本發(fā)明涉及新能源協(xié)同優(yōu)化，具體涉及電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)容量配置和運行控制的協(xié)同優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、隨著能源需求逐年增加，能源低碳化壓力日益增大，通過氫能系統(tǒng)的電熱氫氧耦合特性，可再生能源的盈余出力可以就地消納，一部分直接轉(zhuǎn)化為熱能，減少了對電儲能系統(tǒng)和熱能生產(chǎn)設(shè)備的需求，提高了供電和供熱系統(tǒng)對負(fù)荷的調(diào)節(jié)能力，在提高光伏消納能力的同時，也滿足了系統(tǒng)電負(fù)荷、熱負(fù)荷、氫負(fù)荷、氧負(fù)荷的需求，大大增強了系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

2、但是，相關(guān)電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的容量配置和運行控制優(yōu)化方法中容量配置和運行策略是分開優(yōu)化的，由于容量配置和運行控制之間往往相互影響，單獨優(yōu)化難以實現(xiàn)系統(tǒng)的整體最優(yōu)，導(dǎo)致電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的穩(wěn)定性較低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)容量配置和運行控制的協(xié)同優(yōu)化方法，以解決單獨優(yōu)化容量配置和運行策略難以實現(xiàn)系統(tǒng)的整體最優(yōu)，導(dǎo)致電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的穩(wěn)定性較低的問題。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)容量配置和運行控制的協(xié)同優(yōu)化方法，該方法包括：

3、獲取電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的設(shè)備容量參數(shù)，以電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的年凈收益最大為目標(biāo)，基于設(shè)備容量參數(shù)構(gòu)建上層容量配置模型；

4、獲取電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的設(shè)備運行參數(shù)，以電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的單日運行凈收益最大為目標(biāo)，基于設(shè)備運行參數(shù)構(gòu)建下層運行控制模型；

5、求解上層容量配置模型和下層運行控制模型構(gòu)成的電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)雙層優(yōu)化模型，得到最優(yōu)容量配置和運行控制方案。

6、本實施例提供的電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)容量配置和運行控制的協(xié)同優(yōu)化方法，通過構(gòu)建由上層容量配置模型和下層運行控制模型組成的電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)雙層優(yōu)化模型，并對電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)雙層優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到最優(yōu)容量配置和運行控制方案，綜合考慮了容量配置與系統(tǒng)運行情況的相互影響，通過上層容量配置模型和下層運行控制模型的有機耦合，完成了電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備容量配置與運行控制的協(xié)同優(yōu)化，實現(xiàn)了電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的全局最優(yōu)，確保了資本投入的最優(yōu)化和設(shè)備運行的最優(yōu)化，降低了過度或不足配置以及運行情況不佳帶來的成本浪費，并且，協(xié)同優(yōu)化電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的運行控制和容量配置，有效應(yīng)對能源供應(yīng)和需求波動，增強了電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)在不確定環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。

7、在一種可選的實施方式中，以電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的年凈收益最大為目標(biāo)，基于設(shè)備容量參數(shù)構(gòu)建上層容量配置模型，包括：

8、基于設(shè)備容量參數(shù)中的各設(shè)備容量、設(shè)備單位容量的投資成本、設(shè)備使用年限和折現(xiàn)率計算各設(shè)備總投資成本；

9、獲取電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的單日運行凈收益，以電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的年凈收益最大為目標(biāo)，基于電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的單日運行凈收益和各設(shè)備總投資成本構(gòu)建第一目標(biāo)函數(shù)；

10、獲取各設(shè)備容量約束，將各設(shè)備容量約束作為第一目標(biāo)函數(shù)的約束條件，構(gòu)建上層容量配置模型。

11、本實施例提供的電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)容量配置和運行控制的協(xié)同優(yōu)化方法，以電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的年凈收益最大為目標(biāo)，基于電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的單日運行凈收益和各設(shè)備總投資成本構(gòu)建第一目標(biāo)函數(shù)，考慮了售電、售氫、售氧等多種收入來源，使得上層容量配置模型能夠快速適應(yīng)電力市場和燃料市場的價格波動以及負(fù)荷需求的變化，顯著提高了電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的經(jīng)濟性。

