一种基于综合能效提升的多能互补系统的能效评价方法与流程

1.本发明涉及综合能源系统优化运行技术领域，尤其涉及一种基于综合能效提升的多能互补系统的能效评价方法。


背景技术：

2.在能源改革的时代背景下，分布式能源作为一种绿色清洁，高效环保，安全可靠的能源逐渐在各个行业和地区投入试验生产，将新兴的分布式能源系统和传统的集中式能源系统有机结合是政府和高校努力推进的研究方向。
3.目前关于多能互补系统能效评价的相关研究，多以单方面指标尤其是经济类的指标作为主要标准，然而在实际调度过程中，系统安全性能以及日益受到重视的环保指标也是不容忽视的标准，而目前缺乏一种兼顾经济、系统安全、环保的能效评价体系，以及与之相应的置信度评估方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于综合能效提升的多能互补系统的能效评价方法，使得其能对某个具体的多能互补系统从经济、系统安全、环境三个层面进行综合评价，并对相应评价指标进行了置信度评估。
5.为实现本技术的目的，本技术的技术方案如下：
6.一种基于综合能效提升的多能互补系统的能效评价方法，包括如下步骤：
7.步骤1：构建系统综合评价指标体系，并对所涉及的数据进行标准化处理；
8.步骤2：构建综合评价指标单一赋权权重模型，包括主观赋权权重和客观赋权权重；
9.步骤3：确定综合评价指标综合权重；
10.步骤4：构建各项指标的未确知测度模型，对各项指标进行置信度评估；
11.步骤5：根据置信度评估结果对系统进行综合评分。
12.其中，所述步骤1中，综合评价指标体系包含经济、系统安全、环境三个层面。
13.其中，综合评价指标体系中的经济层面指标具体表现为净现值、投资回收期、项目投资总额、内部收益率。
14.其中，综合评价指标体系中的系统安全指标具体表现为系统年平均故障率、系统年平均停运时间、提高系统可靠性。
15.其中，综合评价指标体系中的环境层面指标包括燃气系统运行效率、可再生能源运行效率、系统运行效率、系统碳排放量。
16.其中，所述步骤2中，主观赋权权重采用层次分析法，其具体步骤为：步骤a1、建立层次结构分析模型；步骤a2、构造判断矩阵；步骤a3、计算权重并做一致性检验。
17.其中，所述步骤2中，客观赋权权重采用熵权法，其具体步骤为：步骤b1、数据标准化后构造评判矩阵；步骤b2、计算综合能效指标的信息熵；步骤b3、计算各项指标的熵权。
18.其中，所述步骤3中，综合权重采用加法原理对主客观赋权权重进行加权。
19.其中，所述步骤4中，构建未确知测度模型，具体实现步骤为：步骤4.1、建立评估空间；步骤4.2、建立单项指标的未确知测度；步骤4.3、各项指标加权后得到综合测度矩阵；步骤4.4、由置信度确定系统综合能效等级。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
21.1.在以能效提升为导向的综合能效评价指标体系中，综合考虑经济、环境、安全三个层面的指标，建立了一套科学全面的评价标准。
22.2.在评价标准的制定过程中，采用科学系统的方式制定了主观赋权权重和客观赋权权重，并用了统计学的方式将其综合加权，赋权过程较现有方法更具科学合理性。
23.3.对自身评价指标进行置信度评估，根据不同的置信度水平建立对象系统的能效评级，该方法为决策者提供了更深层次的参考标准。
附图说明
24.图1是综合能效评估指标体系结构图；
25.图2是基于能效提升的多能互补能效评价方法流程图；
26.图3是综合评价指标的直线型未确知测度函数图。
具体实施方式
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。
30.参照图1和图2，本发明提供一种基于能效提升的多能互补系统的能效评价方法，包括如下步骤：
31.步骤1：构建系统综合评价指标体系，并对所涉及的数据进行标准化处理。如图1结构图所示，综合评价指标体系分别有经济、安全、环境三个层面的指标，其指标数学建模具体步骤如下：
32.步骤1.1：建立系统经济指标数学模型；
33.(1)系统运营成本(toc)：
[0034][0035]
式中，e
i,buy
是系统i的购电量，p
i,el,buy
是系统i的上网电价，与分别是系统i中风电与燃气机组向电网输送的电量和售电价格；f
i,gt
、p
i,ng
是系统内天然气消耗量和天然气的价格，cost
i,oth
为其他成本。
[0036]
(2)净现值(npv)：
[0037][0038]
式中，w是贴现率，j是系统运行周期数。
[0039]
(3)内部收益率(irr)：
[0040][0041]
此外，还有投资回收期(tr)
[0042]
步骤1.2：建立系统安全指标数学模型；
[0043]
(1)系统年平均故障率λi：
[0044][0045]
式中，ni是系统i的停电次数，n
t
是系统平均停电时间。
[0046]
(2)系统年平均停运时间ri：
[0047][0048]
式中：td是系统单次停电时间。
[0049]
(3)负荷点平均停运持续时间ui[0050]
ui＝λi·ri
[0051]
步骤1.3、建立环境指标数学模型；
[0052]
(1)燃气系统运行效率(er
i,ng
)
[0053][0054]
式中，q
i,h,load
,q
i,c,load
,e
i,load
分别是系统i的热冷电负荷，f
i,ng
是天然气的注入量。
[0055]
(2)可再生能源运行效率(nsr1)
[0056][0057]
