一种综合能源系统运行方法及系统

技术领域

本发明涉及能源技术领域，尤其涉及一种综合能源系统低碳运行方法及系统。

背景技术

能源是人类社会生产与生活的基础，对国家发展的具有重要意义。随着社会经济迅速发展，能源需求不断增加，能源供需矛盾日益突出。为实现“碳中和”的目标，多能耦合、协同供应的综合能源系统(integrated energy system，IES)已成为提高用能效率、缓解能源供需矛盾、促进低碳化的关键技术方向，是未来能源领域变革的重要发展趋势之一。氢能具有热值高、无污染、可再生、长周期储存和远距离运输等能源特点，是一种清洁低碳、转化形式多样的二次能源，已在交通、热力等部分领域得到初步应用。氢能在综合能源系统中的应用，可推动综合能源系统高效用能、低碳运行，对于提高能源利用灵活性、实现“碳中和”目标具有重要意义。

目前针对综合能源系统低碳优化调度的研究，在建模过程中多忽略能源设备效率随负载率变化的特征的能效特性，通常假定所分析综合能源系统中关键能源设备的能源效率为常数。

由于上述建模方法并未涉及多设备的精细化效率建模对系统优化运行影响的研究，从而导致综合能源系统的低碳优化调度方案不合理。

发明内容

针对现有技术存在效率建模不精细导致调度方案不合理的缺陷，本发明实施例提供一种综合能源系统运行方法及系统。

本发明提供一种综合能源系统运行方法，包括：

S1，在综合能源系统的任一调度周期内，获取综合能源系统中各能源设备的设备参数总集，以及在预设时长所采集的多能负荷数据；在设备参数总集中确定出第一设备参数集、第二设备参数集和第三设备参数集；

S2，根据第一设备参数集，构建氢能综合利用模型；

S3，根据第二设备参数集，构建能源设备动态效率模型；

S4，根据调度周期、第三设备参数集、多能负荷数据、氢能综合利用模型和能源设备动态效率模型，构建低碳优化模型；

S5，基于低碳优化模型，获取综合能源系统的最优运行方案。

根据本发明提供的一种综合能源系统运行方法，第一设备参数集包括以下参数中的至少一项：电解制氢装置额定输出功率、电解制氢装置产氢效率函数、储氢罐设备额定充能效率、储氢罐设备额定放能效率、甲烷发生器天然气转换效率；

氢能综合利用模型包括：电解制氢子模型、氢储能子模型、氢转换天然气子模型；

电解制氢子模型是基于电解制氢装置额定输出功率和电解制氢装置产氢效率函数构建的；

氢储能子模型是基于储氢罐设备额定充能效率和储氢罐设备额定放能效率构建的；

氢转换天然气子模型是基于天然气低位热值和甲烷发生器天然气转换效率构建的。

根据本发明提供的一种综合能源系统运行方法，第二设备参数集包括以下参数中的至少一项：燃气轮机额定功率值、燃气轮机发电效率函数、燃气轮机产热效率、燃气锅炉产热效率函数、燃气锅炉额定功率、电制冷机组制冷能效比函数、电制冷机组额定功率、电热泵机组制热能效比函数和电热泵机组额定功率；

能源设备动态效率模型包括：燃气轮机动态效率子模型、燃气锅炉动态效率子模型、电制冷机组动态效率子模型和电热泵机组动态效率子模型；

燃气轮机动态效率子模型是基于天然气低位热值、燃气轮机额定功率值、燃气轮机发电效率函数和燃气轮机产热效率构建的；

燃气锅炉动态效率子模型是基于燃气锅炉产热效率函数和燃气锅炉额定功率构建的；

电制冷机组动态效率子模型是基于电制冷机组制冷能效比函数和电制冷机组额定功率构建的；

电热泵机组动态效率子模型是基于电热泵机组制热能效比函数和电热泵机组额定功率构建的。

根据本发明提供的一种综合能源系统运行方法，第三设备参数包括以下参数中的至少一项：综合能源系统能流转换效率函数、储能设备实时充能转换效率和储能设备放能转换效率；

在构建低碳优化模型之前，还包括：

获取综合能源系统的供用能结构、购电电价、天然气价和系统碳排放参数；

根据第三设备参数集、多能负荷数据，并结合供用能结构和能源设备动态效率模型，构建用能关系模型；

用能关系模型包括：能流转换子模型和能流耦合平衡子模型；

能流转换子模型是基于多能负荷数据中的综合能源系统能源输出功率，结合供用能结构和综合能源系统能流转换效率函数构建的；

能流耦合平衡子模型是基于氢转换天然气子模型、燃气轮机动态效率子模型、电制冷机组动态效率子模型、电热泵机组动态效率子模型，以及储能设备实时充能转换效率和储能设备放能转换效率构建的。

