多能源耦合建模评估方法、装置及终端设备与流程

本发明属于多能耦合建模技术领域，尤其涉及一种多能源耦合建模评估方法、装置及终端设备。

背景技术：

从系统的角度看，耦合不同的能量载体相对于常规的去耦能量供应网显示出许多潜在的优点，冗余能流路径提供的一定程度的自由度为多能协同优化提供了空间。通过能量系统互连互通，改善不同能源在不同供需背景下的时空不平衡，实现降低系统用能成本、提高用能的效率以及增强供能的可靠性的目的。不同能源供应系统的运行特性各异，通过彼此间协调，可降低或消除能源供应环节的不确定性，从而更有利于可再生能源的安全消纳。

综合能源是由多种能源转换设备、储能设备、供能管线及用户等组成的有机整体，多种形式能源的耦合机理是实现综合能源规划的首要问题。但是目前已知的多能源耦合方式参差不齐，无法体现多能源耦合系统的优越性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种多能源耦合建模评估方法、装置及终端设备，以解决现有技术中多能源耦合系统利用率低下的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种多能源耦合建模评估方法，包括：

获取多种能源系统的使用信息和目标区域的用电信息；

基于多种能源系统的使用信息和所述目标区域的用电信息建立多能源综合系统的多能耦合模型，所述多能耦合模型包括多能耦合静态线性模型和多能互补动态模型；

基于能源枢纽理论，对所述多能源耦合模型进行分层建模求解，得到所述目标区域对应的多个设备选址定容与运行调度方案；

对各个设备选址定容与运行调度方案进行负荷预测和经济性，并根据评估结果选取所述目标区域对应的最优设备选址定容与运行调度方案。

本发明实施例的第二方面提供了一种多能源耦合建模评估装置，包括：

信息获取模块，用于获取多种能源系统的使用信息和目标区域的用电信息；

模型建立模块，用于基于多种能源系统的使用信息和所述目标区域的用电信息建立多能源综合系统的多能耦合模型，所述多能耦合模型包括多能耦合静态线性模型和多能互补动态模型；

求解模块，用于基于能源枢纽理论，对所述多能源耦合模型进行分层建模求解，得到所述目标区域对应的多个设备选址定容与运行调度方案；

最优方案获取模块，用于对各个设备选址定容与运行调度方案进行负荷预测和经济性，并根据评估结果选取所述目标区域对应的最优设备选址定容与运行调度方案。

本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述多能源耦合建模评估方法的步骤。

本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述多能源耦合建模评估方法的步骤。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本实施例首先获取多种能源系统的使用信息和目标区域的用电信息；然后基于多种能源系统的使用信息和所述目标区域的用电信息建立多能源综合系统的多能耦合模型，所述多能耦合模型包括多能耦合静态线性模型和多能互补动态模型；基于能源枢纽理论，对所述多能源耦合模型进行分层建模求解，得到所述目标区域对应的多个设备选址定容与运行调度方案；最后对各个设备选址定容与运行调度方案进行负荷预测和经济性，并根据评估结果选取所述目标区域对应的最优设备选址定容与运行调度方案。本实施例提供的方案能够方便不同耦合方案之间的分析比较，从而得到最优的多能源耦合方案，提高能源利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的多能源耦合建模评估方法的实现示意图；

图2是本发明实施例提供的多能源监控系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的多能源耦合建模评估装置的示意图；

图4是本发明实施例提供的终端设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

在一个实施例中，如图1所示，图1示出了本实施例提供的一种多能源耦合建模评估方法的实现流程，其包括：

s101：获取多种能源系统的使用信息和目标区域的用电信息；

s102：基于多种能源系统的使用信息和所述目标区域的用电信息建立多能源综合系统的多能耦合模型，所述多能耦合模型包括多能耦合静态线性模型和多能互补动态模型；

s103：基于能源枢纽理论，对所述多能源耦合模型进行分层建模求解，得到所述目标区域对应的多个设备选址定容与运行调度方案；

s104：对各个设备选址定容与运行调度方案进行负荷预测和经济性，并根据评估结果选取所述目标区域对应的最优设备选址定容与运行调度方案。

在一个实施例中，所述能源系统包括太阳能光伏发电、储能系统、地源热泵系统、冰蓄冷系统、太阳能热水系统、太阳能空调系统、蓄热式电锅炉系统、市政热网，太阳能热水系统；

所述使用信息包括能源种类、存在方式、使用方式和在区域网各个环节之间的流动信息；

所述目标区域的用电信息包括所述目标区域内的能源消费用户用能需求总和及各个能源消费用户的用能需求。

在本实施例中，首先通过各类方式对目标区域内的能源种类、存在方式和使用方式进行调查，同时对各类能源在区域源、网、荷、储等各个环节之间的流动和传递方式进行调查研究。得到多能源系统的使用信息。

