本发明属于能源互联网技术领域,尤其涉及一种考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化方法和装置。
背景技术:
综合能源系统(integratedenergysystem,ies),是指在规划、建设和运行等过程中,通过对能源的产生、传输与分配(能源供应网络)、转换、存储、消费等环节进行有机协调与优化后所形成的能源产供销一体化系统。它主要由供能网络(如供电、供气、供冷/热等网络)、能源交换环节(如发电机组、锅炉、空调、热泵等)、能源存储环节(储电、储气、储热、储冷等)、终端综合能源供用单元(如微网)和大量终端用户共同构成。
在互联网能源研究中,对综合能源系统优化是一个长期性的命题,考虑到负荷的不确定性的多样性,在针对综合能源系统设计优化模型时,如何从不同的角度来对不确定性的设计约束条件,并如何解该不确定下的优化模型,是当前本技术领域的长期性难题。
技术实现要素:
本发明实施例提供了一种一种考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化方法和装置,以解决综合能源系统运行优化的问题。
第一方面
本申请提供了一种考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化方法,其包括:获取在至少包括系统热能备用机会约束的约束条件下的以综合能源系统运行调度实现总利润最大为目标函数的最优解;基于所述最优解对所述综合能源系统的运行调度进行优化。
第二方面
本申请还提供了一种考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化装置,其包括:利润最大化最优解获取模块,用于获取在至少包括系统热能备用机会约束的约束条件下的以综合能源系统运行调度实现总利润最大为目标函数的最优解;综合能源系统调度优化模块,基于所述最优解对所述综合能源系统的运行调度进行优化。
第三方面
本发明实施例的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,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面中考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化方法的步骤。
第四方面
本发明实施例的提供了一种存储介质,所述存储介质存储有计算机程序,在所述计算机程序运行时,执行如第一方面中所述考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化方法的步骤。
本发明的有益效果:上述考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化方法通过以综合能源系统运行调度实现总利润最大化为目标函数,同时基于负荷预测不确定的考虑设置系统热能备用机会约束来实现对该目标函数的最优解,从而对综合能源进行运行优化,实现综合能源系统运行管理的利润最大化。
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的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出了根据本申请提供的考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化方法的一实施例的实现流程图。
图2示出了上述图1所示实施例中步骤s101的一实施例的实现流程图。
图3示出了根据本申请考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化装置的一实施例的结构示意图。
图4示出了图3所示实施例中利润最大化最优解获取模块的一实施例的结构示意图。
图5示出了图4所示实施例中约束条件获取单元的一实施例的结构示意图。
图6示出了图5所示实施例中系统运行约束条件获取单元的一实施例的结构示意图。
图7示出了图4所示实施例中约束条件获取单元的另一实施例的结构示意图。
图8示出了可以应用本申请考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化方法或考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化装置的一些实施例的终端设备。
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。
技术术语解释
1、gsb表示蒸汽燃气锅炉,本文中也简称锅炉和蒸汽内燃机,在一些公式表示中,gsb也可以用于指代蒸汽燃气锅炉的相关参数或设备数量。
