CN114322044B - 一种综合能源系统及其运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种综合能源系统及其运行控制方法，所述系统包括控制中心，以及分别与控制中心连接的供电子系统、供热子系统和供冷子系统；供热子系统包括通过管路顺次连接的中低温储热罐、高温储热罐和电热锅炉；其中，高温储热罐用于与中低温储热罐进行热交换；电热锅炉用于与高温储热罐进行循环换热；控制中心用于根据每一周期所接收到的实时负荷和预设运行控制模型确定系统的运行策略，并根据运行策略对供电子系统、供热子系统和供冷子系统进行周期性控制。上述系统通过将中低温储热罐所回收的低品位热源存于高温储热罐中，并利用电热锅炉对高温储热罐进行循环加热，实现对低品位热能的梯级升温，解决低品位热源因温度过低无法高效利用的问题。

Description

一种综合能源系统及其运行控制方法

技术领域

本发明涉及可再生能源技术领域，特别是涉及一种综合能源系统及其运行控制方法。

背景技术

能源站是一种在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式。目前，随着氢能技术的快速发展，含氢综合能源站已经取得了系列技术突破。

在现有的含氢综合能源站中，由于氢燃料电池、太阳能集热器等设备提供的低品位热源温度较低，作为直接能源使用时，可应用的场合较窄，往往难以满足负荷中心的热能供应需求。

因此，如何实现低品位热源的高效利用是当前含氢综合能源站亟需解决的重要问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种综合能源系统，通过将低品位热能转化为高品位热能，能够提高综合能源系统的能源利用率。

第一方面，本发明提供一种综合能源系统，包括：控制中心，以及分别与所述控制中心连接的供电子系统、供热子系统和供冷子系统；其中，

所述供热子系统包括通过管路顺次连接的中低温储热罐、高温储热罐以及电热锅炉；其中，

所述高温储热罐用于与所述中低温储热罐进行热交换；所述电热锅炉用于与所述高温储热罐进行循环换热；

所述控制中心用于根据每一周期所接收到的实时负荷和预设运行控制模型确定系统的运行策略，并根据所述运行策略对所述供电子系统、所述供热子系统和所述供冷子系统进行周期性控制。

可选的，所述供热子系统还包括：地源热泵和太阳能集热器；

所述地源热泵和所述太阳能集热器分别与所述中低温储热罐管路连接，用于为所述中低温储热罐提供热量。

可选的，所述供电子系统具体包括：依次连接的光伏板、电解槽、储氢罐以及氢燃料电池；其中，

所述储氢罐与所述氢燃料电池之间设置有与所述控制中心通信连接的氢气截止阀；

所述氢燃料电池与所述供热子系统中的中低温储热罐连接。

可选的，所述管路设置有与所述控制中心通信连接的控制设备；

所述控制设备包括水泵和流量控制阀。

第二方面，本发明提供一种综合能源系统的运行控制方法，所述方法包括：

根据每一周期所接收到的实时负荷和预设运行控制模型，确定综合能源系统的运行策略；

基于所述运行策略，对所述综合能源系统进行周期性控制；在每一周期中：

判断当前周期的实时负荷与预测负荷的差值是否超过预设阈值；

若是，根据所述当前周期的实时负荷更新所述预测负荷；同时，

基于所述当前周期的实时负荷求解所述运行控制模型，得到当前周期的运行策略；

根据当前周期的所述运行策略控制所述综合能源系统运行；

若否，根据上一周期的运行策略控制所述综合能源系统运行。

可选的，所述运行控制模型的目标函数为最小化综合能源系统的运行成本；

所述运行控制模型的约束条件包括能量平衡约束和设备物理约束，用于对所述综合能源系统的温度和流量进行双线性约束。

可选的，所述能量平衡约束包括电需求平衡约束、热需求平衡约束以及冷需求平衡约束；

所述设备物理约束包括储氢设备约束和储热设备约束。

可选的，所述基于所述当前周期的实时负荷求解所述运行控制模型，具体为：

将所述当前周期的实时负荷输入至所述运行控制模型；

基于所述温度和所述流量的上下界，对所述运行控制模型进行迭代求解，以得到最优解；在每轮迭代求解过程中：

对所述运行控制模型的约束条件进行线性松弛，求解线性松弛后的所述运行控制模型，得到当前迭代轮的松弛解；

判断当前迭代轮的松弛解是否满足松弛前的约束条件；

若是，设置当前迭代轮的松弛解为最优解并输出；

若否，利用当前迭代轮的松弛解对所述温度和所述流量的上下界进行更新；

基于更新后的所述温度及所述流量的上下界，对所述运行控制模型进行下一迭代轮的迭代求解。

可选的，所述求解线性松弛后的所述运行控制模型，具体为:

在松弛后的所述运行控制模型中新增一组人工变量，构建线性规划问题；

判断松弛前的所述温度、所述流量及所述温度与所述流量的乘积的检验数是否相同；

若是，将所述温度与所述流量的乘积设置为基变量，进行入基操作。

可选的，所述根据所述当前周期的实时负荷更新所述预测负荷，具体为：

将所述当前周期的实时负荷输入至预先构建的聚类模型中，得到长期负荷预测结果；所述聚类模型中的聚类类别通过最小类内二范数和最大类间一范数准则确定；同时，

将所述当前周期的实时负荷输入至预先构建的时序预测模型中，得到短期负荷预测结果；

利用所述短期负荷预测结果对所述长期负荷预测结果进行修正，得到所述预测负荷。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供的综合能源系统通过中低温储热罐对低品位热源进行回收，并将所回收的低品位热量存储于高温储热罐中，同时还利用电热锅炉对高温储热罐进行循环加热，以实现对低品位热能的梯级升温，有效解决了低品位热源因温度过低无法高效利用的问题；在提高可再生能源的利用率的同时，还可显著减少供热过程中的碳排放量。

进一步地，本发明还提供一种综合能源系统的运行控制方法，所述方法同时考虑了温度、流量两个变量对系统优化控制的约束，设计了针对含有温度流量双线性约束的模型的求解方法，实现高效稳定地获得温度和流量的结果，，有效提高了综合能源系统的运行效率，降低燃料消耗。相比于传统控制方法中的定温变容或定容变温约束，本发明提供的运行控制方法能够更真实地描述系统运行的物理过程，并提供更多运行优化空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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。

图1是本发明实施例提供的综合能源系统的结构框图；

图2是本发明具体实施例提供的综合能源系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的综合能源系统运行控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对发明所提供的综合能源系统及其运行控制方法作进一步详细描述。

请参阅图1。第一方面，本发明一个实施例提供一种综合能源系统，具体包括：控制中心1，以及分别与所述控制中心1连接的供电子系统2、供热子系统3和供冷子系统4。

具体地，所述供热子系统3分别连接所述供电子系统2和所述供冷子系统4。

所述供热子系统3包括通过管路顺次连接的中低温储热罐31、高温储热罐32以及电热锅炉33。其中，所述高温储热罐32用于与所述中低温储热罐31进行热交换，所述电热锅炉33用于与所述高温储热罐32进行循环换热；所述管路上设置有与所述控制中心1通信连接的控制设备34。

所述控制中心1用于根据每一周期所接收到的实时负荷和预设运行控制模型确定系统的运行策略，并根据所述运行策略对所述供电子系统2、所述供热子系统3和所述供冷子系统4进行周期性控制。

需要说明的是，本发明实施例中，中低温储热罐的储热温度设置为40摄氏度至65摄氏度之间，高温储热罐的储热温度设置为70摄氏度以上。

在本实施例中，供热子系统3具体还包括地源热泵36和太阳能集热器35，地源热泵36和太阳能集热器35分别与所述中低温储热罐31管路连接，用于为所述中低温储热罐31提供热量。

在本实施例中，所述供电子系统2具体包括依次连接的光伏板21、电解槽22、储氢罐23以及氢燃料电池24；其中，所述储氢罐23与所述氢燃料电池24之间设置有与所述控制中心1通信连接的氢气截止阀；所述氢燃料电池24与所述供热子系统3中的中低温储热罐31连接。