由于综合能源的用能需求是所有分散于区域内的能源消费用户用能需求的总和，利用数据采集模板对综合能源的使用量进行数据调查时，需要从区域总量和用户单元两方面的使用量进行数据调查，数据采集模块通过对地源热泵、冰蓄冷、蓄热式电锅炉、太阳能空调、热水、光伏、储能等能源系统的自身控制系统和运行监控系统的相互配合，得到目标区域内的能源消费用户用能需求总和及各个能源消费用户的用能需求，同时将汇集的数据上传至数据库中。

在一个实施例中，图1中s102的具体实现流程包括：

基于多种能源系统的使用信息和所述目标区域的用电信息，考虑多种能源系统间的非线性、动态特性、多时间尺度和不确定性因素，建立包括源、网、荷、储四个区域网环节的多能耦合静态线性模型和多能互补动态模型。

在本实施例中，在考虑到多能源综合系统的多能源间的非线性、动态特性、多时间尺度、不确定性等多种因素影响的条件下进行多能耦合建模，完整地构建包含源、网、荷、储等各个环节的多能耦合静态线性模型，同时进行多能互补动态模型的建立，以满足静态、动态、时延特性等多方面建模需求。

近一步地，建立模型后，通过energyhub(能源枢纽)理论，对设立的模型进行分层建模求解，从而实现设备选型选址定容与运行调度方案的协同优化。

在一个实施例中，图1中s104包括：

对所述目标区域内的经济、气候、建筑布局、人口密度进行参数分析，得到多个影响常数，根据多个影响常数进行多能源耦合模型中各种能源系统类型的负荷及其相互耦合情况的预测或组合预测；

获取多能源系统的能流数据，并根据各个能源系统的能流数据和各种能源系统类型的负荷及其相互耦合情况的预测或组合预测的结果，得到多复元耦合的负荷数据。

在一个实施例中，上述获取多能源系统的能流数据的具体过程包括：

建立电力-天然气系统的混合模型，在统一的框架下建立包含多个能网状态的潮流方程，并对系统综合潮流进行求解。

在一个实施例中，上述获取多能源系统的能流数据的具体过程还可以包括：

分析不同模式下多个能源系统的耦合关系，将各个能源系统进行解耦计算，得到多能源系统的能流数据。

在一个实施例中，所述多能互补动态模型包括动态能源集线器和动态能源连接器模型，所述动态能源集线器在传统集线器模型的基础上，考虑能量转换机组的动态特性；所述动态能源连接器描述了电能、液态工质或气态燃料输送环节的静态特征和动态变化规律。

在本实施例中，通过评估模块对数据进行分析，所述评估模块分为负荷预测和经济性评估，所述负荷预测包括宏观类预测方法和微观类预测方法两类方法，在预测前需要对经济、气候、建筑布局、人口密度等多种因素进行参数分析，进行大量数据整理和分析后得到各类影响常数，再进行多能源耦合模型中电、气、热、冷等类型负荷及其相互耦合情况的预测或组合预测，对收集到的能流数据进行计算，从而得到多复元耦合的负荷数据。

具体地，经济性评估基于热力学第一定律与第二定律，引用工程经济学理论对经济效益与节能减排进行重点评估。

在本实施例中，通过地源热泵、冰蓄冷、蓄热式电锅炉、太阳能空调、热水、光伏、储能等能源子系统的自身控制系统和运行监控系统将汇集的数据上传至数据库中，从而建立的耦合模型，再将模型中的太阳能光伏发电、储能系统、地源热泵系统、冰蓄冷系统、太阳能热水系统、太阳能空调系统、蓄热式电锅炉系统、市政热网，太阳能热水系统等多种能源控制系统产生能流进行统计和计算，将得到的数据代入多元复合预测方法中，同时基于工程经济学对模型的经济性进行研究。从而对各类多能耦合模型进行评估分析，选出适合区域的最优模型，方便对综合能源系统的建设。

能源系统包括就地系统，就地系统包括太阳能光伏发电、储能系统、地源热泵系统、冰蓄冷系统、太阳能热水系统、太阳能空调系统、蓄热式电锅炉系统、市政热网，太阳能热水系统。

在对冷、热、电、热水每日预测负荷数据进行统计时，通过ga-bp综合算法预测太阳能光伏发电系统每日发电量；太阳能空调系统每日制冷、热量；太阳能热水每日制热水量；以此为基础，选择优化配比准则，且太阳能光伏发电、太阳能空调、太阳能热水系统的产能量与太阳辐射量和光照小时数密切相关，用能替代正逐渐成为综合需求响应的一个重要方式，能量的替代使用可降低用户侧的用能成本，在满足用能需求的前提下响应各个能源系统的调度期望，可观的响应收益为用户相应行为提供充足的驱动力。

如图2所示，图2示出了本发明实施例提供的一种系统结构，其包括运行监控系统、电网检测装置、太阳能热水、太阳能空调、地源热泵控制系统、蓄热锅炉控制系统、冰蓄冷控制系统、光伏发电控制系统，其中，太阳能热水、太阳能空调、地源热泵控制系统、蓄热锅炉控制系统、冰蓄冷控制系统、光伏发电控制系统为能源系统，电网检测装置用于关联各个能源系统。电网和光伏发电系统，且将采集的数据发送至运行监控系统。运作监控系统是整个能源网调度控制系统的大脑，完成对历史数据的分析、挖掘、预测，并根据负荷侧预测数据，以选定的准则，制定出能源生产配比计划，从而建立最优的多能耦合模型。