根据本发明提供的一种综合能源系统运行方法，构建低碳优化模型，包括：

根据用能关系模型，并结合调度周期、第三设备参数集、氢能综合利用模型和能源设备动态效率模型，构建低碳优化模型；

低碳优化模型包括优化目标函数和优化约束条件；

优化目标函数包括运行费用函数、碳交易费用函数、能源利用效率函数；

优化约束条件包括功率平衡约束函数、设备出力约束函数。

根据本发明提供的一种综合能源系统运行方法，第三设备参数集，还包括以下参数中的至少一项：设备种类信息、设备运行维护成本信息、碳排放计算系数、设备出力功率阈值、设备爬坡率，储能设备最大充放能功率和储能设备储能量阈值；

运行费用函数是基于调度周期、设备种类信息和设备运行维护成本信息，以及购电电价、天然气价构建的；

碳交易费用函数是基于碳排放计算系数，以及系统碳排放参数，结合能流转换子模型、燃气轮机动态效率子模型、燃气锅炉动态效率子模型、氢转换天然气模型构建的；

能源利用效率函数是基于能流转换子模型、氢储能子模型、能流耦合平衡子模型构建的；

功率平衡约束函数是基于能流耦合平衡子模型构建的；

设备出力约束函数是基于设备出力功率阈值、设备爬坡率、储能设备最大充放能功率和储能设备储能量阈值构建的。

根据本发明提供的一种综合能源系统运行方法，基于低碳优化模型，获取综合能源系统的最优运行方案，包括：

通过线性加权法，根据多目标的低碳优化模型生成单目标优化模型，获取综合能源系统的最优运行方案；最优运行方案满足约束条件和优化目标函数。

本发明还提供一种综合能源系统运行系统，包括：

获取单元，用于在综合能源系统的任一调度周期内，获取综合能源系统中各能源设备的设备参数总集，以及在预设时长所采集的多能负荷数据；在设备参数总集中确定出第一设备参数集、第二设备参数集和第三设备参数集；

第一建模单元，用于根据第一设备参数集，构建氢能综合利用模型；

第二建模单元，用于根据第二设备参数集，构建能源设备动态效率模型；

第三建模单元，用于根据调度周期、第三设备参数集、多能负荷数据、氢能综合利用模型和能源设备动态效率模型，构建低碳优化模型；

方案获取单元，用于基于低碳优化模型，获取综合能源系统的最优运行方案。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如上述任一种综合能源系统运行方法的步骤。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种综合能源系统运行方法的步骤。

本发明提供的综合能源系统运行方法及系统，通过考虑氢能在综合能源系统中的利用，加强了氢能与电、热、气等不同能流形式之间的耦合互补关系，可大幅度降低综合能源系统碳排放水平，提高系统能效利用水平。同时，通过能源设备动态效率模型，精确实时反映综合能源系统设备运行状态，可充分反映能源设备不同工况下对综合能源系统的低碳优化运行的影响，提高低碳运行方案科学性、合理性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的综合能源系统运行方法的流程示意图之一；

图2是本发明提供的综合能源系统供能结构示意图；

图3是本发明提供的综合能源系统运行方法的流程示意图之二；

图4是本发明提供的一个调度周期内综合能源系统负荷的示意图；

图5是本发明提供的在调度周期内综合能源系统低碳调度优化结果示意图之一；

图6是本发明提供的在调度周期内综合能源系统低碳调度优化结果示意图之二；

图7是本发明提供的综合能源系统运行系统的结构示意图；

图8是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明实施例的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了减少综合能源系统碳排放水平、提高用能经济性与能效水平，亟需研究一种考虑氢能综合利用与设备动态效率的综合能源系统低碳运行方法，对于指导综合能源系统相关设备的科学调度管理及综合能源低碳优化运行工作具有借鉴意义。

有鉴于此，本发明提供一种综合能源系统运行方法和系统。

下面结合图1-图8描述本发明实施例所提供的综合能源系统运行方法和系统。

图1是本发明提供的综合能源系统运行方法的流程示意图之一，如图1所示，包括但不限于以下步骤：

S1，在综合能源系统的任一调度周期内，获取综合能源系统中各能源设备的设备参数总集，以及在预设时长所采集的多能负荷数据；在设备参数总集中确定出第一设备参数集、第二设备参数集和第三设备参数集；

S2，根据第一设备参数集，构建氢能综合利用模型；

S3，根据第二设备参数集，构建能源设备动态效率模型；

S4，根据调度周期、第三设备参数集、多能负荷数据、氢能综合利用模型和能源设备动态效率模型，构建低碳优化模型；

S5，基于低碳优化模型，获取综合能源系统的最优运行方案。

图2是本发明提供的综合能源系统供能结构示意图，作为一种可选的实施例，如图2所示，综合能源系统中的能源设备至少包括其中一项：电解制氢设备、氢储能设备、甲烷发生器、燃气轮机、燃气锅炉、电热泵机组、电储能设备、热储能设备、电制冷机组、冷储能设备等。

综合能源系统中的能源设备可以分为氢能相关设备和非氢能相关设备。

其中，氢能相关设备可以包括：电解制氢设备、氢储能设备和甲烷发生器等；非氢能相关设备可以包括：燃气轮机、燃气锅炉、电热泵机组、电储能设备、热储能设备、电制冷机组、冷储能设备等。

