本发明涉及综合能源系统规划，特别是一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法。
背景技术：
1、当前社会的快速发展伴随着化石能源的大量消耗，而综合能源系统耦合了多种能源子系统，并综合考虑了各能源之间的相互作用，因此可以解决化石能源枯竭和能源利用结构亟待转型的问题。与此同时，氢能等优质二次能源技术和风能、太阳能等可再生能源技术的日益成熟，为综合能源系统的低碳化发展提供了技术保障和绿色化的能源选择。
2、传统综合能源系统中并未考虑氢能、碳流与原有能源之间的相互作用，且系统中源(风电、光伏出力等)、荷(电、热、气网络负荷等)、储(多时间尺度储能等)的不确定性与碳-氢能流间的协同优化研究还不成熟。现有研究大多独立地研究考虑长时间尺度不确定性和考虑短时间尺度不确定性的综合能源系统规划。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法，本发明实现含氢综合能源系统热能的高效利用和经济最优运行。
2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
3、根据本发明提出的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法，具体如下：
4、步骤1、建立考虑多时间尺度不确定性的含氢综合能源系统低碳运行架构；
5、步骤2、建立含氢综合能源系统低碳规划的目标函数，目标函数包括设备投资成本、设备维护成本和系统运行成本；
6、步骤3、设置含氢综合能源系统低碳规划的约束条件；约束条件包括电网网络约束、热网网络约束、混氢天然气网网络约束、电母线功率平衡约束、热母线功率平衡约束、气母线功率平衡约束、电制氢机组模型约束、储氢罐模型约束、混氢天然气管道模型约束、阶梯式碳交易机制约束、热储能模型约束、热电联产机组模型约束和蓄电池模型约束；
7、步骤4、联立含氢综合能源系统规划架构、目标函数和约束条件，对考虑短时间尺度不确定性和长时间尺度不确定性的模型分别采用随机优化和模糊优化方法处理，构建考虑多时间尺度不确定性的含氢综合能源系统低碳规划模型，通过加权满意度指标法将多目标优化问题转化为单目标优化问题并求解规划结果；根据规划结果调整含氢综合能源系统的配置方案。
8、作为本发明所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法进一步优化方案，热储能模型约束包括短时间尺度热储能模型和长时间尺度热储能模型。
9、作为本发明所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法进一步优化方案，设备投资成本的目标函数表示如下：
10、
11、其中，fi表示设备投资成本，i’表示设备利率，ε表示设备寿命，cbt表示蓄电池投资成本，ced表示电制氢机组投资成本，chs表示储氢罐投资成本，cchp表示热电联产机组投资成本，ctt表示短时间尺度热储能投资成本，cstt表示长时间尺度热储能投资成本。
12、作为本发明所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法进一步优化方案，设备维护成本的目标函数表示如下：
13、fm＝ξfi
14、其中，fm表示设备维护成本，fi表示设备投资成本，ξ表示设备维护费用率、为设备维护成本与设备投资成本的比值。
15、作为本发明所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法进一步优化方案，系统运行成本的目标函数表示如下：
16、fo＝min(ce+ch+cg+cwt+cpv+cw)
17、其中，fo表示环境成本，ce表示购电成本，ch表示购热成本，cg表示购气成本，cwt表示弃风罚金，cpv表示弃光罚金，cw表示阶梯式碳交易排放成本。
18、作为本发明所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法进一步优化方案，短时间尺度热储能模型表示如下：
19、
