一种考虑区域综合能源多元互动的配电网规划方法及装置与流程

本发明涉及区域能源互联网优化与规划，具体涉及一种考虑区域综合能源多元互动的配电网规划方法及装置。

背景技术：

1、在区域、园区、小区层级，综合能源系统成为涵盖电、冷、热、气多能高效转化利用的供能方案，但现阶段约70％园区仍为能源分离利用，在规划、运行层面仍缺乏系统性的理论支撑。

2、城市区域能源互联网的构建利用了很多可再生能源和另外的化石能源，同时其中每个综合能源系统在不同的时刻既可能作为源端为本区域供电，也可以作为荷端消纳电网的供电，作为源端时可以帮助电网消纳部分电负荷，因此在一定程度上可以延缓电网投资，但由于综合能源系统即插即用的特性，要求配电网结构要实时适应系统的变化，因此亟需随时适应城市区域能源互联网变化的电网规划方法。

技术实现思路

1、为了克服上述缺陷，本发明提出了一种考虑区域综合能源多元互动的配电网规划方法及装置。

2、第一方面，提供一种考虑区域综合能源多元互动的配电网规划方法，所述考虑区域综合能源多元互动的配电网规划方法包括：

3、求解预先构建的配电网规划模型，得到第一优化结果；

4、将所述第一优化结果代入预先构建的配电网运行模型，得到第二优化结果；

5、将所述第一优化结果作为配电网规划方案，所述第二优化结果作为配电网运行方案；

6、其中，所述第一优化结果包括下述中的至少一种：各配电设备的台数、各配电设备的额定容量，所述第二优化结果包括下述中的至少一种：各配电设备的运行状态、各配电设备的输出功率。

7、优选的，所述配电设备包括下述中的至少一种：分布式电源、燃气轮机、内燃机、燃气锅炉、电热泵、电制冷机。

8、优选的，所述预先构建的配电网规划模型包括：以经济成本最小为目标的目标函数及其对应的规划层约束条件。

9、进一步的，所述目标函数如下：

10、

11、上式中，c为目标函数值，α为年等额投资折算系数，n为配电网中能源系统数量，cinv为规划年限内的线路总投资成本，为t时刻能源系统i向电网售电的成本，为t时刻电网向能源系统i售电的成本，cop为综合能源系统日运行成本，t为当前时刻，tn为单位时间间隔，y为规划年限。

12、进一步的，所述综合能源系统日运行成本如下：

13、cop＝com+cpd

14、所述规划年限内的线路总投资成本如下：

15、

16、上式中，com为能源系统中各设备的运行维护费用，cpd为能源系统的污染物排放成本费用，w为改造或新建的线路总数，pline为线路单价，lline,w为线路w的长度。

17、进一步的，所述能源系统中各设备的运行维护费用如下：

18、

19、所述能源系统的污染物排放成本费用如下：

20、

21、上式中，np,i为能源系统i中配电设备的总数量，为t时刻能源系统i中配电设备j单位容量的运维费用，为t时刻能源系统i中配电设备j的设备容量，cei,t为t时刻能源系统i的电转碳排放量系数，eei,t为t时刻能源系统i的上网电量，seei,t为t时刻能源系统i的购电量，chi,t为t时刻能源系统i的热转碳排放量系数，sehi,t为t时刻能源系统i的购热量，cgi,t为t时刻能源系统i的气转碳排放量系数，svi,t为t时刻能源系统i的购气量。

22、进一步的，所述t时刻能源系统i向电网售电的成本如下：

23、

24、所述t时刻电网向能源系统i售电的成本如下：

25、

26、上式中，pe,t为t时刻能源系统的上网电价，eei,t为t时刻能源系统i的上网电量，spe,t为t时刻能源系统的购电电价，seei,t为t时刻能源系统i的购电量，sph,t为t时刻能源系统的购热价格，sehi,t为t时刻能源系统i的购热量，spg,t为t时刻能源系统购气价格，svi,t为t时刻能源系统i的购气量。

27、进一步的，所述规划层约束条件如下：

28、

29、上式中，nu为第u类配电设备的数量，nu,max为第u类配电设备的数量最大值，为第u类配电设备的额定容量最小值，为第u类配电设备的额定容量，为第u类配电设备的额定容量最大值。

