基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划方法技术方案

本发明专利技术的基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划方法，立足解决园区多能源配电系统规划中的经济性和可靠性协调的问题，针对园区多能源配电系统优化配置方法问题，建立基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划模型，以园区多能源配电系统年运行成本与年负荷缺供损失成本的加权和最小为目标，综合考虑园区多能源配电系统线性化的显式可靠性约束以及园区多能源配电系统的运行约束，最终确定园区多能源配电系统规划方案。即得到能够按照不同可靠性要求水平的可靠性和经济性协调的园区多能源配电系统规划方案，保证园区多能源配电系统的经济性与可靠性的协同最优。配电系统的经济性与可靠性的协同最优。配电系统的经济性与可靠性的协同最优。

【技术实现步骤摘要】
基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划方法


[0001]本专利技术涉及一种园区多能源配电系统规划方法。特别是涉及一种基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划方法。

技术介绍

[0002]随着经济社会的发展，在追求经济效益最大化的同时，能源供给的可靠性也越来越受到关注。园区多能源配电系统利用先进的物理信息技术和创新管理模式，整合区域内煤炭、石油、天然气、电能、热能等多种能源，实现多种异质能源子系统之间的协调规划、优化运行，协同管理、交互响应和互补互济。在满足系统内多元化用能需求的同时，要有效地提升能源利用效率，促进能源可持续发展的新型一体化的能源系统。
[0003]园区多能源配电系统主要由供能网络(如供电、供气、供冷/热等网络)、能源交换环节(如CCHP机组、锅炉、热泵等)、能源存储环节(储电、储气、储热、储冷等)和终端综合能源供用单元共同构成。园区多能源配电系统作为能源互联网的“终端”，与电、气、冷、热等多种负荷在物理上直接相连，对用户用能体验的影响最为直接，在提高园区运行经济性的同时，还需要通过协调各类能源设备，提高园区多能源配电系统供能可靠性，从而为园区内的用户提供可靠、经济的能源供应。
[0004]国内外已经开展了考虑可靠性的园区多能源配电系统规划问题的研究，但其主要研究集中于采用传统的蒙特卡洛模拟法进行可靠性量化，模型中包含较为复杂的逻辑判断，因此难以显式表达并集成到园区多能源配电系统的规划模型中，往往仅能采用启发式算法解此类双层规划模型，规划模型的收敛性与最优性难以保证。因此，亟需一种基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划方法，通过构建线性化的可靠性指标计算方法，可以将可靠性约束进行显式表达并集成到规划模型中，进而能够采用数学规划方法求解，得到能够满足不同可靠性要求水平的可靠性和经济性协调的设备配置方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，为了克服现的技术的不足，提供一种能够保证园区多能源配电系统的经济性与可靠性协同最优的基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划方法。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：一种基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划方法，包括如下步骤：
[0007]1)输入待规划园区多能源配电系统的历史运行数据信息和设备参数信息，所述的历史运行数据包括：光照历史数据、风速历史数据、各母线的直供负荷、各母线上所带负荷的优先级、各类负荷的单位缺供损失成本系数、外购电价、外购天然气价格、折现率；所述的设备参数信息包括：待规划设备的型号、额定容量、投资成本、维护成本、运行效率、故障率、故障修复时间、使用寿命、输出功率上限；
[0008]2)依据步骤1)输入的信息，采用广度优先遍历对系统中的设备、支路、母线分别进
行编号，建立各母线的母线与输入支路关系向量母线与输出支路关系矩阵支路能量转换系数矩阵L；
[0009]3)对所有设备和所有母线，分别构建各设备i故障时母线k线性化的输出支路最大供能能力向量进而建立各设备i故障时各支路最大供能能力向量的线性化计算约束，i＝1,2,3,
…
,N
d
，k＝1,2,3,
…
,N
b
，N
d
和N
b
分别为系统中的设备总数和母线总数；
[0010]4)构建线性化的故障关联矩阵F
A
和F
B
，建立母线期望缺供量向量ENS
b
的线性化计算约束，其中ENS
b
中元素为各母线的期望缺供量；
[0011]5)构建园区多能源配电系统的运行约束，包括：源设备运行约束，储能设备运行约束，能量转换设备运行约束，能量平衡约束；