需要说明的是，上述地源热泵36、太阳能集热器35以及氢燃料电池24均可为中低温储热罐31提供低品位热量。

在本实施例中，设置于管路上的控制设备34包括水泵和流量控制阀，所述水泵和所述流量控制阀均根据控制中心1提供的控制信号运行，以控制能源系统中各子系统的优化运行。

以下将通过一个实施例介绍上述综合能源系统的具体结构。

请参照图2。本实施例提供的综合能源系统具体为一种含氢综合能源站，所述能源站的供能设备具体包括供电设备、供热设备和供冷设备。

具体地，所述供电设备包括光伏板21、电解槽22、储氢罐23和氢燃料电池24；所述供热设备则包括太阳能集热器35、地源热泵36、中低温储热罐31、高温储热罐32和电热锅炉33；所述供冷设备具体可为吸收式制冷机。

在本实施例中，所述含氢综合能源站系统还包括控制中心1，以及设置于各供能设备及其连接管路间的控制设备34；所述控制设备34与所述控制中心1通信连接，用于根据控制中心1传输的信号实时控制能源站各设备运行。

具体地，控制设备34包括设备开关、水泵、流量控制阀和氢气截止阀。

具体地，光伏板21用于为能源站供给电能，或为电解槽22供给电能。电解槽22完成制氢后，将氢气压缩输送至储氢罐23，储氢罐23用于为氢燃料电池24提供氢气。

具体地，储氢罐23中所存储的氢气还可以从外部购入。

氢燃料电池24既可为能源站提供电能，还可连接中低温储热罐31，为中低温储热罐31提供低品位热源。

在一个具体实施例中，氢燃料电池24可连接第一板换的一次侧，以进行入水和回水的换热；所述第一板换的二次侧则与供热设备中的中低温储热罐31连接，中低温储热罐31通过第一板换收集氢燃料电池24产生的低品位热量。

需要说明的是，氢燃料电池24处所设置的控制设备34具体为设备开关和氢气截止阀，用于控制氢燃料电池24的热能供应和氢气消耗；其中，所述氢气截止阀设置在储氢罐23与氢燃料电池24之间。

具体地，氢燃料电池24的换热回路处所设置的控制设备34具体为水泵和流量控制阀，用于控制回路的流量和扬程。

在本实施例中，中低温储热罐31分别与地源热泵36、太阳能集热器35连接，具体通过入水和回水管路收集地源热泵36和太阳能集热器35提供的低品位热量。

具体地，中低温储热罐31与地源热泵36、太阳能集热器35之间的换水回路均配置有水泵和流量控制阀，以控制换水回路的流量和扬程；此外，地源热泵36和太阳能集热器35还设置有设备开关，以准确控制换热量。

需要说明的是，在一个具体实施例中，中低温储热罐31还通过第二板换与高温储热罐32进行换热，以及时补充水温；高温储热罐32则可通过与电热锅炉33进行循环换水以完成加热。

具体地，高温储热罐32还通过第三板换为能源站提供高温热水；并通过第四板换回路为吸收式制冷机提供高温热水。

在本实施例中，中低温储热罐31可直接为能源站供给中低温热水；高温储热罐32则可分别通过第三板换、第四板换分别为能源站以及吸收式制冷机提供高温热水，吸收式制冷机则通过冷水回路供给能源站制冷需求。

需要说明的是，电热锅炉33和吸收式制冷机均通过设备开关进行控制，上述各换水回路则设置水泵和流量控制阀来控制流量和扬程。

本发明上述实施例提供的综合能源系统通过中低温储热罐对低品位热源进行回收，并将所回收的低品位热量存储于高温储热罐，同时还利用电热锅炉对高温储热罐进行循环加热，以实现对低品位热能的梯级升温，有效解决了低品位热源因温度过低无法高效利用的问题，在提高可再生能源的利用率的同时，还可显著减少供热过程中的碳排放量。

为了实现对上述综合能源系统的运行控制，现有方法主要通过在控制模型中定温变容或定容变温的方式进行系统供能控制。然而，在实际的工程应用中，能源系统的温度和流量均可变可调，通过现有的方法难以确保系统高效精准运行。

在综合能源系统控制方法的改进上，若仅将现有方法中控制模型的定量(温度或容量)调整为变量，则改进后的模型将存在双线性约束，且原方法的凸问题也将转为非凸非线性规划问题，而通过现有的开源求解器并无法求解含双线性约束的规划问题。