30、进一步的，所述预先构建的配电网运行模型包括：以经济成本最小为目标的目标函数及其对应的运行层约束条件。

31、进一步的，所述运行层约束条件包括：运行条件约束、输出功率约束、能量平衡约束、储能设备约束、负荷供能可靠性约束、潮流约束、线路/管道容量约束。

32、进一步的，所述运行条件约束如下：

33、su∈{0,1}

34、所述输出功率约束如下：

35、

36、所述能量平衡约束如下：

37、

38、所述储能设备约束如下：

39、

40、as(t1)＝as(t1+t)＝as.l

41、所述负荷供能可靠性约束如下：

42、

43、所述潮流约束如下：

44、

45、所述线路/管道容量约束如下：

46、δab,d,t+δba,d,t≤xab

47、

48、上式中，su为第u类配电设备的运行状态，为配电设备n的输出功率最小值，pn,t为t时刻配电设备n的输出功率，为配电设备n的输出功率最大值，i为配电设备总数量，为配电设备n的输出电功率，为配电设备n的输入电功率，为用户的电负荷需求，为配电设备n的输出热功率，为配电设备n的输入热功率，为用户的热负荷需求，为配电设备n的输出冷功率，为配电设备n的输入冷功率，为用户的冷负荷需求，为t时刻储能设备的充能功率，为t时刻储能设备的放能功率，为储能设备的充能功率最大值，为储能设备的放能功率最大值，x为储能设备的充能状态量，取值范围为0或1，y为储能设备的放能状态量，取值范围为0或1，t1为当前工作周期的起始时间，as(t1)为t1时刻储能设备的储能量，as(t1+t)为t1+t时刻储能设备的储能量，as.l为储能在运行周期结束时留有的储能量，t为工作周期，ielec,b、ihot,b、icold,b分别为能源系统i的电储能、热储能、冷储能设备台数，ielec,dg、ihot,g、icold,g分别为能源系统i的分布式电源、热力设备、冷能设备台数，分别为t时刻能源系统i的电负荷、热负荷、冷负荷，分别为t时刻能源系统i的电储能、热储能、冷储能设备发出的功率，分别为t时刻能源系统i的分布式电源、热力设备、冷能设备发出的功率，pga、qga为配电网节点a的有功和无功功率，pla、qla为配电网节点a的有功和无功负荷，va、vb为配电网节点a和b的电压，gab、bab、θab为配电网节点a和b之间的电导、电纳和电压相角差，a为配电网节点总数量，δab,d,t为电线路/热管道/冷管道功率从a流向b的运行变量，δba,d,t为电线路/热管道/冷管道功率从b流向a的运行变量，xab为配电网节点a和b之间的0-1规划变量，fab,d,t为t时刻从a流向b的电/热/冷功率，为配电网节点a和b之间的电线路/热管道/冷管道最大容量。

49、第二方面，提供一种考虑区域综合能源多元互动的配电网规划装置，所述考虑区域综合能源多元互动的配电网规划装置包括：

50、第一分析模块，用于求解预先构建的配电网规划模型，得到第一优化结果；

51、第二分析模块，用于将所述第一优化结果代入预先构建的配电网运行模型，得到第二优化结果；

52、第三分析模块，用于将所述第一优化结果作为配电网规划方案，所述第二优化结果作为配电网运行方案；

53、其中，所述第一优化结果包括下述中的至少一种：各配电设备的台数、各配电设备的额定容量，所述第二优化结果包括下述中的至少一种：各配电设备的运行状态、各配电设备的输出功率。

54、优选的，所述配电设备包括下述中的至少一种：分布式电源、燃气轮机、内燃机、燃气锅炉、电热泵、电制冷机。

55、优选的，所述预先构建的配电网规划模型包括：以经济成本最小为目标的目标函数及其对应的规划层约束条件。

56、进一步的，所述目标函数如下：

57、

58、上式中，c为目标函数值，α为年等额投资折算系数，n为配电网中能源系统数量，cinv为规划年限内的线路总投资成本，为t时刻能源系统i向电网售电的成本，为t时刻电网向能源系统i售电的成本，cop为综合能源系统日运行成本，t为当前时刻，tn为单位时间间隔，y为规划年限。

59、进一步的，所述综合能源系统日运行成本如下：

60、cop＝com+cpd

61、所述规划年限内的线路总投资成本如下：

62、

63、上式中，com为能源系统中各设备的运行维护费用，cpd为能源系统的污染物排放成本费用，w为改造或新建的线路总数，pline为线路单价，lline,w为线路w的长度。

64、进一步的，所述能源系统中各设备的运行维护费用如下：

65、

66、所述能源系统的污染物排放成本费用如下：

67、

68、上式中，np,i为能源系统i中配电设备的总数量，为t时刻能源系统i中配电设备j单位容量的运维费用，为t时刻能源系统i中配电设备j的设备容量，cei,t为t时刻能源系统i的电转碳排放量系数，eei,t为t时刻能源系统i的上网电量，seei,t为t时刻能源系统i的购电量，chi,t为t时刻能源系统i的热转碳排放量系数，sehi,t为t时刻能源系统i的购热量，cgi,t为t时刻能源系统i的气转碳排放量系数，svi,t为t时刻能源系统i的购气量。

