考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法与流程

1.本发明属于能源系统容量优化技术领域，涉及一种综合能源模式下考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法。

背景技术：

2.分布式能源系统具有用能密度大、负荷利用小时数高、供用能形式多样化的特点，但因缺乏统一用能分析，难以深入优化供需匹配关系，存在着能源浪费、经济性低等问题，极大地影响了分布式能源系统运行效率和经济环境效益。目前，实现多能系统耦合利用的区域综合能源系统已成为能源行业发展和变革的方向之一。基于多能互补的分布式能源系统作为区域综合能源系统落地的主要形式，可有效提升园区级经济和环境效益。
3.分布式能源系统优化策略研究，在需求响应侧涉及两个维度:一是灵活的负荷调节能力，既可把分布式能源系统看作虚拟储能系统，将其灵活调节能力集成到分布式能源系统优化调度中；又可依据分时能源价格策略构建分布式能源系统内多负荷协同互动模型。二是多能源互补和替换能力，分布式能源系统顶层空间开阔，能充分接受光照辐射，可有效提升可再生能源渗透率和园区经济效益；在系统运行中考虑能源梯级利用，还能进一步挖掘用户侧响应潜力。对于分布式能源系统，比如商业中心、住宅区以及写字楼等场合，能源的输出直接与用户侧相连，能量的输出与用户的舒适度息息相关。如果在分布式能源系统的运行中忽略对供能出力进行调控，不但会破坏用户体验，而且会增加分布式能源系统的运行成本。

技术实现要素：

4.针对现有分布式能源系统运行成本高且舒适度差的技术问题，本发明为分布式能源系统型设备优化配置提供了新的可行性方法，该方法考虑冷暖两联供热泵(heat pump,hp)、光伏(photovoltaic,pv)、热电联产机组(combine d heat and power,chp)、吸收式制冷机(absorption chiller，ac)、燃气锅炉(gas boils,gb)、电储能(ele-ctric energy storage,ees)和热储能(ther mal energy storage,tes)等灵活性资源，不仅充分利用可再生能源，还可实现设备灵活运行和多能互补；在运行阶段，以舒适度评价指标来约束热泵的出力，并根据室外温度实时调节室内最舒适的体感温度；以经济性最优为目标，在实现新能源精准消纳、提高负荷柔性的基础上保证用户的舒适度。
5.为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其包括：
6.步骤一，获取分布式能源系统历史负荷数据，对刚性电热基类负荷、室外温度和光照辐射强度曲线轮廓进行预测，并用聚类算法得到夏季典型日和冬季典型日的负荷情况以及典型日外界温度和太阳辐射强度曲线，建立分布式能源系统灵活性资源的投资模型与运行模型，反映输入功率与输出功率的关系；
7.步骤二，建立室内温控负荷和两联供热泵模型，通过热舒适度评价指标，实现依据
室外温度实时调节热泵的冷热输出；
8.步骤三，构建分布式能源系统灵活性资源优化配置模型，模型以总成本最小为目标函数，约束条件满足实际运行安全要求，所述的总成本为灵活性资源投资成本、系统购气、系统购电成本以及弃光惩罚成本之和；
9.步骤四：将建立的分布式能源系统灵活性资源优化配置模型，转化为混合整数线性优化配置模型，利用matlab、yalmip工具箱和gurobi求解器进行求解，其优化结果为分布式能源系统中各设备的最优安装容量，并输出配置成本费用。
10.进一步地，步骤三中，分布式能源系统灵活性资源优化配置模型的目标函数表达式为：
11.minc＝c
inv
+c
fuel
+c
elec
+c
pv
12.式中，c为总成本，c
inv
为灵活性资源投资成本；c
fuel
为系统购气成本；c
elec
为系统购电成本；c
pv
为弃光惩罚成本。
13.更进一步地，灵活性资源投资成本的计算公式为：
[0014][0015]
dev∈{pv,chp,ac,gb,hp,ees,tes}
[0016]
式中，dev为设备种类，pv、chp、ac、gb、hp、ees、tes分别表示光伏、热电联产机组、吸收式制冷机、燃气锅炉、热泵、电储能、热储能；设备区分为连续设备和离散设备，连续设备包括pv、ees和tes；离散设备为chp、ac、gb和hp，并且离散设备按具体型号对应的容量进行配置；n
