1.本发明涉及一种考虑动态潮流的综合能源系统评价方法，该方法是基于电气热系统动态网络潮流及能源转换模型通过对综合能源系统优化调度分析系统能流关系及能源耦合情况并从可靠性、经济性、能耗水平和环保水平针对综合能源系统进行综合评估的评价方法，属于综合能源系统评估分析技术领域。
背景技术：2.构建更为清洁低碳、安全高效的能源体系是当前能源行业的主要挑战之一，综合能源系统作为能源领域变革的重要方向，是当下研究和关注的焦点，它是电、气、热等各类能源统一规划、统一调度的综合性能源系统，对于推动能源结构转型，推进我国能源革命具有重要意义。
3.氢能是一种高热值，污染低的清洁能源，能够与不同形式的能源进行耦合互补，对于系统能效水平的提升具有重要意义。目前针对氢能在综合能源系统中应用的研究，包括电制氢、燃料电池、氢转天然气等设备的模型建立和相关设备在综合能源系统中的运行优化调度、规划设计等方面，对电-热-气-氢综合能源系统的综合评估研究还较为有限，且电热气系统传输的时间尺度不同，建立考虑系统动态潮流的综合能源系统模型能更精确的描述系统能流关系，因此，建立考虑电热气系统动态潮流的综合能源系统模型并评估，分析系统能流关系及薄弱环节具有一定的研究意义。
技术实现要素：4.为解决技术中的不足，本技术提供一种考虑动态潮流的综合能源系统评价方法，基于电气热系统动态网络潮流及能源转换模型通过对综合能源系统优化调度分析系统能流关系及能源耦合情况，并从可靠性、经济性、能耗水平和环保水平针对综合能源系统进行综合评估并确定系统薄弱环节。
5.为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
6.一种考虑动态潮流的综合能源系统评价方法，所述方法包括如下步骤：
7.步骤1：分析综合能源系统供能结构并建立能源转换单元模型；
8.步骤2：采用粒子群算法基于电气热系统动态网络潮流对综合能源系统进行优化调度；
9.步骤3：基于可靠性、经济性、能耗水平和环保水平选取合适的指标建立评估指标体系；
10.步骤4：对采用改进层次分析-最优最劣法所得主观权重和熵权法所得客观权重进行综合赋权，确定指标权重；
11.步骤5：采用改进topsis方法对综合能源系统进行综合评价并建立障碍度模型确定系统薄弱环节；
12.上述一种考虑动态潮流的综合能源系统评价方法，所述方法按照以下步骤进行：
13.(1)分析综合能源系统涵盖的能源类型和内部能量转换设备及耦合关系，确定综合能源系统供能结构，其中，系统中的主要供能设备包括氢燃料电池，电解槽，甲烷反应器，热电联供机组，燃气锅炉，电锅炉和储能单元，电解槽是实现电能转化为氢能的重要耦合元件，是系统中氢能的主要来源，氢燃料电池和热电联供机组是系统中电负荷的主要供应源，甲烷反应器是实现氢能转化为天然气的重要元件，热电联产机组和电锅炉是系统热负荷的主要供应源，主要储能设备为储能电站，能够根据负荷波动稳定系统出力，满足系统安全稳定运行；
14.(2)在既定负荷下，基于电网、气网、热网传输的不同时间尺度建立电气热系统动态网络潮流模型，以系统输入能量最小为目标函数，以电气热系统动态网络潮流为约束条件，对综合能源系统进行优化调度，分析系统能流关系和能源耦合情况；
15.(3)从可靠性、经济性、能耗水平和环保水平四个方面选取10个指标建立指标体系，具体包括：n-1通过率、电压合格率、设备利用率、能源经济成本、建设运维成本、单位投资收益、能源利用率、一次能源节约率、co2减排率和热电联产机组供能占比；
16.(4)采用主客观权重结合的方法计算指标权重并综合赋权，基于改进层次分析-最优最劣法计算主观权重，基于熵权法计算客观权重；
17.具体步骤为：
18.1)采用改进层次分析-最优最劣法计算主观权重
19.a.以综合能源系统综合水平为目标层，以可靠性、经济性、能耗水平和环保水平为一级指标层，以n-1通过率、电压合格率、设备利用率、能源经济成本、建设运维成本、单位投资收益、能源利用率、一次能源节约率、co2减排率、热电联产机组供能占比为二级指标层，建立指标体系的层次分析结构模型；
20.b.收集专家根据1-9比例标度理论对指标体系构造的两两判断矩阵a；
[0021][0022]
其中，n表示指标数目，a
ij
表示指标i与指标j相比的重要程度，当i＝j时，a
ij
＝1；当i≠j时，a
ij
＝1/a
ij
；
[0023]
c.对判断矩阵进行一致性检验，一致性比率cr计算公式为：
[0024][0025][0026]
其中，ci为判断矩阵的一致性指标，λ
max