69、进一步的，所述t时刻能源系统i向电网售电的成本如下：

70、

71、所述t时刻电网向能源系统i售电的成本如下：

72、

73、上式中，pe,t为t时刻能源系统的上网电价，eei,t为t时刻能源系统i的上网电量，spe,t为t时刻能源系统的购电电价，seei,t为t时刻能源系统i的购电量，sph,t为t时刻能源系统的购热价格，sehi,t为t时刻能源系统i的购热量，spg,t为t时刻能源系统购气价格，svi,t为t时刻能源系统i的购气量。

74、进一步的，所述规划层约束条件如下：

75、

76、上式中，nu为第u类配电设备的数量，nu,max为第u类配电设备的数量最大值，为第u类配电设备的额定容量最小值，为第u类配电设备的额定容量，为第u类配电设备的额定容量最大值。

77、进一步的，所述预先构建的配电网运行模型包括：以经济成本最小为目标的目标函数及其对应的运行层约束条件。

78、进一步的，所述运行层约束条件包括：运行条件约束、输出功率约束、能量平衡约束、储能设备约束、负荷供能可靠性约束、潮流约束、线路/管道容量约束。

79、进一步的，所述运行条件约束如下：

80、su∈{0,1}

81、所述输出功率约束如下：

82、

83、所述能量平衡约束如下：

84、

85、所述储能设备约束如下：

86、

87、as(t1)＝as(t1+t)＝as.l

88、所述负荷供能可靠性约束如下：

89、

90、所述潮流约束如下：

91、

92、所述线路/管道容量约束如下：

93、δab,d,t+δba,d,t≤xab

94、

95、上式中，su为第u类配电设备的运行状态，为配电设备n的输出功率最小值，pn,t为t时刻配电设备n的输出功率，为配电设备n的输出功率最大值，i为配电设备总数量，为配电设备n的输出电功率，为配电设备n的输入电功率，为用户的电负荷需求，为配电设备n的输出热功率，为配电设备n的输入热功率，为用户的热负荷需求，为配电设备n的输出冷功率，为配电设备n的输入冷功率，为用户的冷负荷需求，为t时刻储能设备的充能功率，为t时刻储能设备的放能功率，为储能设备的充能功率最大值，为储能设备的放能功率最大值，x为储能设备的充能状态量，取值范围为0或1，y为储能设备的放能状态量，取值范围为0或1，t1为当前工作周期的起始时间，as(t1)为t1时刻储能设备的储能量，as(t1+t)为t1+t时刻储能设备的储能量，as.l为储能在运行周期结束时留有的储能量，t为工作周期，ielec,b、ihot,b、icold,b分别为能源系统i的电储能、热储能、冷储能设备台数，ielec,dg、ihot,g、icold,g分别为能源系统i的分布式电源、热力设备、冷能设备台数，分别为t时刻能源系统i的电负荷、热负荷、冷负荷，分别为t时刻能源系统i的电储能、热储能、冷储能设备发出的功率，分别为t时刻能源系统i的分布式电源、热力设备、冷能设备发出的功率，pga、qga为配电网节点a的有功和无功功率，pla、qla为配电网节点a的有功和无功负荷，va、vb为配电网节点a和b的电压，gab、bab、θab为配电网节点a和b之间的电导、电纳和电压相角差，a为配电网节点总数量，δab,d,t为电线路/热管道/冷管道功率从a流向b的运行变量，δba,d,t为电线路/热管道/冷管道功率从b流向a的运行变量，xab为配电网节点a和b之间的0-1规划变量，fab,d,t为t时刻从a流向b的电/热/冷功率，为配电网节点a和b之间的电线路/热管道/冷管道最大容量。

96、第三方面，提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；

97、所述处理器，用于执行一个或多个程序；

98、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现所述的考虑区域综合能源多元互动的配电网规划方法。

99、第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现所述的考虑区域综合能源多元互动的配电网规划方法。

100、本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

101、本发明提供了一种考虑区域综合能源多元互动的配电网规划方法及装置，包括：求解预先构建的配电网规划模型，得到第一优化结果；将所述第一优化结果代入预先构建的配电网运行模型，得到第二优化结果；将所述第一优化结果作为配电网规划方案，所述第二优化结果作为配电网运行方案；其中，所述第一优化结果包括下述中的至少一种：各配电设备的台数、各配电设备的额定容量，所述第二优化结果包括下述中的至少一种：各配电设备的运行状态、各配电设备的输出功率。本发明提供的技术方案，对新型配电系统规划问题的研究具有一定的参考价值，能够支撑智慧能源服务体系建设，降低用户整体用能成本，推动区域能源资源优化利用，提升能源清洁高效利用水平。