一种农村多能耦合微能源协同运行调控方法与流程

本发明属于综合能源系统运行优化，具体涉及一种农村多能耦合微能源协同运行调控方法。

背景技术：

1、本发明中所述微能源，指代农村场景分布式布置的光伏、风电、生物质沼气、储热、储能等独立供用能单元，多个微能源通过多能耦合方式互联配合，构成农村区域综合供能集群。

2、农村能源清洁化转型持续深化，光伏、风电、生物质能多能耦合的微能源系统已成为农村替代传统散煤供能、提升用能清洁化水平的核心载体。我国农村风光资源、秸秆及畜禽粪便生物质资源储量丰富，多能耦合微能源系统可通过电-热-气多能流互补协同运行，有效解决农村用能污染大、能效低的问题。但当前已投运的农村多能耦合微能源系统普遍存在运行调控技术滞后的问题，严重制约系统运行效益发挥。

3、现有农村多能系统运行调控技术多照搬城市园区综合能源系统的固定调度策略，存在显著的场景适配缺陷。城市园区负荷稳定、电网支撑能力强，调控策略以固定时序调度为主，而农村场景具备极强的运行特殊性：一是生物质资源存在显著的季节性、分时性产出波动，收储运损耗、收集半径约束导致有效供给实时动态变化，无法采用固定能源供给调度模式；二是农村农业生产负荷季节性、波动性极强，灌溉、养殖温控等负荷具备独特的柔性可调特性，现有调控策略未区分农村各类负荷的动态调节潜力，多采用刚性调度方式，造成负荷调节资源浪费；三是农村并网村落配网末端薄弱、功率波动大，离网村落无大电网兜底，两类场景的运行可靠性需求差异极大，统一化调控策略无法适配差异化运行需求。

4、同时，现有调控技术缺乏多尺度多能互补动态量化调控能力，仅依靠固定时序经验进行设备出力调度，无法实时量化光伏日内出力、风电夜间波动、生物质持续供能的时空互补特性，也无法动态匹配夏季风光高产出适配灌溉制冷负荷、冬季生物质与风电高供给适配采暖负荷的季节互补规律，多能流耦合转换的灵活调节潜力未被充分挖掘，导致系统弃光弃风、生物质气富余浪费与局部供能缺口并存，能源利用效率偏低。

5、此外，当前主流农村多能系统调控采用单层静态调度模式，设备出力调度、负荷调节、储能充放控制相互独立，未形成多目标协同的动态迭代调控机制，无法适配全年8760小时源荷时序波动特性。传统静态调控策略忽略日内能源波动、柔性负荷动态响应、储能时序状态变化的影响，实际运行工况与预设调度方案偏差可达18%以上，频繁出现运行成本超标、可再生能源消纳率下滑、短时供能中断等问题。综上，目前亟需一种适配农村场景、可动态量化多能互补特性、实现多目标闭环迭代的农村多能耦合微能源协同运行调控方法。

技术实现思路

1、本发明针对现有农村多能耦合微能源系统运行调控场景适配性差、多能互补潜力无法动态量化、调度策略静态固化、多能流协同性不足、运行工况偏差大的核心缺陷，提供一种农村多能耦合微能源协同运行调控方法，通过农村场景适配的源荷动态建模、多尺度多能互补实时量化、双层闭环协同调控、多目标客观决策与时序动态校验的完整技术链条，实现农村电-热-气多能流的精细化、动态化、协同化运行调控，大幅提升系统可再生能源消纳能力、运行稳定性，降低系统运行能耗与碳排放。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种农村多能耦合微能源协同运行调控方法，包括以下步骤：

4、s1、采集目标区域各类可再生能源出力参数、多品类用能负荷参数、多能耦合设备运行参数，分别构建可再生能源动态出力模型、各类负荷时序辨识模型、多能设备运行效益模型；可再生能源动态出力模型量化农村可再生能源时序波动与生物质分季供给、收储运损耗动态特性，各类负荷时序辨识模型实时区分农村生活、农业生产、公共服务负荷的刚性需求与柔性可调潜力，多能设备运行效益模型适配多能流耦合转换的实时运行特性；

5、s2、基于步骤s1的动态建模结果，从日内时序、季节时序、多能流耦合三个维度，实时计算日内动态互补系数、季节源荷匹配系数、多能能量互补系数，耦合得到系统实时综合互补度，将多能互补动态量化结果作为系统运行调控的前置约束条件；

6、s3、构建双层协同运行调控优化模型，搭建上层多能协同调控决策层、下层实时运行优化层的双层闭环调控架构；上层以系统实时运行经济性、环保性、供能可靠性多目标最优为调控目标，动态输出多能设备出力、储能充放、负荷调节的宏观调控指令；下层基于上层调控指令，结合多类典型运行场景开展逐时精细化运行优化，反馈实时运行偏差指标并修正上层调控约束，迭代收敛后输出最优实时运行调控策略；

7、s4、采用改进nsga-iii算法求解双层协同运行调控优化模型，得到多目标最优调控解集，通过熵权-topsis客观决策方法筛选适配当前工况的综合最优协同运行调控策略；

8、s5、对最优协同运行调控策略开展全年逐小时时序动态仿真校验，验证不同工况下系统运行稳定性、能源消纳水平与供能可靠性，校验合格后输出常态化协同运行调控方案、极端工况应急调控策略与系统运行指标分析报告。

9、优选的，步骤s1中可再生能源动态出力建模具体包括：

10、实时采集目标区域逐时太阳辐照度、环境温度数据，构建含温度效率衰减修正的光伏动态出力模型，实时修正光伏组件出力效率偏差；实时采集逐时风速、风向数据，结合风机切入、额定、切出风速阈值，构建风机动态出力模型，适配风电随机波动特性；