20、其中，表示下一时刻(t+1)编号i的短时间尺度热储能的储能能量，表示当前时刻t编号i的短时间尺度热储能的储能能量，ηtt,c表示短时间尺度热储能的充能效率，表示当前时刻t编号i的短时间尺度热储能的充能功率，表示当前时刻t编号i的短时间尺度热储能的放能功率，ηtt,d表示短时间尺度热储能的放能效率，表示当前时刻t编号i的短时间尺度热储能的充能状态，表示编号i的短时间尺度热储能的充能功率与最大储能能量的最大比值，表示短时间尺度热储能的最大储能能量，表示当前时刻t编号i的短时间尺度热储能的放能状态，表示编号i的短时间尺度热储能的放能功率与最大储能能量的最大比值，表示短时间尺度热储能的最小储能能量，表示短时间尺度热储能的初始储能能量，表示短时间尺度热储能的最终储能能量，ηtt,l表示短时间尺度热储能自损耗率，δt表示间隔时段。
21、作为本发明所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法进一步优化方案，长时间尺度热储能模型表示如下：
22、
23、其中，表示下一典型日(y+1)时刻t的长时间尺度热储能的储能能量，表示当前典型日y时刻t的长时间尺度热储能的储能能量，ηstt,c表示长时间尺度热储能的充能效率，表示当前典型日y时刻t的长时间尺度热储能的充能功率，表示当前典型日y时刻t的长时间尺度热储能的放能功率，ηstt,d表示长时间尺度热储能的放能效率，表示当前典型日y时刻t的长时间尺度热储能的充能状态，τstt,c表示长时间尺度热储能的充能功率与最大储能能量的最大比值，表示长时间尺度热储能的最大储能能量，表示当前典型日y时刻t的长时间尺度热储能的放能功率，表示当前典型日y时刻t的长时间尺度热储能的放能状态，τstt,d表示长时间尺度热储能的放能功率与最大储能能量的最大比值，表示长时间尺度热储能的最小储能能量，表示长时间尺度热储能的初始储能能量，表示长时间尺度热储能的最终储能能量。
24、作为本发明所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法进一步优化方案，考虑短时间尺度不确定性的模型处理如下：
25、风电、光伏机组的出力波动和电、热、气网络的负荷波动具有不确定性，将风电、光伏机组的出力和电、热、气网络的负荷的实际值表示为预测值和预测误差值如下：
26、
27、其中，表示当前时刻t编号i的功率实际值，表示当前时刻t编号i的功率预测值，表示当前时刻t编号i的功率预测误差值；
28、根据中心极限定理，预测误差值服从均值为0的正态分布，其标准差表示为：
29、
30、其中，kn表示装机容量系数，ks表示出力系数，kl表示负荷系数，表示当前时刻t编号i的出力功率预测误差值的标准差，表示当前时刻t编号i的出力功率预测误差值，ps,n表示装机容量，表示当前时刻t编号i的负荷功率预测误差值的标准差，表示当前时刻t编号i的负荷功率预测误差值；
31、列写综合能源系统中电、热、气三种能源母线的功率平衡表达式如下：
32、
33、其中，表示当前时刻t编号i的电负荷实际值，表示当前时刻t编号i的净电负荷，表示当前时刻t编号i的风机出力实际值，表示当前时刻t编号i的弃风功率，表示当前时刻t编号i的光伏出力实际值，表示当前时刻t编号i的弃光功率，表示当前时刻t编号i的蓄电池充能功率，表示当前时刻t编号i的蓄电池放能功率，表示当前时刻t编号i的热电联产机组输出电功率，表示当前典型日y时刻t编号i的热负荷实际值，表示当前典型日y时刻t编号i的净热负荷，表示当前典型日y时刻t编号i的热电联产机组输出热功率，表示当前典型日y时刻t编号i的短时间尺度热储能充能功率，表示当前典型日y时刻t编号i的短时间尺度热储能放能功率，表示当前典型日y时刻t编号i的长时间尺度热储能充能功率，表示当前典型日y时刻t编号i的长时间尺度热储能放能功率，表示当前时刻t编号i的气负荷实际值，表示当前时刻t编号i的净气负荷，表示当前时刻t编号i的储氢罐充能功率，表示当前时刻t编号i的储氢罐放能功率，表示当前时刻t编号i的热电联产机组进气量，qg表示混氢天然气的热值；
34、将功率平衡表达式表示为机会约束模型如下：
35、
36、其中，表示当前时刻t编号i的电负荷预测误差值，表示当前时刻t编号i的风机出力预测误差值，表示当前时刻t编号i的光伏出力预测误差值，表示当前时刻t编号i的电负荷预测值，表示当前时刻t编号i的风机出力预测值，表示当前时刻t编号i的光伏出力预测值，表示当前典型日y时刻t编号i的热负荷预测误差值，表示当前典型日y时刻t编号i的热负荷预测值，表示当前时刻t编号i的气负荷预测误差值，表示当前时刻t编号i的气负荷预测值，αe、αh、αg分别为给定的电母线置信度、热母线置信度、气母线置信度；
37、设
38、
39、其中，ze、zh、zg分别为电母线概率参数、热母线概率参数、气母线概率参数，根据给定的置信度αe、αh、αg，由正态分布概率函数的反函数求得；
40、则机会约束模型转化为如下约束：
