一种基于指标自动配置的综合能源系统能效评估方法

1.本发明属于电力系统自动控制及评估技术领域，尤其涉及一种基于指标自动配置的综合能源系统能效评估方法。


背景技术：

2.能源是社会发展的动力和人类生存的基础。传统化石能源快速消耗及环境日益污染的双重困境，催生出以电力系统为核心的能源互联网，通过耦合电力、交通、天然气、热冷等系统实现优势互补及可再生能源在广域范围内的共享和高效利用，提供了优质的能源服务。作为能源互联网的重要组成部分和社会能源的主要承载形式，综合能源系统的核心是实现能源转换利用、协同优化、耦合互补。
3.综合能源系统的综合评估涉及其各个能源环节从规划建设到运行维护的各个方面，对综合能源系统进行评估有利于及时发现系统中的不合理、薄弱环节，并对其改造建设、优化运行方式给出合理的指导意见。评估指标系统在最初设计思想上要突出“节能、环保、生态、智能”等理念，目标是打造“能源技术与服务创新”，因此考虑从能效维度构建评估指标体系。


技术实现要素：

4.从能效角度设置了5个一级指标，分别是可靠性、网络损耗、综合能源利用效率、需求侧响应、清洁能源占比。可靠性包括3个二级指标，分别是系统平均失能时间、系统供能可考虑、系统能源失能率，这3个二级指标又分别对应电、热、冷设置了3个三级指标；网络损耗包括3个二级指标，分别是配电网网损率、管网热损失率、管网冷损失率；综合能源利用包括3个二级指标，分别是综合能源利用率、整体能耗、单位产值能耗；需求响应包括3个二级指标，分别是削峰填谷量、需求响应容量、需求响应频次。
5.一种基于指标自动配置的综合能源系统能效评估方法，所述方法及具体指标包括以下步骤：
6.1)确定可靠性指标
7.2)确定网络损耗指标
8.3)确定综合能源利用效率指标
9.4)确定需求侧响应指标
10.5)确定清洁能源占比指标
11.6)采用模糊综合评价法对系统进行评价分析。
12.发明的优点：本发明从能效维度构建综合能源系统评估指标体系，并建立采用模糊综合评价法对系统进行评价分析，具有科学性、系统性、实用性、可比性以及定性与定量相结合的优势。本发明有效评估综合能源系统能效。
附图说明
13.图1是本发明提供的基于指标自动配置的综合能源系统能效评估方法的指标体系图。
14.图2是本发明提供的基于指标自动配置的综合能源系统能效评估方法的模糊综合评价流程图。
具体实施方式
15.下面结合附图，对该方法的各级指标作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及应用。
16.本发明的具体指标体系如下：
17.1.可靠性
18.可靠性指标，用于评估综合能源系统能源网络正常持续运行工况及故障后的应急处理能力。设置了3个二级指标，分别是系统平均失能时间、系统供能可靠率、系统能源失能率。其中，系统平均失能时间是基于系统中断能源时间层面设置，用时间的形式可以非常直观评估综合能源系统的可靠性，同时作为其它可靠性指标深入考虑的基础；供能可靠率是类比配电网可靠性评价指标“供电可靠率”而设置；系统能源失能率是从“系统电量不足期望值”的基础上拓展而来，重点考察综合能源系统中断能源供应导致的能量损失情况。
19.a)系统平均失能时间
20.系统平均失能时间指每个用户在统计时间内的平均失能小时数。系统平均失能时间包括系统电能平均失能时间、系统热能平均失能时间、系统冷能平均失能时间3个三级指标。
[0021][0022]
在公式(1)中，χi代表系统平均失能时间，i代表能源形式，包括电、热、冷，mi代表能源i失能次数，t
i,j
代表能源i第j次失能的持续时间，h
i,j
代表能源i第j次失能影响的用户数，f代表系统的总用户数。
[0023]
b)系统供能可靠率
[0024]
系统供能可靠率指在统计时间内系统平均失能时间与能源供给时间的比值。系统供能可靠率包括系统供电可靠率、系统供热可靠率、系统供冷可靠率3个三级指标。
[0025][0026]
