一种光储直柔园区用能优化配置方法和装置与流程

本发明涉及综合能源规划，尤其涉及一种光储直柔园区用能优化配置方法和装置。

背景技术：

1、园区是一个汇聚创新资源、孕育新兴产业、推进社会进步、支持民生福祉的特定区域。园区的建设和发展有助于提升资源利用效率、推动产业升级、促进区域经济增长。维持园区不断发展的重要内容是能源的种类和供应，一个园区的综合能源系统是由电、热和冷等多种能源系统耦合而成，要想实现电能替代，需要使用能源转换装置提供相应的能源供应。通过电能替代可以减少园区内燃煤和燃气等传统化石能源的消耗，从而降低碳排放，实现园区近零碳排放的目标。

2、现有的光储直柔园区用能方案中，很少考虑园区的碳排放，而且在配置电能替代设备时容易忽视配电网的安全运行，不利于实现园区近零碳排放的目标和促进园区的可持续发展。

技术实现思路

1、本发明提供了一种光储直柔园区用能优化配置方法和装置，用于解决现有的光储直柔园区用能方案未充分考虑园区的碳排放和配电网的安全运行需求，不利于实现园区近零碳排放的目标和促进园区的可持续发展的技术问题。

2、有鉴于此，本发明第一方面提供了一种光储直柔园区用能优化配置方法，包括以下步骤：

3、s1、构建光储直柔园区能源系统并获取光储直柔园区内的综合能源数据，综合能源数据包括风力数据、光伏数据、分时电价、负荷需求量和碳排放数据；

4、s2、以光储直柔园区中能源消耗为碳排放核算对象，建立以考虑光储直柔园区综合能源电能替代系统在一个周期内投资和运行成本最小为目标的上层优化配置模型；

5、s3、建立综合考虑传输功率标准差与节点电压偏差总和最小为目标的下层配电网安全运行模型；

6、s4、求解上层优化配置模型，得到电能替代相关设备的配置结果；

7、s5、将电能替代相关设备的配置结果传递到下层配电网安全运行模型，求解下层配电网安全运行模型，得到下层配电网安全运行模型的求解结果；

8、s6、判断下层配电网安全运行模型的求解结果是否满足潮流要求，若是，则输出下层配电网安全运行模型的求解结果作为最优配置方案，若否，则将下层配电网安全运行模型的求解结果作为上层优化配置模型的约束条件，返回s4。

9、可选地，上层优化配置模型为：

10、min call＝cinv+copt+cmat-creb+cctr

11、

12、

13、

14、

15、

16、其中，call为投资和运行总成本，cinv为系统投资成本，copt为系统运行成本，cmat为系统维护成本，creb为系统电能替代补贴收益，cctr为系统碳交易金额，iy为设备安装节点集合，为能源转换装置的单位功率投资成本，x为蓄热式电锅炉和蓄冰式电锅炉集合，y为蓄热式电锅炉、蓄冰式电锅炉和电池储能系统集合，为蓄能装置单元容量投资成本，为在节点i处电能替代设备所要配置的额定功率，为在节点i处电能替代设备所要配置的额定容量，αt为对应经济寿命每个周期的投资系数，cbuy为购电分时电价，csell为售电分时电价，pbuy,t为t时刻节点i的购电电功率，psell,t为t时刻节点i的售电电功率，t为一个周期，nnode为电网节点集合，cpv为园区内光伏的维护成本，cwp为园区内风机的维护成本，为园区内电能替代设备中能源转换装置的维护成本，为园区内电能替代设备中蓄能装置的维护成本，ppv,t为t时刻光伏的运行功率，pwp,t为t时刻风机的运行功率，pi,x,t为t时刻第i台能量转换装置的运行功率，为t时刻第i台蓄能装置的储能功率，为t时刻第i台蓄能装置的放能功率，creb为电能替代后每单位购买电量给予的补贴价格，δe为碳交易量，为园区内植物的碳汇量，为园区内余热回收碳补偿量，为购电所产生的间接碳排放量，为园区内污染物处理产生的直接碳排放量，cctr为碳交易价格。

17、可选地，下层配电网安全运行模型为：

18、

19、

20、

21、

22、其中，f为目标函数，ω1和ω2为权重系数，ξ为归一化系数，ft为t时刻所有配电网支路的传输功率标准差，fij为支路ij在整个优化周期的传输功率标准差，fu为优化周期内所有节点电压偏差总和，nb为配电网支路集合，n为配电网支路总数，pij,t为t时刻支路ij的有功功率，ui,t为节点i的电压幅值，un为参考电压幅值。