dev
表示各设备对应的配置容量；w
dev
为单位数量的dev投资成本；y
dev
为第dev类设备的全寿命周期；ro为贴现率；
[0017]
系统购气成本的计算公式如下：
[0018]
热电联产机组运行需要从上级气网购气，以保证系统能量正常供应；
[0019][0020]
式中：s为典型日类型；为典型日s时段t时刻的天然气价格；和分别为典型日s时段热电联产机组和燃气锅炉消耗的天然气量；θs为典型日时长；tn为调度期总时长；
[0021]
系统购电成本的计算公式如下：
[0022]
当分布式能源系统产电不足以供给区域消耗时，需要向电网买电，该项成本为：
[0023][0024]
式中，典型日s下是时段t时刻的电价；为典型日s下时段t系统向电网购电的功率；
[0025]
弃光惩罚成本的计算公式如下：
[0026][0027]
式中，ξ
pv
为单位功率弃光惩罚成本；分别为典型日s下时段t光伏的弃光功率。
[0028]
进一步地，步骤三中，所述的约束条件包括灵活性资源安装面积约束、室内温度约束、温控负荷约束、热泵运行约束、舒适运行约束、分布式能源系统运行约束、功率平衡约束和设备运行约束。
[0029]
更进一步地，所述的灵活性资源安装面积约束如下：
[0030]ndev,min
≤n
dev
≤n
dev,max
[0031]
式中，n
dev,min
和n
dev,max
为分布式能源系统dev设备所能安装的最小容量和最大容量；n
dev
表示各设备对应的配置容量。
[0032]
更进一步地，所述的室内温度约束如下：
[0033][0034]
式中，为s供能季下t时段室内温度，为s供能季下t时段的室外温度；r和c分别为分布式能源系统等效热阻和等效热容；h
s,t
为s供能季下t时段的温控负荷需求量；表示s供能季下t-1时段室内温度。
[0035]
所述的温控负荷约束如下：
[0036][0037][0038]
式中，和分别为热调节负荷和冷调节负荷的控制量；表示室温热负荷需求量；表示室温冷负荷需求量；
[0039]
所述的热泵运行约束如下：
[0040][0041][0042][0043][0044]
式中：和分别为s场景下t时刻热泵运行消耗的电功率、总共产生的热功率、用于满足刚性热负荷的热功率、用户室温调节的热功率以及用于室温调节的冷功率；和为热泵热出力和冷出力的控制量，设为二进制变量；和分别为热泵的制热和制冷的能量转换效率。
[0045]
进一步地，所述的舒适运行约束如下：
[0046][0047]
式中，m为人的新陈代谢率，当人体在分布式能源系统内不进行剧烈运动时，m可取定值；为不同场景下人体所着衣物服装热阻；表示s供能季下t时段室内温度；
[0048]
根据iso7730标准推荐pmv指标范围为：
[0049][0050]
更进一步地，所述的分布式能源系统运行约束如下：
[0051]
假设chp的运行效率在运行区间内保持不变，其输入-输出函数关系如式所示：
[0052][0053][0054]
式中：和分别为chp在s供能季下t时刻的输出电功率、天然气消耗速率和输出热功率；ηe、ηh分别为chp的发电效率和热回收效率；λ
gas
为天然气的热值。
[0055]
燃气锅炉以天然气作为输入能源，输出热能供给用户，其输入-输出函数关系为：
[0056][0057]
式中，为燃气锅炉在s供能季下t时刻的输出热功率和燃气消耗速率，η
gb
为燃气锅炉工作效率；
[0058]
光伏输出的有功功率与光照强度gc以及s供能季下t时段的室外温度之间的关系近似表示为：
[0059][0060]
式中，p
stc
、g
stc
和t
stc
分别为标准额定条件下光伏发电系统的额定输出功率、额定光照强度和标准运行温度，k为修正系数；光伏在运行中还需满足：
[0061][0062]
式中，为综合能源系统光伏实际输出电功率，为光伏弃光功率；
[0063]
储能设备能够在时间上解耦能量的生产与消耗，包括热储能和电储能；储能设备的充放能功率与储能容量有关且需满足不能同时充放，为保证运行阶段调度的连续性，给定储能设备调度的每日结束时刻t状态e
s,t
与初始时刻状态e
s,1
一致，储能设备运行如下式所示：
[0064][0065]emin
≤e
s,t
≤e
max
[0066]es,1
＝e
s,t
[0067][0068][0069][0070]
