一种区域综合能源系统的优化方法及优化系统

摘要

本发明涉及一种区域综合能源系统的优化方法及系统，所述的方法包括：S1：获取能源枢纽模型，并建立各市场主体的决策模型；S2：基于Stackelberg博弈获取纳什均衡的存在条件；S3：对纳什均衡进行求解，获取纳什平衡均衡解完成系统优化。与现有技术相比，本发明研究RIES、能源供应商和用户之间的三方市场行为，在提出的供需双边博弈互动机制下，实现RIES的运行优化方法，优化效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力技术领域，尤其是涉及一种区域综合能源系统的优化方法及优化系统。

背景技术

综合能源系统(IES)具有多能互补、清洁高效等特点，符合未来能源产业智能清洁的趋势。作为综合能源网络中的一个“单元”，区域综合能源服务(RIES)是IES的主要形式，是智能城市和智能社区的重要基础。售电企业及其他类型的能源企业可以将原本单一种类的能源服务业务转化为电、气、热等多种能源综合供应的服务模型。目前，中国的综合能源服务还处于起步阶段，尚未建立完善的综合能源服务商业模式，但伴随着用户综合能源需求的出现发展和电网公司转型的压力，各相关的能源企业在未来必将积极参与综合能源服务的市场中。

RIES作为电网公司和用户之间的中间管理者帮助电网和用户实现需求响应管理。以目前的技术和运营模式，电网公司难以实现分散小用户的需求响应管理，而RIES可以将分散的、独立的负荷集中在一起，构成足够的规模，对其进行精细化的控制。因此，建立能量转换设备、储能设备和用户负荷的资源模型，设计参与能源市场的网络拓扑结构尤为重要。但是，目前研究只考虑了供应商对市场的单向交互行为，没有考虑用户的行为影响。对RIES来说仅仅依靠自身调节通常不足以维持内部设备和用户的能源需求，综合能源服务商的运营需要参与到外部能源市场，利用区域内的负荷资源和分布式设备确定自身的参与策略，并获取收益。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种区域综合能源系统的优化方法及优化系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种区域综合能源系统的优化方法，包括以下步骤：

S1：获取能源枢纽模型，并建立各市场主体的决策模型；

S2：基于Stackelberg博弈获取纳什均衡的存在条件；

S3：对纳什均衡进行求解，获取纳什平衡均衡解完成系统优化。

优选地，所述的步骤S1具体包括：

S11：建立考虑风力发电和CHP机组的RIES模型。在本实施例中，RIES包括风力发电机(WG)，热电联产(CHP)机组。燃气轮机吸收热能发电，剩余的高温热能转化为燃气锅炉(GB)适用的热能。如果热电联产装置的热能供应不足，则需要额外购买天然气以提供足够的热能。

