基于智能体建模与多目标优化相结合的综合能源系统规划运行方法研究

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近年来,我国经济社会发展和城镇化进程不断加快,建筑领域能耗及排放呈现出持续增长态势。居住建筑作为建筑的重要组成部分,其鲜明的个体特征导致居住建筑能耗不仅与建筑自身有关,更与居住者的行为意识、生活习惯、人员密度及运动轨迹密切相关。为了满足居民用户日益增长的个性化、多样化用能需求,综合能源系统及综合能源服务日渐成为居住建筑供能的绝佳选择。综合能源系统整合区域内的化石能源与可再生能源等多种能源资源,通过各类能源技术的系统集成为用户提供多种能源产品,在满足用户多元化用能需求的同时可有效提升能源利用效率,因而成为居住建筑的首选供能方式。由于系统具有较强的动态随机特性与场景不确定性,其设计、运行和优化存在一系列挑战。在对综合能源系统进行规划时,能源负荷通常作为一项给定输入,然而用能端的需求通常存在不确定性,且负荷数据可能不易获取,尤其是尚处于规划阶段的项目。此外,居民的行为活动对建筑负荷影响显著,并且这些行为可能会因技术、经济或政策干预的影响而发生改变,从而进一步影响建筑负荷。基于上述原因,本文提出一种基于智能体建模与多目标优化相结合的整体性规划方法,该方法考虑居住者行为等因素对能源供需系统的影响,可为缺乏历史数据的综合能源系统设计与运行优化提供行之有效的解决方案。论文的主要内容如下:第一章总结国内外针对建筑负荷预测、基于智能体建模的建筑负荷模拟以及综合能源系统规划技术的研究前沿和进展,提出本文研究的切入点和创新性。第二章采用基于智能体的建模方法,对居住建筑中的用能设备、耗能环境、人员的用能行为及交互行为进行详细建模,构建包括不同类型公寓及家庭住户的居住社区负荷预测模型。通过模型的多次迭代运行获得能源负荷的多个不确定情景,并使用k均值聚类法生成代表性的负荷情景,进一步生成随机负荷情景树作为系统优化阶段模型的输入条件。第三章以系统的年化成本及年碳排放量最小为目标函数,基于随机混合整数线性规划方法,构建社区综合能源系统的多目标优化模型。将负荷预测阶段生成的不确定负荷情景作为模型输入,引入ε约束法求解帕累托最优解,并使用多目标决策分析方法确定系统的综合性最优方案。第四章结合上海某居住社区的综合能源系统规划开展实例研究,验证研究方法及模型的可靠性和有效性。第五章概括总结论文的主要结论及不足之处,并对下一步研究计划进行展望。综上,本文为综合能源系统的规划运行提供了一种基于智能体建模与多目标优化相结合的整体性规划方法,可为同类研究提供理论指导和参考依据。
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