式中：e
s,t+1
为s场景下储能设备t+1时刻存储的能量；σ为储能自衰减系数；和为储能的充、放电功率；η
char
和η
relea
为储能的充、放电效率；δt表示时间间隔；e
s,t
表示s场景下储能设备t时刻存储的能量；e
min
和e
max
分别为储能设备最小和最大储存能量要求；和分别为储能设备在s供能季下t时刻的充放能0-1状态变量，表示充能，表示放能；和分别为储能设备充能和放能倍率。
[0071]
更进一步地，所述的功率平衡约束如下：
[0072][0073][0074][0075][0076]
式中，分别为s供能季下t时刻的刚性电负荷和热负荷；为典型日s下时段t系统向电网购电的功率；表示s供能季下t时刻电储能放电功率；表示s供能季下t时刻电储能充电功率；表示s供能季下t时刻热储能放电功率；表示s供能季下t时刻热储能充电功率。
[0077]
进一步地，所述的设备运行约束如下：
[0078]
设备的出力不能超过其允许的上下限：
[0079][0080]
式中，和分别为设备的最小输出比例和最大输出比例；w
sdev
为设备的额定输出量。
[0081]
本发明具有的有益效果如下：
[0082]
本发明对于城市分布式能源系统的分析，充分考虑到了实时调节热泵的出力来达到室内最佳舒适度，然后以总成本最小化为优化目标，通过在运行成本在最小值时调整城市分布式能源系统各设备的容量配置，从而能够确保城市分布式能源系统低成本运行，而且能够有效确保用户侧热舒适度。
附图说明
[0083]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
[0084]
图1为本发明具体实施方式中分布式能源系统拓扑结构示意图；
[0085]
图2为本发明具体实施方式中夏季典型日刚性电热负荷图；
[0086]
图3为本发明具体实施方式中冬季典型日刚性电热负荷图；
[0087]
图4为本发明具体实施方式中各典型日室外温度曲线图；
[0088]
图5为本发明具体实施方式中各典型日光照辐射强度曲线图；
[0089]
图6为本发明分布式能量系统容量优化方法的流程图。
具体实施方式
[0090]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0091]
本发明为一种考虑热泵空调供能舒适度的分布式能量系统容量优化方法，具体实施流程图如图6所示，分布式能源系统拓扑结构如图1所示。
[0092]
考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其包括：
[0093]
步骤一，获取分布式能源系统历史负荷数据，对刚性电热基类负荷、室外温度和光照辐射强度曲线轮廓进行预测，并用聚类算法得到春秋过渡季典型日、夏季典型日和冬季典型日的负荷情况以及典型日外界温度和太阳辐射强度曲线，建立分布式能源系统灵活性资源的投资模型与运行模型，反映输入功率与输出功率的关系；
[0094]
步骤二，建立室内温控负荷和两联供热泵模型，通过热舒适度评价指标，实现依据室外温度实时调节热泵的冷热输出；
[0095]
步骤三，构建分布式能源系统灵活性资源优化配置模型，模型以总成本最小为目标函数，约束条件满足实际运行安全要求，所述的总成本为灵活性资源投资成本、系统购气、系统购电成本以及弃光惩罚成本之和；
[0096]
步骤四：将建立的灵活性资源优化配置模型，转化为混合整数线性优化配置模型，利用matlab、yalmip工具箱和gurobi求解器进行求解，其优化结果为分布式能源系统中各设备的最优安装容量，并输出配置成本费用。
[0097]
步骤三中，分布式能源系统灵活性资源优化配置模型的目标函数表达式为：
[0098]
minc＝c
inv
+c
fuel
+c
elec
+c
pv
[0099]
式中，c为总成本，c
inv
为灵活性资源投资成本；c
fuel
为系统购气成本；c
elec
为系统购电成本；c
pv
为弃光惩罚成本。
[0100]
灵活性资源投资成本的计算公式为：
[0101][0102]
dev∈{pv,mt,hb,hp,ees,tes}
[0103]
式中，dev为设备种类，pv、chp、ac、gb、hp、ees、tes分别表示光伏、热电联产机组、吸收式制冷机、燃气锅炉、热泵、电储能、热储能。设备区分为连续设备和离散设备，连续设备包括pv、ees和tes；离散设备为chp、ac、gb和hp，并且离散设备按具体型号对应的容量进行配置；n
