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基于复杂适应理论的能源互联网分层构建方法及装置

摘要

基于复杂适应理论的能源互联网分层构建方法及装置,能够向大量用户提供服务,针对不同用户用能优化问题给出综合能源配置方案,为用户能源使用、运营的经济性,能源效率高效性提供良好的解决方法,向社会提供电能服务、需求响应及节能增值服务,直接节约了社会经济成本。方法包括:(1)资料收集;(2)层级划分:依据三层两中心的层级划分标准,结合区域功能将供能区域逐级划分为能元细胞、功能单元、运营单元、城市供给中心和需求中心;(3)现状能源分析;(4)负荷预测;(5)能源供需平衡;(6)方案制定;(7)技术及经济评价;(8)能源信息系统建设;(9)能源业务设计。

著录项

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统的技术领域,尤其涉及一种基于复杂适应理论的能 源互联网分层构建方法,以及一种基于复杂适应理论的能源互联网分层构建 装置。

背景技术

随着全球经济快速增长,不可再生能源消耗持续增加,致使传统能源的 开采和使用难以为继,能源问题已成为人类面向未来的一项复杂、相互耦合 且多维度的严峻挑战,人类或将经历一次巨大的能源变革。

国内对多能流耦合计算、能源系统规划运行有了相关研究成果,为能源 综合系统的建立进行了有益的探索。但大多数还是针对范围较小、能源组合 较为单一的小区电网和微型电网或从单一优化技术的角度进行研究,还未结 合底层需求从顶层构建城市能源互联网建设体系。针对涵盖多能流、多业务、 多能源的系统,仍有许多工作需要延展和深入。

(1)能源系统变革不仅需要顶层设计,而且需要建立逐级分解与落地的 规划架构。将复杂巨系统问题分解至若干小单元,将由上及下的规划体系与 由下及上规划思路相结合,适应未来能源系统分散化以及与信息相耦合的发 展趋势;

(2)能源互联网的发展是一个实践创新的过程,需要通过分形创新并迭 代逐步实现,需求响应、能效管理、多能转换等能源系统分形创新的过程需 要完整的体系与方法作为指导;

(3)能源互联网所具有的复杂性远远超过了任何一个现有学科的专业储 备,构成要素、连接方式都在发生深刻变化;能源系统从业者面临着一种“温 水煮青蛙”的焦虑和无力,对能源系统潜移默化的快速改变缺少有效应对方 法;对快速变化过程中涉及的主体需求和约束难以统一;

(4)城市能源系统规划方法、标准、模式与机制趋同,缺少面向能源互 联网的规划方法与体系,缺少因地制宜的规划思想,缺乏成本分担与利益分 配的共建共享机制,需要建立一套适应城市能源系统变革后统筹考虑规划、 运营、管理、服务等各环节的规划体系。

发明内容

为克服现有技术的缺陷,本发明要解决的技术问题是提供了一种基于复 杂适应理论的能源互联网分层构建方法,其能够向大量用户提供服务,针对 不同用户用能优化问题给出综合能源配置方案,为用户能源使用、运营的经 济性,能源效率高效性提供良好的解决方法,向社会提供电能服务、需求响 应及节能增值服务,直接节约了社会经济成本。

本发明的技术方案是:这种基于复杂适应理论的能源互联网分层构建方 法,其包括以下步骤:

(1)资料收集;

(2)层级划分:依据三层两中心的层级划分标准,结合区域功能将 供能区域逐级划分为能元细胞、功能单元、运营单元、城市供 给中心和需求中心;

(3)现状能源分析;

(4)负荷预测;

(5)能源供需平衡;

(6)方案制定;

(7)技术及经济评价;

(8)能源信息系统建设;

(9)能源业务设计。

本发明搭建了“三层两中心”的能源互联网规划体系,充分兼顾分布式 能源比重提升以及泛在物联网发展的必然趋势,能够向大量用户提供服务, 针对不同用户用能优化问题给出综合能源配置方案,为用户能源使用、运营 的经济性,能源效率高效性提供良好的解决方法,向社会提供电能服务、需 求响应及节能增值服务,直接节约了社会经济成本。

还提供了一种基于复杂适应理论的能源互联网分层构建装置,其包括:

收集模块,其配置来进行资料收集;

