1.一种资源动态演化下的煤矿多能源站架构的优化运行方法，其特征在于，资源动态演化下的煤矿多能源站架构包括针对初期开采阶段煤矿的中小负荷产消型能源站、针对持续开采阶段煤矿的大负荷产消型能源站、针对废弃阶段煤矿的能源生产型能源站以及各能源站间的互联电力线路；

资源动态演化下的煤矿多能源站架构优化运行方法具体包括以下步骤：Step1.基于资源动态演化下的煤矿多能源站架构，分别建立中小负荷产消型能源站、大负荷产消型能源站和能源生产型能源站的站内运行负荷模型；

中小负荷产消型能源站和大负荷产消型能源站的站内运行负荷模型包括采煤设备负荷模型、掘进设备负荷模型、输送机负荷模型、排水泵负荷模型、地面水仓负荷模型、通风机负荷模型、冬季井口防冻负荷模型、空调机组负荷模型、吸收式制冷机负荷模型、水源热泵机组负荷模型、乏风源热泵负荷模型；

能源生产型能源站包括井下抽水蓄能机组负荷模型以及地面光伏电站负荷模型；

Step2.基于站内运行负荷模型，确定已知参数和决策变量，构建约束关系；

能源站联合运行电功率平衡约束表示如下：式中： 为t时刻第i个能源站与外电网交互的电功率，单位kW； 为t时刻第i个能源站内k类发电设备的发电功率单位kW；Pi‑j,t为t时刻能源站i与能源站j交互的电功率，单位kW； 为t时刻第i个能源站内部z类用能负荷电功率，单位kW；

约束关系还包括发电部分的约束、制热和制冷部分的约束、设备运行功率的约束、排水系统的约束、排水泵排水流量的约束、检修期的状态约束、通风系统的约束、地面水仓的约束、地下抽水蓄能机组的约束、站内热冷功率平衡的约束，具体如下：发电部分的约束表示如下：

0≤Pi,t≤Pi,max

式中：Pi,t为在t时刻第i类发电设备的发电功率，单位kW；Pi,max为第i类发电设备的最大发电功率，单位kW；

制热和制冷部分的约束表示如下：

0≤Hi,t≤Hi,max

0≤Ci,t≤Ci,max

式中：Hi,t为在t时刻第i类制热设备的制热功率，单位kW；Hi,max为第i类制热设备的最大制热功率，单位kW；Ci,t为在t时刻第i类制冷设备的制冷功率，单位kW；Ci,max为第i类制冷设备的最大制冷功率，单位kW；

设备运行功率约束表示如下：

0≤Pk,t≤Pk,max

式中：Pk,t为在t时刻第k类设备的运行功率，单位kW；Pk,max为第k类设备的最大运行功率，单位kW；

排水系统约束表示如下：

Vc＝8Q,Q≤1000

Vc＝2(Q+3000)，Q＞1000VK≥0.5V

3 3 3

式中：Vc为水仓容量，单位m；VK为水仓空仓容量，单位m；Q为煤矿平均涌水量，单位m /h；8和2分别表示8小时和2小时；

排水泵排水流量约束表示如下：

3

式中：Q为煤矿平均涌水量，单位m/h；WG、WB、WJ分别为工作水泵、备用水泵和检修水泵的3

流量，单位为m/h；

当处于检修期时，只启动检修水泵，约束表示为：Uz+1,t(Pz,max‑Pz,t)＝0式中：Uz+1,t为t时刻后一类型水泵的运行状态，为0‑1变量；Pz,max为前一类型水泵最大运行功率，单位kW；Pz,t为前一类型水泵在t时刻的运行功率，单位kW；

检修期的状态约束表示如下：

式中：UG,t、UB,t、UJ,t分别为工作水泵、备用水泵和检修水泵的运行状态，为0‑1变量；

通风系统约束表示如下：

Qf,min≤Qf,t≤Qf,max

3

式中：Qf,min、Qf,max分别为最小、最大通风量，单位m /h；Qf,t为在t时刻通风机的进风量，3

单位m/h；

地面水仓约束表示如下：

0≤Vdm,t≤Vdm,max

3 3

式中：Vdm,t为t时刻地面水仓储水量，单位m；Vdm,max为水仓最大储水量，单位m；

地下抽水蓄能机组约束表示如下：

式中：Pc,max、Pdisc,max分别为涌水蓄能机组充电最大功率和放电最大功率，单位kW；EPH,max为涌水蓄能机组最大储电量，单位kWh；EPH,t为机组t时刻的储电量，单位kWh；