2、chp表示热电联产机组,本文中也简称热电联产机或热电联产设备等,在一些公式中,chp也可以用于指代电联产机组的相关参数或设备数量。
3、pv表示光伏电源,本文中也简称光伏等,在一些公式中,pv也可以用于指代光伏电源的相关参数或设备数量。
4、bat表示储能电池,本文中也简称电池或蓄电池等,在一些公式中,bat也可以用于指代储能电池的相关参数或设备数量。
方法实施例
请参见图1,示出了根据本申请提供的考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化方法的一实施例的实现流程图。
如图1所示,该考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化方法,包括以下步骤:
s101,获取在至少包括系统热能备用机会约束的约束条件下的以综合能源系统运行调度实现总利润最大为目标函数的最优解;
s102,基于所述最优解对所述综合能源系统的运行调度进行优化。
上述实施例以综合能源系统运行调度实现总利润最大化为目标函数,同时基于负荷预测不确定的考虑设置系统热能备用机会约束来实现对该目标函数的最优解,用于对综合能源进行运行优化,实现综合能源系统运行管理的利润最大化。
在一些示例性实施方式中,请参见图2,示出了上述图1所示实施例中步骤s101的一实施例的实现流程图,如图2所示,该步骤s101中,获取在至少包括系统热能备用机会约束的约束条件下的以综合能源系统运行调度实现总利润最大为目标函数的最优解,包括以下步骤:
s201,获取以综合能源系统运行调度实现总利润最大的目标函数;
s202,获取所述目标函数的约束条件,所述约束条件至少包括系统热能备用机会约束;
s203,基于所述至少包括系统热能备用机会约束的约束条件对所述目标函数进行求解,得到最优解。
具体的,在上述步骤s201中,获取以综合能源系统运行调度实现总利润最大的目标函数,包括:获取目标函数,该目标函数包括以下公式(1):
其中,上述
具体的,上述售能收益包括售电收益和售热收益,即售能收益可以表示为以下公式(2):
其中,
售电收益:
售热收益:
其中,t为调度时段数,
具体的,上述购能成本包括购电成本和购气成本,即购能成本可以表示为以下公式(5):
其中,
购电成本:
购气成本:
其中,
具体的,上述运行成本包括chp运行成本、燃气内燃机运行成本、蓄电池运维成本、弃光成本和光伏波动成本,即运行成本可以表示为以下公式(8):
cop=cchp+cgsb+cbat+cpv+cvolatility,
其中,cchp表示chp运行成本,cgsb表示燃气内燃机运行成本、cbat表示蓄电池运维成本、cpv表示弃光成本,cvolatility表示光伏波动成本。
其中,chp运行成本和燃气内燃机运行成本可以表示为以下公式(9)和(10):
进一步的,上述chp运行成本和燃气内燃机运行成本可以表述为如下通用形式,即公式(11):
其中,g为chp和gsb设备集合;ci,2和ci,1为第i台设备成本系数,同理,pi,t为第i台设备t时段的出力功率,si,t为状态变量;
进一步的,蓄电池运维成本可以表示为以下公式(12):
其中,nbat表示储能电池的数目,bibat为第i个储能电池单位充放电维护成本,
进一步的,弃光成本可以表示为以下公式(13):
其中,npv表示光伏电源的数目,
具体的,在上述步骤s202中,获取所述目标函数的约束条件,所述约束条件至少包括系统热能备用机会约束,包括:获取系统运行约束条件,所述系统运行约束条件至少包括系统热能备用机会约束的步骤。
示例性的,在一些示例性实施方式中,上述系统运行约束条件包括系统热能备用机会约束,此外,该系统运行约束条件还可以包括系统电力平衡约束、系统热能平衡约束和系统联络线约束中的至少一种约束。
也即是说,在一些实施方式中,上述获取系统运行约束条件,所述系统运行约束条件至少包括系统热能备用机会约束,包括:获取系统热能备用机会约束的步骤。
或者,在一些实施方式中,上述获取系统运行约束条件,所述系统运行约束条件至少包括系统热能备用机会约束,包括:获取系统热能备用机会约束,并获取系统电力平衡约束、系统热能平衡约束和系统联络线约束中的至少一种约束的步骤。
具体的,在获取系统热能备用机会约束,并获取系统电力平衡约束、系统热能平衡约束和系统联络线约束中的至少一种约束的步骤中,获取所述系统热能备用机会约束,包括以下公式(14):
其中,其中,ngsb表示为蒸汽燃气锅炉的数目,nchp表示为chp的数目;
具体的,在获取系统热能备用机会约束,并获取系统电力平衡约束、系统热能平衡约束和系统联络线约束中的至少一种约束的步骤中,获取系统电力平衡约束,包括以下公式(15):
其中,nchp表示chp的数目,npv表示光伏电源的数目,nstg表示储能电池的数目;
