客户侧多能源系统多目标优化方法和系统与流程

本发明属于客户侧多能源系统
技术领域：
，尤其涉及一种考虑决策者偏好的客户侧多能源系统多目标优化方法。
背景技术：
：相比于传统单一能源系统，综合能源系统中包含源、网、荷、储等多个环节，覆盖电-气-冷-热等多种能源，其能源耦合性强、运行机制复杂，因此需要开展多能协同优化研究。多能协同优化的重要目的是充分合理地利用各种能源和设备运行能力，降低多能系统的综合运行成本，实现能源的高效利用和清洁利用。因此这是一个多目标优化的研究过程。目前关于综合能源系统的多目标优化主要侧重以下两个方面。一方面多数研究侧重于采用启发式算法对多目标优化问题进行研究，例如基于多目标的粒子群算法、基于差分进化算法的多目标优化方法、人工蜂群算法在多目标优化中的应用，以及基于组合算法的多目标优化应用。启发式算法对于非线性问题具有较好的求解能力。另一方面也有从pareto最优解集的角度开展多目标优化的研究，例如利用遗传算法求解近似pareto最优解集，并根据nsga-ii算法进行快速非被占优解的排序。总结现有研究现状，启发式算法虽然有求解非线性问题的能力，但是由于随机搜索的自然缺陷，无法摆脱陷入局部最优的困境。因此启发式算法很难投入到实际的在线调度中。而求解多目标pareto最优解集，缺乏对决策者偏好的考虑，无法直接应用到实际中。因为决策者需要的是一个确定的解而不是解的集合。线性规划算法和线性加权和法可有效解决上述问题。现代线性规划算法本质上起源于上世纪提出的单纯形法，具有求解速度快，结果稳定的特点，其缺点是求解问题必须是线性的。而线性加权和法能够使各分量按照重要程度逼近其最优值，从而给决策者一个特定的解，其缺点是如果多个目标的最优值差别过大，该方法会存在不能准确反映目标影响程度的问题。技术实现要素：本发明旨在解决现有技术中存在的上述不足，提供一种考虑决策者偏好的多能源系统多目标优化方法，改进了线性加权和法使其能够真实反映各分量的重要程度，可以满足不同决策者对优化目标的选择需求。为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案。一方面，本发明提供了客户侧多能源系统多目标优化方法，包括：获取客户侧多能系统中能源设备的属性信息，获取客户电负荷、冷热负荷及多能系统中可再生能源出力的预测信息；根据获取的属性信息和预测信息构建优化问题的决策变量和约束条件；基于决策变量和约束条件分别构建考虑经济性、节能性和环保性的各单个目标函数，并求解每个单目标函数的最优值；对各单目标函数的最优值设定决策者偏好权重后构建决策多目标优化函数，求解所述决策多目标优化函数获得最终最优解。进一步地，构建的约束条件包括设备运行约束和系统平衡约束，所述设备运行约束包括燃气发电机和溴化锂机组运行约束、电网约束、储能电池约束、地源热泵约束、空气源热泵约束和水蓄能罐约束，所述系统平衡约束包括：电平衡约束、冷热平衡约和气平衡约束。第二方面，本发明提供了客户侧多能源系统多目标优化系统,包括信息获取模块、单目标函数构建和求解模块以及决策多目标优化函数构建和求解模块；所述信息获取模块，用于获取客户侧多能系统中能源设备的属性信息，获取客户电负荷、冷热负荷及多能系统中可再生能源出力的预测信息；所述单目标函数构建和求解模块，用于根据获取的属性信息和预测信息构建优化问题的决策变量和约束条件；基于决策变量和约束条件分别构建考虑经济性、节能性和环保性的各单个目标函数，并求解每个单目标函数的最优值；所述决策多目标优化函数构建和求解模块，用于对各单目标函数的最优值设定决策者偏好权重后构建决策多目标优化函数，求解所述决策多目标优化函数获得最终最优解。本发明还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，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如以上技术方案所提供的客户侧多能源系统多目标优化方法的步骤。有益技术效果：本发明方法包含线性化建模过程以满足算法的线性要求，改进了线性加权和法使其能够真实反映各分量的重要程度；同时该方法考虑经济性、碳排放和节能性三大目标，包含决策者偏好输入模块、源-网-荷-储多能优化模型、线性优化问题处理模块，可以满足不同决策者对优化目标的选择需求。附图说明图1本发明具体实施例的总体架构图；图2本发明具体实施例不同经济性目标权重的指标归一化结果；图3本发明具体实施例不同环保性目标权重的指标归一化结果；图4本发明具体实施例不同节能性目标权重的指标归一化结果。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。