分方案；使用泰森多边形图完成基于距离的供能节点供能范围划分方案；第二步：根据图论理论的基本内容运用克鲁斯卡尔算法建立能源管网最优路径设计方案；第三步：在确定各供能节点供能范围及其内部最优能源管网拓扑路径的基础上，根据区域内部负荷分布情况及其动态变化特征，以区域能源网络经济最优为目标，确定供能节点内部各类供能设备的容量及调度运行策略。2.根据权利要求1所述的基于供需节点调整的区域能源网络资源再分配方法，其特征在于：第一步的具体划分方案步骤如下：(1)、将区域内3个供能节点建设位置进行两两连接；(2)、做相连边的垂直平分线，将区域分为3部分，其中每部分即为各部分内部供能节点所对应的供能范围。3.根据权利要求1所述的基于供需节点调整的区域能源网络资源再分配方法，其特征在于：第二步的具体方案的制定步骤如下：(1)、根据案例区域中各点的经纬度坐标，应用MATLAB编写基于经纬度坐标的距离计算程序，得出案例区域中各条路径的精确长度；(2)、根据案例中各条道路与其首末端节点之间的关系，以及计算得出的各路网节点间距离构造路网节点邻接矩阵；其中，邻接矩阵为行列数相等的方阵时元素值即为路网节点个数；邻接矩阵主对角线上元素值为0；不直接相连的两路网节点间距离为无穷大；(3)、将邻接矩阵输入至Kruskal算法程序中得到连接全部路网节点的最小生成树，将负荷节点接入能源管网，对最小生成树管网进行优化。4.根据权利要求1所述的基于供需节点调整的区域能源网络资源再分配方法，其特征在于：第三步的具体步骤包括：(1)、根据区域内部负荷分布情况及其动态变化特征，以区域能源网络经济最优为目标，建立区域能源网络资源优化分配/再分配模型；(2)、应用YALMIP工具箱调用商业优化求解器GUROBI求解区域能源网络资源优化分配模型的最优解，确定供能节点内部各类供能设备的容量及各阶段区域能源网络资源分配状况。5.根据权利要求1所述的基于供需节点调整的区域能源网络资源再分配方法，其特征在于：第一步中建立基于距离的供能节点供能范围划分方案的步骤包括：将各个位置点两两相连，并作其连线的垂直平分线，垂直平分线将位置点所在区域划分为若干子区域，即可完成Voronoi图绘制。6.根据权利要求1所述的基于供需节点调整的区域能源网络资源再分配方法，其特征在于：第二步中建立能源管网最优路径设计方案的步骤包括：应用克鲁斯卡尔算法搜索部分边权值相等的加权连通图中的最小生成树，继而确定能源管网最优路径。7.根据权利要求1所述的基于供需节点调整的区域能源网络资源再分配方法，其特征
在于：第一步中供能节点供能的设备模型：(1)供电系统模型光伏发电设备的运行模型为：式中：为τ时刻光伏电池的发电功率，kW；s
τ
为τ时刻的光照强度，W/m2；P
STC
、s
STC
、T
STC
分别为标准测试条件下的光伏发电功率、太阳光照强度和参考温度；k为功率温度系数；为τ时刻光伏电池温度，℃；蓄电池的运行模型为：式中：为τ+Δτ时刻蓄电池的蓄电量，kWh；为τ时刻蓄电池的蓄电量，kWh；ζ
ES
为计及蓄电池自身损耗的放能系数；η
c,ES
、η
disc,ES
分别为蓄电池的储能效率及释能效率；分别为蓄电池在t时刻的储能功率和释能功率，kW；(2)供热系统模型燃气内燃机联供单元运行模型如下：式中：P
GT
为燃气内燃机发电功率，kW；H
gas
为输入燃气内燃机的天然气提供的热量，kW；η
GT
为燃气内燃机的发电效率；H
GT
为燃气内燃机可利用余热，kW；ε
GT
为燃气内燃机热电比；H
RHB
为联供设备供热功率，kW；η
RHB
为联供设备的产热效率；燃气锅炉的运行模型为：H
GB
＝H
gas,GB
η
GB
式中：H
GB
为燃气锅炉的输出热功率，kW；H
gas,GB
为输入燃气锅炉的天然气热能，kW；η
GB
为燃气锅炉的效率；烟气热水型溴化锂制热机组的运行模型为：H
LBU...

【专利技术属性】
技术研发人员：周炳，赵鹏翔，李振，王楠，李娜，
申请(专利权)人：国网综合能源服务集团有限公司，
类型：发明
国别省市：