层级划分模块,其配置来依据三层两中心的层级划分标准,结合区 域功能将供能区域逐级划分为能元细胞、功能单元、运营单元、城 市供给中心和需求中心;

分析模块,其配置来进行现状能源分析;

预测模块,其配置来进行负荷预测;

平衡模块,其配置来进行能源供需平衡;

制定模块,其配置来进行方案制定;

评价模块,其配置来进行技术及经济评价;

建设模块,其配置来进行能源信息系统建设;

设计模块,其配置来进行能源业务设计。

附图说明

图1是根据本发明的基于复杂适应理论的能源互联网分层构建方法的流 程图。

图2示出了特征逻辑关系图。

图3示出了基于复杂适应理论的能源互联网分层体系图。

具体实施方式

如图1所示,这种基于复杂适应理论的能源互联网分层构建方法,其包 括以下步骤:

(1)资料收集;

(2)层级划分:依据三层两中心的层级划分标准,结合区域功能将供 能区域逐级划分为能元细胞、功能单元、运营单元、城市供给中 心和需求中心;

(3)现状能源分析;

(4)负荷预测;

(5)能源供需平衡;

(6)方案制定;

(7)技术及经济评价;

(8)能源信息系统建设;

(9)能源业务设计。

本发明搭建了“三层两中心”的能源互联网规划体系,充分兼顾分布式 能源比重提升以及泛在物联网发展的必然趋势,能够向大量用户提供服务, 针对不同用户用能优化问题给出综合能源配置方案,为用户能源使用、运营 的经济性,能源效率高效性提供良好的解决方法,向社会提供电能服务、需 求响应及节能增值服务,直接节约了社会经济成本。

优选地,所述步骤(1)中,收集规划所需的各项资料,包括:区域城市 规划报告、区域电力专项规划报告、区域热力专项规划报告、区域燃气专项 规划报告、特色小镇/园区建筑设计报告及相应图集。

优选地,所述步骤(3)中,城市能源现状分析包括对城市供给侧能源资 源条件、需求侧资源条件、能源结构、能源供需现状、能源发展裕度、能源 效率、信息化建设程度、综合能源服务相关政策、综合能源服务商业模式、 能源管理水平方面进行分析。

优选地,所述步骤(4)中,采用空间电力负荷预测、燃气指标预测法、 单位面积指标热负荷预测法,逐级对区域内冷、热、电、燃气负荷进行预测。

优选地,所述步骤(5)中,根据需求侧冷、热、电、燃气负荷预测结果, 考虑能源转换、需求响应资源、储能、新能源,计算得出电力、燃气、新能 源供给总量。

优选地,所述步骤(6)中,依据能源供需平衡结果,结合区域多能协同 规划目标及供给侧能源禀赋情况给出多个综合能源规划方案。

优选地,所述步骤(7)中,选用多方案比选的方式,通过内部收益率、 净现值、净年值、投资回收期的多个项目经济评价指标计算,得出区域经济 最优多能协同规划方案;结合特色园区建筑规划方案,考虑多能转换设备、 新能源设备、储能等设备实际放置空间及管线设计要求,满足项目落地可实 施性。

优选地,所述步骤(8)中,通过安装智能表计与智能传感器,全面感知 用户用能特点,通过用户侧数据的采集与挖掘,以能元细胞为单元实现经济 运行、网荷互动、需求侧管理、能源管理、运维服务的业务形态的落地;积 累并分析用户的用能习惯,为规划、营销、运维和调度运行层面的业务创新 提供支持,为数据和业务贯通提供基础。

优选地,所述步骤(9)中,根据区域内实际能源发展情况及目标,支撑 区域能源运营,开展典型业务运营模式设计。

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步 骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可以存储于一计算 机可读取存储介质中,该程序在执行时,包括上述实施例方法的各步骤,而 所述的存储介质可以是:ROM/RAM、磁碟、光盘、存储卡等。因此,与本发明 的方法相对应的,本发明还同时包括一种基于复杂适应理论的能源互联网分 层构建装置,该装置通常以与方法各步骤相对应的功能模块的形式表示。该 装置包括:

收集模块,其配置来进行资料收集;

层级划分模块,其配置来依据三层两中心的层级划分标准,结合区 域功能将供能区域逐级划分为能元细胞、功能单元、运营单元、城 市供给中心和需求中心;

