混合可再生能源系统的用能调度方法及装置与流程

1.本发明涉及混合可再生能源系统技术领域，特别是涉及一种混合可再生能源系统的用能调度方法及装置。


背景技术：

2.现有混合可再生能源系统的用能调度考虑的参数、因素大多较为简单，容易出现混合可再生能源系统的用能调度、用能规划不够合理、准确的情形。


技术实现要素：

3.本发明的目的是：提供一种混合可再生能源系统的用能调度方法、装置、计算机设备及存储介质，可以使得混合可再生能源系统的用能调度、用能规划更为合理、准确。
4.为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种混合可再生能源系统的用能调度方法，包括：
5.获取预定时间范围内混合可再生能源系统的供能信息及用能用户的用能需求；
6.输入所述供能信息及所述用能需求至预先构建的多目标优化模型，得到所述混合可再生能源系统的目标成本信息及目标收入信息，所述多目标优化模型的目标函数包括技术经济成本、温室气体排放成本及社会经济收益三个子目标函数；
7.根据所述目标成本信息及所述目标收入信息，得到预期时间范围内所述混合可再生能源系统的用能优化结果；
8.根据所述用能优化结果，对所述混合可再生能源系统进行用能调度。
9.在本发明较佳的实施方式中，所述目标函数还包括能源价格波动成本子目标函数。
10.在本发明较佳的实施方式中，所述目标函数满足如下的表达式：
11.minm
sum
＝m1+m
2-m3+m412.其中，m
sum
为所述目标函数，m1为所述技术经济成本，m2为所述温室气体排放成本，m3为所述社会经济收益，m4为所述能源价格波动成本。
13.在本发明较佳的实施方式中，所述能源价格波动成本的表达式如下：
[0014][0015]
其中，t表示第t个时刻，i表示第i个发电机或储能系统，j表示第j个系统扩容工程，为发电机或储能系统i在t时刻因燃料价格波动造成的波动成本权重，为发电机或储能系统i在t时刻的燃料波动成本，s
i,t
为发电机或储能系统i在t时刻的供能量。
[0016]
在本发明较佳的实施方式中，所述技术经济成本、所述温室气体排放成本及所述社会经济收益的表达式分别如下：
[0017][0018][0019][0020]
其中，t表示第t个时刻，i表示第i个发电机或储能系统，j表示第j个系统扩容工程，为发电机或储能系统i在t时刻的技术经济绩效标准的权重，为发电机或储能系统i在t时刻的环境绩效标准的权重，为发电机或储能系统i在t时刻的社会绩效标准的权重，为系统扩容工程j的发电机或储能系统i在t时刻的工程安装费用，为发电机或储能系统i在t时刻的运营成本，为发电机或储能系统i在t时刻的燃料预期成本，为系统扩容工程j的发电机或储能系统i在t时刻的卸载成本，为发电机或储能系统i在t时刻的温室气体排放成本，为发电机或储能系统i的温室气体排放率，为发电机或储能系统i在t时刻的技术运营中获得的收入，s
i,t
为发电机或储能系统i在t时刻的供能量，α
i,j,t
表示系统扩容工程j在t时刻是否选择发电机或储能系统i，β
i,j,t
表示系统扩容工程j在t时刻是否选择卸载发电机或储能系统i。
[0021]
在本发明较佳的实施方式中，所述多目标优化模型的约束条件如下：
[0022][0023][0024][0025][0026][0027][0028]
[0029][0030][0031][0032]
t
p
≤t
[0033]
其中，d
t
为t时刻的用能需求，为发电机或储能系统i在t时刻的装机容量，e
t+1
为在t时刻结束、t+1时刻开始阶段储能系统总储能，e
t
为t时刻的储能量，l为发电机和储能系统的集合，a为储能系统的集合，a表示第a个储能系统，s
a,t
为储能系统a在t时刻的供能量，为储能系统a在t时刻的装机容量，为发电机或储能系统i在t+1时刻的装机容量，为系统扩容工程j的发电机或储能系统i的供能量，t
p
为投资回报期，t为所述预定时间范围，表示正实数集合。
[0034]
在本发明较佳的实施方式中，所述输入所述供能信息及所述用能需求至预先构建的多目标优化模型，得到所述混合可再生能源系统的目标成本信息及目标收入信息，包括：
[0035]
