利索能及
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专利号: 2020105791480
申请人: 深圳职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于区域能源中心的居民用能双目标优化方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、采集区域内居民用户的用能信息、环境信息和能源转换电器信息、区域能源中心设备参数以及能源销售价格;

S2、以居民购能成本最低和用户不舒适性最小为目标,构建居民用能双目标优化模型;

所述居民购能成本最低具体如下:

式中, 为t时段用户购买第d类能源的价格, 为t时段用户购买第d类能源的功率,T为优化调度总时段,D为用户购入的能源类别总数;

所述用户不舒适性最小具体如下:

式中, 表示t时刻用户对室内温度的不舒适度, 表示t时刻用户对热水温度的不舒适度; 和 分别为用户设定的室内理想温度和热水理想温度,定义为用户设定温度范围的中点值,即 和 和 分别为室内采暖温度上

下限, 和 分别为热水温度上下限, 为t时刻的室内温度, 为t时刻居民用户热水温度;所述居民用能双目标优化模型的约束条件包括居民用能功率平衡约束、居民能源转换电器运行约束、用户舒适度约束、能源转换设备的运行约束和能源储存设备的运行约束;所述能源转换设备包括电锅炉、微型燃气轮机和燃气锅炉;所述能源储存设备为蓄电池;

S3、利用加权系数将多目标优化问题转换为单目标优化问题,并均匀改变目标函数权重分布,求得帕累托前沿;

S4、基于模糊隶属度求得居民用能双目标优化的最优折中解,并根据最优折中解进行居民用能优化。

2.根据权利要求1所述的一种基于区域能源中心的居民用能双目标优化方法,其特征在于,步骤S1中,所述区域内居民用户的用能信息包括除居民能源转换电器之外的电负荷、热水需求量预测曲线和用户的热水舒适度区间;所述环境信息包括室外温度、冷水温度、供热面积;所述能源转换电器包括空调热泵和电热水器;所述能源转换电器信息包括能源转换电器的能源转换效率、最小/大出力功率;所述区域能源中心设备包括光伏发电设备、蓄电池、电锅炉、微型燃气轮机和燃气锅炉;所述区域能源中心设备参数包括光伏发电设备出力预测曲线、蓄电池的容量、最大充放能功率以及充放能效率以及电锅炉、微型燃气轮机和燃气锅炉的能源转换效率、最小/大出力功率、上下爬坡速率限值。

3.根据权利要求1所述的一种基于区域能源中心的居民用能双目标优化方法,其特征在于,所述居民用能功率平衡约束如下所示:式中, 和 分别为t时刻居民空调热泵和电热水器输入的电功率, 和分别为t时刻居民用户从上级能源系统购入的电能和天然气, 为t时刻光伏发电设备供给的电功率, 和 分别为t时刻蓄电池储能的放电和充电功率, 为t时刻电锅炉输入的电功率, 和 分别为t时刻微型燃气轮机和燃气锅炉的输入天然气功率,ηACH和ηEWH分别为居民空调热泵和电热水器的产热效率,ηCHP,el和ηCHP,he分别为微型燃气轮机的产电和产热效率,ηEB和ηGB分别为电锅炉和燃气锅炉的产热效率,符号ηACH、ηEWH、ηCHP,he、ηEB和ηGB前的3600为kW转kJ的单位转换系数; 和 分别为t时刻居民用户除能源转换电器输入功率的电负荷和热负荷, 计算如下:

式中, 和 分别为t时刻采暖负荷和热水负荷,S为供热面积,κ为单位供热面积

4 2

单位温差下室内热量损耗,取值为1.037×10J/m℃, 和 分别为t时刻的室内温度和室

5 2

外温度,C为单位供热面积下的空气热容,取值为1.63×10J/m ℃,Δt为单位优化调度时

3 2

段,CW为水单位体积下的热容,取值为4.2×10J/m ℃, 为t时刻居民用户热水用量, 和分别为t时刻居民用户热水温度和冷水温度。

4.根据权利要求1所述的一种基于区域能源中心的居民用能双目标优化方法,其特征在于,所述居民能源转换电器运行约束如下所示:式中, 为t时刻能源转换电器g的输入功率, 和 分别为t时刻能源转换电器g的输入功率上下限;

所述用户舒适度约束如下所示:

式中, 和 分别为室内采暖温度上下限, 和 分别为热水温度上下限;

所述能源转换设备运行约束如下所示:

式中, 和 分别为t和t‑1时刻能源转换设备h的输入功率, 和 分别为t时刻能源转换设备h的输入功率上下限,αin,h和βin,h分别表示能源转换设备h的向下和向上爬坡速率限值;

所述能源储存设备的运行约束如下所示:

式中, 和 分别为t时刻i类能源储存设备的充放能功率,i=1时表示电能,i=2时表示热能, 和 分别为t时刻i类能源储存设备的充放能功率上限, 和 为表征能源转换设备充放电状态的0‑1变量, 为1表示i类能源转换设备充能, 为1表示i类能源转换设备放能, 和 分别为i类能源储存设备储能占比上下限,和 分别为i类能源储存设备在初始时刻和T时刻的储能占比, 为t时刻i类能源储存设备储能占比,计算公式如下:

式中, 为t‑1时刻i类能源储存设备储能占比,ηCH,i和ηDIS,i分别为i类能源转换设备充能和放能的效率,i=1时表示电能,i=2时表示热能。

5.根据权利要求1所述的一种基于区域能源中心的居民用能双目标优化方法,其特征在于,步骤S3具体包括如下步骤:S3.1、利用商业求解器分别求解每个优化目标的最大值和最小值;

S3.2、基于加权和法将双目标优化问题转化为单目标问题,设置目标函数权重划分段数,均匀改变目标函数权重分布,求解帕累托前沿,如下所示:式中:F1min、F2min分别为目标f1和目标f2的最小值,F1max和F2max分别为目标f1和目标f2的最大值,γ和(1‑γ)分别为目标f1和目标f2的权重,j为权重划分段数;

所述商业求解器包括CPLEX。

6.根据权利要求1所述的一种基于区域能源中心的居民用能双目标优化方法,其特征在于,步骤S4具体包括如下步骤:S4.1、基于模糊隶属度函数计算各个帕累托最优解的满意度,该指标越小,对应的帕累托最优解的满意度越高,如下所示:式中,δk,e和fk,e分别为第k个帕累托最优解第e个优化目标的模糊隶属度和函数值,Sk为第k个帕累托最优解的满意度指标;

S4.2、选取满意度最大的优化方案作为最优折中解,根据最优折中解进行居民用能优化。