分析模块,其配置来进行现状能源分析;

预测模块,其配置来进行负荷预测;

平衡模块,其配置来进行能源供需平衡;

制定模块,其配置来进行方案制定;

评价模块,其配置来进行技术及经济评价;

建设模块,其配置来进行能源信息系统建设;

设计模块,其配置来进行能源业务设计。

以下更具体地说明本发明。

基于系统论、信息论与复杂适应理论,结合底层能源需求及资源禀赋, 采用“由下及上”的方式,从顶层设计出发构建能源互联网分层建设体系, 用于指导企业、园区、县级、市级、省级能源互联网规划。

复杂适应系统(complex adaptive systems,CAS),是20世纪末兴起的 一门系统科学。复杂适应系统理论的核心是适应产生复杂性,复杂是生成智 能的条件。复杂系统中的成员被称为有适应性的主体。所谓具有适应性是指 它能够与环境以及其他主体进行交互作用。主体在这种持续不断的交互作用 中,不断地“学习”或者“积累经验”,根据学习到的经验改变自身结构和 行为方式。整个宏观系统的演变或进化,包括新层次的产生与分化、多样性 的出现、新聚合而成的主体等,都是在这个基础上逐步派生出来的。

CAS其核心是适应产生复杂性,复杂是生成智能的条件。复杂适应系统 模型中应具备的8个基本特性,包括主体、聚集、非线性、要素流、多样性、 特征标识、内部模型以及积木块,其中前5项是复杂适应系统的通用特性, 它们将在适应和进化中发挥作用;后3项则是个体与环境进行交互时的机制。 面向城市能源互联的综合能源复杂网络协同规划理论研究,是理论与实践的 创新结合,是复杂适应理论在能源规划体系上的深化创新。其将独立能源看 作主体,多能协同看作主体聚集,依据不同的发展目标、交易机制而自由组 合成积木块,以此来不断适应能源系统发展。

八个特征概念的逻辑关系如图2所示。

基于复杂适应理论的能源互联网分层构建方法结合各类能源规划项目实 践经验及理论、算法研究成果,形成了以关注终端用能用户为根本,分级逐 层递进进化的核心思想,以系统论、信息论与复杂适应理论为基础搭建了“三 层两中心”的能源互联网规划体系,充分兼顾分布式能源比重提升以及泛在 物联网发展的必然趋势。理论体系中核心部分是搭建了适应能源互联网发展 的规划架构,架构分为能元细胞、功能单元、运营单元三层。

(1)能元细胞层:能元细胞层贴合终端用户侧能源构成,适用于最小单 元的用能单元;

(2)功能单元层:功能单元层的划分在满足城市规划功能的基础上提出 对能源利用目标的约束,其由若干能元细胞组合而成,将城市发展需求与能 源保障有机结合,在规划层面实现管控职能;

(3)运营单元层:运营单元层的划分以城市能源运营及服务为根本目标, 兼顾能源体制改革与分散式用能的发展趋势,是城市能源产业发展以及能源 利用效率提升的产业保障。

(4)能源供给(需求)中心:以省/市级电力公司管理范围为边界形成 的区域,是下级能源到上级供需的综合管理,通过搭建智慧能源管理平台, 完成城市能源供需平衡的智能调度、能源交易。

该理论面向城市能源、区域能源、企业能源管理均具有普遍适应性。在 此体系架构下,依据不同运营管理目标,从顶层设计出发,构建由下及上的 能源层级,解决不同目标下的能源管理问题。

本发明的有益效果如下:

(1)本发明填补了多能源协同发展规划方法理论研究及应用的空白, 通过创新规划建设理论的提出,可为政府、工业企业、电网企业等用户提供 多种能源解决方案,通过完全自主研发的能源互联网服务平台建设,可向社 会提供电能服务、需求响应及节能增值服务,直接节约了社会经济成本。

(2)本发明已经向大量用户提供服务,其中包括大型工业企业、学校、 事业单位等,针对不同用户用能优化问题给出综合能源配置方案,为用户能 源使用、运营的经济性,能源效率高效性提供良好的解决方法。

以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何形式上的限 制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变 化与修饰,均仍属本发明技术方案的保护范围。

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