23、可选地，上层优化配置模型的约束条件包括：

24、

25、

26、

27、

28、

29、

30、

31、

32、

33、

34、

35、其中，为t时刻第i台能源转换装置转换后的功率，ηx为能源装换装置的转换效率，z为制热集合和制冷集合的中的设备，为第i台电池储能系统在t时刻的放能功率，为第i台电池储能系统在t时刻的储能功率，为电负荷，为热负荷或冷负荷，为t时刻能源转换装置转换后的功率，为t时刻能源转换装置的储能功率，为t时刻能源转换装置转的放能功率，si,y,t为t时刻蓄能设备的能量状态，si,y,t-1为t-1时刻蓄能设备的能量状态，为蓄能装置能量状态的最小值，为蓄能装置能量状态的最大值，为蓄能装置储能功率和放能功率的下限，为蓄能装置储能功率和放能功率的上限，为标志储能装置储能的布尔变量，为标志储能装置放能的布尔变量，为受相关因素限制节点i所能安装能源转换装置额定功率的最小值，为受相关因素限制节点i所能安装能源转换装置额定功率的最大值，为受相关因素限制节点i所能安装蓄能装置额定容量的最小值，为受相关因素限制节点i所能安装蓄能装置额定容量的最大值，vi,x为表示节点i是否安装能源转换装置的布尔变量，vi,y为表示节点i是否安装蓄能装置的布尔变量。

36、可选地，下层配电网安全运行模型的约束条件包括：

37、

38、

39、

40、

41、pij,t≤pij,max

42、umin≤ui,t≤umax

43、

44、其中，qij,t为t时刻支路ij的无功功率，rij为支路ij的等效阻抗，xij为支路ij的等效电抗，iij为流过支路ij的电流，pj,t为t时刻节点j的有功功率，qj,t为t时刻节点j的无功功率，为t时刻节点j注入到除去支路ij的所有有功功率之和，为t时刻节点j注入到除去支路ij的所有无功功率之和，pij,max为支路ij的传输功率最大值，umin为节点电压的最小值，umax为节点电压的最大值，pmax为配电网最大用电功率。

45、本发明第二方面提供了一种光储直柔园区用能优化配置装置，包括以下模块：

46、系统构建模块，用于构建光储直柔园区能源系统并获取光储直柔园区内的综合能源数据，综合能源数据包括风力数据、光伏数据、分时电价、负荷需求量和碳排放数据；

47、上层模型构建模块，用于以光储直柔园区中能源消耗为碳排放核算对象，建立以考虑光储直柔园区综合能源电能替代系统在一个周期内投资和运行成本最小为目标的上层优化配置模型；

48、下层模型构建模块，用于建立综合考虑传输功率标准差与节点电压偏差总和最小为目标的下层配电网安全运行模型；

49、第一求解模块，用于求解上层优化配置模型，得到电能替代相关设备的配置结果；

50、第二求解模块，用于将电能替代相关设备的配置结果传递到下层配电网安全运行模型，求解下层配电网安全运行模型，得到下层配电网安全运行模型的求解结果；

51、判断模块，用于判断下层配电网安全运行模型的求解结果是否满足潮流要求，若是，则输出下层配电网安全运行模型的求解结果作为最优配置方案，若否，则将下层配电网安全运行模型的求解结果作为上层优化配置模型的约束条件，跳转回第一求解模块。