进一步地，氢能相关设备还可以包括氢燃料电池，非氢能相关设备还可以包括电锅炉。

能源形式可以包括：电能、气能、冷能、氢能和热能等形式的能源。

综合能源系统的能流可以包括：电力流、燃气流、冷能流、氢能流和热能流。

设备参数包括但不限于：电解制氢装置额定输出功率、电解制氢装置产氢效率函数、储氢罐设备额定充能效率、储氢罐设备额定放能效率、甲烷发生器天然气转换效率，燃气轮机额定功率值、燃气轮机发电效率函数、燃气轮机产热效率、燃气锅炉产热效率函数、燃气锅炉额定功率、电制冷机组制冷能效比函数、电制冷机组额定功率、电热泵机组制热能效比函数和电热泵机组额定功率，综合能源系统能流转换效率函数、储能设备实时充能转换效率和储能设备放能转换效、设备种类信息、设备运行维护成本信息、碳排放计算系数、设备出力功率阈值、设备爬坡率，储能设备最大充放能功率和储能设备储能量阈值。

综合能源系统能流转换效率函数主要包括：综合能源系统中的电-电转换效率函数、气-电转换效率函数、电-热转换效率函数、气-热转换效率函数、电-冷转换效率函数、气-冷转换效率函数、电-氢转换效率函数、气-氢转换效率函数。

设备运行维护成本信息具体为设备的单位功率运行维护成本。

碳排放计算系数主要包括：煤电碳排放计算系数、燃气轮机碳排放计算系数和燃气锅炉碳排放计算系数。

设备出力功率阈值主要包括：燃气轮机发电出力最小值、燃气轮机发电出力最大值、燃气锅炉发电出力最小值和燃气锅炉发电出力最大值。

设备爬坡率主要包括：燃气轮机上爬坡率、燃气轮机下爬坡率、燃气锅炉上爬坡率和燃气锅炉下爬坡率。

储能设备储能量阈值主要包括：储能设备最大储能量和储能设备最小储能量。

其中，储能设备可以包括电储能设备、冷储能设备、热储能设备和氢储能设备。

电储能设备可以包括蓄电池；冷储能设备可以包括冰蓄冷；热储能设备可以包括储热罐；氢储能设备可以包括储氢罐。

首先，在步骤S1中，在综合能源系统的任一调度周期内，获取综合能源系统中各能源设备的设备参数总集，以及在预设时长所采集的多能负荷数据；在设备参数总集中确定出第一设备参数集、第二设备参数集和第三设备参数集。

在综合能源系统的调度周期内可以设置预设时长，以在多个时间点采集多能负荷数据，预设时长根据实际需求设置，可以为均匀的时间段，也可以为不均匀的时间段。本实施例中调度周期设置为24小时，预设时长设置为2小时。

多能负荷数据为综合能源系统中各种能源形式的负荷数据，可以包括在预设时长综合能源系统输出的电能、热能、冷能、氢能功率。

其中，第一设备参数集可以包括以下参数中的至少一项：电解制氢装置额定输出功率、电解制氢装置产氢效率函数、储氢罐设备额定充能效率、储氢罐设备额定放能效率、甲烷发生器天然气转换效率。

第二设备参数集可以包括以下参数中的至少一项：燃气轮机额定功率值、燃气轮机发电效率函数、燃气轮机产热效率、燃气锅炉产热效率函数、燃气锅炉额定功率、电制冷机组制冷能效比函数、电制冷机组额定功率、电热泵机组制热能效比函数和电热泵机组额定功率。

第三设备参数集可以包括以下参数中的至少一项：综合能源系统能流转换效率函数、储能设备实时充能转换效率和储能设备放能转换效、设备种类信息、设备运行维护成本信息、碳排放计算系数、设备出力功率阈值、设备爬坡率，储能设备最大充放能功率和储能设备储能量阈值。

进一步地，在步骤S2中，考虑氢能综合利用，确定氢能流互动关系，根据第一设备参数集，对氢能相关设备，如电解制氢设备、氢储能设备和甲烷发生器，构建氢能综合利用模型。

其中，氢能流互动关系可以包括氢能相关设备中的氢能和其他能源的转换关系、氢能流入量和氢能流出量。

进一步地，在步骤S3中，根据第二设备参数集，对部分非氢能相关设备，如燃气轮机、燃气锅炉、电制冷机组和电热泵机组，构建能源设备动态效率模型。

进一步地，在步骤S4中，根据调度周期、第三设备参数集、多能负荷数据，结合综合能源系统的供用能结构，以及氢能综合利用模型和能源设备动态效率模型，构建低碳优化模型。

进一步地，在步骤S5中，基于低碳优化模型，获取综合能源系统的最优运行方案。最优运行方案为在维持整个综合能源系统正常运行的前提下，运行费用最小、碳交易费用最小且能源利用效率最高的方案。

