[发明专利]基于SOS-2约束实现泛能站优化的线性化方法和装置

说明书

本发明提出了一种基于SOS‑2约束实现泛能站优化的线性化方法和装置，其首先对泛能站进行能效建模，将建模后得到的MIPNLP分段近似为混合整数分段线性规划MIPLP问题，再基于SOS‑2约束将MIPLP等效转换为混合整数线性规划MILP问题，最后基于PuLp进行建模求解。本发明在泛能站的优化设计中考虑了泛能站设备各个时段启停变量和状态变量的耦合约束，能够更准确和更贴近实际的对泛能站运行状况进行分析，并且本发明能够在理论分析的基础上实际应用于泛能站工程项目，实现泛能站工程的项目落地。

技术领域

本发明涉及优化设计领域，具体地，涉及一种基于SOS-2约束实现泛能站优化的线性化方法和装置。

背景技术

近年来，我国在推动节能减排和清洁能源高效利用技术方面做出了极大的努力，并承诺在2020年将可再生能源使用份额提升至15％。用多样化的技术手段补充以往单一的耦合方式，多元互动的综合能源开发利用已成为我国减少化石能源消耗与控制排放的重要举措。其中,泛能站凭借其能效高、环境效益好等优势已成为综合能源系统的重要研究方向之一,其根据客户需求进行量身定制，利用电、气、冷、热等不同形式能源在时空上的耦合机制,实现多能互补。

泛能站是泛能网中的基础设施，如图1所示，它集成了综合能源转化设备，比如泛能机、低温催化燃烧技术、锅炉、能效增益器等，实现多能协调优化和自平衡，是一种靠近用户侧的微型综合能源系统，其目的就是根据用户用能负荷和运行安全约束，优化配置综合能源从而提高能源的使用效率，达到经济、环保、高效等效益。

泛能站的优化过程具有以下特点：①随着负荷率的增加，实际泛能站内燃气蒸汽锅炉、内燃机和余热蒸汽锅炉等设备的转换效率也呈现递增的趋势，其转换效率与负荷率之间的数学关系是近似分段线性的(非线性)；②设备输入和输出之间的数学关系是分段非线性的，求解模型是一个混合整数分段非线性规划问题(Mixed Integer PieceweiseNonlinear Programming,MIPNLP)。

虽然电、热、气能源耦合并存的集成方式有利于发挥系统的多能互补与协同效益，但也为综合能源优化求解带来了困难，由多能耦合带来的求解困难主要集中在如下两个方面：(1)能源单元之间的输入和输出能量存在耦合，相互影响；(2)由于系统总运行成本包括运行成本、启动成本和停机成本，能源设备存在启、停变量(0-1整数变量)和设备运行状态变量，且各变量之间存在耦合关系；(3)转换效率与负荷率之间的数学关系分段线性，导致泛能站的优化模型为混合整数分段非线性问题。基于此，在现有技术中，文献《考虑系统耦合性的综合能源协同优化》(宋晨辉等，电力系统自动化，2018年第10期)针对优化时由能源耦合带来的求解困难的问题，提出一种基于拉格朗日松弛方法求解多耦合的综合能源协同优化问题，但其并未考虑能源单元的启停变量；文献《多能源混合网络优化调度理论研究》(葛丹丹等，智能电网，第7卷第3期)研究了含天然气和电力在内的混合网络的潮流优化问题，其利用MATLAB工具箱提供的粒子群优化算法求解，但基于MATLAB工具箱的求解方法无法实现泛能站工程的项目落地。

因此总体来看，现有技术中对泛能站的优化过程主要有以下两方面缺点：①现有技术对设备各个时段启停变量和状态变量的耦合约束考虑不足甚至并未考虑；②现有技术多停留在理论化研究，缺乏对工程项目实用化方面的考虑。

发明内容

基于此，本发明提出一种适用于泛能站实际工程的混合整数分段非线性优化方法，进行混合整数非线性整数建模，并结合SOS-2约束转换方法，实现分段线性化转换。

为达到上述目的，本发明的技术方案实现如下：

根据本发明的一种基于SOS-2约束实现泛能站优化的线性化方法，包括：

(1)建立泛能站能效模型；

(2)根据所建立的能效模型，将模型中的混合整数分段非线性规划MIPNLP问题等效转换为混合整数分段线性规划MIPLP问题；