为了解决上述技术问题，第二方面，本发明一个实施例对应提供了一种综合能源系统运行控制方法，所述方法包括下述步骤。

S1：根据每一周期所接收到的实时负荷和预设运行控制模型，确定综合能源系统的运行策略。

需要说明的是，综合能源系统主要用于根据用户的负荷需求对应提供能源，因此，系统能源的供应主要根据负荷需求决定。

本实施例中，综合能源系统需动态获取最新的实时负荷数据，以确定所供应的能源与当前的负荷需求相匹配。

所述负荷需求具体包括电负荷、中低温热负荷、高温热负荷和冷负荷。

S2：基于所述运行策略，对所述综合能源系统进行周期性控制。

在每一周期中，判断当前周期的实时负荷与预测负荷的差值是否超过预设阈值。

若是，根据所述当前周期的实时负荷更新所述预测负荷；同时，基于所述当前周期的实时负荷求解所述运行控制模型，得到当前周期的运行策略；根据当前周期的所述运行策略控制所述综合能源系统运行。

若否，则根据上一周期的运行策略控制所述综合能源系统运行。

可以理解的是，上述运行控制方法可具体应用于综合能源系统的控制中心1，使得控制中心1根据所得到的运行策略生成控制信号，并发送至系统中各管路所对应的控制设备34中，以控制各设备优化运转，实现系统高效运行。

需要说明的是，在综合能源系统开始运行的第一个周期中，首先将第一个周期的实时负荷输入至预先构建的聚类模型中，得到长期负荷预测结果；同时，将第一个周期的实时负荷输入至预先构建的时序预测模型中，得到短期负荷预测结果；最后利用所述短期负荷预测结果对所述长期负荷预测结果进行修正，得到初始预测负荷。

进一步地，基于所得到的初始预测负荷求解所述运行控制模型，得到综合能源系统第一个周期的运行策略，并基于所述第一个周期的运行策略控制综合能源系统运行。

具体地，当进入下一周期时，利用所述初始预测负荷对下一周期所获取的实时负荷进行比较，判断是否需更新初始预测负荷的值。

所述更新过程具体为：将当前周期的实时负荷输入至预先构建的聚类模型中，得到长期负荷预测结果；同时，将当前周期的实时负荷输入至预先构建的时序预测模型中，得到短期负荷预测结果；利用所述短期负荷预测结果对所述长期负荷预测结果进行修正，得到对初始预测负荷进行更新后的新的预测负荷。

具体地，对于预测负荷的计算，本实施例可利用所采集的历史数据构建预测模型，再通过求解模型得到预测负荷结果。

其中，所述历史数据包括负荷数据和气候数据。

在一个实施例中，可将气候数据和负荷数据整理为结构化数据集，并对数据首先进行数据预处理，剔除粗大误差和不规律大负荷数据；再将数据整理为以小时为单位的结构化负荷和气候数据，具体可将特征向量设计为负荷数据和气候数据的并列。

进一步地，根据最小类内二范数和最大类间一范数准则，对历史数据进行聚类分析，得到聚类数目为k的聚类结果。

确定聚类类别k后，对所述历史数据进行聚类，求得每一类的类内平均特征向量和平均负荷数据，进而得到长期负荷预测结果。

需要说明的是，最小类内二范数和最大类间一范数准则用于确定聚类类别数目k，具体地，可通过最小化类内样本方差和最大化类间样本差向量的一范数确定k，公式表示为：

其中，x_s,i是第s类内的第i个特征向量，Ns是s类内样本的数量，

是s类内特征向量平均值。

进一步地，还可根据历史数据构建时序预测模型，以进行短期负荷预测。

在本实施例中，所述时序预测模型具体为LSTM网络。通过使用历史数据构建和训练LSTM网络后，可在系统运行时，将实时运行的用户负荷和储能设备状态输入到训练完成的LSTM网络模型中进行短期负荷预测，得到短期负荷预测结果。