本发明提供的综合能源系统运行方法，通过考虑氢能在综合能源系统中的利用，加强了氢能与电、热、气等不同能流形式之间的耦合互补关系，可大幅度降低综合能源系统碳排放水平，提高系统能效利用水平。同时，通过能源设备动态效率模型，精确实时反映综合能源系统设备运行状态，可充分反映能源设备不同工况下对综合能源系统的低碳优化运行的影响，提高低碳运行方案科学性、合理性。

基于上述实施例，作为一个可选的实施例，第一设备参数集包括以下参数中的至少一项：电解制氢装置额定输出功率、电解制氢装置产氢效率函数、储氢罐设备额定充能效率、储氢罐设备额定放能效率、甲烷发生器天然气转换效率；

氢能综合利用模型主要包括：电解制氢子模型、氢储能子模型、氢转换天然气子模型；

电解制氢子模型是基于电解制氢装置额定输出功率和电解制氢装置产氢效率函数构建的；

氢储能子模型是基于储氢罐设备额定充能效率和储氢罐设备额定放能效率构建的；

氢转换天然气子模型是基于天然气低位热值和甲烷发生器天然气转换效率构建的。

作为一个可选的实施例，在综合能源系统运行过程中，电制氢装置是利用富余电量电解水，生产氢气与氧气。为了准确描述电制氢装置在运行过程中氢能利用环节主要能源转换关系，需要对电制氢装置构建电制氢装置子模型，具体如下：

P

其中，P

在将电解制氢过程中产生的部分氢能加压存储在氢储能设备的过程中，在需要时供给氢燃料电池。为了准确描述氢储能设备在运行过程中的能量关系，需要对氢储能设备构建氢储能子模型，具体如下：

其中，E

氢能通过甲烷发生器产生甲烷，注入天然气管网，供给天然气负荷。为了准确描述甲烷发生器在运行过程中的能量转换关系，需要对对甲烷发生器构建氢转换天然气子模型，具体如下：

P

其中，P

本发明提供的综合能源系统运行方法，通过考虑氢能在综合能源系统中的利用，加强了氢能与电、热、气等不同能流形式之间的耦合互补关系，可大幅度降低综合能源系统碳排放水平，提高系统能效利用水平。同时，通过能源设备动态效率模型，精确实时反映综合能源系统设备运行状态，可充分反映能源设备不同工况下对综合能源系统的低碳优化运行的影响，提高低碳运行方案科学性、合理性。

基于上述实施例，作为一个可选的实施例，第二设备参数集包括以下参数中的至少一项：燃气轮机额定功率值、燃气轮机发电效率函数、燃气轮机产热效率、燃气锅炉产热效率函数、燃气锅炉额定功率、电制冷机组制冷能效比函数、电制冷机组额定功率、电热泵机组制热能效比函数和电热泵机组额定功率；

能源设备动态效率模型包括：燃气轮机动态效率子模型、燃气锅炉动态效率子模型、电制冷机组动态效率子模型和电热泵机组动态效率子模型；

燃气轮机动态效率子模型是基于天然气低位热值、燃气轮机额定功率值、燃气轮机发电效率函数和燃气轮机产热效率构建的；

燃气锅炉动态效率子模型是基于燃气锅炉产热效率函数和燃气锅炉额定功率构建的；

电制冷机组动态效率子模型是基于电制冷机组制冷能效比函数和电制冷机组额定功率构建的；

电热泵机组动态效率子模型是基于电热泵机组制热能效比函数和电热泵机组额定功率构建的。

作为一个可选的实施例，在综合能源系统运行过程中，燃气轮机通过消耗天然气产生热能和电能，作为综合能源系统的部分热负荷和部分电负荷输出，或存储在热储能设备和电储能设备中。为了准确描述燃气轮机在运行个过程中的能量转换关系，需要对燃气轮机构建燃气轮机动态效率子模型，具体如下：

P

M

其中，P

天然气能通过燃气锅炉产生热能，作为综合能源系统的部分热负荷输出，或存储在热储能设备中。为了准确描述燃气锅炉在运行个过程中的能量转换关系，需要对燃气锅炉构建燃气锅炉动态效率子模型，具体如下：

H

M

其中，χ

电能通过电制冷机组产生冷能，作为综合能源系统的部分冷负荷输出，或存储在冷储能设备中。为了准确描述电制冷机组在运行个过程中的能量转换关系，需要对电制冷机组构建电制冷机组动态效率子模型，具体如下：

H

其中，χ

电能通过电热泵机组产生冷能，作为综合能源系统的部分热负荷输出，或存储在热储能设备中。为了准确描述电热泵机组在运行个过程中的能量转换关系，需要对电热泵机组构建电热泵机组动态效率子模型，具体如下：

H

其中，χ

本发明提供的综合能源系统运行方法，通过考虑氢能在综合能源系统中的利用，加强了氢能与电、热、气等不同能流形式之间的耦合互补关系，可大幅度降低综合能源系统碳排放水平，提高系统能效利用水平。同时，通过能源设备动态效率模型，精确实时反映综合能源系统设备运行状态，可充分反映能源设备不同工况下对综合能源系统的低碳优化运行的影响，提高低碳运行方案科学性、合理性。