为判断矩阵的最大特征值，ri为平均随机一致性指标，随指标数目n而变化；若未通过一致性检验，需进行集中程度检验，将偏差较大的专家意见淘汰或重新判定后再检验，直到通过；
[0027]
d.对专家意见进行集中程度检验，根据绝对离差度对集中程度较差的专家意见进行淘汰或重新判定；
[0028]
计算指标排序秩r
yz
，指标排序秩是各专家意见中各指标相对目标的重要程度以按
自然数的形式进行表示的不重复的排列，专家意见集中程度用秩和方差s判断；
[0029][0030][0031][0032]
其中，rj为秩和，即m位专家对指标z的排序秩之和；rm为秩和平均值；
[0033]
若各专家的意见相同，则秩和方差最大且为定值，用肯德尔和谐系数w表示专家集中程度，w越接近1，则专家意见的集中程度越好；
[0034][0035][0036]
采用皮尔逊χ2准则对集中程度进行检验，检验统计量为
[0037]
χ2＝m(n-1)w
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0038]
上式服从自由度为n-1的χ2分布，若置信水平为β，在弃真概率α(α＝1-β)下，满足χ2＞χ
α2
(df)，则认为专家意见在α上显著一致，若不一致则计算绝对离差度ey，按从大到小顺序淘汰专家意见。
[0039][0040][0041]
其中，ez为综合排序秩，表明专家综合意见：
[0042]
e.根据通过集中程度检验的专家意见计算基于层次分析法的主观权重：
[0043][0044]
f.分析基于层次分析法所得主观权重，确定最优指标xb和最劣指标xw，根据集中程度最高的专家意见形成的两两判断矩阵比较最优指标xb与各指标间的相对重要程度，得到相对最优指标的比较向量ab＝{a
b1
，a
b2
…abn
}；以及各指标与最劣指标间的相对重要程度，得到相对最劣指标的比较向量aw＝{a
w1
，a
w2
…awn
}，其中，向量元素采用1-9的比例尺度表示；
[0045]
g.计算最优最劣法主观权重
[0046]
假设指标集x＝{x1，x2…
xn}中各指标权重分别为ω1，ω2…
ωn，其中，最优指标xb权重为ωb，最劣指标xw权重为ωw，对于任一指标u的权重ωu，应满足：
[0047]
[0048]
根据式(13)以及指标权重和为1且非负的约束，建立数学规划式：
[0049][0050]
求解可得指标主观权重ωu，u＝1，2
…
n；
[0051]
h.根据层次分析法和最优最劣法所得权重计算最终主观权重；
[0052]
ωg＝εωc+(1-ε)ωuꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0053]
其中，ε为采用层次分析法所求权重占主观权重的比例；
[0054]
2)采用熵权法计算客观权重
[0055]
指标数据构成矩阵x
t
×
n’，其中，t为总方案个数，n为需求权重的指标个数，对数据进行归一化处理以消除不同量纲影响，归一化后的矩阵记为xm×n：
[0056][0057]
计算指标信息熵及权重，分别用h1×n和ω1×n表示：
[0058][0059][0060]
3)通过线性加权方法根据主客观权重进行综合赋权计算指标最终权重，计算方法为：
[0061]
ω＝υωg+(1-υ)ωkꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0062]
其中，v为主观权重在最终权重中所占比例。
[0063]
(5)采用改进topsis方法对综合能源系统进行综合评价并建立障碍度模型确定系统薄弱环节。
[0064]
本技术所达到的有益效果：
[0065]
本文通过分析综合能源系统内部能源耦合关系确定系统供能结构，基于电气热系统动态网络潮流以既定负荷下输入能源最小为目标函数进行综合能源系统优化调度，确定系统能流关系，从可靠性、经济性、能耗水平和环保水平四个方面建立了包含电压合格率、能源利用率、co2减排率等10个指标的指标体系，并基于采用改进层次分析-最优最劣法所得主观权重和熵权法所得客观权重对指标综合赋权，采用改进topsis综合评价法对系统进行评估并建立障碍度模型确定综合能源系统薄弱环节，能从不同维度分析系统发展水平与改进方向，引导合理的工程设计建设。
[0066]
1.本发明基于电气热系统传输过程中的不同时间尺度提出了一种以既定负荷下系统输入能量最小为目标函数，以电气热系统动态网络潮流为约束条件的综合能源系统规划调度模型，可通过对系统优化调度求解系统内部能流关系和能源耦合情况；
