[发明专利]一种协调经济性与可靠性的园区综合能源系统规划方法

权利要求书

1.一种协调经济性与可靠性的园区综合能源系统规划方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1：输入综合能源系统数据，包括：系统可靠性指标、负荷数据、燃气轮机参数、燃气锅炉参数、电锅炉参数、热泵参数、制冷机参数、购电成本、购气成本；

步骤2：建立园区综合能源系统经济性规划模型，求解经济性最优规划方案；

包括：采用线性规划方法对综合能源系统规划模型的经济性进行评估；目标函数为整个规划期间内园区综合能源系统的整体投资和运行费用最小：

其中，C_AC,C_I,C_M,C_O分别代表整个系统、投资、维护和运行的年度成本；Ω_CP代表规划总设备集合；C_I,i和P_i,cap分别代表第i种设备的单位产能投资成本和出力大小；r为贴现率，具体取值根据项目实际情况而定；l代表设备的运行寿命期望值，单位为年；选取四季典型日模拟系统全年运行状态；D_d代表全年中季节典型日d的年化天数；步长Δt＝1h，T＝24h；P_i(t,d),P_grid(t,d),P_gas(t,d)分别代表在典型日d的t时刻，第i个设备出力、系统的购电功率和购气功率；C_M,i代表第i个设备的维护费用；C_grid(t)、C_gas(t)分别代表t时刻的购电价格和购气价格；

经济性规划模型约束包括设备约束、电气热冷母线功率平衡约束、决策变量约束和购电购气功率上限；

经济性规划模型从园区规划配置和运行调度方面进行考虑，因此相应的决策变量包括投资决策变量X和运行决策变量Y：

变量约束条件为：

其中，X代表选定设备的设备出力；X_min代表选定设备的设备出力下限；Y(t,d)代表设备在d典型日t时刻的运行功率；

针对购电功率和购气功率，存在以下约束条件：某时刻的购电/气功率应该小于购电/气功率的最大值；

步骤3：对园区综合能源系统经济性最优规划方案进行可靠性评估；其中：

判断步骤2得出的规划方案是否满足园区综合能源系统可靠性要求；综合能源系统的可靠性评估分为三个部分：

(a)状态选择：

采用状态枚举法选择系统状态；系统状态概率的计算公式为：

其中，n_d和n_r分别是在系统状态s中的不可用元件数和部分可用元件数；n是系统中的元件总数；PF_i是元件i的不可用率；PP_i是元件i处于降额状态的概率；

(b)最优负荷削减量计算：

基于所选择的系统状态，对系统状态进行最优负荷削减量计算；以多能源系统的能源购买成本和负荷削减惩罚成本之和最小为目标函数，构建综合能源系统的最优负荷削减模型：

其中，I为能源枢纽的输入端口集合，包括电和气2种能源；J为能源枢纽的输出端口集合，包括电、热、冷3种负荷；p_i(d,t)为第i类能源d典型日t时刻的价格；P_i(d,t)为第i类能源d典型日t时刻的输入功率；β_j为第j类负荷削减的惩罚单价；L_j(d,t)为第j类负荷d典型日t时刻的负荷削减量；

定义约束变量Z(t,d):

Z(t,d)＝[Y(t,d),LC_E(t,d),LC_H(t,d),LC_C(t,d)] (6)

其中，LC_E(t,d),LC_H(t,d),LC_C(t,d)分别代表电、热、冷的负荷削减量；

最优负荷削减模型的约束条件为能源母线约束条件和变量约束条件：

0≤Z(t,se)≤[X,L_E(t,d),L_H(t,d),L_C(t,d)] (7)

(c)可靠性指标计算：

通过枚举出所有可能出现的系统状态，计算其发生的概率及影响，进而计算出系统的可靠性指标，具体的计算公式为：

其中：Ω为园区综合能源系统全部失效状态的集合；F(s)为状态s的概率；I_i(s)为第i种能源在状态s的最优负荷削减量；

步骤4：比较可靠性指标是否满足要求，满足，则转到步骤6；不满足，则进入下一步；

步骤5：求解以最小代价满足可靠性标准的可靠性提升具体方案，并将可靠性改进措施作为约束条件返回至步骤2，转到步骤2；其中，步骤5包括：

基于可靠性边际成本，求解满足可靠性指标的具体可靠性提升规划方案，整体过程包括：

(a)可靠性边际成本计算：

定义可靠性边际成本为系统可靠性与年化成本的定量关系，即系统每提升一单位可靠性所需要增加的经济成本；基于灵敏度分析原理系统内各规划设备的可靠性边际成本，选择成本代价最小的作为可靠性提升方向，具体计算过程如下：

第i个设备的可靠性边际成本RMC_i为：

用a代替式(10)-(11)中的常数部分：

其中，R为系统可靠性指标；可以看出，式(12)和式(13)分别含有最优负荷削减模型(5)-(7)和经济性优化模型(1)-(3)中目标函数对约束右端向量值的导数，该部分等于上述两个模型的对偶最优解，则可靠性边际成本可通过式(9)计算得到；

(b)可靠性提升方向选择：

对步骤(a)所求得的各设备可靠性边际成本RMC_i进行比较，选择RMC_i最小的第i个设备，作为系统的可靠性提升方向；

(c)提升选定设备的规划容量，并对提升方案进行可靠性评估：

提高步骤(b)中选定设备i的规划容量，得到提升一单位容量后的规划方案，并对提升后的规划方案进行可靠性评估；

(d)可靠性校验：

对步骤(c)评估得到的系统可靠性指标进行校验，若满足可靠性指标要求，则得到该园区可靠性提升规划方案；否则，返回步骤(a)，继续进行可靠性提升；

步骤6：输出园区综合能源系统规划方案。

2.根据权利要求1中所述一种协调经济性与可靠性的园区综合能源系统规划方法，其特征在于，步骤4包括：

将步骤3中求得的系统可靠性指标R与选定的可靠性标准进行比较，若可靠性指标满足标准，则该规划方案满足可靠性要求；否则，该规划方案不满足可靠性要求，需要进行可靠性提升。