输入所述供能信息及所述用能需求至预先构建的多目标优化模型，利用目标优化算法在matlab环境下求解得到所述混合可再生能源系统的目标成本信息及目标收入信息。
[0036]
第二方面，本发明提供了一种混合可再生能源系统的用能调度装置，包括：
[0037]
获取模块，用于获取预定时间范围内混合可再生能源系统的供能信息及用能用户的用能需求；
[0038]
求解模块，用于输入所述供能信息及所述用能需求至预先构建的多目标优化模型，得到所述混合可再生能源系统的目标成本信息及目标收入信息，所述多目标优化模型的目标函数包括技术经济成本、温室气体排放成本及社会经济收益三个子目标函数；
[0039]
用能优化模块，用于根据所述目标成本信息及所述目标收入信息，得到预期时间范围内所述混合可再生能源系统的用能优化结果；
[0040]
用能调度模块，用于根据所述用能优化结果，对所述混合可再生能源系统进行用能调度。
[0041]
第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述计算机设备执行上述的混合可再生能源系统的用能调度方法。
[0042]
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的混合可再生能源系统的用能调度方法。
[0043]
本发明实施例一种混合可再生能源系统的用能调度方法、装置、计算机设备及存储介质，与现有技术相比，其有益效果在于：
[0044]
本发明混合可再生能源系统的用能调度方法、装置、计算机设备及存储介质，通过输入获取的预定时间范围内混合可再生能源系统的供能信息及用能用户的用能需求至预先构建的多目标优化模型，得到混合可再生能源系统的目标成本信息及目标收入信息；根
据目标成本信息及目标收入信息，得到预期时间范围内混合可再生能源系统的用能优化结果；根据用能优化结果，对混合可再生能源系统进行用能调度，多目标优化模型考虑、结合的参数及因素较多，更为综合、全面，从而可以使得混合可再生能源系统的用能调度、用能规划更为合理、准确。
附图说明
[0045]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
[0046]
图1是本发明实施例提供的混合可再生能源系统的用能调度方法的流程示意图；
[0047]
图2是本发明实施例提供的混合可再生能源系统的用能调度装置的结构框图；
[0048]
图3是本发明实施例提供的计算机设备的内部结构示意图。
具体实施方式
[0049]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0050]
现有混合可再生能源系统的用能调度考虑的参数、因素大多较为简单，容易出现混合可再生能源系统的用能调度、用能规划不够合理、准确的情形。
[0051]
针对上述现有技术中的问题，本发明实施例提供了一种混合可再生能源系统的用能调度方法、装置、计算机设备及存储介质，可以使得混合可再生能源系统的用能调度、用能规划更为合理、准确。
[0052]
参见图1，图1是本发明实施例提供的混合可再生能源系统的用能调度方法的流程示意图。
[0053]
本发明实施例中下述的混合可再生能源系统的用能调度方法可应用于服务器等计算机设备。
[0054]
在一个实施例中，本发明提供一种混合可再生能源系统的用能调度方法，包括如下步骤：
[0055]
步骤s110，获取预定时间范围内混合可再生能源系统的供能信息及用能用户的用能需求。
[0056]
在一个实施例中，混合可再生能源系统可以是某一供电单位的混合可再生能源系统，混合可再生能源系统的供能信息来自供电单位；混合可再生能源系统的供能信息可包括混合可再生能源系统的供能成本信息、供能系统参数信息及供能运营信息，其中，供能成本信息可包括系统扩容工程j的发电机或储能系统i在t时刻的工程安装费用、发电机或储能系统i的温室气体排放率、发电机或储能系统i在t时刻的燃料波动成本；供能系统参数信息可包括发电机和储能系统的数量及分布、储能系统的数量及分布、系统扩容工程的数量及分布、发电机或储能系统i的初始时刻供能能力(额定供能容量)、储能系统的初始能量、系统扩容工程j的发电机或储能系统i的供能量；供能运营信息可包括投资回报期。
