[发明专利]一种城市综合能源系统多目标优化方法

权利要求书

1.一种城市综合能源系统多目标优化方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：城市综合能源系统环节划分

将城市综合能源系统分为额能源生产、运输、转换、存储和利用五个环节；各环节的输入与输出关系如下式：

L_i＝C_iP_i

其中i＝1、2、3、4、5，分别代表能源生产、运输、转换、储存和利用的五个环节；P_i和L_i分别代表第i部分的能量输入列向量和输出列向量，不同行元素代表不同的能源形式；C_i代表能效矩阵，其第m行第n列的元素值代表第m种能源经过本环节后转换成第n种能源的效率；

S2：城市综合能源系统能效建模；

S3：城市综合能源系统经济性建模

本发明中经济性指年运行成本，考虑城市综合能源系统在能源生产、转换和储存环节的产生的运行费用；在能源生产、转换和储存环节均存在如下关系：

ξ_i＝π_iP_i

其中i＝1,3,4分别表示能源生产、转换和储存环节；ξ_i代表第i个环节的成本(元)；π_i代表第i个环节的成本矩阵，反映单位能源在i环节产生的费用；

S4：城市综合能源系统环保性建模

城市综合能源系统以年总二氧化碳排放量作为环保性指标，核算方法如下式；

其中，R代表系统总CO₂排放量，μ_h为第h种能源单位CO2排放系数；

S5：城市综合能源系统优化目标与约束

步骤一：确定优化目标

本发明采用多目标优化方法，优化目标如下：

max f＝{f₁,-f₂,-f₃}

步骤二：确定约束条件，所述约束条件包括：能量供应约束；机动车需求量约束；燃油消耗约束；供需平衡约束；比例约束；

S6：城市综合能源系统优化求解，选用NSGA-II算法求解多目标优化问题；

所述步骤S2中，具体方法如下：

S201：城市综合能源生产环节效率矩阵建模

能源生产环节由集中式电供热即CEH、火电厂即TP、燃煤锅炉即CFB、燃气锅炉即GB和热电联产即CHP五部分组成，该环节效率矩阵如式(2)所示；

其中λ^j_i,α代表第i个环节第α种能量的j分量，η_ceh,η_tp,η_cfb,η_gb分别代表CEH、TP、CFB和GB的效率，η_chpe,η_chph代表CHP的发电效率和发热效率；

S202：城市综合能源运输环节效率矩阵建模

能源运输环节环节由电网即PG、热力管网即HSP和天然气网即GP三部分组成，该环节效率矩阵如式(3)所示；

其中，η_pg,η_hsp,η_gp分别代表PG、HSP和GP的效率；HSP的效率一般为95％；

PG的效率可以通过(4)来计算；

η_pg＝(1-a)(1-b)(1-c)               (4)

其中a、b、c代表中压线损率、变压器损耗率、低压线损率；

GP的效率可以通过(5)计算；

其中，Q代表气体传输量；E_g,3代表气体压缩机消耗的电能；

S203：城市综合能源转换环节效率矩阵建模

能量转换环节由五部分组成：分布式可再生能源发电即DREG、分布式太阳能产热即DSHG、分布式电转热即DEHT、分布式电转冷即DECT和分布式气转电/冷/热设备即DGE；由于在能源转换环节增加了两个新的能源输入项，造成该环节输入P₃不等于能量传输环节的输出L₂；因此，定义矩阵T₂如式6形式；

则有P₃＝L₂T₂+P_r，其中：

P_r＝[0 0 0 0 0 P_3re P_3rh]^T        (7)

其中P_3re、P_3rh分别为分布式可再生电源和分布式可再生热源的投入量；该环节效率矩阵如式(8)所示；

其中η_deht,,η_dect代表DEHT和DECT的效率，η_dgee,η_dgeh,η_dgec代表DGE的发电效率、热效率和冷效率；

其中，λ_e，λ_h，λ_c分别代表电能、热能、冷能从转换环节输出到存储环节的比例；

S204：城市综合能源存储环节效率矩阵建模

能源储存环节由三部分组成：储电(EES)、储热(TES)和储冷(CS)，该环节效率矩阵如式(10)所示；

其中ηees,ηtes,ηcs分别代表EES、TES和CS充放电效率；

S205：城市综合能源利用环节效率矩阵建模；

能源利用环节共分五个部分：电负荷(EL)，热负荷(HL)，冷负荷(CL)，气负荷(GS)、油需求(OR)，该环节效率矩阵如式(11)所示；

其中,η_el,η_hl,η_cl,η_gl,η_or分别代表EL、HL、CL、GL和OR用能效率

S206：城市综合能源系统能效模型

城市综合能源系统的输出矩阵L₅可以用(12)表示；

L₅＝C₅(I-λ+C₄λ)C₃(T₂C₂C₁P₁+P_r)      (12)

其中I代表单位矩阵；则城市综合能源系统能效模型如式(13)所示；