dev
表示各设备对应的配置容量；w
dev
为单位数量的dev投资成本；y
dev
为第dev类设备的全寿命周期；ro为贴现率；
[0104]
系统购气成本的计算公式如下：
[0105]
热电联产机组运行需要从上级气网购气，以保证系统能量正常供应；
[0106][0107]
式中：s为典型日类型；为典型日s时段t时刻的天然气价格；和分别为典型日s时段热电联产机组和燃气锅炉消耗的天然气量；θs为典型日时长；tn为调度期总时长；
[0108]
系统购电成本的计算公式如下：
[0109]
当分布式能源系统产电不足以供给区域消耗时，需要向电网买电，该项成本为：
[0110][0111]
式中，典型日s下是时段t时刻的电价；为典型日s下时段t系统向电网购电的功率；
[0112]
弃光惩罚成本的计算公式如下：
[0113][0114]
式中，ξ
pv
为单位功率弃光惩罚成本；分别为典型日s下时段t光伏的弃光功率。
[0115]
步骤三中，所述的约束条件包括灵活性资源安装面积约束、室内温度约束、温控负荷约束、热泵运行约束、舒适运行约束、分布式能源系统运行约束、功率平衡约束和设备运行约束。
[0116]
所述的灵活性资源安装面积约束如下：
[0117]ndev,min
≤n
dev
≤n
dev,max
[0118]
式中，n
dev,min
和n
dev,max
为分布式能源系统dev设备所能安装的最小容量和最大容量；n
dev
表示各设备对应的配置容量。
[0119]
所述的室内温度约束如下：
[0120][0121]
式中，为s供能季下t时段室内温度，为s供能季下t时段的室外温度；r和c分别为分布式能源系统等效热阻和等效热容；h
s,t
为s供能季下t时段的温控负荷需求量；
表示s供能季下t-1时段室内温度。
[0122]
所述的温控负荷约束如下：
[0123][0124][0125]
式中，和分别为热调节负荷和冷调节负荷的控制量；表示室温热负荷需求量；表示室温冷负荷需求量；
[0126]
所述的热泵运行约束如下：
[0127][0128][0129][0130][0131]
式中：和分别为s场景下t时刻热泵运行消耗的电功率、总共产生的热功率、用于满足刚性热负荷的热功率、用户室温调节的热功率以及用于室温调节的冷功率；和为热泵热出力和冷出力的控制量，设为二进制变量；和用于控制热泵不能同时运行；和分别为热泵的制热和制冷的能量转换效率。
[0132]
为保证室内温度的舒适性，用pmv指标的评价区间约束室内温度。pmv指标的具体参数如表1所示，其与室内温度满足：
[0133][0134]
式中：m为人的新陈代谢率，当人体在分布式能源系统内不进行剧烈运动时，m可取定值；为不同场景下人体所着衣物服装热阻。根据iso7730标准推荐pmv指标范围为：
[0135]
表1室内温度约束参数
[0136][0137]
分布式能源系统运行需要向上级能量系统购买天然气，若系统内部的设备发电经济性较差时，可向上级能源系统购电，分时电价情况如表2所示。系统设备除hp外还包含chp、ac、gb、pv、ees、tes等设备，设备的经济性指标如表3和表4所示。设备运行模型如下所示：
[0138]
chp以天然气作为输入能源，输出高温高压蒸汽推动汽轮机发电，燃气余热可回收后供给刚性热负荷，也可进入ac为用户供冷。本实施例假设chp的运行效率在运行区间内保持不变，其输入-输出函数关系如式所示：
[0139][0140][0141]
式中：和分别为chp在s供能季下t时刻的输出电功率、天然气消耗速率和输出热功率；ηe、ηh分别为chp的发电效率和热回收效率；λ
gas
为天然气的热值。
[0142]
燃气锅炉以天然气作为输入能源，输出热能供给用户，其输入-输出函数关系为：
[0143][0144]
式中：为燃气锅炉在s供能季下t时刻的输出热功率和燃气消耗速率，η
gb
为燃气锅炉工作效率。
[0145]
光伏输出的有功功率与光照强度gc以及室外温度之间的关系可近似表示为：
[0146][0147]
式中：p
stc
、g
stc
和t
stc
分别为标准额定条件下光伏发电系统的额定输出功率、额定光照强度和标准运行温度，k为修正系数。光伏在运行中还需满足：
[0148][0149]
式中：为综合能源系统光伏实际输出电功率，为光伏弃光功率。