[0057]
在一个实施例中，上述用能用户为供电单位通过混合可再生能源系统服务的用能
用户；上述用能用户的用能需求为供电单位通过混合可再生能源系统服务的用能用户的总用能需求；用能用户的用能需求可来自用能用户或供电单位。
[0058]
在一个实施例中，预定时间范围即预设的某一时间范围。
[0059]
步骤s120，输入供能信息及用能需求至预先构建的多目标优化模型，得到混合可再生能源系统的目标成本信息及目标收入信息。
[0060]
在一个实施例中，多目标优化模型的目标函数可包括技术经济成本、温室气体排放成本及社会经济收益三个子目标函数。
[0061]
在本实施例中，多目标优化模型的目标函数还可包括能源价格波动成本子目标函数。
[0062]
在本实施例中，多目标优化模型考虑、结合了能源价格波动成本，可以进一步使得混合可再生能源系统的用能调度、用能规划更为合理、准确。
[0063]
在本实施例中，多目标优化模型的目标函数满足如下的表达式：
[0064]
minm
sum
＝m1+m
2-m3+m4[0065]
其中，m
sum
为目标函数，m1为技术经济成本，m2为温室气体排放成本，m3为社会经济收益，m4为能源价格波动成本。
[0066]
具体而言，技术经济成本、温室气体排放成本及社会经济收益的表达式分别如下：
[0067][0068][0069][0070]
其中，t表示第t个时刻，i表示第i个发电机或储能系统，j表示第j个系统扩容工程，为发电机或储能系统i在t时刻的技术经济绩效标准的权重，为发电机或储能系统i在t时刻的环境绩效标准的权重，为发电机或储能系统i在t时刻的社会绩效标准的权重，为系统扩容工程j的发电机或储能系统i在t时刻的工程安装费用，为发电机或储能系统i在t时刻的运营成本，为发电机或储能系统i在t时刻的燃料预期成本，为系统扩容工程j的发电机或储能系统i在t时刻的卸载成本，为发电机或储能系统i在t时刻的温室气体排放成本，为发电机或储能系统i的温室气体排放率，为发电机或储能系统i在t时刻的技术运营中获得的收入，s
i,t
为发电机或储能系统i在t时刻的供能量，α
i,j,t
表示系统扩容工程j在t时刻是否选择发电机或储能系统i，β
i,j,t
表示系统扩容工程j在t时刻是否选择卸载发电机或储能系统i；
[0071]
能源价格波动成本的表达式如下：
[0072][0073]
其中，t表示第t个时刻，i表示第i个发电机或储能系统，j表示第j个系统扩容工程，为发电机或储能系统i在t时刻因燃料价格波动造成的波动成本权重，为发电机或储能系统i在t时刻的燃料波动成本，s
i,t
为发电机或储能系统i在t时刻的供能量。
[0074]
在本实施例中，多目标优化模型在预设的约束条件下，求解得到混合可再生能源系统的目标成本信息及目标收入信息，其中，多目标优化模型的约束条件如下：
[0075][0076][0077][0078][0079][0080][0081][0082][0083][0084][0085][0086]
t
p
≤t
ꢀꢀꢀ
(12)
[0087]
其中，d
t
为t时刻的用能需求，为发电机或储能系统i在t时刻的装机容量，e
t+1
为在t时刻结束、t+1时刻开始阶段储能系统总储能，e
t
为t时刻的储能量，l为发电机和储能系统的集合，a为储能系统的集合，a表示第a个储能系统，s
a,t
为储能系统a在t时刻的供能量，为储能系统a在t时刻的装机容量，为发电机或储能系统i在t+1时刻的装机容量，为系统扩容工程j的发电机或储能系统i的供能量，t
p
为投资回报期，t为预定时间范围，表示正实数集合。
[0088]
需要说明的是，在上述的表达式中，技术经济成本m1考虑了在预定时间范围t内的技术安装、运行、维护、燃料(例如，化石燃料)和卸载成本，要理解的是，技术经济成本m1不考虑发电机和储能系统在t＝0时刻的成本，因为其与多目标优化模型的优化过程无关；温室气体排放成本m2考虑了技术等效温室气体排放的成本，其中，每种发电或储能技术的总排放成本根据各自的排放率计算；社会经济收益m3考虑了供电单位当地经济(就业、收入等)在不同安装技术的选择下所获得的经济收益；能源价格波动成本m4考虑的是疾病大流行和战争等突发外部事件对能源价格和能源供应的影响；