[0067]
2.本发明对采用改进层次分析-最优最劣法所得主观权重和熵权法所得客观权重
对指标综合赋权，采用改进topsis综合评价法进行系统评估并建立障碍度模型确定系统薄弱环节，采用主客观相结合的权重确定方法，使综合能源系统的综合评价结果更可信，通过确定薄弱环节能够明确系统当前发展情况及改进方向。
附图说明
[0068]
图1是本发明一种考虑动态潮流的综合能源系统评价方法的流程图；
[0069]
图2是本发明综合能源系统供能结构；
[0070]
图3是本发明综合评价指标体系；
具体实施方式
[0071]
下面结合附图对本技术作进一步描述。
[0072]
如图1所示，本发明的一种考虑动态潮流的综合能源系统评价方法，包括以下步骤：
[0073]
步骤1：分析综合能源系统的供能结构，包括涵盖的能源类型及各种能源形式之间的转换设备，综合能源系统主要供能设备包括氢燃料电池，电解槽，甲烷反应器，热电联供机组，燃气锅炉，电锅炉和储能单元，其中，电解槽是电能转化为氢能的重要耦合元件，热电联产机组供应系统电热负荷，氢燃料电池、电锅炉分别是系统中电热负荷的主要供应源，甲烷反应器是氢能转化为天然气的重要元件，主要储能设备为储能电站，能够根据负荷波动稳定系统出力，满足系统安全稳定运行，系统供能结构如图2所示；
[0074]
能源转换单元模型具体包括：
[0075]
(1)电解槽
[0076]
电解槽是综合能源系统中重要的产氢单元，能将电能转换为氢能，且电解过程环保无污染，电解槽产氢效率和输出氢能可表示为
[0077][0078]
其中，p
e.etz
为电解槽的耗电量，v
h.etz
为电解槽氢气输出速率，η
etz
为电解槽产氢效率，hhv 为氢气的较高热值；
[0079]
(2)燃料电池
[0080]
燃料电池可实现氢能与电能间的耦合，是系统电负荷的重要供能来源；
[0081]
p
e.hfc
＝η
hfc
×vh.hfc
×
hhv
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(21)
[0082]
其中，p
e.hfc
为燃料电池发电量，v
h.hfc
为氢气输入速率，η
hfc
为燃料电池发电效率；
[0083]
(3)甲烷反应器
[0084]
甲烷反应器可实现氢气甲烷化，并将产生的天然气注入天然气网络转换为其他能源供应电热负荷，是氢制甲烷的重要设备；
[0085]vg.mr
＝η
mrvh.mr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)
[0086]
其中，v
g.mr
、v
h.mr
分别为甲烷反应器的甲烷生成速率和氢气消耗速率，η
mr
为甲烷反应器的氢气转化效率；
[0087]
(4)热电联产机组
[0088]
热电联产机组包括燃气轮机和余热锅炉，余热锅炉通过对燃气轮机的发电余热进
行回收可实现能量的梯级利用，热电比为热电联供机组的重要指标，为热电联产机组实际输出热功率和电功率的比值；
[0089]
p
e.chp
＝ξv
g.chp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(23)
[0090]qh.chp
＝γη
hr
p
e.chp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(24)
[0091]
其中，p
e.chp
、q
h.chp
分别为热电联产机组的输出电、热功率，v
g.chp
为热电联产机组消耗天然气的速率，ζ为天然气转化系数效率，γ为热电比，η
hr
为余热锅炉效率；
[0092]
(5)电锅炉
[0093]
电锅炉能够通过电阻或电磁感应将锅炉内的水或有机载体加热到一定温度和压力后，向外输出热能，控制灵活，维护方便，安装便捷，常用于热网中以满足热负荷的需求；
[0094]qh.eb
＝η
eb
p
e.eb
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(25)
[0095]
其中，q
h.eb
、p
e.eb
分别为电锅炉输出热功率和消耗电功率，η
eb
为电锅炉转换效率；
[0096]
(6)燃气锅炉
[0097]
燃气锅炉是综合能源系统热负荷的主要来源；
[0098]qh.gb
＝κη
gbqgvg.gb
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(26)
[0099]
其中，q