在公式(2)中，δi代表系统可靠率，i代表能源形式，包括电、热、冷，χi代表系统平均失能时间，ni代表能源i的供给时间。
[0027]
c)系统能源失能率
[0028]
系统能源失能率指系统能源失能能量与系统能源总供给量的比值，包括系统电能失能率、系统热能失能率、系统冷能失能率三个3级指标。
[0029][0030]
在公式(3)中，αi代表系统能源失能率，i代表能源形式，包括电、热、冷，mi代表能源i失能次数，a
i,j
代表能源i第j次失能能量，qi代表能源i在统计时间内供给的总能量。
[0031]
2.网络损耗
[0032]
需求侧响应指标，用于评价综合能源系统需求侧的建设情况及对削峰填谷做出的贡献大小。需求侧响应指标设置3个二级指标，分别是削峰填谷量、需求侧响应容量和需求侧响应频次。其中削峰填谷量用于反映综合能源系统削峰填谷取得的效果；需求相应容量和需求响应频次用于反应综合能源系统的可协调性与可调整性。
[0033]
a)配电网网损率
[0034]
配电网网损率指电能损失量与目标系统外部供电量的比值：
[0035][0036]
在公式(4)中，γ代表配电网网损率，e
σ
代表目标系统实际使用的电能总量，e
ρ
代表目标系统外部供电量。
[0037]
b)管网热损失率
[0038]
管网热损失率指地源热泵系统直埋管道的热能损失率：
[0039][0040]
在公式(5)中，μ代表管网热损失率，y代表地源热泵系统直埋管道的长度，r代表单位管长热损失，dr代表地源热泵系统实际的供热时间，zr代表地源热泵系统供热量。
[0041]
c)管网冷损失率
[0042]
管网冷损失率指地源热泵系统直埋管道的冷能损失率：
[0043][0044]
在公式(6)中，ω代表管网冷损失率，y代表地源热泵系统直埋管道的长度，l代表单位管长冷损失，d
l
代表地源热泵系统实际的供冷时间，z
l
代表地源热泵系统供冷量。
[0045]
3.综合能源利用效率
[0046]
a)综合能源利用效率
[0047]
综合能源利用效率用于评价综合能源系统中能源利用效率的高低，反映综合能源系统用能效率的表现。经过文献调研，本课题设置综合能源利用效率一级指标，对于综合能源系统来说，综合能源利用率比“一次能源利用率”更加重要且适合对其进行能效评估；综合能源系统中各个能源耦合的效率高低主要依赖于耦合设备和技术，相对来说效率值比较固定，故略去“耦合转换效率”。综合能源利用效率指目标系统总用能量与总供给量的比值，其中目标系统用能量包括用电量、用热量、用冷量，系统供能量包括供电量、供热量、供冷量。
[0048][0049]
在公式(7)中，η代表综合能源利用效率，ki代表系统利用的第i种能量，qi代表目标系统供给的第i种能量。
[0050]
b)整体能耗
[0051]
整体能耗是在一定时间内实际消耗的各种能源实物量，按规定计算方法求和并与所需衡量单位折算后的数值。
[0052]
w＝k1 k2 k3ꢀꢀ
(8)
[0053]
在公式(8)中，代w代表整体能耗，k1代表耗电量，k2代表耗热量，k3代表耗冷量。
[0054]
c)单位产值能耗
[0055]
单位产值能耗是在一定时间内的综合能耗与期内创造的净产值(价值量)总量的比值。
[0056][0057]
在公式(9)中，φ代表单位产值能耗，p1代表产出电量的单位价格，p2代表产出热量的单位价格，p3代表产出冷量的单位价格。
[0058]
4.需求侧响应
[0059]
需求侧响应指标，用于评价综合能源系统需求侧的建设情况及对削峰填谷做出的贡献大小。需求侧响应指标设置3个二级指标，分别是削峰填谷量、需求侧响应容量和需求侧响应频次。其中削峰填谷量用于反映综合能源系统削峰填谷取得的效果；需求相应容量和需求响应频次用于反应综合能源系统的可协调性与可调整性。
[0060]
a)削峰填谷量
[0061]
削峰填谷量指目标系统中设备的削峰填谷量之和：
[0062]
λ＝∑vmꢀꢀ