站内热冷功率平衡约束表示如下：

式中： 为t时刻第i个能源站内k类制热设备的制热功率，单位kW； 为t时刻第i个能源站内部z类热负荷功率，单位kW； 为t时刻第i个能源站内k类制冷设备的制冷功率，单位kW； 为t时刻第i个能源站内部z类冷负荷功率，单位kW；

Step3.构建煤矿多能源站互联优化运行目标函数，并利用Gurobi求解器进行计算求解，获得最小用能成本；

煤矿多能源站互联优化运行目标函数表示如下：min F＝F1+F2+F3

式中：F为总运行成本，单位元；F1、F2、F3分别为系统外购能成本、系统能源交互运维成本和可再生能源电站弃光惩罚成本，单位元；Cgrid,t为t时刻电网电价，单位元/kWh；Pgrid,t为3

t时段内外购电量，单位kWh；Cntrgas为外购天然气价格，单位元/m；Vntrgas,t为t时段内外购天3

然气量，单位为m；Cline为能源交互线路单位运维成本，单位元/m；Li为第i条能源交互线路长度，单位m；Pi,t为第i条能源交互线路传输功率，单位kW；Cl为弃光单位惩罚成本，单位元/kWh；Pl,t为t时段内总弃光电量，单位kWh。

2.根据权利要求1所述的资源动态演化下的煤矿多能源站架构的优化运行方法，其特征在于，中小负荷产消型能源站和大负荷产消型能源站的站内运行负荷模型具体如下：采煤设备负荷模型表示如下：

Ps,t＝BHVs,tγs

式中：Ps,t为采煤设备在t时刻的运行功率，单位kW；B为采煤机截深，单位m；H为采煤机切割高度，单位m；Vs,t为采煤机在t时刻的切割速度，单位m/h；γs为采煤机能耗转换系数，取值0.98；

掘进设备负荷模型表示如下：

3

式中：Pj,t为掘进机在t时刻的截割功率，单位kW；ICR为掘进机纯截割能力，单位m /h；

3

SEopt为最优截割比能耗，单位kWh/m；ρ1为能量传递效率，单位％；ρ2为实际工效，单位％；

输送机负荷模型表示如下：

式中：Ptr,t为输送机的机械功率，单位kW；Vtr为皮带的传输速度，单位m/s；Ttr为带式运输机的进煤速率，单位吨/h；θ1、θ2、θ3、θ4分别为常量参数；

排水泵负荷模型表示如下：

3

式中：Pz,t为t时刻z类型泵的运行功率，单位kW；p为介质比重，水取1000kg/m；g为重力3

加速度，单位N/kg，取值为9.8；Wz,t为t时刻z类型水泵的运行流量，单位m/h；Hz为z类型水泵是扬程，单位m；ηz为z类型水泵的运行效率，取值0.6；

地面水仓负荷模型表示如下：

3 3

式中：Cws,t为t时刻水仓中的储水量，单位m ；Wout,t为t时刻水仓流出的水量，单位m/h；1表示为1小时；

通风机负荷模型表示如下：

式中：Pf,t为在t时刻通风机的运行功率，单位kW；Qf,t为在t时刻通风机的进风量，单位3

m/h；pf为风机的全风压，单位Pa；ηf通风机运行效率，取值为0.9；

冬季井口防冻负荷模型表示如下：

Hfd＝Qf×ρair×Cp×(Th‑Tw)3

式中：Hfd为井口防冻热负荷功率，单位kW；Qf为井口进风量，单位m /s；ρair为空气密度，3

单位kg/m，取值为1.28；Cp为空气定压比热容，单位kJ/(kg·℃)，取值为1.01；Th为冷热空气混合后温度，单位℃；Tw为冬季最低环境温度，单位℃；

空调机组负荷模型表示如下：

CLEC,t＝ηEC×PEC,t

HEC,t＝ηH×PH,t

式中：CLEC,t、HEC,t分别为t时刻制冷、制热功率，单位kW；ηEC、ηH分别为制冷、制热能效系数；PEC,t、PH,t分别为t时刻制冷、制热消耗的电功率，单位kW；

吸收式制冷机负荷模型表示如下：

CLAC,t＝ηAC×HAC,t

式中：CLAC,t为t时刻吸收式制冷机的制冷功率，单位kW；ηAC为在t时刻吸收式制冷机的能效系数；HAC,t在t时刻吸收式制冷机吸收的热功率，单位kW；

水源热泵机组负荷模型表示如下：

式中：Php,t为水源热泵机组在t时段内消耗的电功率，单位kW；HP,t为水源热泵机组在t时段内的电制热量，单位kW；COP为水源热泵机组的制热性能系数；Hh,t为水源热泵机组在t时段内从热源侧吸收的热量，单位kW；c为循环工质的比热容，单位J/(kg·℃)；q为循环工质的质量流量，单位kg/s；Thp,in、Thp,out分别为水源热泵蒸发器侧入口和出口温度，单位℃；