具体的,在获取系统热能备用机会约束,并获取系统电力平衡约束、系统热能平衡约束和系统联络线约束中的至少一种约束的步骤中,获取上述系统热能平衡约束,包括以下公式(16):
其中,ngsb表示为蒸汽燃气锅炉的数目,nchp表示为chp的数目,
具体的,在获取系统热能备用机会约束,并获取系统电力平衡约束、系统热能平衡约束和系统联络线约束中的至少一种约束的步骤中,获取上述系统联络线约束,包括以下公式(17):
其中,
进一步的,在上述步骤s202中,获取所述目标函数的约束条件,所述约束条件至少包括系统热能备用机会约束,还可以包括:获取设备运行约束条件,所述设备运行约束条件包括热电联产机组运行安全和状态耦合约束、燃气内燃机运行安全和状态耦合约束、开关机和状态耦合约束、初始状态与开停机耦合约束、储能电池充放电功率约束和储能电池电量约束中的至少一种约束的步骤。
具体的,在一些示例性实施方式中,如果获取上述热电联产机组运行安全和状态耦合约束,包括以下约束公式(19)和(19):
其中,式(18)中,
具体的,在一些示例性实施方式中,如果获取上述燃气内燃机运行安全和状态耦合约束,包括以下约束公式(20):
其中,
具体的,在一些示例性实施方式中,如果获取上述开关机和状态耦合约束,包括以下约束公式(21)、(22)、(23)、(24):
其中,
在上述开关机和状态耦合约束中引入开机和关机变量,将启动成本和关机成本纳入考虑,并考虑设备开停机和设备状态的各时段的耦合关系,可以有效目标函数的最优解更为合理。
具体的,在一些示例性实施方式中,如果获取上述初始状态与开停机耦合约束,包括以下约束公式(25)和(26):
其中,式(25)中,
其中,式(26)中,
具体的,在一些示例性实施方式中,如果获取上述储能电池充放电功率约束,包括以下约束公式(27)、(28)、(29)、(30):
其中,
具体的,在一些示例性实施方式中,如果获取上述储能电池电量约束,包括以下公式(31)和(32):
soci,t=soci,1,
其中,
具体的,在上述步骤s203中,在获取到目标函数和约束条件的情况下,可以对该目标函数进行求解,以获取最优解。结合上述步骤s202的各示例性实施方式来说,上述约束条件和目标函数构成的是一个混合整数线性规划问题,如果要获取到最优解,即该目标函数在该约束条件下的解。
例如,以上述公式(1)-(32)作为一个整体,其构成一个混合整数线性规划问题,对于考虑负荷不确定的系统热能备用机会约束,由公式(14)可以变换为以下公式(33):
其中,假设负荷波动ωt服从独立分布
其中,φ-1(·)为累积概率反函数假设负荷波动ωt服从独立分布ωt~n(μt,σ),σ为随机变量的协方差矩阵,则可以进一步得到以下公式(35):
其中,
在上述步骤s203中,求解得到的最优解后,综合能源系统即可根据该最优解得到上述实施例中的相关运行参数,从而利用该运行参数来更新综合能源系统的运行调度,实现在保证利润最大化情况下对综合能源系统运行的优化。
产品实施例
基于与上述方法实施例中的考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化方法相同的发明构思,相应的,本实施例还提供了一种考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化装置。
请参见图3,示出了根据本申请考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化装置的一实施例的结构示意图,如图3所示,该综合能源系统优化装置300包括:利润最大化最优解获取模块301,用于获取在至少包括系统热能备用机会约束的约束条件下的以综合能源系统运行调度实现总利润最大为目标函数的最优解;综合能源系统调度优化模块302,用于基于所述最优解对所述综合能源系统的运行调度进行优化。
具体的,在一些示例性实施方式中,见图4,示出了图3所示实施例中利润最大化最优解获取模块301的一实施例的结构示意图。
如图4所示,该利润最大化最优解获取模块301包括:目标函数获取单元401,用于获取以综合能源系统运行调度实现总利润最大的目标函数;约束条件获取单元402,用于获取所述目标函数的约束条件,所述约束条件至少包括系统热能备用机会约束;最优解获取单元403,用于基于所述至少包括系统热能备用机会约束的约束条件对所述目标函数进行求解,得到最优解。
具体的,在一些示例性实施方式中,见图5,示出了图4所示实施例中约束条件获取单元402的一实施例的结构示意图。
如图5所示,其中,约束条件获取单元402,包括:系统运行约束条件获取单元501,用于获取系统运行约束条件,所述系统运行约束条件至少包括系统热能备用机会约束。
具体的,在一些示例性实施方式中,见图6,示出了图5所示实施例中系统运行约束条件获取单元501的一实施例的结构示意图。