具体地，储能设备状态是指综合能源系统中储能设备的当前储能状态，所述储能设备包括中低温储热罐31和高温储热罐32。

进一步地，基于σ－近邻方法，使用短期负荷预测结果对长期负荷预测进行修正。

可以理解的是，短期负荷预测数据与长期负荷预测数据间往往存在差异，当短期负荷数据与长期负荷数据的差值的绝对值大于一定比例σ时，则使用按比例自适应补偿方法，利用短期负荷数据对长期负荷数据进行修正，并将修正后的负荷数据作为当前的预测负荷。

以下将通过一个具体实施例介绍上述运行控制方法的具体执行过程。

综合能源系统开始运行后，获取用户具体的负荷需求，并输入到系统中。系统首先按照根据计算得到的初始预测负荷求解预先构建的运行控制模型，得到系统的预测运行策略；所述策略包括系统各设备的运行功率、各管路的换水量和水温以及各储热罐的水位和水温。

需要说明的是，当系统开始运行时，还需进行运行控制模型初始化，初始化参数包括：氢燃料电池24额定功率、中低温储热罐31的容量以及温度和水位的上下限、高温储热罐32的容量以及温度和水位的上下限、光伏板21装机容量、电解槽22额定功率、电热锅炉33额定功率、储氢罐23容量、地源热泵36额定功率和能量转换效率、太阳能集热器35额定功率、吸收式制冷机额定功率和能量转换效率。

完成模型的参数初始化后，本实施例提供一种可控量松弛迭代求解算法求解所述模型，从而得到系统的运行策略。

具体地，系统根据所得到的运行策略进行负反馈控制和运行，所述负反馈控制是指当系统实际运行中的设备功率、管路流量、管路水温等与运行策略中对应的功率、流量或水温等不同时，根据运行策略与实际运行情况的偏差，通过流量控制阀、水泵、设备开关及氢气截止阀等控制设备34进行负反馈控制，使得实际运行情况与运行策略的偏差尽可能小。

当系统接收到新的实时负荷需求时，若判断当前的运行策略不满足当前的用户实际负荷，则利用实时负荷数据更新预测负荷，并基于实时负荷在运行控制模型中的输出结果，重新生成新的运行策略。

若满足，则继续按照当前的运行策略运行系统，直至系统达到运行时间后停止运行。

在本实施例中，所述运行控制模型的输出结果用于确保在满足用户负荷需求的前提下，尽可能降低运行成本和燃料消耗。因此，模型的目标函数设置为：

其中，λ^h、

λ^sol分别表示购氢价格、第i时刻的买电价格和卖电价格；

分别表示第d天第i时刻的买氢量、买电量和卖电量。其中，氢的交易单位为kg，电量的单位为kWh。

需要说明的是，买氢并不能发生在每一时刻，故本实施例设定系统每日购买一次氢。

具体地，运行控制模型的约束条件设置为能量平衡约束和设备物理约束。

其中，能量平衡约束是指能源系统所供应的能量与能源系统所消耗的能量守恒，具体包括电需求平衡约束、中低温需求热平衡约束、高温需求热平衡约束和冷需求平衡约束。

电需求平衡约束可表示为

其中，

分别表示第d天第i时刻系统的买电量、光伏板21产电量、氢燃料电池24产电量、电解槽22耗电量、地源热泵36耗电量和能源站电负荷。

中低温需求热平衡约束可表示为

其中，

分别表示第d天第i时刻氢燃料电池24产热量、地源热泵36产热量、太阳能集热器35产热量、中低温储热罐31输出或吸收的热量、高温储热罐32传入中低温储热罐31的热量以及能源站的中低温热负荷。

高温需求热平衡约束可表示为

其中，k^eb表示电热锅炉33的能量转换效率，

分别表示第d天第i时刻吸收式制冷机的消耗热量和能源站高温热负荷。

冷需求平衡约束可表示为

其中，

分别表示第d天第i时刻吸收式制冷机的制冷量和能源站冷负荷。

运行控制模型约束条件中的设备物理约束具体为系统中设备能量传递和能量转换过程的数学描述，主要包括储氢罐约束和储热罐约束。

具体地，

表示储氢罐23长时间尺度的日间约束，

表示储氢罐23短时间尺度的日内约束。

其中，

分别表示第d天第i时刻储氢罐23的储氢量、购氢量、电解槽22的制氢量以及氢燃料电池24的耗氢量。

在本实施例中，中低温储热罐31的约束方程表示为：

其中，c表示比热容。

分别表示第i时刻中低温储热罐31的储水量，以及中低温储热罐31与氢燃料电池24回路换水量、与地源热泵36回路换水量、与太阳能集热器35回路换水量、能源站回水与补水水量、输送到需求侧的水量、高温储热罐32流向中低温储热罐31的水量以及中低温储热罐31流向高温储热罐32回路的水量。