[0150]
吸收式制冷机将余热锅炉或燃气锅炉产生的热能转化为供冷用户所需的冷能，其输入-输出函数关系为：
[0151][0152]
式中：和分别为吸收式制冷机的输出冷功率和吸收热功率，η
ac
为吸收式制冷机的工作效率。
[0153]
储能设备能够在时间上解耦能量的生产与消耗，主要包括热储能、电储能。储能设备的充放能功率与储能容量有关且需满足不能同时充放。为保证运行阶段调度的连续性，给定储能设备调度的每日结束时刻t状态e
s,t
与初始时刻状态e
s,1
一致。储能设备运行如下式所示。
[0154][0155]emin
≤e
t
≤e
max
[0156]es,1
＝e
s,t
[0157][0158][0159][0160]
式中：e
s,t+1
为s场景下储能设备t+1时刻存储的能量；σ为储能自衰减系数；和为储能的充放电功率；η
char
和η
relea
为储能的充放电效率；e
min
和e
max
分别为储能设备最小和最大储存能量要求。和分别为储能设备在s供能季下t时刻的充放能0-1状态变量，表示充能，表示放能；和分别为储能设备充能和放能倍率。
[0161]
所述的功率平衡约束如下：
[0162][0163][0164][0165][0166]
式中，分别为s供能季下t时刻的刚性电负荷和热负荷；为典型日s下时段t系统向电网购电的功率；表示s供能季下t时刻电储能放电功率；表示s供能季下t时刻电储能充电功率；表示s供能季下t时刻热储能放电功率；表示s供能季下t时刻热储能充电功率。
[0167]
所述的设备运行约束如下：
[0168]
设备的出力不能超过其允许的上下限：
[0169][0170]
式中，和分别为设备的最小输出比例和最大输出比例；w
sdev
为设备的额定输出量。
[0171]
表2分时电价表
[0172][0173]
表3连续设备信息表
[0174][0175]
表4离散设备信息表
[0176][0177]
构建分布式能源系统灵活性资源优化配置模型，在matlab上搭建混合整数线性优化配置模型，利用yalmip工具箱并调用gurobi求解器进行求解，得到最优配置结果，并输出
优化成本费用。
[0178]
算例分析
[0179]
以包括30户居民用户的某小区为例，对本发明提出的分布式能量系统容量优化方法进行验证。假设小区内居民用户户型一致，面积均为150m2，建筑物等效比热容为1.2kwh/℃，等效热阻为6.8℃/kw。这些居民用户采用集中供暖供冷模式，不计输送过程中的损耗，对室内温度进行监测，并统一调控。将全年分为2个典型季节，夏季和冬季，各典型日刚性负荷曲线如图2-5所示。为充分分析考虑两联供热泵舒适供能对配置结果的影响，本发明设置了以下5种方案进行对比分析：
[0180]
方案1:采用热电联产机组、吸收式制冷机和热泵制热模式实现冷热电联供；
[0181]
方案2:在方案1的基础上接入储能系统；
[0182]
方案3:在方案2的基础上采用热泵两联供运行方式；
[0183]
方案4:在方案3的基础上接入光伏系统供能。
[0184]
容量配置结果如表5所示，经济计算结果如表6所示。下面从不同方面对配置结果进行分析。
[0185]
表5各方案配置容量表
[0186][0187]
表6各方案经济性对比表
[0188][0189][0190]
1)对比方案1与方案2，分析储能对综合能源系统优化配置的影响。从表2的优化配置结果可以看出，与方案1相比，方案2考虑热储能后，燃气锅炉的配置容量减少了500kw，这是因为储能的加入实现了能量的跨时段转移，减少了燃气锅炉额外的购气成本，并间接减少了系统运行的环境成本。
[0191]
2)对比方案2与方案3，分析热泵冷暖两联供系统对综合能源系统容量配置的影响。相比于方案2，方案3对于热泵的配置容量并没有增加，而其余设备的容量配置均存在减小。这是因为在系统运行阶段充分利用了热泵的灵活性，通过独立的供暖辐射和供冷对流控制策略使得系统的总成本显著降低。
[0192]
3)对比方案3与方案4，分析可再生能源加入对综合能源系统容量配置的影响。从表2的优化配置结果可以看出，相比于方案3，虽然方案4中系统的购电成本有所增加，并且系统还额外配置了一定容量的电储能，这意味着系统的稳定性受到了一定程度的影响。但是，光伏系统的加入减少了系统的运维成本和环境成本，能有效促进碳中和。
[0193]