[0089]
表达式(1)表明，混合可再生能源系统在任意时刻的供能必须完全满足用能用户的总用能需求，如果接入储能系统，则有可能出现多余的能量供应以在随后的优化阶段供系统调度和用能用户使用；
[0090]
发电机受到表达式(2)的限制，该表达式定义了给定发电机每个时刻的最大发电功率，受限制；
[0091]
表达式(3)定义了在t时刻结束、t+1时刻开始阶段储能系统总储能e
t+1
的动态变化；在每个优化时刻结束时，将所有发电机发出的剩余功率储存到储能系统中，并从e
t+1
减去储能系统为满足用能用户用能需求而供应的功率；
[0092]
表达式(4)限制在t时刻储能系统中可用总能量；
[0093]
在表达式(5)中，每个时刻储能系统的储能上限是根据t时刻采用的所有储能系统的总储能容量计算的；
[0094]
表达式(6)定义每种发电机或储能系统在t+1时的总能量，其等于在t时刻的总能量加上t时刻至t+1时刻期间系统扩容工程的扩展容量和减去t时刻至t+1时刻期间系统对外的供能量；
[0095]
表达式(7)和(8)分别确定每个系统扩容工程的选择(启动)和不选择(停用)，每个系统扩容工程在系统优化期间只能选择一次；
[0096]
表达式(9)定义了一个工程的投资回报期(或许可期，以较短的为准)开始后只有在某个时刻t被选中时才能被停止；
[0097]
表达式(10)和(11)定义了决策变量的值域，其中，表达式(11)定义了三个决策变量属于正实数；
[0098]
表达式(12)用于限定所有系统扩容工程的投资回报时间不能超过优化总时间(即预定时间范围)；
[0099]
及可以是预先设定的；对于不同的混合可再生能源系统，及可做不同的设定；及中的个别权重也可以设定为0；
[0100]si,t
、e
t
及e
t+1
为连续决策变量；α
i,j,t
、β
i,j,t
为二元决策变量，如果系统扩容工程j在t时刻选择发电机或储能系统i，α
i,j,t
＝1，如果系统扩容工程j在t时刻不选择发电机或储能系统i，α
i,j,t
＝0；如果系统扩容工程j在t时刻选择卸载发电机或储能系统i，β
i,j,t
＝1，如果系统扩容工程j在t时刻不选择卸载发电机或储能系统i，β
i,j,t
＝0。
[0101]
在一个实施例中，计算机设备输入供能信息及用能需求至预先构建的多目标优化
模型，得到混合可再生能源系统的目标成本信息及目标收入信息时，可：
[0102]
输入供能信息及用能需求至预先构建的多目标优化模型，利用目标优化算法在matlab环境下求解得到混合可再生能源系统的目标成本信息及目标收入信息。
[0103]
步骤s130，根据目标成本信息及目标收入信息，得到预期时间范围内混合可再生能源系统的用能优化结果。
[0104]
在一个实施例中，混合可再生能源系统的目标成本信息可包括预期时间范围内系统扩容工程j的发电机或储能系统i在t时刻的工程安装费用、发电机或储能系统i在t时刻的运营成本、系统扩容工程j的发电机或储能系统i在t时刻的卸载成本、发电机或储能系统i在t时刻的燃料预期成本、发电机或储能系统i在t时刻的温室气体排放成本；混合可再生能源系统的目标收入信息可包括预期时间范围内发电机或储能系统i在t时刻的技术运营中获得的收入。
[0105]
在一个实施例中，预期时间范围即未来的某一时间范围，预期时间范围是预先设定的。
[0106]
在一个实施例中，混合可再生能源系统的用能优化结果即预期时间范围内混合可再生能源系统的用能规划及调度信息。
[0107]
步骤s140，根据用能优化结果，对混合可再生能源系统进行用能调度。
[0108]
在一个实施例中，计算机设备根据用能优化结果，对混合可再生能源系统进行用能调度时，根据用能优化结果，在预期时间范围内对混合可再生能源系统进行用能调度。
[0109]
上述混合可再生能源系统的用能调度方法，通过输入获取的预定时间范围内混合可再生能源系统的供能信息及用能用户的用能需求至预先构建的多目标优化模型，得到混合可再生能源系统的目标成本信息及目标收入信息；根据目标成本信息及目标收入信息，得到预期时间范围内混合可再生能源系统的用能优化结果；根据用能优化结果，对混合可再生能源系统进行用能调度，多目标优化模型考虑、结合的参数及因素较多，更为综合、全面，从而可以使得混合可再生能源系统的用能调度、用能规划更为合理、准确。