式中，是系统i的总容量，f
i,ng
是系统中化石能源装机总量。
[0058]
(3)供能系统运行效率(eri)
[0059][0060]
式中，f
i,ng
,f
i,wpp
,f
i,solar
,f
i,gshp
分别是系统天然气，风能，太阳能和地热能的输入总量。
[0061]
(4)系统碳排放量(ee)
[0062][0063]
[0064]
式中，f2(g
it
)为机组发电碳排放量；cc为碳排放价格；分别是机组的碳排放系数。
[0065]
步骤2：构建综合评价指标单一赋权权重模型，包括主观赋权权重和客观赋权权重。进一步地，所述步骤2中主观赋权权重采用层次分析法，其具体步骤为：
[0066]
步骤a1、建立层次结构分析模型,分为目标层、准则层、方案层，在能效评价指标体系中如图1所示。
[0067]
步骤a2、构造判断矩阵，根据表1所示的标度，将同一层的评估指标之间的重要程度分别做两两比较，构造得到判断矩阵。若某个准则层对应的方案层包括n个指标u1,u2,
…
,un，则根据表1所示的标度值，对n个评估因素两两比较得到ui,uj的相对重要程度a
ij
，并得到相应的判断矩阵a如下：
[0068][0069]
式中，判断矩阵a满足：a
ij
＞0；a
ii
＝1；a
ij
＝1/a
ji
；a
ij
＝a
ik
×akj
。
[0070]
表1判断矩阵比较标度值
[0071][0072]
步骤a3、计算权重并做一致性检验；形成了判断矩阵后，需要对矩阵的一致性进行检验。一致性检验简单的说就是，当决策者认为u1指标比u2指标重要，而u2指标比u3指标重要，那么就需要检验是否满足u1指标一定比u3指标重要这一逻辑，检验指标之间的相互关系是否统一，称为一致性检验。具体的方法如下：
[0073]
首先按照如下公式求取判断矩阵的最大特征根λ
max
：
[0074][0075]
式中,aw为判断矩阵a与特征向量w的乘积；(aw)i为aw的第i个分量。
[0076]
之后，利用如下的公式，可以计算出该判断矩阵的一致性指标。
[0077][0078]
式中，n为所建评估矩阵的指标数。
[0079]
一致性指标和矩阵的阶数相关，矩阵阶数越大，一致性指标往往较大，没有恒定的标准。所以在检验一致性程度往往使用随机一致性指标c.r.来衡量。
[0080][0081]
平均一致性指标是根据统计规律获得的指标，具体数值如下表所示：
[0082]
表2随机一致性指标ri的数值
[0083][0084]
由统计规律可得，当随机一致性指标c.r.的值小于0.1，则判断矩阵具有能够接受的一致性。若大于0.1，则表明各层次分析在逻辑上有一定的偏差，需要对判断矩阵进行修改，直到满足随机一致性指标。
[0085]
进一步地，所述步骤2中客观赋权权重采用熵权法，其具体步骤为；
[0086]
步骤b1、数据标准化后构造评判矩阵；
[0087]
步骤b2、计算综合能效指标的信息熵，具体做法为，设有m个评价对象，n个评估指标的第j个指标的熵值为：
[0088][0089]
步骤b3、计算各项指标的熵权，具体做法为，设第j个评价指标的熵权为ωj：
[0090][0091]
最终得客观权重向量ω＝(ω1,ω2,...,ωn)，且
[0092]
步骤3：确定综合评价指标综合权重。对主观赋权权重和客观赋权权重采用加法原理得出各项指标的综合权重：
[0093]
zi＝k1ωi k2vi(i＝1,2,
…
，n)
[0094][0095]
k2＝1-k1[0096]
式中，pi是对主观权重向量按升序排列后求得得对应分量；k1，k2分别为主观赋权权重和客观赋权权重在综合权重中的占比。
[0097]
步骤4：构建各项指标的未确知测度模型，对各项指标进行置信度评估。进一步地，所述步骤4中的未确知测度模型，其具体实现步骤为：
[0098]
步骤4.1、建立评估空间。建立用户节能潜力评价等级的模型中首先对评价等级进
行预先的划分。令评估等级可信度划分成五级(p＝5),分别为c1～c5。
[0099]
设评估空间为u＝{c1,c2,...,c5}，且ck的能效等级高于c
k 1
，{c1,c2，...，c5}为评价空间u的有序分割类。
[0100]
步骤4.2、建立单项指标的未确知测度。构造未确知测度函数的方法主要包括直线型分布、指数型分布、抛物线型分布、正弦分布等。本实施案例以直线型未确知测度函数为例，对于综合能效指标分成五个等级(a、b、c、d为各等级分界点)，其未确知测度函数如图3所示，直线型未确知测度函数如下：
[0101][0102][0103][0104][0105][0106]
步骤4.3、各项指标加权后得到综合测度矩阵，由步骤3得到的综合权重为ω，则第i个观测点xi的综合能效评价指标向量μi为：
[0107][0108]
步骤4.4、由置信度确定系统综合能效等级。根据未确知测度理论，设置信度为λ，当满足下式：
[0109][0110]
则系统能效等级属于第k0个能效等级c
k0
。
[0111]
步骤5：根据置信度评估结果对系统进行综合评分。由评价空间u＝{c1,c2,...,c5}，且c1＞c2＞...＞c5，c1的分值为g1,且gi＞g
i 1
，则评估对象x的得分q
x
：
[0112][0113]
由此可以跟俊不同的置信度水平得出每个系统的能效等级，从而进行评分比较。
[0114]
需要说明的是，本技术中未详述的技术方案，采用公知技术。
[0115]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。