11、动态调研区域秸秆、畜禽粪便生物质资源四季分时产出量、实时可收集量，结合3-5km最大收集半径、5%霉变动态损耗系数，构建生物质资源动态供给模型，同步建立年度生物质总量动态约束、分季分时供给约束、生物质收储运动态成本约束，实时量化农村生物质能源的有效供给边界。

12、优选的，步骤s1中各类负荷时序辨识建模具体包括：

13、将目标区域实时用能负荷划分为生活用能、农业生产用能、公共服务用能三大类，每类细分实时电、热、冷负荷，基于入户实测数据与农业生产时序规律，生成全年逐小时动态负荷曲线；

14、实时界定各类负荷动态调节属性：生活采暖、制冷负荷为可动态调节柔性负荷，农业灌溉负荷为8:00-18:00可调时段的可平移柔性负荷，养殖温控负荷为可短时中断柔性负荷，公共服务负荷为不可调节刚性负荷；

15、设置农业柔性负荷动态量化调控约束：可平移灌溉负荷日内总用电量恒定、仅在预设可调时段内平移调节；可中断养殖温控负荷单日最大中断时长不超过2h、单次中断功率不超过额定温控负荷30%。

16、优选的，步骤s1中多能设备运行效益建模具体包括：

17、构建分布式光伏、小型风力发电机、生物质气化热电联产单元、电锅炉、空气源热泵、电储能、热储能、生物质气储气罐、并网点交互装置的实时运行效率模型，实时匹配光伏温度衰减效率、生物质气化实时效率、热电联产动态热电比、热泵实时cop（制热性能系数）、储能充放电实时效率参数；

18、建立设备全生命周期运行成本模型，通过资金回收系数整合折现率、设备使用寿命、期末残值率，将设备运维损耗、运行能耗、设备折旧成本动态折算为实时运行成本，匹配上层多目标调控的经济性核算逻辑。

19、优选的，步骤s2中多能互补动态量化结果具体包括：

20、基于光伏日间出力、风电夜间出力、生物质持续稳定出力的日内时序互补特性，实时计算日内互补系数，量化逐时多能源出力互补程度；

21、基于夏季光伏高出力匹配农业灌溉、制冷负荷高峰，冬季风电、生物质高供给匹配采暖负荷高峰的季节时序特性，计算季节匹配系数，量化季节尺度源荷动态匹配程度；

22、基于电、热、气多能流耦合转换、相互替代的运行特性，计算能量互补系数，量化多能耦合设备的实时能量转换与负荷替代能力；

23、通过自适应权重系数耦合日内互补系数、季节匹配系数、能量互补系数，得到系统实时综合互补度，权重系数根据农村区域资源禀赋、实时负荷工况动态调整。

24、优选的，步骤s3中上层多能协同调控决策层的多目标调控目标包括：

25、目标一：系统实时全生命周期运行年化总成本最低，包含设备实时运维成本、生物质实时收储运成本、电网实时交互净成本、实时缺能惩罚成本、实时碳排放成本；

26、目标二：系统实时可再生能源消纳率最高，以逐时弃光、弃风、弃生物质气实时损耗能量与可再生能源实时理论产出总能量的比值构建消纳率核算模型；

27、目标三：系统实时供能可靠度最高，以逐时实时缺能总量与区域实时总用能需求的比值构建供能可靠度核算模型。

28、优选的，步骤s3中下层实时运行优化层具体包括：

29、预设春夏秋冬常规典型日、极端高低温、连续阴雨天典型运行场景，并网场景新增配网功率波动运行场景，离网场景新增长时无电网兜底极端运行场景；

30、以典型场景日内实时运行成本最低、逐时弃能率最低为优化目标，精细化优化各设备逐时实时出力、储能逐时充放功率、柔性负荷逐时动态调节量、电网逐时交互功率；

31、叠加柔性负荷专属动态调控约束，保证可平移负荷日内总用电量恒定、可中断负荷调节幅度与时长不超安全限值。

32、优选的，步骤s4具体包括：

33、采用引入自适应交叉变异概率与精英保留策略的改进nsga-iii算法，求解高维多目标双层协同运行调控模型，得到均匀分布的多目标pareto（帕内托）最优调控解集；

34、通过熵权法基于pareto解集各调控目标值的离散程度，客观计算运行经济性、环保性、供能可靠性三大调控目标的权重，规避主观赋权偏差；

35、通过topsis法计算各pareto调控解与正负理想解的贴近度，选取贴近度最大值对应的调控方案为当前工况综合最优协同运行调控策略。

36、优选的，步骤s5的时序动态仿真校验指标包括：

37、运行经济性指标：系统全生命周期年化运行成本、单位供能运行成本、年均运维损耗成本；

38、运行环保性指标：实时可再生能源消纳率、年度动态碳减排量、散煤/柴油动态替代量；

39、运行可靠性指标：系统实时失负荷率、电网实时电压合格率、多能系统连续稳定运行时长；

40、若仿真运行指标与调控目标指标偏差小于1%，判定调控策略校验合格，固化为常态化运行策略；若偏差超标，返回步骤s3修正调控约束参数，重新迭代优化更新调控策略。

41、优选的，动态仿真校验包括：

42、并网行政村场景：保留配网双向动态交互约束，弱化缺能惩罚权重，优先以运行经济性、可再生能源高效消纳为核心调控目标，动态平衡电网交互与本地多能运行；

43、离网行政村场景：取消配网交互约束，大幅提升缺能惩罚权重，延长极端阴雨、低温工况仿真调控时长，优先保障系统连续供能稳定性与运行可靠性。