综上所示，本发明考虑热泵舒适供能的分布式能源系统优化方法，在能源消费侧既实现了分布式能源灵活供能，不仅有效提高了建设的总体经济性，又充分考虑了用户的参与性。
[0194]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其特征在于，包括：步骤一，获取分布式能源系统历史负荷数据，对刚性电热基类负荷、室外温度和光照辐射强度曲线轮廓进行预测，并用聚类算法得到夏季典型日和冬季典型日的负荷情况以及典型日外界温度和太阳辐射强度曲线，建立分布式能源系统灵活性资源的投资模型与运行模型，反映输入功率与输出功率的关系；步骤二，建立室内温控负荷和两联供热泵模型，通过热舒适度评价指标，实现依据室外温度实时调节热泵的冷热输出；步骤三，构建分布式能源系统灵活性资源优化配置模型，模型以总成本最小为目标函数，约束条件满足实际运行安全要求，所述的总成本为灵活性资源投资成本、系统购气、系统购电成本以及弃光惩罚成本之和；步骤四：将建立的分布式能源系统灵活性资源优化配置模型，转化为混合整数线性优化配置模型，利用matlab、yalmip工具箱和gurobi求解器进行求解，其优化结果为分布式能源系统中各设备的最优安装容量，并输出配置成本费用。2.根据权利要求1所述的考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其特征在于，步骤三中，分布式能源系统灵活性资源优化配置模型的目标函数表达式为：minc＝c
inv
+c
fuel
+c
elec
+c
pv
式中，c为总成本，c
inv
为灵活性资源投资成本；c
fuel
为系统购气成本；c
elec
为系统购电成本；c
pv
为弃光惩罚成本。3.根据权利要求2所述的考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其特征在于，灵活性资源投资成本的计算公式为：dev∈{pv,chp,ac,gb,hp,ees,tes}式中，dev为设备种类，pv、chp、ac、gb、hp、ees、tes分别表示光伏、热电联产机组、吸收式制冷机、燃气锅炉、热泵、电储能、热储能；设备区分为连续设备和离散设备，连续设备包括pv、ees和tes；离散设备为chp、ac、gb和hp，并且离散设备按具体型号对应的容量进行配置；n
dev
表示各设备对应的配置容量；w
dev
为单位数量的dev投资成本；y
dev
为第dev类设备的全寿命周期；r
o
为贴现率；系统购气成本的计算公式如下：热电联产机组运行需要从上级气网购气，以保证系统能量正常供应；式中：s为典型日类型；为典型日s时段t时刻的天然气价格；和分别为典型日s时段热电联产机组和燃气锅炉消耗的天然气量；θ
s
为典型日时长；t
n
为调度期总时长；系统购电成本的计算公式如下：当分布式能源系统产电不足以供给区域消耗时，需要向电网买电，该项成本为：
式中，典型日s下是时段t时刻的电价；为典型日s下时段t系统向电网购电的功率；弃光惩罚成本的计算公式如下：式中，ξ
pv
为单位功率弃光惩罚成本；分别为典型日s下时段t光伏的弃光功率。4.根据权利要求1-3任一项所述的考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其特征在于，步骤三中，所述的约束条件包括灵活性资源安装面积约束、室内温度约束、温控负荷约束、热泵运行约束、舒适运行约束、分布式能源系统运行约束、功率平衡约束和设备运行约束。5.根据权利要求4所述的考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其特征在于，所述的灵活性资源安装面积约束如下：n
dev,min
≤n
dev
≤n
dev,max
式中，n
dev,min
和n
dev,max
为分布式能源系统dev设备所能安装的最小容量和最大容量；n
dev
表示各设备对应的配置容量。6.根据权利要求4所述的考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其特征在于，所述的室内温度约束如下：式中，为s供能季下t时段室内温度，为s供能季下t时段的室外温度；r和c分别为分布式能源系统等效热阻和等效热容；h
s,t