h.gb
为燃气锅炉输出热功率，v
g.gb
为燃气锅炉消耗天然气速率，η
gb
为燃气锅炉的供热效率，qg为天然气热值，取36mj/m3，κ为kj折算为kwh的等效系数；
[0100]
步骤2：基于电网、气网、热网传输的不同时间尺度建立电气热动态网络潮流模型，采用粒子群算法根据综合能源系统供能结构和系统内能源耦合关系对综合能源系统进行优化调度，在既定负荷下，以综合能源系统输入能量最少为目标函数，以电气热系统动态网络潮流及系统模型为约束条件，求解系统运行的能量流动关系和能源耦合情况；
[0101]
具体步骤为：
[0102]
(1)目标函数
[0103]
在既定负荷下，以综合能源系统所需电能和天然气的输入总能量最小为优化目标，构造目标函数为：
[0104]
min f＝qe+qgꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(27)
[0105]
其中
[0106][0107][0108]
其中，qe、qg分别为综合能源系统输入的电能和天然气能量；
[0109]
(2)约束条件
[0110]
1)电力系统潮流约束
[0111][0112][0113][0114]
[0115][0116]
χ
i，ch
+χ
i，dis
≤1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(35)
[0117][0118][0119][0120]
其中，l为支路，i、j为线路的起点和终点，p
l
、q
l
为线路1上的有功和无功功率，p
i，in
、q
i，in
为节点i的注入有功和无功功率，r
l
、x
l
为线路l上的电阻和电抗，i
l
和ui为线路l电流和节点i的电压；p
i，grid
、q
i，grid
为节点i变电站向配电网输送的有功和无功功率；p
i.ch
、p
i，dis
为节点 i的储能电站的充放电有功功率；q
i，ch
、q
i，dis
为节点i储能电站的充放电无功功率；p
i，load
、q
i，load
为节点i的有功无功负荷；p
i.chp
、p
i，etz
、p
i，hfc
、p
i，eb
为节点i热电联产机组、电解槽、燃料电池、电锅炉流入流出的有功功率；u
min
、u
max
为节点电压最小最大值；i
max
为线路电流最大值；χ
i，ch
、χ
i，dis
为储能电站在节点i处的充电和放电标志位，若储能电站处于充电状态则χ
i，ch
＝1，否则为0；p
i，ch，max
、p
i，dis，max
为储能电站最大充放电有功功率；q
i，ch，max
、q
i，dis，max
为储能电站最大充放电无功功率；e
i，t
为t时段储能电站在节点i处电量，为储能电站充放能效率， e
i，min
、e
i，max
为节点i储能电站电量最小最大值；
[0121]
2)天然气网络动态潮流约束
[0122]
由于天然气在管道中的传输速度小于电能，因此需针对天然气管网的时间特性建立约束，包括动量方程、物质平衡方程、状态方程；
[0123][0124][0125]
pa＝c2ρ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(41)
[0126]
其中，a
m，n
、l
m，n
、d
m，n
为观测点m与n间的管道截面积、长度和直径；m
m，t
为t时刻m观测节点质量流量；p
m，t
为t时刻第m个观测节点压强；λ为管道摩擦系数；θ
m，n
为流速；δt为时间步长；ρ
m，t
为t时刻第m个观测节点气体密度；c为音速；pa为气体压强；
[0127]
3)热网动态潮流约束
[0128]
热网传输能量的载体是热水，比天然气网络的传输速度更慢，时间常数更大，由于热水沿着较长的管道运输过程中会由于热损失和首端节点温度变化导致温度下降，因此，热网动态潮流模型可分为：描述供热管道中热量损失和温度变化的方程；供水、回水管道中水流热功率和水温的变化关系；热功率平衡方程和管道水温上下限约束；
[0129][0130][0131][0132][0133][0134][0135][0136][0137]
其中，t
k，t0
为管道k在t时刻的外界环境温度；t
k，ts，in
和t
k，ts，out
分别为供水管道k进水端和出水端在t时刻的水温，t
k，tr，in
和t
k，tr，out
分别为回水管道k进水端和出水端在t时刻的水温，μ
p，k
表示热损失因子，δk为引入的辅助变量，ρw为水的密度，rk为供热管道半径，δτk为水流经过管道k的时间，q
