[发明专利]一种区域能源互联网全自动站网布局优化方法

摘要

本发明涉及一种区域能源互联网全自动站网布局优化方法，包括以下步骤：第一步，建立区域能源互联网能源站与管网图；第二步，建立能距定义；第三步，基于能距的定址布网算法，在已知所有负荷区的负荷预测值和供能系统容量的前提下，根据P中位的数学模型，确定能源站的数量和位置、储能中心的位置以及管网的布局走向。有益效果是：供给侧能源站数量和位置的确定是客观的，能源站与用户之间的管网布局是最优的，均为区域能源互联网站网布局优化算法精确计算的结果；储能中心的位置以及与能源站之间的管线走向同样也是算法精确计算的结果，是所有能源站能源储存与调取的最佳位置，所给方案使得区域资源利用和资金投入达到全局最优。

主权项

一种区域能源互联网全自动站网布局优化方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，建立区域能源互联网能源站与管网图，记做G＝(V,E,W)，V代表顶点的集合，E代表边的集合，W代表边的权的集合，其中，V＝V1∪V2∪V3，且两两不相交，并有V1＝{v1i|i＝1,2,…,m}，表示候选的能源站和储能中心集合，V2＝{v2j|j＝1,2,…,n}，表示路网节点(如交叉点、拐点、接入点等)集合，V3＝{v3k|k＝1,2,…,q}，表示负荷区集合；E＝{e(v,v’)|v,v’∈V}，表示顶点间的直接连通情况；第二步，建立能距定义，W＝{D(e)＝Dv,v’|e(v,v’)∈E}，表示边e的权集，这里定义为能距，表示管线费用，包括建设费和运行维护费，在站网图G中，若V1中存在一个顶点集合P，使V3中所有顶点至集合P的能距之和最小，则称集合P为该图的P中位，在站网图G的候选能源站集合V1中找出子集P，为负荷区集合V3中的负荷需求点提供服务，使得所选|P|个能源站和全部负荷区的最小能距与负荷需求之积的总和最小，因此，模型可表述为求解集合P＝{v|v∈V1，}，使得：f(P)=minΣ∀v∈XS(v),∀X⋐V1---(1)]]>且满足以下条件：S(vi)=CviES+Σ∀vi′∈V3iDvi,vi′minQvi′,∀vi∈X,i=1,2,...,|X|---(2)]]>V3i⋐V3,∪i=1|X|V3i=V3---(3)]]>公式(1)表示对于V1的全部子集X来说，P中位是使得S(v)之和最小的集合X；公式(2)给出了S(v)的实现，并且使得S(v)之和最小的点vi与中所有v′i之间的最短路径所构成的子图，称为vi相对于的最小生成树；公式(3)表明所有负荷区都享受能源站的服务；公式(4)表明每个负荷区只能由一个能源站提供服务；第三步，基于能距的定址布网算法，在已知所有负荷区的负荷预测值和供能系统容量的前提下，根据P中位的数学模型，确定能源站的数量和位置、储能中心的位置以及管网的布局走向,在站网图G＝(V,E,W)中，v,v’∈V，且v≠v’，顶点v至顶点v’路线的费用年值用能距D来表示，即：Dv,v′=CoPLr(1+r)L(1+r)L-1+CfPL+CwPL+CmPL]]>其中，PL——表示管线；r——利率；L——项目寿命年限。管线初投资包含了管线建设所有投资，包括管材、管路附件、保温以及施工的费用，按照下面的公式计算：CoPL=Σi=1K-1C(di)li]]>其中，——管线初投资，元；di——管段i的管径，m；li——管段i的长度，m；K——管线节点数；C(di)——管段i的单位造价，元/m。循环水泵运行电费计算公式如下：CfPL=Pp×FpηpTpCe×10-7]]>其中，——循环水泵年运行费用，元；Fp——循环水泵的设计流量，m3/s；Pp——循环水泵的工作压力，Pa；Ce——电价，元/kW·h；ηp——水泵的机电效率；Tp——循环水泵的年最大工作时间，h。输水管道冷(热)量损失费用的计算公式如下：CwPL=Σi=1K-14πλlitcTpCelndi+2δi+δtidi+2δi×COP×107]]>其中，——输水管道冷(热)量损失费用，元；λ——保温材料的导热系数，W/(m·℃)；tc——输水管道内外平均温度差，℃；δi——管道的厚度，m；δti——管道保温层的厚度，m；COP——系统的能效比。管线的折旧、维护费用按下式计算：CmPL=(μ1PL+μ2PL)CoPL]]>其中，——管线的年折旧、维护费用，元；——折旧率；——维护费用比例系数。