基于上述实施例，作为一个可选的实施例，第三设备参数包括以下参数中的至少一项：综合能源系统能流转换效率函数、储能设备实时充能转换效率和储能设备放能转换效率；

在构建低碳优化模型之前，还包括：

获取综合能源系统的供用能结构、购电电价、天然气价和系统碳排放参数；

根据第三设备参数集、多能负荷数据，并结合供用能结构和能源设备动态效率模型，构建用能关系模型；

用能关系模型包括：能流转换子模型和能流耦合平衡子模型；

能流转换子模型是基于多能负荷数据中的综合能源系统能源输出功率，结合供用能结构和综合能源系统能流转换效率函数构建的；

能流耦合平衡子模型是基于氢转换天然气子模型、燃气轮机动态效率子模型、电制冷机组动态效率子模型、电热泵机组动态效率子模型，以及储能设备实时充能转换效率和储能设备放能转换效率构建的。

系统碳排放参数包括：综合能源系统无偿碳排放量、单位额度碳排放权交易价格、碳排放量区间长度和各阶梯碳交易价格的增长幅度。

首先，根据综合能源系统的供用能结构，确定电能、氢能、热能、冷能等不同能源形式的耦合关系，以构建能流转换子模型，具体如下：

O＝C·I；

其中，O为能流输出矩阵，O

进一步的，能源转换矩阵中，能流转换效率函数c可具体表达为：

式中，χ

其次，对各综合能源系统中能流关系，构建能流耦合平衡子模型，具体如下：

其中：α

本发明提供的综合能源系统运行方法，通过考虑氢能在综合能源系统中的利用，加强了氢能与电、热、气等不同能流形式之间的耦合互补关系，可大幅度降低综合能源系统碳排放水平，提高系统能效利用水平。同时，通过能源设备动态效率模型，精确实时反映综合能源系统设备运行状态，可充分反映能源设备不同工况下对综合能源系统的低碳优化运行的影响，提高低碳运行方案科学性、合理性。

基于上述实施例，作为一个可选的实施例，构建低碳优化模型，包括：

根据用能关系模型，并结合调度周期、第三设备参数集、氢能综合利用模型和能源设备动态效率模型，构建低碳优化模型；

低碳优化模型包括优化目标函数和优化约束条件；

优化目标函数包括运行费用函数、碳交易费用函数、能源利用效率函数；

优化约束条件包括功率平衡约束函数、设备出力约束函数。

本发明提供的综合能源系统运行方法，通过考虑氢能在综合能源系统中的利用，加强了氢能与电、热、气等不同能流形式之间的耦合互补关系，可大幅度降低综合能源系统碳排放水平，提高系统能效利用水平。同时，通过能源设备动态效率模型，精确实时反映综合能源系统设备运行状态，可充分反映能源设备不同工况下对综合能源系统的低碳优化运行的影响，提高低碳运行方案科学性、合理性。

基于上述实施例，作为一个可选的实施例，第三设备参数集，还包括以下参数中的至少一项：设备种类信息、设备运行维护成本信息、碳排放计算系数、设备出力功率阈值、设备爬坡率，储能设备最大充放能功率和储能设备储能量阈值；

运行费用函数是基于调度周期、设备种类信息和设备运行维护成本信息，以及购电电价、天然气价构建的；

碳交易费用函数是基于碳排放计算系数，以及系统碳排放参数，结合能流转换子模型、燃气轮机动态效率子模型、燃气锅炉动态效率子模型、氢转换天然气模型构建的；

能源利用效率函数是基于能流转换子模型、氢储能子模型、能流耦合平衡子模型构建的；

功率平衡约束函数是基于能流耦合平衡子模型构建的；

设备出力约束函数是基于设备出力功率阈值、设备爬坡率、储能设备最大充放能功率和储能设备储能量阈值构建的。

其中，优化目标主要包括运行费用、碳交易费用、能源利用效率。

优化约束条件主要包括功率平衡约束、设备出力约束等。

作为一种可选的实施例，为了使综合能源系统运行费用Obj

其中，T为总优化运行周期数，具体为调度周期时长；m为IES中第m类设备，是设备的种类；M为IES中设备类型总数；pr

为使综合能源系统碳交易费用Obj

Obj

其中，C

其中，系统无偿碳排放量E

为使能源利用效率Obj

其中，O

为保证最优运行方案的可实施性，对综合能源系统中的设备设置了优化约束条件。

首先，对综合能源系统构建功率平衡约束函数，具体如下：

其中：α

其次，对综合能源系统中的设备构建设备出力约束函数，设备出力约束函数包括燃气轮机发电出力约束函数、燃气锅炉热力约束函数和储能设备约束函数。

(1)燃气轮机发电出力约束函数具体如下：

其中，

(2)燃气锅炉热力约束函数具体如下：

其中，

(3)储能设备约束函数具体如下：

SOC

SOC(T)＝SOC(0)；

其中，υ为引入的0或1变量，为储能设备不能同时进行充放能，υ为0时为储能设备处于放能状态，υ为1时为储能设备处于充能状态；

本发明提供的综合能源系统运行方法，通过考虑氢能在综合能源系统中的利用，加强了氢能与电、热、气等不同能流形式之间的耦合互补关系，可大幅度降低综合能源系统碳排放水平，提高系统能效利用水平。同时，通过能源设备动态效率模型，精确实时反映综合能源系统设备运行状态，可充分反映能源设备不同工况下对综合能源系统的低碳优化运行的影响，提高低碳运行方案科学性、合理性。