12、在一種可選的實施方式中，以電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的單日運行凈收益最大為目標(biāo)，基于設(shè)備運行參數(shù)構(gòu)建下層運行控制模型，包括：

13、以電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的單日運行凈收益最大為目標(biāo)，基于設(shè)備運行參數(shù)中的電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的供能收入、設(shè)備的運行維護(hù)成本、燃料成本、污染氣體治理成本和電網(wǎng)交易成本構(gòu)建第二目標(biāo)函數(shù)；

14、獲取功率平衡約束和設(shè)備約束，將功率平衡約束和設(shè)備約束作為第二目標(biāo)函數(shù)的約束條件，構(gòu)建下層運行控制模型；其中，設(shè)備約束包括氫儲能系統(tǒng)約束、電儲能系統(tǒng)約束、電鍋爐約束、燃?xì)忮仩t約束和儲熱槽約束。

15、本實施例提供的電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)容量配置和運行控制的協(xié)同優(yōu)化方法，將電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的供能收入、設(shè)備的運行維護(hù)成本、燃料成本、污染氣體治理成本和電網(wǎng)交易成本等統(tǒng)籌納入下層運行控制模型的第二目標(biāo)函數(shù)中，使得第二目標(biāo)函數(shù)更加完善，充分體現(xiàn)了電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的綜合凈收益組成。

16、在一種可選的實施方式中，求解上層容量配置模型和下層運行控制模型構(gòu)成的電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)雙層優(yōu)化模型，得到最優(yōu)容量配置和運行控制方案，包括：

17、將電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)中各設(shè)備的容量配置進(jìn)行初始化，得到設(shè)備初始容量配置值，并設(shè)置上層最大迭代次數(shù)和各設(shè)備容量界限；其中，設(shè)備初始容量配置值符合各設(shè)備容量界限；

18、基于設(shè)備初始容量配置值，利用粒子群算法對下層運行控制模型進(jìn)行優(yōu)化求解，得到設(shè)備初始容量配置值對應(yīng)的最優(yōu)單日運行凈收益；

19、利用上層容量配置模型對設(shè)備初始容量配置值對應(yīng)的最優(yōu)單日運行凈收益進(jìn)行評估，基于評估結(jié)果迭代更新設(shè)備初始容量配置值，直至當(dāng)前上層迭代次數(shù)達(dá)到上層最大迭代次數(shù)時，得到各設(shè)備最優(yōu)容量配置值，以及各設(shè)備最優(yōu)容量配置值對應(yīng)的各時刻設(shè)備最優(yōu)運行功率；

20、基于各設(shè)備最優(yōu)容量配置值和各時刻設(shè)備最優(yōu)運行功率確定最優(yōu)容量配置和運行控制方案。

21、本實施例提供的電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)容量配置和運行控制的協(xié)同優(yōu)化方法，引入粒子群算法對下層運行控制模型進(jìn)行優(yōu)化求解，確保在日凈收益最大化的同時，達(dá)到設(shè)備容量配置的全局最優(yōu)解，有效避免局部最優(yōu)問題；并且，通過精細(xì)化耦合建模和協(xié)同優(yōu)化策略，在考慮電解槽和燃料電池余熱利用的基礎(chǔ)上，顯著提高了電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換和利用效率，并且協(xié)同優(yōu)化運行控制和容量配置，有效應(yīng)對能源供應(yīng)和需求波動，增強電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)在不確定環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。

22、在一種可選的實施方式中，基于設(shè)備初始容量配置值，利用粒子群算法對下層運行控制模型進(jìn)行優(yōu)化求解，得到設(shè)備初始容量配置值對應(yīng)的最優(yōu)單日運行凈收益，包括：

23、選取電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)中蓄電池各時刻充放電功率、燃?xì)忮仩t和電鍋爐各時刻電功率與燃料電池和電解槽各時刻電功率作為粒子；

24、基于設(shè)備初始容量配置值隨機生成粒子速度和粒子位置，并設(shè)置下層最大迭代次數(shù)；

25、構(gòu)建電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)模型；其中，電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)模型包括氫儲能系統(tǒng)模型、電儲能系統(tǒng)模型、熱儲能系統(tǒng)模型、電鍋爐及燃?xì)忮仩t模型、光伏運行模型和負(fù)荷模型；