则分别表示第i时刻中低温储热罐31水温、与氢燃料电池24换水回路水温、与地源热泵36换水回路水温、与太阳能集热器35回路换水水温、需求侧回水温度和高温储热罐32水温。

可以理解的是，上述中低温储热罐31的约束方程中的变量m具体指代流量，变量τ则指代温度。为了解决现有开源求解器无法求解含温度-流量双线性约束规划问题的难点，本发明实施例所提供的可控量松弛迭代求解算法的执行过程如下所述。

具体地，将所述当前周期的实时负荷输入至运行控制模型；对原始的运行控制模型进行重整变换，再基于温度及流量双线性约束的上下界，对所述运行控制模型进行迭代求解，以得到最优解。

在每轮迭代求解过程中：对所述运行控制模型的约束条件进行线性松弛，求解线性松弛后的所述运行控制模型，得到当前迭代轮的松弛解。

判断当前迭代轮的松弛解是否满足所述松弛前的约束条件；若是，设置所述松弛解为最优解并输出；若否，利用当前迭代轮的松弛解对所述温度和所述流量的上下界进行更新。

基于更新后的所述温度及所述流量的上下界，对所述运行控制模型进行下一迭代轮的迭代求解。

需要说明的是，上述求解过程中，首先对原模型进行重整变换，即：将温度、流量的乘积定义为重整变量H，重整后，双线性约束只存在重整变量H的约束中。

进一步地，根据模型中温度和流量的上下限约束对模型进行化简，并对温度和流量的双线性约束进行线性松弛。

具体地，将原模型中的m·τ统一化简为H，表示为

则原中低温储热罐31的约束变为：

根据原问题中流量温度两个变量的上下界约束，现将H松弛为如下线性约束：

m_L≤m≤m_H

τ_L≤τ≤τ_H

H≥m_Lτ+mτ_L-m_Lτ_L

H≥m_Hτ+mτ_H-m_Hτ_H

H≤m_Hτ+mτ_L-m_Hτ_L

H≤mτ_H+m_Lτ-m_Lτ_H

松弛后的线性模型可以快速求解。

具体地，对松弛后的线性模型进行快速求解的方法为：加入一组人工变量，构造具有标准基的新线性规划问题；其中，人工变量指的是原问题中没有，但为了方便求解而添加的数学变量。

求解新的线性规划问题时，使用模型中的m,τ,H作为新的基变量替换新增人工变量，使用H－优先法则和单纯形法进行线性模型求解。

H－优先法则具体为：当m,τ,H检验数相同时，优先将H作为新的基变量进行入基操作。相比于其余变量的约束，H的约束更容易找到最优解。

由于求得的最优解未必在原问题可行域中，所以需要验证解的可行性。具体地，将求解结果回代到原双线性约束中，如果满足约束则直接输出为双线性模型最优解；如不满足，则根据不可行解进行可控量自适应边界缩减，更新模型可控量的上下界，并判断迭代终止条件。

具体地，更新松弛模型目标函数的下界，即：新模型的目标函数值应大于等于当前函数。进一步地，自适应更新可控量边界条件，更新温度和流量参数的上下界。

如果当前变量的边界缩减比例已经很大，则设置较小的更新比例；若当前变量边界缩减比例较小，则使用较大的更新比例进行边界缩减。具体的缩减方法如下所示：

m_k,L≤m_k≤m_k,H

τ_k,L≤τ_k≤τ_k,H

m_k+1,H＝min(m_k,H,m_k+1+e·max(m_k,H-m_k+1,m_k+1-m_k,L))

m_k+1,L＝max(m_k,L,m_k+1-e·max(m_k,H-m_k+1,m_k+1-m_k,L))