41、
42、作为本发明所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法进一步优化方案，考虑长时间尺度不确定性的模型处理如下：
43、列写模糊等式如下：
44、
45、其中，符号表示模糊关系；
46、令
47、
48、其中，πi,y,t表示前典型日y时刻t编号i的模糊变量；
49、选取三角形隶属度函数来表征模糊集如下：
50、
51、其中，f表示模糊隶属度函数，δi,y,t表示当前典型日y时刻t编号i的预测误差的最大允许值。
52、作为本发明所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法进一步优化方案，多目标优化问题到单目标优化问题的转化如下：
53、将系统的总目标函数表示成模糊隶属度函数形式如下：
54、fs＝fi+fm+fo
55、
56、其中，ff表示模糊隶属度函数形式的总目标函数，fs,-、fs,+分别表示fs能够接受的最小值和最大值，fs表示规划总成本；
57、采用加权满意度指标法实现多目标到单目标的转化，将新的目标函数表示如下:
58、
59、a1+a2＝1
60、其中，a1、a2分别表示第一至第二加权系数，表示两个目标的整体最小隶属度。
61、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
62、(1)本发明构建含氢综合能源系统架构，建立了3个目标函数并设置约束条件，对考虑短时间尺度不确定性和长时间尺度不确定性的模型分别采用随机优化和模糊优化方法处理，构建考虑多时间尺度不确定性的含氢综合能源系统低碳规划模型，通过加权满意度指标法将多目标优化问题转化为单目标优化问题并求解，对系统中的设备进行低碳规划，使各设备能够根据低碳规划结果调整其配置方案，从而促进热能的高效利用和经济最优运行；
63、(2)相较于储热槽等短时间尺度热储能可以在较短的调度周期内，平抑系统内的短期热负荷波动，地埋储热水箱等长时间尺度热储能则可以在较长的调度周期内，针对系统内热负荷夏低冬高的状态，平抑系统内的季节性热负荷波动。二者的协同可以达到更好的平抑热负荷波动的效果，从而促进热能的高效利用；
64、(3)目前不确定性模型的建立主要从模糊性和随机性两方面入手，本发明的多时间尺度不确定性模型由考虑短时间尺度不确定性和长时间尺度不确定性的模型组成，其中考虑短时间尺度不确定性模型的构建基于随机性，考虑长时间尺度不确定性模型的构建基于模糊性，二者的协同可以更好地描述不确定性。
1.一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法，其特征在于，具体如下：
2.根据权利要求1所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法，其特征在于，热储能模型约束包括短时间尺度热储能模型和长时间尺度热储能模型。
3.根据权利要求1所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法，其特征在于，设备投资成本的目标函数表示如下：
4.根据权利要求1所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法，其特征在于，设备维护成本的目标函数表示如下：
5.根据权利要求1所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法，其特征在于，系统运行成本的目标函数表示如下：
6.根据权利要求2所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法，其特征在于，短时间尺度热储能模型表示如下：
7.根据权利要求2所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法，其特征在于，长时间尺度热储能模型表示如下：
8.根据权利要求1所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法，其特征在于，考虑短时间尺度不确定性的模型处理如下：
9.根据权利要求1所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法，其特征在于，考虑长时间尺度不确定性的模型处理如下：
10.根据权利要求1所述的一种考虑多时间尺度不确定性的综合能源系统规划方法，其特征在于，多目标优化问题到单目标优化问题的转化如下：