(10)
[0063]
在公式(10)中，λ代表削峰填谷量，vm代表设备m的削峰填谷量。
[0064]
b)需求侧响应容量
[0065]
需求侧可响应电负荷可分为可削减电负荷和可转移电负荷，需求侧响应容量也包含削减电负荷和转移电负荷的容量：
[0066]
p
tdr
＝p
td,r,cut
p
td,r,shif
ꢀꢀ
(11)
[0067]
在公式(11)中，p
tdr
代表需求侧可响应电负荷容量，p
td,r,cut
代表需求侧在数段t的削减负荷，p
td,r,shif
代表需求侧在时段t的转移负荷，为正表示转出可平移电负荷，为负表示转入可平移电负荷。
[0068]
c)需求侧响应频率
[0069]
需求侧响应频次分为削减电负荷响应频次和可转移电负荷响应频次：
[0070][0071]
在公式(12)中，f
tdr
代表需求侧响应频次，f
td,r,cut
代表削减电负荷的频次，f
td,r,shif
代表转移电负荷的频次，i代表参与削减电负荷的用户数量，j代表参与转移电负荷的用户
数量。
[0072]
5.清洁能源占比
[0073]
清洁能源占比，用于评价综合能源系统内清洁能源贡献度的大小，以清洁能源实际贡献的能量为根据。
[0074]
清洁能源占比指清洁能源贡献的能量与目标系统用能量的比值：
[0075][0076]
在公式(13)中，θ代表清洁能源占比，q
p
代表第p种清洁能源贡献的能量，ki代表目标系统利用的第i种能量。
[0077]
6.采用模糊综合评价法对系统进行评价分析
[0078]
a)层次分析-熵权法确定权重
[0079]
为了客观、准确地确定指标权重，结合层次分析法和熵权法确定指标权重。虽然层次分析法在确定指标权重的过程中主观性太强，但它的优点是一些主观因素来自评价者对评价对象的理解和分析；熵权法具有很强的客观性，它是通过对实际数据的处理计算来确定指标权重的重量的大小。将层次分析法和熵权法的权重确定方法相结合，既能综合评价者对评价对象的认识和分析，又能以实际数据反映的客观信息为基础。
[0080]
首先构造判断矩阵，然后，对构造的判断矩阵进行一致性检验。一致性检验步骤如下：
[0081]
第一步：计算判断矩阵每一行元素的乘积：
[0082][0083]
其中，a
ij
为判断矩阵中的元素
[0084]
第二步：计算判断矩阵每一行元素乘积的n次方根：
[0085][0086]
第三步：对得到的向量进行归一化处理
[0087][0088]
第四步：计算判断矩阵的最大特征根：
[0089][0090]
用下式求出判断矩阵的一致性指标：
[0091][0092]
一致性指标ci值越小，表示构造的判断矩阵一致性程度越好。用随机一致性比率来判别判断矩阵是否具有满意的一致性。
[0093]
[0094]
当计算后的满足条件时，则表示构造的判断矩阵有的一次性。若不满足，则需调整判断矩阵，直到满足条件。
[0095]
然后，对通过一致性检验的判断矩阵进行标准化处理，得到标准化判断矩阵。指标j的熵由下式计算得到：
[0096][0097]
基于上式求得的熵ej，计算指标j的偏差度：
[0098]dj
＝1-ej(21)
[0099]
然后计算修正系数：
[0100][0101]
最后，利用修正系数μj和初始权重系数wj，求得熵权法修正后的权重系数：
[0102][0103]
b)基于模糊综合评价法的评估
[0104]
步骤一：确定指标集u和评价集v。
[0105]
步骤二：构建模糊评判矩阵。对指标集按照评价集的等级进行评价。
[0106]
步骤三：进行初级评价。对每个指标集，根据确定的指标权重，进行单因素评价。
[0107]
步骤四：进行多级评价。
[0108]
步骤五：综合评价，根据计算得到的模糊评判向量b和评价集v，算出综合评价值：p＝vb
[0109]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。