[0012]6)以园区多能源配电系统年运行成本与年负荷缺供损失成本的加权和最小为目标，建立园区多能源配电系统规划的综合目标函数，其中年运行成本包括年购能成本、系统内设备年投资维护成本；
[0013]7)将步骤3)～步骤5)建立的约束条件与步骤6)建立的综合目标函数，共同构成基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划模型；
[0014]8)对步骤7)所述的基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划模型，采用混合整数线性规划求解器进行求解，输出园区多能源配电系统规划方案求解结果。
[0015]本专利技术的基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划方法，立足解决园区多能源配电系统规划中的经济性和可靠性协调的问题，实现线性化的可靠性显式表达，充分考虑园区多能源配电系统的多能耦合、协调互补特性，建立基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划模型，得到能够按照不同可靠性要求水平的可靠性和经济性协调的园区多能源配电系统规划方案，保证园区多能源配电系统的经济性与可靠性的协同最优。本专利技术构建线性化的可靠性指标计算方法，将可靠性约束显式表达集成到规划模型中，能够采用数学规划方法求解，保证了规划模型的收敛性以及规划方案的最优性。根据规划过程中对园区多能源配电系统经济性和可靠性的不同要求水平，本专利技术可以通过设置不同的可靠性和经济性权重系数，进而规划求解得到满足要求的园区多能源配电系统最优规划方案。
附图说明
[0016]图1是本专利技术基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划方法的流程图；
[0017]图2是园区多能源配电系统基本架构图；
[0018]图3是典型日风速照度、光照照度变化曲线；
[0019]图4是典型日电/冷/热负荷变化曲线。
具体实施方式
[0020]下面结合实施例和附图对本专利技术的基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划方法做出详细说明。
[0021]如图1、图2所示，本专利技术的基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划方法，包括如下步骤：
[0022]1)输入待规划园区多能源配电系统的历史运行数据信息和设备参数信息，所述的历史运行数据包括：光照历史数据、风速历史数据、各母线的直供负荷、各母线上所带负荷
的优先级、各类负荷的单位缺供损失成本系数、外购电价、外购天然气价格、折现率；所述的设备参数信息包括：待规划设备的型号、额定容量、投资成本、维护成本、运行效率、故障率、故障修复时间、使用寿命、输出功率上限；
[0023]2)依据步骤1)输入的信息，采用广度优先遍历对系统中的设备、支路、母线分别进行编号，建立各母线的母线与输入支路关系向量母线与输出支路关系矩阵支路能量转换系数矩阵L；
[0024]所述的母线与输入支路关系向量母线与输出支路关系矩阵支路能量转换系数矩阵L，具体形式如下：
[0025][0026][0027][0028]式中，为母线与输入支路关系向量的第j
+
个元素，个元素，表示1行、N
br
列的实数向量，N
br
、N
b
、N
d
分别为系统中支路总数、母线总数、设备总数；为母线与输出支路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划方法，其特征在于，包括如下步骤：1)输入待规划园区多能源配电系统的历史运行数据信息和设备参数信息，所述的历史运行数据包括：光照历史数据、风速历史数据、各母线的直供负荷、各母线上所带负荷的优先级、各类负荷的单位缺供损失成本系数、外购电价、外购天然气价格、折现率；所述的设备参数信息包括：待规划设备的型号、额定容量、投资成本、维护成本、运行效率、故障率、故障修复时间、使用寿命、输出功率上限；2)依据步骤1)输入的信息，采用广度优先遍历对系统中的设备、支路、母线分别进行编号，建立各母线的母线与输入支路关系向量母线与输出支路关系矩阵支路能量转换系数矩阵L；3)对所有设备和所有母线，分别构建各设备i故障时母线k线性化的输出支路最大供能能力向量进而建立各设备i故障时各支路最大供能能力向量的线性化计算约束，i＝1,2,3,
…
,N
d
，k＝1,2,3,
…
,N
b
，N
d
和N
b
分别为系统中的设备总数和母线总数；4)构建线性化的故障关联矩阵F
A
和F
B
，建立母线期望缺供量向量ENS
b
的线性化计算约束，其中ENS
b