52、可选地，上层优化配置模型为：

53、min call＝cinv+copt+cmat-creb+cctr

54、

55、

56、

57、

58、

59、其中，call为投资和运行总成本，cinv为系统投资成本，copt为系统运行成本，cmat为系统维护成本，creb为系统电能替代补贴收益，cctr为系统碳交易金额，iy为设备安装节点集合，为能源转换装置的单位功率投资成本，x为蓄热式电锅炉和蓄冰式电锅炉集合，y为蓄热式电锅炉、蓄冰式电锅炉和电池储能系统集合，为蓄能装置单元容量投资成本，为在节点i处电能替代设备所要配置的额定功率，为在节点i处电能替代设备所要配置的额定容量，αt为对应经济寿命每个周期的投资系数，cbuy为购电分时电价，csell为售电分时电价，pbuy,t为t时刻节点i的购电电功率，psell,t为t时刻节点i的售电电功率，t为一个周期，nnode为电网节点集合，cpv为园区内光伏的维护成本，cwp为园区内风机的维护成本，为园区内电能替代设备中能源转换装置的维护成本，为园区内电能替代设备中蓄能装置的维护成本，ppv,t为t时刻光伏的运行功率，pwp,t为t时刻风机的运行功率，pi,x,t为t时刻第i台能量转换装置的运行功率，为t时刻第i台蓄能装置的储能功率，为t时刻第i台蓄能装置的放能功率，creb为电能替代后每单位购买电量给予的补贴价格，δe为碳交易量，为园区内植物的碳汇量，为园区内余热回收碳补偿量，为购电所产生的间接碳排放量，为园区内污染物处理产生的直接碳排放量，cctr为碳交易价格。

60、可选地，下层配电网安全运行模型为：

61、

62、

63、

64、

65、其中，f为目标函数，ω1和ω2为权重系数，ξ为归一化系数，ft为t时刻所有配电网支路的传输功率标准差，fij为支路ij在整个优化周期的传输功率标准差，fu为优化周期内所有节点电压偏差总和，nb为配电网支路集合，n为配电网支路总数，pij,t为t时刻支路ij的有功功率，ui,t为节点i的电压幅值，un为参考电压幅值。

66、可选地，上层优化配置模型的约束条件包括：

67、

68、

69、

70、

71、

72、

73、

74、

75、

76、

77、

78、其中，为t时刻第i台能源转换装置转换后的功率，ηx为能源装换装置的转换效率，z为制热集合和制冷集合的中的设备，为第i台电池储能系统在t时刻的放能功率，为第i台电池储能系统在t时刻的储能功率，为电负荷，为热负荷或冷负荷，为t时刻能源转换装置转换后的功率，为t时刻能源转换装置的储能功率，为t时刻能源转换装置转的放能功率，si,y,t为t时刻蓄能设备的能量状态，si,y,t-1为t-1时刻蓄能设备的能量状态，为蓄能装置能量状态的最小值，为蓄能装置能量状态的最大值，为蓄能装置储能功率和放能功率的下限，为蓄能装置储能功率和放能功率的上限，为标志储能装置储能的布尔变量，为标志储能装置放能的布尔变量，为受相关因素限制节点i所能安装能源转换装置额定功率的最小值，为受相关因素限制节点i所能安装能源转换装置额定功率的最大值，为受相关因素限制节点i所能安装蓄能装置额定容量的最小值，为受相关因素限制节点i所能安装蓄能装置额定容量的最大值，νi,x为表示节点i是否安装能源转换装置的布尔变量，νi,y为表示节点i是否安装蓄能装置的布尔变量。

79、可选地，下层配电网安全运行模型的约束条件包括：

80、

81、

82、

83、

84、pij,t≤pij,max

85、umin≤ui,t≤umax

86、

87、其中，qij,t为t时刻支路ij的无功功率，rij为支路ij的等效阻抗，xij为支路ij的等效电抗，iij为流过支路ij的电流，pj,t为t时刻节点j的有功功率，qj,t为t时刻节点j的无功功率，为t时刻节点j注入到除去支路ij的所有有功功率之和，为t时刻节点j注入到除去支路ij的所有无功功率之和，pij,max为支路ij的传输功率最大值，umin为节点电压的最小值，umax为节点电压的最大值，pmax为配电网最大用电功率。

88、从以上技术方案可以看出，本发明提供的光储直柔园区用能优化配置方法具有以下优点：

89、本发明提供的光储直柔园区用能优化配置方法，一方面，以光储直柔园区中能源消耗为碳排放核算对象，在保证园区近零碳运行的同时，建立以考虑光储直柔园区综合能源电能替代系统在一个周期内投资和运行成本最小为目标的上层优化配置模型，另一方面，建立综合考虑传输功率标准差与节点电压偏差总和最小为目标的下层配电网安全运行模型，通过对上下双层模型进行求解，得到最优的配置方案，解决了现有的光储直柔园区用能方案未充分考虑园区的碳排放和配电网的安全运行需求，不利于实现园区近零碳排放的目标和促进园区的可持续发展的技术问题。