在对多能耦合静态线性模型中能源系统中的能流计算时使用的潮流求解算法可分为统一求解法和解耦求解法两类。采用统一求解法时，需要建立电力-天然气系统的混合模型，然后在统一的框架下建立包含多个能网状态的潮流方程，对系统综合潮流进行求解，而解耦求解法需分析不同模式下多个系统的耦合关系，将电力潮流与天然气以及热力系统解耦计算，因此可以在原有独立的潮流计算模块上增加电、气、热耦合分析模块来实现。

多能互补动态模型包括动态能源集线器和动态能源连接器模型。动态能源集线器在传统集线器模型的基础上，考虑能量转换机组的动态特性，动态能源连接器描述了电能、液态工质或气态燃料输送环节的静态特征和动态变化规律。

本实施例先通过对区域综合能源系统进行调查和分析，再通过规划优化模型，对系统内部的能源之间进行互补建模，用得到的数据和分层建模求得的解进行宏观和微观结合的负荷预测，同时从能源利用效率的改善与能量品位的提高两个方面对模型的经济性进行评估，方便研究者对不同模型之间进行分析比较，从而得到最优的模型，在进行综合能源建设时可以最大效率的利用多种能源。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

在一个实施例中，如图3所示，图3示出了本实施例提供的多能源耦合建模评估装置100的结构，其包括：

信息获取模块110，用于获取多种能源系统的使用信息和目标区域的用电信息；

模型建立模块120，用于基于多种能源系统的使用信息和所述目标区域的用电信息建立多能源综合系统的多能耦合模型，所述多能耦合模型包括多能耦合静态线性模型和多能互补动态模型；

求解模块130，用于基于能源枢纽理论，对所述多能源耦合模型进行分层建模求解，得到所述目标区域对应的多个设备选址定容与运行调度方案；

最优方案获取模块140，用于对各个设备选址定容与运行调度方案进行负荷预测和经济性，并根据评估结果选取所述目标区域对应的最优设备选址定容与运行调度方案。

在一个实施例中，所述能源系统包括太阳能光伏发电、储能系统、地源热泵系统、冰蓄冷系统、太阳能热水系统、太阳能空调系统、蓄热式电锅炉系统、市政热网，太阳能热水系统；

所述使用信息包括能源种类、存在方式、使用方式和在区域网各个环节之间的流动信息；

所述目标区域的用电信息包括所述目标区域内的能源消费用户用能需求总和及各个能源消费用户的用能需求。

在一个实施例中，模型建立模块120具体用于：

基于多种能源系统的使用信息和所述目标区域的用电信息，考虑多种能源系统间的非线性、动态特性、多时间尺度和不确定性因素，建立包括源、网、荷、储四个区域网环节的多能耦合静态线性模型和多能互补动态模型。

在一个实施例中，求解模块130包括：

参数分析单元，用于对所述目标区域内的经济、气候、建筑布局、人口密度进行参数分析，得到多个影响常数，根据多个影响常数进行多能源耦合模型中各种能源系统类型的负荷及其相互耦合情况的预测或组合预测；

负荷数据获取单元，用于获取多能源系统的能流数据，并根据各个能源系统的能流数据和各种能源系统类型的负荷及其相互耦合情况的预测或组合预测的结果，得到多复元耦合的负荷数据。

在一个实施例中，负荷数据获取单元具体用于：

建立电力-天然气系统的混合模型，在统一的框架下建立包含多个能网状态的潮流方程，并对系统综合潮流进行求解。

在一个实施例中，负荷数据获取单元具体用于：

分析不同模式下多个能源系统的耦合关系，将各个能源系统进行解耦计算，得到多能源系统的能流数据。

在一个实施例中，所述多能互补动态模型包括动态能源集线器和动态能源连接器模型，所述动态能源集线器在传统集线器模型的基础上，考虑能量转换机组的动态特性；所述动态能源连接器描述了电能、液态工质或气态燃料输送环节的静态特征和动态变化规律。

图4是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图4所示，该实施例的终端设备4包括：处理器40、存储器41以及存储在所述存储器41中并可在所述处理器40上运行的计算机程序42。所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各个多能源耦合建模评估方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至104。或者，所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图3所示模块110至140的功能。

所述计算机程序42可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器41中，并由所述处理器40执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序42在所述终端设备4中的执行过程。

所述终端设备4可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是终端设备4的示例，并不构成对终端设备4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器40可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器41可以是所述终端设备4的内部存储单元，例如终端设备4的硬盘或内存。所述存储器41也可以是所述终端设备4的外部存储设备，例如所述终端设备4上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)等。进一步地，所述存储器41还可以既包括所述终端设备4的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器41用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。