[0110]
为了执行上述实施例对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供一种混合可再生能源系统的用能调度装置。
[0111]
参见图2，图2是本发明实施例提供的混合可再生能源系统的用能调度装置的结构框图。
[0112]
在一个实施例中，本发明的混合可再生能源系统的用能调度装置，包括：
[0113]
获取模块210，用于获取预定时间范围内混合可再生能源系统的供能信息及用能用户的用能需求；
[0114]
求解模块220，用于输入供能信息及用能需求至预先构建的多目标优化模型，得到混合可再生能源系统的目标成本信息及目标收入信息，多目标优化模型的目标函数包括技术经济成本、温室气体排放成本及社会经济收益三个子目标函数；
[0115]
用能优化模块230，用于根据目标成本信息及目标收入信息，得到预期时间范围内混合可再生能源系统的用能优化结果；
[0116]
用能调度模块240，用于根据用能优化结果，对混合可再生能源系统进行用能调度。
[0117]
上述混合可再生能源系统的用能调度装置，通过输入获取的预定时间范围内混合
可再生能源系统的供能信息及用能用户的用能需求至预先构建的多目标优化模型，得到混合可再生能源系统的目标成本信息及目标收入信息；根据目标成本信息及目标收入信息，得到预期时间范围内混合可再生能源系统的用能优化结果；根据用能优化结果，对混合可再生能源系统进行用能调度，多目标优化模型考虑、结合的参数及因素较多，更为综合、全面，从而可以使得混合可再生能源系统的用能调度、用能规划更为合理、准确。
[0118]
在一个实施例中，求解模块220，可具体用于：
[0119]
输入供能信息及用能需求至预先构建的多目标优化模型，利用目标优化算法在matlab环境下求解得到混合可再生能源系统的目标成本信息及目标收入信息。
[0120]
上述的混合可再生能源系统的用能调度装置可实施上文中的混合可再生能源系统的用能调度方法。上述的混合可再生能源系统的用能调度装置实施例的具体限定及其余内容可参见上文中混合可再生能源系统的用能调度方法的内容，实施例中不再进行赘述。
[0121]
在一个实施例中，本发明提供一种计算机设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述计算机设备执行上述的混合可再生能源系统的用能调度方法。
[0122]
可选地，上述计算机设备可以是服务器。
[0123]
在一个实施例中，本发明的计算机设备的内部结构可以如图3所示。
[0124]
在一个实施例中，本发明提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的混合可再生能源系统的用能调度方法。
[0125]
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0126]
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
[0127]
所述功能如果以软件功能模块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，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read－only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0128]
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的
任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0129]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
[0130]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。