26、將粒子輸入電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)模型中，得到更新后的狀態(tài)變量；

27、將更新后的狀態(tài)變量輸入下層運行控制模型，得到適應(yīng)度函數(shù)值；

28、基于適應(yīng)度函數(shù)值評估每個粒子的位置是否為最優(yōu)解，并基于評估結(jié)果更新粒子位置，直至當(dāng)前下層迭代次數(shù)達(dá)到下層最大迭代次數(shù)時，得到各時刻設(shè)備的最優(yōu)運行功率和電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的最優(yōu)單日運行凈收益。

29、本實施例提供的電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)容量配置和運行控制的協(xié)同優(yōu)化方法，通過構(gòu)建電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)模型，精確描述了各設(shè)備的電熱氫氧耦合動態(tài)，提高了模型的實際應(yīng)用價值，并且利用粒子群算法對下層運行控制模型進(jìn)行優(yōu)化求解，實現(xiàn)了對不同容量配置值對應(yīng)的電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的最優(yōu)單日運行凈收益的優(yōu)化計算，為后續(xù)上層容量配置模型進(jìn)行容量配置優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)，使得上層容量配置模型和下層運行控制模型進(jìn)行了有機耦合，實現(xiàn)了電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備容量配置與運行控制的協(xié)同優(yōu)化。

30、在一種可選的實施方式中，基于設(shè)備初始容量配置值，利用粒子群算法對下層運行控制模型進(jìn)行優(yōu)化求解，得到設(shè)備初始容量配置值對應(yīng)的最優(yōu)單日運行凈收益，還包括：

31、若粒子位置不符合預(yù)設(shè)范圍時，則基于功率平衡約束和設(shè)備約束確定懲罰函數(shù)，并基于懲罰函數(shù)調(diào)整適應(yīng)度函數(shù)值。

32、本實施例提供的電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)容量配置和運行控制的協(xié)同優(yōu)化方法，若粒子位置不符合預(yù)設(shè)范圍時，通過懲罰函數(shù)調(diào)整適應(yīng)度函數(shù)值，保證對下層運行控制模型進(jìn)行優(yōu)化求解過程中的解滿足功率平衡約束和設(shè)備約束。

33、第二方面，本發(fā)明提供了一種電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)容量配置和運行控制的協(xié)同優(yōu)化裝置，該裝置包括：

34、第一構(gòu)建模塊，用于獲取電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的設(shè)備容量參數(shù)，以電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的年凈收益最大為目標(biāo)，基于設(shè)備容量參數(shù)構(gòu)建上層容量配置模型；

35、第二構(gòu)建模塊，用于獲取電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的設(shè)備運行參數(shù)，以電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)的單日運行凈收益最大為目標(biāo)，基于設(shè)備運行參數(shù)構(gòu)建下層運行控制模型；

36、求解模塊，用于求解上層容量配置模型和下層運行控制模型構(gòu)成的電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)雙層優(yōu)化模型，得到最優(yōu)容量配置和運行控制方案。

37、第三方面，本發(fā)明提供了一種計算機設(shè)備，包括：存儲器和處理器，存儲器和處理器之間互相通信連接，存儲器中存儲有計算機指令，處理器通過執(zhí)行計算機指令，從而執(zhí)行上述第一方面或其對應(yīng)的任一實施方式的電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)容量配置和運行控制的協(xié)同優(yōu)化方法。

38、第四方面，本發(fā)明提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，該計算機可讀存儲介質(zhì)上存儲有計算機指令，計算機指令用于使計算機執(zhí)行上述第一方面或其對應(yīng)的任一實施方式的電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)容量配置和運行控制的協(xié)同優(yōu)化方法。

39、第五方面，本發(fā)明提供了一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機指令，計算機指令用于使計算機執(zhí)行上述第一方面或其對應(yīng)的任一實施方式的電熱氫氧聯(lián)供系統(tǒng)容量配置和運行控制的協(xié)同優(yōu)化方法。