τ_k+1,H＝min(τ_k,H,τ_k+1+e·max(τ_k,H-τ_k+1,τ_k+1-τ_k,L))

τ_k+1,L＝max(τ_k,L,τ_k+1-e·max(τ_k,H-τ_k+1,τ_k+1-τ_k,L))

其中，e表示自适应缩减系数，m_k,L,m_k,H,m_k表示流量在第k次迭代时流量的下界、上界以及求解结果。τ_k,L,τ_k,H,τ_k表示在第k次迭代时温度的下界、上界以及求解结果。更新后的边界被用于下一次模型的松弛和求解。

如果更新后边界差距很小，并且满足终止条件，则将不可行解沿上一次更新路径反向搜索至可行。其中，更新路径指最后一次的解和上一次可行解之间的直线，沿着该直线从最后一次的解开始反向搜索至可行，并输出该可行解。

需要说明的是，模型最终输出的可行解结果具体包括：每一时刻氢燃料电池24的运行功率、耗氢量和产热量；每一时刻光伏板21的产电功率；每一时刻电解槽22的工作功率和制氢量；每一时刻太阳能集热器35的集热功率；每一时刻储氢罐23的容量、储氢量和用氢量；每一时刻电热锅炉33工作功率；每一时刻中低温储热罐31的水温和水位、中低温储热罐31与氢燃料电池24间的换水量和换水水温、中低温储热罐31与高温储热罐32间的换水量和换水水温、中低温储热罐31与地源热泵36的换水量与换水水温、中低温储热罐31与太阳能集热器35的换水量与换水水温、中低温储热罐31供给能源站的水温和水量以及中低温储热罐31补水的水温和水量；每一时刻高温储热罐32的水温和水位，高温储热罐32与中低温储热罐31间的换水量和换水水温，高温储热罐32与电热锅炉33间的换水量和换水水温，高温储热罐32与吸收式制冷机间的换水量和换水水温，高温储热罐32与电热锅炉33循环加热的热水量和加热后的水温；每一时刻吸收式制冷机工作功率。

上述本实施例提供的综合能源系统的运行控制方法同时考虑了温度、流量双变量对系统优化控制的约束，并对二者进行高效求解，有效提高了综合能源系统的运行效率，降低燃料消耗；另一方面，相比于传统控制方法中的定温变容或定容变温约束，上述运行控制方法能够更真实地描述系统运行的物理过程，并提供更多运行优化空间。

第三方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述任一个实施例所述的运行控制方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可监听存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种综合能源系统，其特征在于，包括：控制中心，以及分别与所述控制中心连接的供电子系统、供热子系统和供冷子系统；

所述供热子系统包括通过管路顺次连接的中低温储热罐、高温储热罐以及电热锅炉；其中，

所述高温储热罐用于与所述中低温储热罐进行热交换；所述电热锅炉用于与所述高温储热罐进行循环换热；

所述供热子系统还包括：

地源热泵和太阳能集热器；

所述地源热泵和所述太阳能集热器分别与所述中低温储热罐管路连接，用于为所述中低温储热罐提供热量；

所述供电子系统具体包括：

依次连接的光伏板、电解槽、储氢罐以及氢燃料电池；其中，

所述储氢罐与所述氢燃料电池之间设置有与所述控制中心通信连接的氢气截止阀；

所述氢燃料电池与所述供热子系统中的中低温储热罐连接；

所述控制中心用于根据每一周期所接收到的实时负荷和预设运行控制模型确定系统的运行策略，并根据所述运行策略对所述供电子系统、所述供热子系统和所述供冷子系统进行周期性控制；

其中，所述控制中心用于根据每一周期所接收到的实时负荷和预设运行控制模型确定系统的运行策略，并根据所述运行策略对所述供电子系统、所述供热子系统和所述供冷子系统进行周期性控制，具体包括：

