[发明专利]一种计及能流延迟特性的综合能源系统拓扑优化方法

说明书

本发明涉及一种计及能流延迟特性的综合能源系统拓扑优化方法，本优化方法包括如下步骤：步骤S1，建立包括蒸汽、热水输送网络，冷冻水、冷空气输送网络以及压缩空气输运网络在内的综合能源系统网络机理模型；步骤S2，计算各能流输运网络末端工质温度、流量等关键参数随源端波动的响应特性；步骤S3，建立多种能流最低综合延迟的目标函数，其中，各能流延迟的权重系数由模糊层次分析法获得；步骤S4：构建供需工况组合集，设定多种能流供需匹配约束与综合能源系统网络节点空间分布约束；步骤S5，采用粒子群优化算法求解上述步骤的目标函数与约束条件构成的优化问题，得到综合能源系统最优拓扑规划方案。

技术领域

本发明涉及综合能源系统优化方法，属于综合能源系统领域，具体涵盖一种计及能流延迟特性的综合能源系统拓扑优化方法。

技术背景

当前，我国能源消费不断增长，2017年一次能源生产总量已达35.85亿吨标准煤。如何从区域能源的角度出发，解决区域内多元化用能需求问题、解决区域能源效率提升问题、促进区域能源可持续发展，是能源领域的研究焦点。在能源转型的政策引导和信息物理融合的技术驱动下，针对上述问题的综合能源系统概念随即产生。综合能源系统是指一定区域内利用先进的物理信息技术和创新管理模式，整合区域内电能、热能、冷能、压缩空气等多种能源，实现各能源子系统之间的协调规划、协同管理、交互响应和互补互济的新型一体化能源系统。

现有对综合能源系统的研究聚焦于系统优化规划和优化调度策略方向。而随着城镇化进程的不断深入，城市空间布局、能源结构不断重构，新型综合能源系统的规划得到越来越多学者的关注。但综合能源系统规划评价手段较为单一，以经济性和排放特性为主导，而鲜有方法考虑不同能流的延迟特性。以蒸汽能流为例：蒸汽管网工质流动过程在蒸汽参数波动、可压缩性、状态变化、摩擦和传热等多种因素的作用下，其复杂瞬变特性导致源端和用户端蒸汽温度与流量的响应速度缓慢。

考虑到冷、热、压缩空气等多种能流的不同延迟响应特性，如何从机理角度出发，建立综合能源系统各能流的模型，并基于该模型建立综合能源系统节点网络拓扑优化方法是实现区域资源禀赋高效利用的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种计及能流延迟特性的综合能源系统拓扑优化方法，以基于机理的综合能源系统模型和基于粒子群算法的优化手段，对综合能源系统内源侧和用户侧组成的节点拓扑网络规划方案进行寻优，以较低的人工成本获得满足最低延迟要求的综合能源系统规划策略。

为解决技术问题，本发明采用以下技术方案实现：

一种计及能流延迟特性的综合能源系统拓扑优化方法，包括如下步骤：

步骤S1，建立包括蒸汽、热水输送网络，冷冻水、冷空气输送网络以及压缩空气输运网络在内的综合能源系统网络机理模型。不同能流传输模型构建方法有一定差异，冷空气及压缩空气输运网络仅需建立水力模型，而蒸汽、热水、冷冻水输送网络除水力模型外，还需建立热力模型。以下分步骤介绍通用性水力模型和热力模型的构建：

步骤S110，水力模型要求工质在综合能源网络中流动应满足网络基本定理：各管道的流量在各节点处应满足流量连续性方程，即节点处流入流量等于流出流量。在一个输运闭合回路中，工质在各管道中流动的压头损失之和为0，即

式中，A_s为综合能源系统网络的节点-支路关联矩阵；m_t为各管道流量；m_q,t为各节点流出流量；B_h为综合能源系统网络的回路-支路关联矩阵；h_f,t为压头损失向量，其计算方法为

h_f,t＝Km_t|m_t| (2)

式中，K为管道的阻力系数矩阵。