实施例一、客户侧多能源系统多目标优化方法，包括：获取客户侧多能系统中能源设备的属性信息，获取客户电负荷、冷热负荷及多能系统中可再生能源出力的预测信息；根据获取的属性信息和预测信息构建优化问题的决策变量和约束条件；基于决策变量和约束条件分别构建考虑经济性、节能性和环保性的各单个目标函数；对各单目标函数设定决策者偏好权重后构建决策多目标优化函数，求解所述决策多目标优化函数获得最终最优解。本实施例具体包括以下步骤：1.1首先读取能源设备信息，能源设备包括燃气发电机、电网、溴化锂机组、地源热泵、空气源热泵、储能电池、水蓄能罐。本实施例中获取供电设备、供冷热设备、储电设备、储冷热设备的属性信息具体包括(参数如表1所示)：燃气发电机基本信息：燃气发电机最大发电功率pe，max，gg、燃气发电机最小发电功率pe，min，gg、发电效率ηe，gg；电网基本信息：电网最大购电功率pe，max，g、电网最小购电功率pe，min，g；溴化锂机组基本信息：利用余热烟气的制冷热功率的热电比λe2t，lbac、最大补燃制冷/热功率pt，supmax，lbac、最小补燃制冷/热功率pt，supmin，lbac、补燃制冷/热效率ηt，sup，lbac；地源热泵的基本信息：地源热泵最大制冷/热功率pt，max，gshp、最小制冷/热功率pt，min，gshp、制冷/热能效系数copt，gshp；空气源热泵的基本信息：空气源热泵最大制冷/热功率pt，max，ashp、空气源热泵最小制冷/热功率pt，min，ashp，制冷制热能效系数copt，ashp；储能电池的基本信息：包括当前储电容量ce，now，esb、最大储电容量ce，max，esb、最小储电容量ce，min，esb、最大充电功率pe，chmax，esb、最大放电功率pe，dismax，esb、最小充电功率pe，chmin，esb、最小放电功率pe，dismin，esb、充电效率ηe，ch，esb、放电效率ηe，dis，esb；水蓄能罐的基本信息：当前储冷/热状态ct，now，ws，最大储冷/热容量ct，max，ws、最小储冷/热容量ct，min，ws、最大充冷/热功率pt，chmax，ws、最大放冷/热功率pt，dismax，ws、最小充冷/热功率pt，chmin，ws、最小放冷/热功率pt，dismin，ws、充冷/热效率ηt，ch，ws、放冷/热效率ηt，dis，ws。表1能源设备相关参数序号参数名单位值序号参数名单位值1pe，max，ggkw33018ce，min，esbkwh402pe，min，ggkw10019pe，chmax，esbkw2003ηe，gg0.420pe，dismax，esbkw2004pe，max，gkw66021pe，chmin，esbkw205pe，min，gkw022pe，dismin，esbkw206λe2t，lbac123ηe，ch，esb0.957pt，supmax，lbackw37624ηe，dis，esb0.958pt，supmin，lbackw7525ct，now，wskwh3939ηt，sup，lbac1.226ct，max，wskwh78610pt，max，gshpkw44427ct，min，wskwh3911pt，min，gshpkw9028pt，chmax，wskw15012copt，gshp4.529pt，dismax，wskw15013pt，max，ashpkw32030pt，chmin，wskw3014pt，min，ashpkw6431pt，dismin，wskw3015copt，ashp2.532ηt，ch，ws0.916ce，now，esbkwh20033ηt，dis，ws0.917ce，max，esbkwh4001.2读取预测信息预测信息包括客户电负荷pe，l、冷/热负荷pt，l及多能系统中可再生能源的出力预测信息pe，res(本例中，可再生能源仅有光伏，因此读取光伏的出力预测信息pe，pv)。2构建决策变量和约束条件2.1决策变量决策变量是各能源设备可以调控的控制量(参数如表2所示)，包括：设置为燃气发电机的发电功率和燃气发电机的启停状态从电网的购电功率和启停状态溴化锂机组补燃制冷/热功率和补燃启停状态地源热泵的制冷/热功率和启停状态空气源热泵的制冷热功率和启停状态储能电池的充电功率储能电池的充电状态和储能电池的放电功率储能电池的放电状态水蓄能罐的充冷热功率水蓄能罐的充冷热状态和水蓄能罐的放冷热功率水蓄能罐的放冷热状态决策变量中p为连续变量，b为布尔变量。控制时间为设为1天，单位时间段为1小时，即n＝24。表2决策变量参数2.2约束条件约束条件包括设备运行约束和系统平衡约束。设备运行约束包括运行功率上下限约束和能量转化约束。燃气发电机和溴化锂机组运行约束表示如下：其中qgas为天然气低位热值。为燃气发电机的耗气速度，为溴化锂机组的耗气速度，为溴化锂机组制冷热功率电网约束如下：储能电池约束如下：其中上标i表示控制时间内第i个单位时间段。