如图6所示,系统运行约束条件获取单元501可以包括第一约束条件获取单元601或/和第二约束条件获取单元602,其中,第一约束条件获取单元601用于获取系统热能备用机会约束;第二约束条件获取单元602用于获取系统热能备用机会约束,并获取系统电力平衡约束、系统热能平衡约束和系统联络线约束中的至少一种约束。
具体的,在一些示例性实施方式中,见图7,示出了图4所示实施例中约束条件获取单元402的另一实施例的结构示意图。
如图7所示,其中,约束条件获取单元402,还包括:设备运行约束条件获取单元701,用于获取设备运行约束条件,所述设备运行约束条件包括热电联产机组运行安全和状态耦合约束、燃气内燃机运行安全和状态耦合约束、开关机和状态耦合约束、初始状态与开停机耦合约束、储能电池充放电功率约束和储能电池电量约束中的至少一种约束。
应当理解,本实施例中各模块与上述方法实施例的方法中各步骤相一致,因此对于各模块的具体结构,可以参考上述方法实施例中的描述,这里不作赘述。
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。
应用实施例
请参见图8,示出了可以应用本申请考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化方法或考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化装置的一些实施例的终端设备800,该终端设备可以包括计算机、工作站、服务器等中的任一种设备或多种设备的组合。
具体的,如图8所示,该终端设备800包括:处理器801、存储器802以及存储在所述存储器802中并可在所述处理器801上运行的计算机程序803,例如,用于实现上述一种考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化方法的程序。所述处理器801执行所述计算机程序803时实现上述各个一种考虑负荷预测不确定性的综合能源系统优化方法实施例中的步骤,例如图1所示的步骤s101至s102。或者,所述处理器801执行所述计算机程序803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301至302的功能。
本领域技术人员可以理解,图8仅仅是终端设备800的示例,并不构成对终端设备800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。
示例性的,所述计算机程序803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802中,并由所述处理器801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803在所述终端设备800中的执行过程。例如,所述计算机程序803可以被分割成利润最大化最优解获取模块301和综合能源系统调度优化模块302,各模块具体功能如下:利润最大化最优解获取模块301用于获取在至少包括系统热能备用机会约束的约束条件下的以综合能源系统运行调度实现总利润最大为目标函数的最优解;综合能源系统调度优化模块302用于基于所述最优解对所述综合能源系统的运行调度进行优化。
具体的,所称处理器801可以是中央处理单元(centralprocessingunit,cpu),还可以是其它通用处理器、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)或者其它可编程逻辑器件、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。
具体的,所述存储器802可以是所述终端设备800的内部存储单元,例如终端设备800的硬盘或内存。所述存储器802也可以是所述终端设备800的外部存储设备,例如所述终端设备800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802还可以既包括所述终端设备800的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器802用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其它程序和数据。所述存储器802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。
在本发明所提供的上述示例性实施例中,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,可实现上述方法实施例中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。