k，tin
和q
k，tout
分别表示管道k在t
k，tr，in
和t
k，ts，out
温度下的水流热功率，cw为水的比热容，gk为管道k中水流质量，t
min
和t
max
分别为回水管道的水温上下限，h
k，tload
为节点κ在t时刻的热负荷功率；
[0138]
4)能量转换设备约束
[0139]
p
i.min
≤pi≤p
i.max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(50)
[0140]
式中，pi、p
i，min
、p
i.max
为节点i的能量转换设备的功率及其下限和上限；
[0141]
步骤3：从可靠性、经济性、能耗水平和环保水平四个反面选取10个指标建立指标体系，指标体系如图3所示，具体包括：
[0142]
(1)可靠性
[0143]
1)n-1通过率
[0144]
n-1通过率为综合能源系统正常运行方式下某一元件发生故障或跳闸后，系统能够顺利调整负荷供应路线，不会造成其他设备过负荷跳闸或系统供能质量不符合用户要求等而影响用户用能体验，体现了综合能源系统内部能量传输的安全可靠性和供能灵活性，反映了元件发生故障时系统维持安全稳定运行的能力；
[0145][0146]
其中，n
n-1
、n分别为满足n-1的设备元件数、总设备元件数；
[0147]
2)电压合格率
[0148]
电压合格率指评估时间内综合能源系统运行时，系统线路电压处于合格范围时间占总时间的百分比，用于反映系统运行时的电能质量，是评估系统供能质量的重要标准；
[0149][0150]
其中，tu、t分别为评估时间内线路电压合格时间、评估总时间；
[0151]
3)设备利用率
[0152]
设备利用率指评估时间内热电联产设备、燃料电池、电锅炉等主要设备实际工作
时间占计划时间的比例，用于反映综合能源系统的规划和管理水平；
[0153][0154]
其中，n、t0为设备总数量、计划工作时间；tk为第k个设备实际工作时长；
[0155]
(2)经济性
[0156]
1)能源经济成本
[0157]
能源经济成本为评估时间内输出单位能源所需输入能源的经济成本，反映了该综合能源系统能源利用的经济水平；
[0158][0159]
其中，cg、ce分别为天然气和电能的单位成本，e
gi
、e
ei
为系统输入的天然气、电能；e
go
、 e
eo
为系统热电负荷；
[0160]
2)建设运维成本
[0161]
建设运维成本包括建设投资成本和运行维护成本；
[0162][0163]
其中，z为初始投资建设，ck为设备k的单位运行维修费用，p
k，dt
为设备k第d天第t个时段的实际运行功率；
[0164]
3)单位投资收益
[0165]
单位投资收益指每单位投资所获得的收益；
[0166][0167]
其中，b
t
为寿命期内的每年收入；
[0168]
(3)能耗水平
[0169]
1)能源利用率
[0170]
能源利用率指综合能源系统输出能量与输入的能源消耗的比值，反映综合能源系统对能源的利用水平。输入电能、天然气均折算为一次能源煤，折算标准参照综合能耗计算通则；
[0171][0172]
其中，q
eo
、q
ho
分别为系统输出电量、热量；q
ei
、q
gi
分别为从主网输入的电量、天然气；k
p
为标准煤的低位发热量；cg、ce为天然气、电能折合成标准煤的系数；
[0173]
2)一次能源节约率
[0174]
一次能源节约率指综合能源系统相比传统变电站供能模式所节约的一次能源消耗比例，反映综合能源系统的能效提高水平；
[0175][0176]
其中，ηe、ηh分别为发电端输送到用户的一般效率和燃气锅炉的热效率；
[0177]
(4)环保水平
[0178]
1)co2减排率
[0179]
co2减排率为综合能源系统的年co2减排量与传统单一变电站供能方式的年co2排放量之比，假设由传统单一变电站供能时，所有电能均由煤产生；
[0180][0181]
其中，分别为传统单一变电站供能和综合能源系统供能的co2年排放量；
[0182]
2)热电联产机组供能占比
[0183]
综合能源系统热电联产机组使用清洁能源天然气作为输入能源，运行过程中在生产电能的同时能将大量热能废气再次利用，能够提高清洁能源利用率，减少环境污染；
[0184][0185]
其中，p
chp
、p
max
分别为热电联产机组的装机容量、最大电负荷；
[0186]
步骤4：采用主客观权重相结合的方法计算指标权重并综合赋权，基于改进的层次分析
‑ꢀ