基于上述实施例，作为一个可选的实施例，基于低碳优化模型，获取综合能源系统的最优运行方案，包括：

通过线性加权法，根据多目标的低碳优化模型生成单目标优化模型，获取综合能源系统的最优运行方案；

最优运行方案满足约束条件和优化目标函数。

综合能源系统低碳优化模型进行寻优求解，得出满足优化目标的系统各用能设备调度周期内具体用能功率，形成最优低碳运行方案。

低碳优化模型的求解方法为通过线性加权法将多目标优化模型转化为单目标优化模型f，具体如下：

其中，Obj

通过单目标优化模型的计算，得出满足优化目标的系统各用能设备调度周期内具体用能功率，形成最优低碳运行方案。

最优低碳运行方案包括：燃气轮机、燃气锅炉、电制冷机组、电热泵机组、氢燃料电池和甲烷发生器设备的产能功率调度值和耗能功率调度值，储电设备、冰蓄冷、储热罐的储/放能功率调度值，以及综合能源系统向电网购电的功率调度值以及向气网购气的功率调度值。

本发明提供的综合能源系统运行方法，通过考虑氢能在综合能源系统中的利用，加强了氢能与电、热、气等不同能流形式之间的耦合互补关系，可大幅度降低综合能源系统碳排放水平，提高系统能效利用水平。同时，通过能源设备动态效率模型，精确实时反映综合能源系统设备运行状态，可充分反映能源设备不同工况下对综合能源系统的低碳优化运行的影响，提高低碳运行方案科学性、合理性。

图3是本发明提供的综合能源系统运行方法的流程示意图之二；作为一个可选的实施例，如图3所示，首先，在综合能源系统的任一调度周期内，采集综合能源系统中各能源设备的设备参数；其次，采集在预设时长所采集的多能负荷数据；再者，考虑氢能综合利用，确定氢能流互动关系，构建氢能综合利用模型；接下来，构建能源设备动态效率模型和用能关系模型；然后，以运行费用最小、碳交易费用最小、能源利用效率最大，构建多目标的低碳优化模型。

进一步地，采用线性加权法对多目标的低碳优化模型进行求解，在求出的解不满足约束条件的情况下，重复采用线性加权法对多目标的低碳优化模型进行求解，直至求出的解满足约束条件。

在求出的解满足约束条件的情况下，获取系统用能设备调度周期内具体用能功率、外部购能功率。

进一步地，形成最优低碳运行方案，开展低碳运行管理工作。

进一步地，可以将最优低碳运行方案运用于综合能源系统的下一运行周期，并在下一运行周期内，采集综合能源系统中各能源设备的设备参数，以及在预设时长所采集的多能负荷数据，迭代执行本方案，实现对综合能源系统低碳运行方案的动态调整。

图4是本发明提供的一个调度周期内综合能源系统负荷的示意图；多能负荷数据可以表示为如图4所示，由一个调度周期内(24小时)内，对综合能源系统输出的各能源形式的负荷数据每2小时进行一次采样，绘制而成的曲线。

图5是本发明提供的调度周期内综合能源系统低碳调度优化结果示意图之一；具体地，图5为本申请实施例提供的考虑氢能综合利用与设备动态效率模型的低碳调度优化结果曲线。在图5中，GT的曲线为燃气轮机天然气消耗量，P2H的曲线为电制氢装置的输入电功率，ES的曲线为储电设备的放能功率，EHP的曲线为电热泵机组的耗电功率，EC的曲线为电制冷机组的耗电功率。

图6是本发明提供的调度周期内综合能源系统低碳调度优化结果示意图之二；具体地，图6为传统不考虑氢能利用、设备效率采用常数的优化调度方式下低碳调度优化结果曲线。在图6中，GT的曲线为燃气轮机天然气消耗量，ES的曲线为储电设备的放能功率，EHP的曲线为电热泵机组的耗电功率，EC的曲线为电制冷机组的耗电功率。

表1为不同场景碳交易成本与系统运行成本对比结果。在图6所示的传统优化调度方式下，系统运行成本为41604.64元，碳交易费用为4732元，能源利用效率为69.85％；在图5所示的考虑氢能综合利用与设备动态效率模型的优化调度方式下，系统运行成本为34832元，碳交易费用为2174元，能源利用效率为74.72％。对比可知，考虑氢能综合利用与设备动态效率模型后，综合能源系统的运行成本与碳交易成本分别降低6772.64元、2558元，系统的能源利用效率提高10.87％。即同时考虑氢能综合利用与设备动态效率模型后的优化调度方式可大大提高能源利用效率，减少系统运行成本，有效降低系统碳排放水平。