表示第i个单位时间段储能电池的荷电状态，为储能电池最小荷电状态，为储能电池最大荷电状态。为储能电池的充放电功率。其中充电为负，放电为正。地源热泵约束表示如下：其中pe，gshp为地源热泵的耗电功率。空气源热泵约束表示如下：其中pe，ashp为空气源热泵的耗电功率。水蓄能罐约束如下：其中表示第i个单位时间段水蓄能罐的荷能状态，为最小荷能状态，为最大荷能状态，分别为充放能功率和耗电功率，λ为耗电系数。系统平衡约束包括电平衡、冷热平衡、气平衡。电平衡表示为：其中，为光伏的预测发电量，为电网购电量，为用户电负荷，为储能电池的充放电功率，为地源热泵的耗电功率，为空气源热泵的耗电功率，为水蓄能系统的耗电功率。等式右侧耗电为负，发电为正。冷/热平衡表示为：其中为用户冷/热负荷，为溴化锂机组的制冷热功率，为地源热泵的制冷热功率，为空气源热泵的制冷热功率，为水蓄能系统的充放冷热功率。燃气平衡表示为：其中pg，gs为燃气总燃气消耗速度，为燃气发电机的耗气速度，为溴化锂机组的耗气速度。3多个单目标函数本实施例考虑三种优化目标，分别为经济性、节能性和环保性。经济性的计算指标为系统的运行成本，包括优化时间内的购电成本、购气成本。其中，为第i个时间段的分时电价，pg为气价，为第i个时间段的燃气总燃气消耗速度。节能性的计算指标为在满足用户负荷需求的前提下，系统外购能源折合标准煤的数量。其中外购电力折合标准煤采用等价折合系数，而非当量折合系数。其中，αe2coal为等价电力折合标煤系数，αg2coal为当量天然气折合标煤系数。环保性的计算指标为在满足用户负荷需求的前提下，系统外购能源折合二氧化碳排放量。其中，为电力折合二氧化碳排放量系数，为天然气折合二氧化碳排放量系数。4求解单目标最优解利用步骤2中构建好的决策变量和约束条件，分别对步骤3中的三个目标进行最小值求解。构建的优化问题为混合整数线性规划问题，采用开源求解器即可快速得到每个目标的最优值，分别标记为和5多目标转单目标如果不考虑决策者的偏好，在求解多目标问题时会得到一个解的集合，称为帕累托(pareto)前沿。在帕累托前沿中，对于某一个解，在可行集内没有其他解能够对其进行改进。但是实际问题往往需要得到一个确定的答案，得到一个解的集合是不够的。因此需要加入决策者的偏好，将多目标问题转化为单目标问题进行求解。构建多目标函数向量为：f＝[f1，f2，f3]t构建决策者偏好向量。决策者偏好模块由外部输入，根据决策者对每种目标的重视程度设置不同目标的权重值。α＝[α1，α2，α3]其中α1+α2+α3＝1。分量加权和法能很好的兼顾不同目标的影响力，常用的有线性加权和法、平方加权和法、α—法、统计加权和法等。其中线性加权和法能够使各分量按照重要程度逼近其最优值，其函数表达如下：如果两个目标的最优值差别过大，该方法会存在不能准确反映目标影响的问题。因此在其它实施例中可选的对其进行改进，抹除目标函数值之间量级差别的问题，决策多目标优化函数表达如下：6求解优化问题利用步骤2构建的决策变量和约束条件，以及步骤5构建的目标函数构建优化问题，该问题为混合整数线性规划问题，采用开源求解器即可得到决策变量最优解和各单个目标值。7比较与选择可通过改变决策者偏好的权重系数，重复步骤5～6，得到多组不同的决策变量解和目标函数值，综合考虑后选择最优运行方案。取一种目标为主变化目标，其余两个目标的权重值随之改变的方法，试验多种组合结果。将每种权重比下各目标值与最优值之比绘制成图，如附图2～4所示，可以得出不同决策者偏好的方案直接对比效果。实施例二、以上实施例相对应的，本发明还提供了一种客户侧多能源系统多目标优化系统,其特征在于，包括信息获取模块、单目标函数构建和求解模块以及决策多目标优化函数构建和求解模块；所述信息获取模块，用于获取客户侧多能系统中能源设备的属性信息，获取客户电负荷、冷热负荷及多能系统中可再生能源出力的预测信息；所述单目标函数构建和求解模块，用于根据获取的属性信息和预测信息构建优化问题的决策变量和约束条件；基于决策变量和约束条件分别构建考虑经济性、节能性和环保性的各单个目标函数，并求解每个单目标函数的最优值；所述决策多目标优化函数构建和求解模块，用于对各单目标函数的最优值设定决策者偏好权重后构建决策多目标优化函数，求解所述决策多目标优化函数获得最终最优解。需要说明书的是，本实施例中，各模块的实施方式与上述方法相对应，本实施例中不再次说明。本发明提供一种考虑决策者偏好的多能源系统多目标优化方法。该优化方法包含线性化建模过程以满足算法的线性要求，改进了线性加权和法使其能够真实反映各分量的重要程度。具体地，该方法考虑经济性、碳排放和节能性三大目标，包含决策者偏好输入模块、源-网-荷-储多能优化模型、线性优化问题处理模块，可以满足不同决策者对优化目标的选择需求。本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。当前第1页12