S12：建立包含可变截距用于调整电价曲线的能源供应商模型；

S13：建立考虑自身需求和消费习惯的用户用能模型。

优选地，所述的步骤S11具体包括：

S111：构建能源枢纽模型，表征能源转换关系，获取实际电、气和热负荷

S112：构建售能收入和成本之差的目标函数，RIES模型的目标为最大化售能收入和成本之差：

其中，

S113：构建模型约束，包括设备约束，不可控约束和购能约束和售能价格约束。

优选地，所述的步骤S12具体包括：

建立包含可变截距用于调整电价曲线的能源供应商模型，选择可变截距来调整电价曲线的参数：

其中，

建立能源供应商的目标函数为：

其中c

优选地，所述的步骤S13具体包括：

获取用户自身需求是购买能源的成本与参与需求响应的补偿之差：

其中，

获取负荷偏离需求负荷所带来的能耗舒适性即用能偏好成本：

其中，φ表征用户对该能源的偏好程度，φ越高，则用户对该能源的依赖程度越高，φ

优选地，所述的步骤S2具体包括：

根据Stackelberg博弈的定义，当下式满足时，Nash均衡成立：

其中在供给侧，RIES和能源供应商的决策变变量分别为P

优选地，所述的步骤S3具体包括：

S31：达到需求方的纳什均衡解，然后将其代入供给方博弈过程；

S32：基于粒子群优化算法结合Yalmip+Gurobi求解供给方解，直至双方达到纳什均衡。

一种区域综合能源系统的优化系统，包括决策模型获取模块、纳什均衡建立模块、均衡解计算模块，

所述的决策模型获取模块用于获取能源枢纽模型，并建立各市场主体的决策模型；

所述的纳什均衡建立模块用于基于Stackelberg博弈获取纳什均衡的存在条件；

所述的均衡解计算模块用于基于粒子群优化算法结合Yalmip+Gurobi对纳什均衡进行处理，求得均衡解。

优选地，所述的决策模型获取模块建立决策模型的具体步骤包括：

建立考虑风力发电和CHP机组的RIES模型；

建立包含可变截距用于调整电价曲线的能源供应商模型；

建立考虑自身需求和消费习惯的用户用能模型。

优选地，所述的纳什均衡建立模块根据Stackelberg博弈的定义，当下式满足时，Nash均衡成立：

其中在供给侧，RIES和能源供应商的决策变变量分别为P

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明的综合能源系统优化方法基于RISE模型优化运行，充分考虑各市场主体的特点，考虑到用户的自身需求和消费习惯，有效结合RIES、能源供应商和用户之间的三方市场行为特点进行博弈求解，在提出的供需双边博弈互动机制下，实现RIES的运行优化，能够实现综合能源系统的有效准确优化，解决了传统区域综合能源系统同能源供应商和用户互动性差的问题。

附图说明

图1为本发明的流程图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。

实施例

一种区域综合能源系统的优化方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：获取能源枢纽模型，并建立各市场主体的决策模型。

步骤S1具体包括：

S11：建立考虑风力发电和CHP机组的RIES模型。本发明中，CHP为热电联产，WG为风力发电机，GB为燃气锅炉。

步骤S11具体包括：

S111：构建能源枢纽模型，表征能源转换关系，获取实际电、气和热负荷

S112：构建售能收入和成本之差的目标函数，RIES模型的目标为最大化售能收入和成本之差：

其中，

S113：构建模型约束，包括设备约束，不可控约束和购能约束和售能价格约束。

S12：建立包含可变截距用于调整电价曲线的能源供应商模型；

步骤S12具体包括：

建立包含可变截距用于调整电价曲线的能源供应商模型，选择可变截距来调整电价曲线的参数：

其中，

建立能源供应商的目标函数为：

其中c

S13：建立考虑自身需求和消费习惯的用户用能模型。

步骤S13具体包括：

本实施例中，在收到RIES的价格信号以后，用户会根据自身需求和消费习惯改变自己的能耗。

获取用户自身需求是购买能源的成本与参与需求响应的补偿之差：

其中，

获取负荷偏离需求负荷所带来的能耗舒适性即用能偏好成本：

其中，φ表征用户对该能源的偏好程度，φ越高，则用户对该能源的依赖程度越高，φ

S2：基于Stackelberg博弈获取纳什均衡的存在条件。

步骤S2具体包括：

根据Stackelberg博弈的定义，当下式满足时，Nash均衡成立：

其中在供给侧，RIES和能源供应商的决策变变量分别为P

S3：对纳什均衡进行求解，获取纳什平衡均衡解完成系统优化。

步骤S3具体包括：

S31：达到需求方的纳什均衡解，然后将其代入供给方博弈过程；

S32：基于粒子群优化算法结合Yalmip+Gurobi求解供给方解，直至双方达到纳什均衡。

一种区域综合能源系统的优化系统，包括决策模型获取模块、纳什均衡建立模块、均衡解计算模块，

决策模型获取模块用于获取能源枢纽模型，并建立各市场主体的决策模型；

纳什均衡建立模块用于基于Stackelberg博弈获取纳什均衡的存在条件；

均衡解计算模块用于基于粒子群优化算法结合Yalmip+Gurobi对纳什均衡进行处理，求得均衡解。

决策模型获取模块建立决策模型的具体步骤包括：

建立考虑风力发电和CHP机组的RIES模型；

建立包含可变截距用于调整电价曲线的能源供应商模型；

建立考虑自身需求和消费习惯的用户用能模型。

纳什均衡建立模块根据Stackelberg博弈的定义，当下式满足时，Nash均衡成立：

其中在供给侧，RIES和能源供应商的决策变变量分别为P

本申请实施例所提供的系统，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，系统实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，在此不再赘述。

上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。