(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210860532.7 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 (72)发明人 孙波　张立志　张承慧　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 董雪 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 综合能源系统多时间尺度协同优化设计方 法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种综合能源系统多时间尺 度协同优化设计方法及系统， 包括： 获取综合能 源系统相关数据； 基于综合能源系统需要优化设 计的问题， 划分不同的时间尺度特征； 所述需要 优化设计的问题包括： 结构设计与设备容量配 置， 和运行策略优化； 对于每一个时间尺度， 分别 建立相对应的优化设计子模型； 考虑结构设计、 设备容量配置和运行策略之间的时间相关性和 物理耦合性， 构建各子问题间的交互机制； 为每 一个优化设计子模型分别选取求解算法， 结合所 述交互机制， 对 各个优化设计子模 型进行分层递 阶运算， 得到最优的综合能源系统设计方案。 本 发明将含有多种 时间尺度的复杂优化问题分解 为各个时间尺度上的子问题， 简化计算。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 115238991 A 2022.10.25 CN 115238991 A 1.一种综合能源系统多时间尺度协同优化设计方法， 其特 征在于， 包括： 获取综合能源系统设备类型、 沼气日产量、 热电联产发电机组的 电输出和燃气锅炉的 热输出、 热电联产发电机组的发电效率和燃气锅炉的热效率， 热电联产发电机组的额定发 电功率和余热回收效率， 电网交 互功率， 可 再生能源的输出电功率、 热负荷和冷负荷数据； 基于综合能源系统需要优化设计的问题， 划分不同的时间尺度特征； 所述需要优化设 计的问题包括： 结构设计与设备容 量配置， 和运行 策略优化； 对于每一个时间尺度， 分别建立相对应的优化设计子模型； 考虑结构设计、 设备容量配置和运行策略之间的时间相关性和物理耦合性， 构建各子 问题间的交 互机制； 为每一个优化设计子模型分别选取求解算法， 结合所述交互机制， 对各个优化设计子 模型进行分层递阶运 算， 得到最优的综合能源系统设计方案 。 2.如权利要求1所述的一种综合 能源系统多时间尺度协同优化设计方法， 其特征在于， 基于综合能源系统需要优化设计的问题， 划分不同的时间尺度特 征， 具体包括： 结构设计与设备容量配置具有年尺度 特征； 沼气分配和电负荷响应优化具有日尺度 特 征； 电热能量 流的运行优化具有 小时尺度特 征。 3.如权利要求1所述的一种综合 能源系统多时间尺度协同优化设计方法， 其特征在于， 对于结构设计与设备容量配置的年尺度特征， 以最小化系统年度总花费为 目标， 考虑各设 备最大容 量， 建立年尺度结构设计与设备容 量配置优化设计子模型。 4.如权利要求3所述的一种综合 能源系统多时间尺度协同优化设计方法， 其特征在于， 所述系统年度总花费包括： 初始投资费用、 系统维护费用和全年 运行费用。 5.如权利要求1所述的一种综合 能源系统多时间尺度协同优化设计方法， 其特征在于， 对于沼气分配和电负荷响应优化的日尺度特征， 以日运行花费最低为优化 目标， 以年尺度 特征的优化结果 为约束条件， 建立日尺度沼气分配和电负荷响应优化设计子模型。 6.如权利要求5所述的一种综合 能源系统多时间尺度协同优化设计方法， 其特征在于， 所述日尺度沼气分配和电负荷响应优化设计子模型 具体为： 其中， μBio和 μGrid分别为生物质气和电网碳排放系数； ECHP和QGB分别为热电联产发电机 组机组的电输出和燃气锅炉的热输出， d表示第d天； ηCHP,d(t)为CHP第d天的t时刻的发电效 率， ηGB为燃气锅炉的热效率； EGrid和PGrid分别为电网交互功率和电价， Cbf,d为第d天生物质原 料成本， Cct为单位碳税， bGB表示燃气锅炉是否配置， 为 二进制变量， Δt为优化时间 间隔。 7.如权利要求1所述的一种综合 能源系统多时间尺度协同优化设计方法， 其特征在于， 对于电热能量流的运行优化的小时尺度特征， 以日尺度特征 的优化结果为输入， 以能量实 时平衡和设备模型为约束， 以最小化系统碳排放为优化 目标， 建立小时尺度电热能量流的 运行优化设计子模型。 8.如权利要求7所述的一种综合 能源系统多时间尺度协同优化设计方法， 其特征在于，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115238991 A 2所述小时尺度电热能量 流的运行优化设计子模型 具体为： 其中， μBio和 μGrid分别为生物质气和电网碳排放系数； CEd(t)为第d天t时刻的碳排放量； Cct为单位碳税， ECHP,d(t)为CHP机组第d天t时刻的电输出； ηCHP,d(t)为第d天t时刻CHP的发电 效率， bGB表示燃气锅炉是否配置， 为二进制变量； QGB,d(t)为第d天t时刻燃气锅炉的热效率； ηGB为燃气锅炉的热效率， μGrid为电网碳排放系数， 为购电功率， Δt为优化 时间间 隔。 9.如权利要求1所述的一种综合 能源系统多时间尺度协同优化设计方法， 其特征在于， 考虑结构设计、 设备容量配置和运行策略之间的时间相关性和物理耦合性， 构建各子 问题 间的交互机制， 具体为： 年尺度结构设计与设备容量配置优化设计子模型、 日尺度沼气分配和电负荷响应优化 设计子模型、 小时尺度电热能量 流的运行优化设计子模型 年尺度结构设计与设备容量配置优化设计子模型优化得到的设备类型和容量是日尺 度沼气分配和电负荷响应优化设计子模型的约束 条件， 而日尺度沼气分配和电负荷响应优 化设计子模型 的优化结果用于年尺度结构设计与设备容量配置优化设计子模型目标函数 的迭代计算； 日尺度沼气分配和电负荷响应优化设计子模型优化的沼气分配和电负荷曲线是小时 尺度电热能量流的运行优化设计子模型 的输入数据， 用于计算能力平衡方程， 而小时尺度 电热能量流的运行优化设计子模型的优化结果构成了日尺度沼气分配和电负荷响应优化 设计子模型的目标值。 10.一种综合能源系统多时间尺度协同优化设计系统， 其特 征在于， 包括： 数据获取模块， 用于获取综合能源系统设备类型、 沼气日产量、 热电联产发电机组的电 输出和燃气锅炉的热输出、 热电联产发电机组的发电效率和燃气锅炉的热效率， 热电联产 发电机组的额定发电功 率和余热回收效率， 电网交互功率， 可再生能源的输出电功 率、 热负 荷和冷负荷数据； 尺度特征划分模块， 用于基于综合能源系统需要优化设计的问题， 划分不同的时间尺 度特征； 所述需要优化设计的问题包括： 结构设计与设备容 量配置， 和运行 策略优化； 优化模型构建模块， 用于对于每一个时间尺度， 分别建立相对应的优化设计子模型； 优化模型求解模块， 用于考虑结构设计、 设备容量配置和运行策略之间的时间相关性 和物理耦合性， 构建各子问题间的交互机制； 为每一个优化设计子模 型分别选取求解算法， 结合所述交互机制， 对各个优化设计子模型进行分层递阶运算， 得到最优的综合能源系统 设计方案 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115238991 A 3