为s供能季下t时段的温控负荷需求量；表示s供能季下t-1时段室内温度；所述的温控负荷约束如下：所述的温控负荷约束如下：式中，和分别为热调节负荷和冷调节负荷的控制量；表示室温热负荷需求量；表示室温冷负荷需求量；所述的热泵运行约束如下：所述的热泵运行约束如下：所述的热泵运行约束如下：
式中：和分别为s场景下t时刻热泵运行消耗的电功率、总共产生的热功率、用于满足刚性热负荷的热功率、用户室温调节的热功率以及用于室温调节的冷功率；和为热泵热出力和冷出力的控制量，设为二进制变量；和分别为热泵的制热和制冷的能量转换效率。7.根据权利要求4所述的考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其特征在于，所述的舒适运行约束如下：式中，m为人的新陈代谢率，当人体在分布式能源系统内不进行剧烈运动时，m可取定值；为不同场景下人体所着衣物服装热阻；表示s供能季下t时段室内温度；根据iso7730标准推荐pmv指标范围为：8.根据权利要求6所述的考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其特征在于，所述的分布式能源系统运行约束如下：假设热电联产机组的运行效率在运行区间内保持不变，其输入-输出函数关系如下所示：示：式中：和分别为chp在s供能季下t时刻的输出电功率、天然气消耗速率和输出热功率；η
e
、η
h
分别为chp的发电效率和热回收效率；λ
gas
为天然气的热值。燃气锅炉以天然气作为输入能源，输出热能供给用户，其输入-输出函数关系为：式中，为燃气锅炉在s供能季下t时刻的输出热功率和燃气消耗速率，η
gb
为燃气锅炉工作效率；光伏输出的有功功率与光照强度g
c
以及s供能季下t时段的室外温度之间的关系近似表示为：式中，p
stc
、g
stc
和t
stc
分别为标准额定条件下光伏发电系统的额定输出功率、额定光照强度和标准运行温度，k为修正系数；光伏在运行中还需满足：
式中，为综合能源系统光伏实际输出电功率，为光伏弃光功率；储能设备能够在时间上解耦能量的生产与消耗，包括热储能和电储能；储能设备的充放能功率与储能容量有关且需满足不能同时充放，为保证运行阶段调度的连续性，给定储能设备调度的每日结束时刻t状态e
s,t
与初始时刻状态e
s,1
一致，储能设备运行如下式所示：e
min
≤e
t
≤e
max
e
s,1
＝e
s,ts,ts,t
式中：e
s,t+1
为s场景下储能设备t+1时刻存储的能量；σ为储能自衰减系数；和为储能的充、放电功率；η
char
和η
relea
为储能的充、放电效率；δt表示时间间隔；e
s,t
表示s场景下储能设备t时刻存储的能量；e
min
和e
max
分别为储能设备最小和最大储存能量要求；和分别为储能设备在s供能季下t时刻的充放能0-1状态变量，表示充能，表示放能；和分别为储能设备充能和放能倍率。9.根据权利要求8所述的考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其特征在于，所述的功率平衡约束如下：征在于，所述的功率平衡约束如下：征在于，所述的功率平衡约束如下：征在于，所述的功率平衡约束如下：式中，分别为s供能季下t时刻的刚性电负荷和热负荷；为典型日s下时段t系统向电网购电的功率；表示s供能季下t时刻电储能放电功率；表示s供能季下t时刻电储能充电功率；表示s供能季下t时刻热储能放电功率；表示s供能季下t时刻热储能充电功率。10.根据权利要求4所述的考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法，其特征在于，所述的设备运行约束如下：设备的出力不能超过其允许的上下限：
式中，和分别为设备的最小输出比例和最大输出比例；w
sdev
为设备的额定输出量。

技术总结

本发明公开了一种考虑两联供热泵舒适供能的分布式能量系统容量优化方法。本发明采用的方法包括：获取分布式能源系统历史负荷数据，建立分布式能源系统灵活性资源的投资模型与运行模型；建立室内温控负荷和两联供热泵模型，通过热舒适度评价指标，实现依据室外温度实时调节热泵的冷热输出；构建分布式能源系统灵活性资源优化配置模型；将建立的分布式能源系统灵活性资源优化配置模型，转化为混合整数线性优化配置模型，其优化结果为分布式能源系统中各设备的最优安装容量，并输出配置成本费用。本发明以经济性最优为目标在实现新能源精准消纳、提高负荷柔性的基础上，保证用户的舒适度。适度。适度。