乏风源热泵负荷模型表示如下：

Hvshp,t＝Δhvam×Vvam,tεvam/(1‑1/COPvshp)Pvshp,t＝Hvshp,t/COPvshp式中：Hvshp,t为t时刻乏风源热泵制热功率，单位kW；Δhvam为换热前后乏风的焓值差，单

3 3

位kJ/kg；Vvam,t为矿井乏风流速，单位m/s；εvam为乏风的密度，单位kg/m；COPvshp为乏风源热泵的能效比；Pvshp,t为乏风源热泵运行电功率，单位kW；

井下抽水蓄能机组负荷模型表示如下：

EPH,t＝EPH,t‑1+(χcPc,t‑χdiscPdisc,t)式中：EPH,t、EPH,t‑1分别为t时刻与t‑1时刻涌水蓄能机组储存的电量，单位kWh；Pc,t、Pdisc,t分别为t时刻涌水蓄能机组的充放电功率，单位kW；χc、χdisc分别为涌水蓄能机组的充放电效率，取值为0.75；

地面光伏电站负荷模型表示如下：

式中：Ppv,t为在t时刻光伏的发电功率，单位kW；Ppv,cap为光伏的装机容量，单位kW；Gpv,t2

为在t时刻的光照强度，单位kW/m ；κpv为光伏温度系数，单位/℃；Tborad,t为t时刻光伏板温2

度，单位℃；Tstp为光伏板工况温度，单位℃；Gstp为工况下光照强度，单位kW/m；Tenv,t为在t时刻环境温度，单位℃；Venv,t为在t时刻环境风速，单位m/s；Tmax、Tmin分别为日内最高、最低气温，单位℃；tave为日平均温度时刻，单位……。

3.根据权利要求2所述的资源动态演化下的煤矿多能源站架构的优化运行方法，其特征在于，大负荷产消型能源站的站内运行模型还包括乏风蓄热氧化发电和余热回收机组负荷模型、燃气轮机和余热利用机组负荷模型、燃气锅炉负荷模型、地面光伏电站负荷模型。

4.根据权利要求3所述的资源动态演化下的煤矿多能源站架构的优化运行方法，其特征在于，乏风蓄热氧化发电和余热回收机组负荷模型、燃气轮机和余热利用机组负荷模型、燃气锅炉负荷模型具体如下：乏风蓄热氧化发电和余热回收机组负荷模型表示如下：Prto,t＝ηrto×Cgas×nvam×Vvam,t×(1‑ηploss)Hrto,t＝γrec×ηrtoT×Prto,t式中：Prto,t为在t时刻蓄热氧化机组发电功率，单位kW；ηrto为蓄热氧化机组发电效率；

3

Cgas为煤层气热值，单位kJ/m ；nvam为乏风中煤层气浓度，单位％；Vvam,t为在t时刻乏风的流3

量，单位为m/h；ηploss为蓄热氧化机组自损耗系数，单位％；Hrto,t为在t时刻蓄热氧化机组余热回收的热功率，单位kW；γrec为蓄热氧化机组余热回收效率，单位％；ηrtoT为蓄热氧化机组制热效率，单位％；

燃气轮机和余热利用机组负荷模型表示如下：Hrec,t＝λrecHgt,t

式中：Pgt,t为在t时刻燃气轮机发电功率，单位kW；ηgt为燃气轮机发电效率，单位％；Cgas3

为瓦斯热值，单位kJ/m；ngas为抽采瓦斯浓度，单位％；Vgas,t为在t时刻抽采瓦斯流量，单位3

m/h；Hgt,t为在t时刻燃机轮机产热功率，单位kW；ηgt,loss为燃气轮机热损失系数，取值0.02；

Hrec,t为在t时刻余热回收的热功率，单位kW；λrec为余热回收的效率，取值0.8；

燃气锅炉负荷模型表示如下：

HGB,t＝VGB,tηngqGB

式中：HGB,t为燃气锅炉在t时段内产热功率，单位kW；VGB,t为燃气锅炉在t时段内输入的

3 3

天然气的体积，单位m ；ηng为天然气热值转换系数，单位kW/m；qGB为燃气锅炉转换效率，取值0.9。