中元素为各母线的期望缺供量；5)构建园区多能源配电系统的运行约束，包括：源设备运行约束，储能设备运行约束，能量转换设备运行约束，能量平衡约束；6)以园区多能源配电系统年运行成本与年负荷缺供损失成本的加权和最小为目标，建立园区多能源配电系统规划的综合目标函数，其中年运行成本包括年购能成本、系统内设备年投资维护成本；7)将步骤3)～步骤5)建立的约束条件与步骤6)建立的综合目标函数，共同构成基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划模型；8)对步骤7)所述的基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划模型，采用混合整数线性规划求解器进行求解，输出园区多能源配电系统规划方案求解结果。2.根据权利要求1所述的基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划方法，其特征在于，步骤2)所述的母线与输入支路关系向量母线与输出支路关系矩阵支路能量转换系数矩阵L，具体形式如下：量转换系数矩阵L，具体形式如下：量转换系数矩阵L，具体形式如下：量转换系数矩阵L，具体形式如下：式中，为母线与输入支路关系向量的第j
+
个元素，个元素，表示1行、N
br
列的实数向量，N
br
、N
b
、N
d
分别为系统中支路总数、母线总数、设备总数；为母
线与输出支路关系矩阵的第h行第j
‑
列元素；为支路能量转换系数矩阵L的第行第列元素；为设备i向支路输出的运行效率。3.根据权利要求1所述的基于可靠性显式约束的园区多能源配电系统规划方法，其特征在于，步骤3)具体包括：(3.1)构建正常运行时支路容量向量V
c
、设备i故障后的支路容量向量V
ic
、设备i故障后的储能设备和电源设备输出支路的容量向量具体形式如下：(3.1.1)正常运行时支路容量向量V
c
：：式中，V
c
(j)为正常运行时支路容量向量V
c
的第j个元素，的第j个元素，表示N
br
行、1列的实数向量；S
i
为设备i的额定容量；η
i
为设备i的运行效率；为设备i输入支路编号；为设备i输出支路编号；为母线k的直供负荷输出支路编号；为母线k的直供负荷大小；为表征σ类能源转换设备i是否选择配置ρ型号的0/1决策变量，是则否则ω
σ
为σ类能源转换设备的型号集合；S
σ,ρ
为σ类能源转换设备ρ型号的额定容量；是与母线k相连的v类储能设备的配置台数；S
v
是v类储能设备的额定容量，v包括电储能、热储能和气储能；表示t时段与母线k相连的s类源设备的输出功率上限，s为源设备，源设备包括外部电网、气网、风机、光伏；(3.1.2)设备i故障后的支路容量向量首先将初始化为V
c
，若设备i为储能设备，则令式中，为设备i故障后的支路容量向量的第j
i
个元素，j
i
为与设备i相连支路的编号；若设备i为能源转换设备或源设备，则令若设备i为能源转换设备或源设备，则令若设备i为能源转换设备或源设备，则令若设备i为能源转换设备或源设备，则令式中，V
c
(j
l
)为正常运行时支路容量向量V
c
的第j
l
个元素，为设备i故障后的支路容量向量的第j
l
个元素，j
i
为与设备i相连支路编号；j
l
为储能设备l输出支路编号，
为储能设备总数；M为大于104的正整数；为元素全为1的N
br
维列向量，N
br
为系统总支路数；E
sc
(l)为储能设备l的额定容量；为设备i的故障修复时间；δ1和δ2为0/1辅助变量向量；(3.1.3)设备i故障后储能设备与电源设备输出支路的容量向量量向量式中，为设备i故障后储能设备与电源设备的输出支路容量向量的第j
sl
个元素,为设备i故障后的支路容量向量的第j
sl
个元素，j
s
为源设备输出支路编号；(3.2)构建线性化的支路最大供能能力向量的线性化计算约束，具体步骤如下：(3.2.1)设Ω
s
为源设备和热电联产机组编号集合，C
G
为气母线编号集合，对设备i∈Ω
s
，母线k∈C
G
，建立相应的支路最大供能能力向量和部分支路剩余供能能力向量的线性化约束表达式如下：的线性化约束表达式如下：的线性化约束表达式如下：的线性化约束表达式如下：的线性化约束表达式如下：的线性化约束表达式如下：的线性化约束表达式如下：式中，为设备i故障时母线k功率分配向量，属于辅助变量；q
k
为母线k的输出支路总数；α
i,k
、和为0/1辅助变量向量；为母线与输入支路关系向量，为母线与输出支路关系矩阵；N
br
为支路总数；M
k
为母线k对应的形式如下所示的矩阵：(3.2.2)设C
E
为电母线编号集合，对设备i∈Ω
s
，母线k∈C
E
，建立相应的支路最大供能能力向量的线性化约束，并对部分支路剩余供能能力向量进行修正得到修正后的部分支路剩余供能能力向量具体表达式如下：具体表达式如下：
(3.2.3)得到支路最大供能能力向量的线性化计算约束，表达式如下：对i∈Ω
s
，的线性...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯歆尧，谢瀚阳，陈强，简晓雯，梁盈威，朱泰鹏，蔺曼，宋关羽，于浩，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：