根据每一周期所接收到的实时负荷和预设运行控制模型，确定系统的运行策略；

基于所述运行策略，对所述供电子系统、所述供热子系统和所述供冷子系统进行周期性控制；在每一周期中：

判断当前周期的实时负荷与预测负荷的差值是否超过预设阈值；

若是，根据所述当前周期的实时负荷更新所述预测负荷；同时，

基于所述当前周期的实时负荷求解所述运行控制模型，得到当前周期的运行策略；

根据当前周期的所述运行策略控制所述供电子系统、所述供热子系统和所述供冷子系统运行；

若否，根据上一周期的运行策略控制所述供电子系统、所述供热子系统和所述供冷子系统运行；

其中，所述基于所述当前周期的实时负荷求解所述运行控制模型，具体为：

将所述当前周期的实时负荷输入至所述运行控制模型；

基于温度和流量的上下界，对所述运行控制模型进行迭代求解，以得到最优解；在每轮迭代求解过程中：

对所述运行控制模型的约束条件进行线性松弛，求解线性松弛后的所述运行控制模型，得到当前迭代轮的松弛解；

判断当前迭代轮的松弛解是否满足松弛前的约束条件；

若是，设置当前迭代轮的松弛解为最优解并输出；

若否，利用当前迭代轮的松弛解对所述温度和所述流量的上下界进行更新；

基于更新后的所述温度及所述流量的上下界，对所述运行控制模型进行下一迭代轮的迭代求解。

2.根据权利要求1所述的综合能源系统，其特征在于，所述管路设置有与所述控制中心通信连接的控制设备；

所述控制设备包括水泵和流量控制阀。

3.一种综合能源系统的运行控制方法，应用于如权利要求1至2任一项所述的综合能源系统，其特征在于，所述方法包括：

根据每一周期所接收到的实时负荷和预设运行控制模型，确定综合能源系统的运行策略；

基于所述运行策略，对所述综合能源系统进行周期性控制；在每一周期中：

判断当前周期的实时负荷与预测负荷的差值是否超过预设阈值；

若是，根据所述当前周期的实时负荷更新所述预测负荷；同时，

基于所述当前周期的实时负荷求解所述运行控制模型，得到当前周期的运行策略；

根据当前周期的所述运行策略控制所述综合能源系统运行；

若否，根据上一周期的运行策略控制所述综合能源系统运行；

其中，所述基于所述当前周期的实时负荷求解所述运行控制模型，具体为：

将所述当前周期的实时负荷输入至所述运行控制模型；

基于温度和流量的上下界，对所述运行控制模型进行迭代求解，以得到最优解；在每轮迭代求解过程中：

对所述运行控制模型的约束条件进行线性松弛，求解线性松弛后的所述运行控制模型，得到当前迭代轮的松弛解；

判断当前迭代轮的松弛解是否满足松弛前的约束条件；

若是，设置当前迭代轮的松弛解为最优解并输出；

若否，利用当前迭代轮的松弛解对所述温度和所述流量的上下界进行更新；

基于更新后的所述温度及所述流量的上下界，对所述运行控制模型进行下一迭代轮的迭代求解。

4.根据权利要求3所述的运行控制方法，其特征在于，

所述运行控制模型的目标函数为最小化综合能源系统的运行成本；

所述运行控制模型的约束条件包括能量平衡约束和设备物理约束，用于对所述综合能源系统的温度和流量进行双线性约束。

5.根据权利要求4所述的运行控制方法，其特征在于，

所述能量平衡约束包括电需求平衡约束、热需求平衡约束以及冷需求平衡约束；

所述设备物理约束包括储氢设备约束和储热设备约束。

6.根据权利要求3所述的运行控制方法，其特征在于，所述求解线性松弛后的所述运行控制模型，具体为:

在松弛后的所述运行控制模型中新增一组人工变量，构建线性规划问题；

判断松弛前的所述温度、所述流量及所述温度与所述流量的乘积的检验数是否相同；

若是，将所述温度与所述流量的乘积设置为基变量，进行入基操作。

7.根据权利要求3所述的运行控制方法，其特征在于，所述根据所述当前周期的实时负荷更新所述预测负荷，具体为：

将所述当前周期的实时负荷输入至预先构建的聚类模型中，得到长期负荷预测结果；所述聚类模型中的聚类类别通过最小类内二范数和最大类间一范数准则确定；同时，

将所述当前周期的实时负荷输入至预先构建的时序预测模型中，得到短期负荷预测结果；

利用所述短期负荷预测结果对所述长期负荷预测结果进行修正，得到所述预测负荷。

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