表1不同场景运行结果对比

本发明提供的综合能源系统运行方法，通过考虑氢能在综合能源系统中的利用，加强了氢能与电、热、气等不同能流形式之间的耦合互补关系，可大幅度降低综合能源系统碳排放水平，提高系统能效利用水平。同时，通过能源设备动态效率模型，精确实时反映综合能源系统设备运行状态，可充分反映能源设备不同工况下对综合能源系统的低碳优化运行的影响，提高低碳运行方案科学性、合理性。

本发明提供一种综合能源系统运行系统，包括但不仅限于：

获取单元701，用于在综合能源系统的任一调度周期内，获取综合能源系统中各能源设备的设备参数总集，以及在预设时长所采集的多能负荷数据；在设备参数总集中确定出第一设备参数集、第二设备参数集和第三设备参数集；

第一建模单元702，用于根据第一设备参数集，构建氢能综合利用模型；

第二建模单元703，用于根据第二设备参数集，构建能源设备动态效率模型；

第三建模单元704，用于根据调度周期、第三设备参数集、多能负荷数据、氢能综合利用模型和能源设备动态效率模型，构建低碳优化模型；

方案获取单元705，用于基于低碳优化模型，获取综合能源系统的最优运行方案。

在系统运行的过程中，在综合能源系统的任一调度周期内，获取单元701获取综合能源系统中各能源设备的设备参数总集，以及在预设时长所采集的多能负荷数据；在设备参数总集中确定出第一设备参数集、第二设备参数集和第三设备参数集；第一建模单元702根据第一设备参数集，构建氢能综合利用模型；第二建模单元703根据第二设备参数集，构建能源设备动态效率模型；第三建模单元704根据调度周期、第三设备参数集、多能负荷数据、氢能综合利用模型和能源设备动态效率模型，构建低碳优化模型；方案获取单元705基于低碳优化模型，获取综合能源系统的最优运行方案。

作为一个可选的实施例，如图2所示，综合能源系统中的能源设备至少包括其中一项：电解制氢设备、氢储能设备、甲烷发生器、燃气轮机、燃气锅炉、电热泵机组、电储能设备、热储能设备、电制冷机组、冷储能设备等。

综合能源系统中的能源设备可以分为氢能相关设备和非氢能相关设备。

其中，氢能相关设备可以包括：电解制氢设备、氢储能设备和甲烷发生器等；非氢能相关设备可以包括：燃气轮机、燃气锅炉、电热泵机组、电储能设备、热储能设备、电制冷机组、冷储能设备等。

氢能相关设备还可以包括氢燃料电池，非氢能相关设备还可以包括电锅炉。

能源形式可以包括：电能、气能、冷能、氢能和热能等形式的能源。

综合能源系统的能流可以包括：电力流、燃气流、冷能流、氢能流和热能流。

电储能设备可以包括蓄电池；冷储能设备可以包括冰蓄冷；热储能设备可以包括储热罐；氢储能设备可以包括储氢罐。

能源设备参数包括但不限于：电解制氢装置额定输出功率、电解制氢装置产氢效率函数、储氢罐设备额定充能效率、储氢罐设备额定放能效率、甲烷发生器天然气转换效率，燃气轮机额定功率值、燃气轮机发电效率函数、燃气轮机产热效率、燃气锅炉产热效率函数、燃气锅炉额定功率、电制冷机组制冷能效比函数、电制冷机组额定功率、电热泵机组制热能效比函数和电热泵机组额定功率，综合能源系统能流转换效率函数、储能设备实时充能转换效率和储能设备放能转换效、设备种类信息、设备运行维护成本信息、碳排放计算系数、设备出力功率阈值、设备爬坡率，储能设备最大充放能功率和储能设备储能量阈值。

综合能源系统能流转换效率函数包括综合能源系统中电-电转换效率函数、气-电转换效率函数、电-热转换效率函数、气-热转换效率函数、电-冷转换效率函数、气-冷转换效率函数、电-氢转换效率函数、气-氢转换效率函数。

设备运行维护成本信息具体为设备的单位功率运行维护成本。

碳排放计算系数包括：煤电碳排放计算系数、燃气轮机碳排放计算系数和燃气锅炉碳排放计算系数。

设备出力功率阈值包括：燃气轮机发电出力最小值、燃气轮机发电出力最大值、燃气锅炉发电出力最小值和燃气锅炉发电出力最大值。

设备爬坡率包括：燃气轮机上爬坡率、燃气轮机下爬坡率、燃气锅炉上爬坡率和燃气锅炉下爬坡率。

储能设备储能量阈值包括：储能设备最大储能量和储能设备最小储能量。储能设备包括电储能设备、冷储能设备、热储能设备和氢储能设备。

首先，在综合能源系统的任一调度周期内，获取单元701获取综合能源系统中各能源设备的设备参数总集，以及在预设时长所采集的多能负荷数据；在设备参数总集中确定出第一设备参数集、第二设备参数集和第三设备参数集。