最优最劣法计算主观权重，熵权法计算客观权重；
[0187]
具体步骤为：
[0188]
(1)采用改进层次分析-最优最劣法计算主观权重
[0189]
1)以综合能源系统综合水平为目标层，以可靠性、经济性、能耗水平和环保水平为一级指标层，以n-1通过率、电压合格率、设备利用率、能源经济成本、建设运维成本、单位投资收益、能源利用率、一次能源节约率、co2减排率、热电联产机组供能占比为二级指标层，建立指标体系的层次分析结构模型；
[0190]
2)收集专家根据1-9比例标度理论对指标体系构造的两两判断矩阵a；
[0191][0192]
3)对判断矩阵进行一致性检验，一致性比率cr计算公式为：
[0193][0194][0195]
其中，ci为判断矩阵的一致性指标，λ
max
为判断矩阵的最大特征值，ri为平均随机一致性指标，随指标数目n而变化；若未通过一致性检验，需进行集中程度检验，将偏差较大
的专家意见淘汰或重新判定后再检验，直到通过；
[0196]
4)对专家意见进行集中程度检验，根据绝对离差度对集中程度较差的专家意见进行淘汰或重新判定；
[0197]
计算指标排序秩r
yz
，专家意见集中程度用秩和方差s判断；
[0198][0199][0200][0201]
若各专家的意见相同，则秩和方差最大且为定值，用肯德尔和谐系数w表示专家集中程度，w越接近1，则专家意见的集中程度越好；
[0202][0203][0204]
采用皮尔逊χ2准则对集中程度进行检验，检验统计量为
[0205]
χ2＝m(n-1)w
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(69)
[0206]
上式服从自由度为n-1的χ2分布，若置信水平为β，在弃真概率α(α＝1-β)下，满足χ2＞χ
α2
(df)，则认为专家意见在α上显著一致，若不一致则计算绝对离差度ey，按从大到小顺序淘汰专家意见。
[0207][0208][0209]
5)根据通过集中程度检验的专家意见计算基于层次分析法的主观权重：
[0210][0211]
6)分析基于层次分析法所得主观权重，确定最优指标xb和最劣指标xw，根据集中程度最高的专家意见形成的两两判断矩阵比较最优指标xb与各指标间的相对重要程度，得到相对最优指标的比较向量ab＝{a
b1
，a
b2
…abn
}；以及各指标与最劣指标间的相对重要程度，得到相对最劣指标的比较向量aw＝{a
w1
，a
w2
…awn
}，其中，向量元素采用1-9的比例尺度表示；
[0212]
7)计算最优最劣法主观权重
[0213]
假设指标集x＝{x1，x2…
xn}中各指标权重分别为ω1，ω2…
ωn，其中，最优指标xb权重为ωb，最劣指标xw权重为ωw，对于任一指标u的权重ωu，应满足：
[0214][0215]
根据式(73)以及指标权重和为1且非负的约束，建立数学规划式：
[0216][0217]
求解可得指标主观权重ωu，u＝1，2
…
n；
[0218]
8)根据层次分析法和最优最劣法所得权重计算最终主观权重；
[0219]
ωg＝εωc+(1-ε)ωuꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(75)
[0220]
(2)采用熵权法计算客观权重
[0221]
指标数据构成矩阵x
t
×
n’，其中，t为总方案个数，n为需求权重的指标个数，对数据进行归一化处理以消除不同量纲影响，归一化后的矩阵记为xm×n：
[0222][0223]
计算指标信息熵及权重，分别用h1×n和ω1×n表示：
[0224][0225][0226]
(3)通过线性加权方法根据主客观权重进行综合赋权计算指标最终权重，计算方法为：
[0227]
ω＝υωg+(1-υ)ωkꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(79)
[0228]
步骤5：采用改进topsis方法对综合能源系统进行综合评价并建立障碍度模型确定系统薄弱环节；
[0229]
具体步骤为：
[0230]
(1)采用改进topsis评价法对综合能源系统进行评估
[0231]
1)按效益型和成本型指标对数据进行标准化处理，形成标准化矩阵x；
[0232]
2)根据指标权重形成权重系数矩阵w’＝diag(ω1，ω2，
…
，ωn)，与标准化矩阵相乘，得到价值矩阵v，即v＝x
×
w’；
[0233]
3)确定最优和最差方案，即正理想解s
+
＝(s
1+
，s
2+
…sn+
