[发明专利]一种基于双层优化算法的光伏建筑能量分析方法

说明书

一种基于双层优化算法的光伏建筑能量分析方法，包括上层配置优化模块和下层运行优化模块两部分；上层为配置优化，下层为运行优化，从建筑能源系统在不同场景条件下的经济性、社会性和环境性的角度进行能源自给自足水平分析，利用双层优化算法搜索多目标优化模型的Pareto前沿解，并基于系统年电、冷、热负荷信息与设备的运行及维护成本信息，通过综合考虑一天内负荷的需求、光照强度、能源价格数据，以系统运行成本最低为目标，得到日运行维护费最小时的系统设备的具体出力情况；该方法适用于多种场景的建筑能源系统，简单且容易实现。

【技术领域】

本发明属于光伏建筑领域，尤其是一种基于双层优化算法的光伏建筑能量分析方法。

【背景技术】

在国家能源转型、推进“碳达峰、碳中和”目标实现的进程中，大规模高效开发和利用可再生能源已成为社会共识。推动分布式光伏发电、分散式风电和氢能等清洁能源发电与建筑的结合，是实现能源供应“清洁替代”、能源消费“电能替代”的有效途径，可以提高一次能源利用率，大幅减少碳排放。利用清洁能源实现建筑零能耗是满足政策要求和实现清洁发展的关键途径。

评价零能耗建筑有两个指标：一是清洁能源发电量能否大于建筑用电量，实现电力自给自足；二是能源供应系统能否实现建筑内能量的相互补给和转换，如热电转换。

目前，关于光伏建筑的现有技术都是针对特定建筑类型在具体场景配置进行研究，研究范围缺乏普适性和灵活性。建筑类型主要分为单体建筑、社区和综合楼宇几种。对于单体建筑，主要考虑电源端设计与储能设备的要求，对于社区、综合楼宇等综合建筑则需要考虑建筑系统内冷热电能量的相互转换和平衡，并且多数研究只针对一种特点场景进行了能耗分析，未对能源自给自足率进行研究。此外，光伏建筑供能系统的运行策略也会影响系统的经济效益、社会效益和环境效益，进一步增加了研究的复杂性。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种基于双层优化算法的光伏建筑能量分析方法，它能够克服现有技术的不足，以综合楼宇的节能建筑楼宇为研究对象，利用双层优化算法进行能源自给自足的水平分析，该方法简单易行容易实现。

本发明的技术方案：一种基于双层优化算法的光伏建筑能量分析方法，其特征在于它包括上层配置优化模块和下层运行优化模块两部分；其中，所述上层配置优化模块利用多目标优化方法，分别从经济、环境和能源三个方面确定设备最佳配置状态；所述下层运行优化模块用于对光伏建筑能源系统运行优化，在上层配置优化模块得出设备最佳配置状态的基础上，以日运行成本最小为目标，对光伏建筑能源系统的运行状态进行优化。

所述光伏建筑能源系统是节能建筑系统，它是电-热网络的主要组成部分，由PV(Photovoltaic)面板及PV/TC(Photovoltaic/Thermal-Cooling，光伏冷热面板)面板中的一种、电储能装置、热源装置、热储能装置及电网组合而成。

所述PV/T面板是通过层压或胶粘技术将光伏板与集热器结合的一种发电装置，能够同时产生电能和热能，从而提高能源利用率和单位面积的能效，PV/TC面板是在PV/T的基础上改进而来的，不仅可以产生电能、热能，夜间也可以产生冷能；

PV/TC面板日间产生的热功率如式(1)-(3)所示：

Q_pvt＝A_pvt·K_pvt·G_t-Q_loss (3)