在综合能源系统的调度周期内可以设置预设时长，以在多个时间点采集多能负荷数据，预设时长根据实际需求设置，可以为均匀的时间段，也可以为不均匀的时间段。本实施例中调度周期为24小时，预设时长设置为2小时。

多能负荷数据为综合能源系统中各种能源形式的负荷数据，可以包括在预设时长综合能源系统输出的电能、热能、冷能、氢能功率。

其中，第一设备参数集可以包括以下参数中的至少一项：电解制氢装置额定输出功率、电解制氢装置产氢效率函数、储氢罐设备额定充能效率、储氢罐设备额定放能效率、甲烷发生器天然气转换效率。

第二设备参数集可以包括以下参数中的至少一项：燃气轮机额定功率值、燃气轮机发电效率函数、燃气轮机产热效率、燃气锅炉产热效率函数、燃气锅炉额定功率、电制冷机组制冷能效比函数、电制冷机组额定功率、电热泵机组制热能效比函数和电热泵机组额定功率。

第三设备参数集可以包括以下参数中的至少一项：综合能源系统能流转换效率函数、储能设备实时充能转换效率和储能设备放能转换效、设备种类信息、设备运行维护成本信息、碳排放计算系数、设备出力功率阈值、设备爬坡率，储能设备最大充放能功率和储能设备储能量阈值。

进一步地，考虑氢能综合利用，第一建模单元702确定氢能流互动关系，根据第一设备参数集，对氢能相关设备，如电解制氢设备、氢储能设备和甲烷发生器，构建氢能综合利用模型。

其中，氢能流互动关系可以包括氢能相关设备中的氢能和其他能源的转换关系、氢能流入量和氢能流出量。

进一步地，第二建模单元703根据第二设备参数集，对部分非氢能相关设备，如燃气轮机、燃气锅炉、电制冷机组和电热泵机组，构建能源设备动态效率模型。

进一步地，第三建模单元704根据调度周期、第三设备参数集、多能负荷数据，结合综合能源系统的供用能结构，以及氢能综合利用模型和能源设备动态效率模型，构建低碳优化模型。

进一步地，方案获取单元705基于低碳优化模型，获取综合能源系统的最优运行方案。最优运行方案为在维持整个综合能源系统正常运行的前提下，运行费用最小、碳交易费用最小且能源利用效率最高的方案。

需要说明的是，本发明实施例提供的综合能源系统运行系统，在具体执行时，可以基于上述任一实施例的综合能源系统运行方法来实现，对此本实施例不作赘述。

本发明提供的综合能源系统运行系统，通过考虑氢能在综合能源系统中的利用，加强了氢能与电、热、气等不同能流形式之间的耦合互补关系，可大幅度降低综合能源系统碳排放水平，提高系统能效利用水平。同时，通过能源设备动态效率模型，精确实时反映综合能源系统设备运行状态，可充分反映能源设备不同工况下对综合能源系统的低碳优化运行的影响，提高低碳运行方案科学性、合理性。

图8是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行综合能源系统运行方法，该方法包括：在综合能源系统的任一调度周期内，获取综合能源系统中各能源设备的设备参数总集，以及在预设时长所采集的多能负荷数据；在设备参数总集中确定出第一设备参数集、第二设备参数集和第三设备参数集；根据第一设备参数集，构建氢能综合利用模型；根据第二设备参数集，构建能源设备动态效率模型；根据调度周期、第三设备参数集、多能负荷数据、氢能综合利用模型和能源设备动态效率模型，构建低碳优化模型；基于低碳优化模型，获取综合能源系统的最优运行方案。

此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的综合能源系统运行方法，该方法包括：在综合能源系统的任一调度周期内，获取综合能源系统中各能源设备的设备参数总集，以及在预设时长所采集的多能负荷数据；在设备参数总集中确定出第一设备参数集、第二设备参数集和第三设备参数集；根据第一设备参数集，构建氢能综合利用模型；根据第二设备参数集，构建能源设备动态效率模型；根据调度周期、第三设备参数集、多能负荷数据、氢能综合利用模型和能源设备动态效率模型，构建低碳优化模型；基于低碳优化模型，获取综合能源系统的最优运行方案。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的综合能源系统运行方法，该方法包括：在综合能源系统的任一调度周期内，获取综合能源系统中各能源设备的设备参数总集，以及在预设时长所采集的多能负荷数据；在设备参数总集中确定出第一设备参数集、第二设备参数集和第三设备参数集；根据第一设备参数集，构建氢能综合利用模型；根据第二设备参数集，构建能源设备动态效率模型；根据调度周期、第三设备参数集、多能负荷数据、氢能综合利用模型和能源设备动态效率模型，构建低碳优化模型；基于低碳优化模型，获取综合能源系统的最优运行方案。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。