)，负理想解s-＝(s
1-，s
2-…sn-)；
[0234]
4)分别计算第i个评估对象到正理想解s
+
的欧式距离d
i+
和负理想解s-的加权欧式距离 d
i-；
[0235]
[0236][0237]
5)各评估对象的评分值fi为
[0238][0239]
(2)建立障碍度模型，确定综合能源系统的薄弱部分
[0240]
基于因子贡献度ij、指标偏离度zj及障碍度gj3个指数衡量各评价指标对综合能源系统水平的影响程度，根据影响程度大小确定评估对象最薄弱的指标；障碍度模型为
[0241][0242]
ij＝1-x
ij
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(84)
[0243]gj
越大，则针对此指标的改善对于综合能源系统水平的提高程度越高，可以此判断综合能源系统的薄弱部分并进行改进。
[0244]
整体的评估结果用于综合能源系统综合评价，以电气热动态网络潮流为基础建立综合能源系统优化调度模型，通过优化调度结果确定综合能源系统内部能流关系及能源耦合情况，从可靠性、经济性、能耗水平和环保水平对综合能源系统进行评估，并建立障碍度模型确定系统薄弱环节，分析其发展水平与改进方向，引导合理的工程设计建设。
[0245]
以某综合能源系统不同规划方案为例，按照以上计算流程，首先建立综合能源系统优化调度模型，对采用改进层次分析-最优最劣法所得主观权重和采用熵权法所得客观权重进行综合赋权求解指标权重，采用topsis综合评价法对不同方案进行评估并建立障碍度模型分析其薄弱环节，经过对求解结果分析可知，当综合能源配置储能电站和光伏电站时，各站间配合较为灵活，系统综合评分较高；不配置储能电站的规划方案虽然能够提高系统经济性水平，但其可靠性却相比其他方案有明显下降；对于未配置光伏电站的规划方案，虽然减少了光伏电站的建设投资和运维成本，但也拉低了系统环保水平，实例结果与理论较为吻合，并能通过上述流程评价综合能源系统水平，分析其薄弱环节，确定综合能源系统下一步改进方向。
[0246]
1.本发明基于电气热系统传输过程中的不同时间尺度提出了一种以既定负荷下系统输入能量最小为目标函数，以电气热系统动态网络潮流为约束条件的综合能源系统规划调度模型，可通过对系统优化调度求解系统内部能流关系和能源耦合情况；
[0247]
2.本发明从可靠性、经济性、能耗水平和环保水平四个方面建立综合能源系统评价模型，对采用改进层次分析-最优最劣法所得主观权重和熵权法所得客观权重对指标综合赋权，采用改进topsis综合评价法进行系统评估并建立障碍度模型确定系统薄弱环节，采用主客观相结合的权重确定方法，使综合能源系统的综合评价结果更可信，通过确定薄弱环节明确综合能源系统当前发展情况及改进方向。
[0248]
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明和描述，但是本领域技术人员应该理解，以上所述为本发明的优选实施例，详细的说明只是为了帮助作者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种考虑动态潮流的综合能源系统评价方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤1：分析综合能源系统供能结构并建立能源转换单元模型；步骤2：采用粒子群算法基于电气热系统动态网络潮流对综合能源系统进行优化调度；步骤3：基于可靠性、经济性、能耗水平和环保水平选取合适的指标建立评估指标体系；步骤4：对采用改进层次分析-最优最劣法所得主观权重和熵权法所得客观权重进行综合赋权，确定指标权重；步骤5：采用改进topsis方法对综合能源系统进行综合评价并建立障碍度模型确定系统薄弱环节。2.根据权利要求1所述的一种考虑动态潮流的综合能源系统评价方法，其特征在于：步骤3中，从可靠性、经济性、能耗水平和环保水平四个方面选取10个指标建立指标体系，具体包括：n-1通过率、电压合格率、设备利用率、能源经济成本、建设运维成本、单位投资收益、能源利用率、一次能源节约率、co2减排率和热电联产机组供能占比。3.根据权利要求1所述的一种考虑动态潮流的综合能源系统评价方法，其特征在于：步骤4中，指标权重由主客观权重综合赋权得到，其中，主观权重采用改进层次分析-最优最劣法求解，客观权重采用熵权法求解；具体步骤为：(1)采用改进层次分析-最优最劣法计算主观权重1)以综合能源系统综合水平为目标层，以可靠性、经济性、能耗水平和环保水平为一级指标层，以n-1通过率、电压合格率、设备利用率、能源经济成本、建设运维成本、单位投资收益、能源利用率、一次能源节约率、co2减排率、热电联产机组供能占比为二级指标层，建立指标体系的层次分析结构模型；2)收集专家根据1-9比例标度理论对指标体系构造的两两判断矩阵a；其中，n表示指标数目，a
