[发明专利]一种考虑波动的园区设备配置规划方法

权利要求书

1.一种考虑波动的园区设备配置规划方法包括以下步骤：

S1：获取园区内需规划的设备类型，并根据其能量转换关系建立数学模型；

S2：建立能量耦合模型，将能量从输入侧到输出侧之间的耦合关系用数学式子表达；

S3：研究太阳能处理设备运行特点和负荷波动特点，对其建立数学模型；

S4：构建以经济成本最优为目标函数构建园区设备规划模型，结合上述能量耦合模型梳理了系统规划时的能量守恒约束条件和设备相关约束条件。

2.根据权利要求1所述的一种考虑波动的园区设备配置规划方法，其特征在于，所述S2包括以下步骤：

如附图二简单能量流模型所示，构建能量耦合模型，假定简单模型中设备分别为燃气轮机、燃气锅炉、电热泵。首先定义能量流矩阵V表示模型中各支路上能量流动数值，V_ij表示在第i时间段内第j条支路上流过的能量值。用数字给不同能量形式进行标号，1表示电、2表示气、3表示热，对应到各设备输入输出节点支路，定义输入节点矩阵P和输出节点矩阵Q，P_ij/Q_ij为输入/输出节点对应的能量形式标号；定义能量转换效率矩阵H，若该设备第i个能量转换过程中第j个端口为输入端口，则h_ij取该转换过程效率η_i；若该设备第i个能量转换过程中第j个端口为输出端口，则h_ij取该转换过程效率η_i；其余取为0；如设备①能量转换矩阵H₁为：

式中，η₁、η₂分别为第一个气转电过程和第二个气转热过程的能量转换效率；

假定图2简单模型中设备分别为燃气轮机、燃气锅炉、电热泵，首先定义能量流矩阵V表示模型中各支路上能量流动数值，表示在第i时间段内第j条支路上流过的能量值。用数字给不同能量形式进行标号，1表示电、2表示气、3表示热，对应到各设备输入输出节点支路，定义输入节点矩阵P和输出节点矩阵Q，P_ij/Q_ij为输入/输出节点对应的能量形式标号。

3.根据权利要求1所述的一种考虑波动的园区设备配置规划方法，其特征在于，所述S1包括以下步骤：

对模型中各转换设备而言，①为能量流入支路，与设备连接端口即为输入节点；②为能量流出支路，与设备连接端口即为输入节点。储能设备则将其看作单输入但输出设备。对模型输入输出端口而言，如图2-2中输入侧为气和电，输出侧为电负荷和热负荷，将她们看作虚拟设备，则对输入侧而言，输入支路①不存在，输出支路②为输入能源气/电输入到系统中的支路；对输出侧而言，输入支路②为从系统输出到各负荷侧的支路，输出支路①不存在；因此将输入侧虚拟设备归入输出节点矩阵Q，输出侧虚拟设备归入输入节点矩阵P；标号排列顺序为先输入输出侧再①②③设备，则可以得到简单模型的输入输出矩阵PQ为：

根据支路信息矩阵可确定各设备分支入射矩阵A，A为m行n列矩阵，m表示该设备总端口数，n表示总支路数；若z_ij为该设备在输入节点矩阵P中对应能量形式标号的坐标，则取1；若z_ij为该设备在输出节点矩阵Q中对应能量形式标号的坐标，则取-1；若2_ij为i设备在Q矩阵中对应能量形式标号的坐标，则取-1；其余取为0；如设备①分支入射矩阵A₁为：

4.根据权利要求1所述的一种考虑波动的园区设备配置规划方法，其特征在于，所述S4包括以下步骤：

对于单个设备需满足输入输平衡，即：

H·A·V^T＝0 (4)

从(4)式可见各转换设备的实际输入输出平衡关系一致；对于储能设备需考虑每时每刻充放能剩余量，则储能设备平衡关系应满足：

H·A·V^T＝SOC (5)

式中，SOC为储能设备充放能剩余量。

5.根据权利要求1所述的一种考虑波动的园区设备配置规划方法，其特征在于，所述S3包括以下步骤：

由于光伏发电和太阳能热水器都受天气因素影响较大，故无法保证实际出力与预测数据保持一致；同样用户端负荷也受各种因素影响从而存在不确定性，为提高综合能源系统设备规划结果的可靠性，需考虑太阳能出力和负荷波动对系统规划带来的不确定性，波动模型建立如下：

式中，D_pre(t)、P_pre(t)分别为电/热/冷负荷和太阳能出力根据历史统计得到的功率数据，ΔD、ΔP为负荷和太阳能出力波动的幅度，D_e/h/q(t)、P_PV/SH(t)分别为计及波动后的负荷和太阳能出力，u(t)、l(t)为0-1变量，为1时表示此刻的数据处于波动状态，为0时表示无波动；l_min、l_max为当地太阳能出力不同时刻波动的最大个数和最小个数；l_min、l_max为用户端负荷不同时刻波动的最大个数和最小个数。