ij
表示指标i与指标j相比的重要程度，当i＝j时，a
ij
＝1；当i≠j时，a
ij
＝1/a
ij
；3)对判断矩阵进行一致性检验，一致性比率cr计算公式为：3)对判断矩阵进行一致性检验，一致性比率cr计算公式为：其中，ci为判断矩阵的一致性指标，λ
max
为判断矩阵的最大特征值，ri为平均随机一致性指标，随指标数目n而变化；若未通过一致性检验，需进行集中程度检验，将偏差较大的专家意见淘汰或重新判定后再检验，直到通过；4)对专家意见进行集中程度检验，根据绝对离差度对集中程度较差的专家意见进行淘汰或重新判定；
计算指标排序秩r
yz
，指标排序秩是各专家意见中各指标相对目标的重要程度以按自然数的形式进行表示的不重复的排列，专家意见集中程度用秩和方差s判断；数的形式进行表示的不重复的排列，专家意见集中程度用秩和方差s判断；数的形式进行表示的不重复的排列，专家意见集中程度用秩和方差s判断；其中，r
j
为秩和，即m位专家对指标z的排序秩之和；rm为秩和平均值；若各专家的意见相同，则秩和方差最大且为定值，用肯德尔和谐系数w表示专家集中程度，w越接近1，则专家意见的集中程度越好；度，w越接近1，则专家意见的集中程度越好；采用皮尔逊χ2准则对集中程度进行检验，检验统计量为χ2＝m(n-1)w
ꢀꢀꢀꢀ
(9)上式服从自由度为n-1的χ2分布，若置信水平为β，在弃真概率α(α＝1-β)下，满足χ2＞χ
α2
(df)，则认为专家意见在α上显著一致，若不一致则计算绝对离差度e
y
，按从大到小顺序淘汰专家意见。汰专家意见。其中，e
z
为综合排序秩，表明专家综合意见：5)根据通过集中程度检验的专家意见计算基于层次分析法的主观权重：6)分析基于层次分析法所得主观权重，确定最优指标x
b
和最劣指标x
w
，根据集中程度最高的专家意见形成的两两判断矩阵比较最优指标x
b
与各指标的相对重要程度，得到相对最优指标的比较向量a
b
＝{a
b1
，a
b2
…
a
bn
}；及各指标与最劣指标间的相对重要程度，得到相对最劣指标的比较向量a
w
＝{a
w1
，a
w2
…
a
wn
}，其中，向量元素采用1-9的比例尺度表示；7)计算最优最劣法主观权重假设指标集x＝{x1，x2…
x
n
}中各指标权重分别为ω1，ω2…
ω
n
，其中，最优指标x
b
权重为ω
b
，最劣指标x
w
权重为ω
w
，对于任一指标u的权重ω
u
，应满足：
根据式(37)以及指标权重和为1且非负的约束，建立数学规划式：求解可得指标主观权重ω
u
，u＝1，2
…
n；8)根据层次分析法和最优最劣法所得权重计算最终主观权重；ω
g
＝εω
c
+(1-ε)ω
u
ꢀꢀꢀꢀ
(15)其中，ε为采用层次分析法所求权重占主观权重的比例；(2)采用熵权法计算客观权重指标数据构成矩阵x
t
×
n’，其中，t为总方案个数，n为需求权重的指标个数，对数据进行归一化处理以消除不同量纲影响，归一化后的矩阵记为x
m
×
n
，计算指标信息熵及权重，分别用h1×
n
和ω1×
n
表示：表示：表示：(3)通过线性加权方法根据主客观权重进行综合赋权计算指标最终权重，计算方法为：ω＝υω
g
+(1-υ)ω
k
ꢀꢀꢀꢀ
(19)其中，v为主观权重在最终权重中所占比例。
技术总结本发明涉及一种考虑动态潮流的综合能源系统评价方法，属于综合能源系统评估分析技术领域。包括分析综合能源系统供能结构并建立能源转换单元模型；基于电网、气网、热网传输的不同时间尺度建立电气热系统动态网络潮流模型，采用粒子群算法基于电气热系统动态网络潮流对综合能源系统进行优化调度并分析其能流关系；基于可靠性、经济性、能耗水平和环保水平建立评估指标体系；对采用改进层次分析-最优最劣法所得主观权重和采用熵权法所得客观权重综合赋权，确定指标权重；采用Topsis综合评价方法对综合能源系统进行评价并建立障碍度模型分析其薄弱环节。本发明能从不同维度分析系统发展水平与改进方向，引导合理的工程设计建设。设。
技术研发人员：梁海峰 刘子嫣
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：2022.07.20
技术公布日：2022/11/1
