[發(fā)明專利]一種基于一致性的綜合能源系統(tǒng)能量管理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811085812.5
• 申請(qǐng)日: 2018-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN109193628B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉念;郭斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/00
• 分類號(hào): H02J3/00;H02J3/46
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

1.一種基于一致性的綜合能源系統(tǒng)能量管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1：構(gòu)建關(guān)于綜合能源系統(tǒng)的社會(huì)福利最大化模型；

所述綜合能源系統(tǒng)包括發(fā)電側(cè)和需求側(cè)兩部分，其中發(fā)電側(cè)參與主體包括變電站、分布式電源和熱電聯(lián)產(chǎn)CHP單元，負(fù)荷側(cè)參與主體包括熱負(fù)荷和電負(fù)荷，所述分布式電源包括光伏和風(fēng)機(jī)；

所述社會(huì)福利最大化模型為：

目標(biāo)函數(shù)：以任一時(shí)刻全社會(huì)各個(gè)參與主體總利潤(rùn)最大為目標(biāo)，該目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型表示為：

max∑[P_SUB(P_i,p_e)+P_PV(P_i,p_e)+P_WT(P_i,p_e)+P_CHP(P_i,H_i,p_e,p_h)+P_d(P_i,H_i,p_e,p_h)]

其中，P_SUB(P_i,p_e)為變電站的利潤(rùn)，P_PV(P_i,p_e)為光伏的利潤(rùn)，P_WT(P_i,p_e)為風(fēng)機(jī)的利潤(rùn)，P_CHP(P_i,H_i,p_e,p_h)為CHP機(jī)組的利潤(rùn)，P_d(P_i,H_i,p_e,p_h)為熱和電負(fù)荷的利潤(rùn)；

所述總利潤(rùn)由總收益減去總成本，其中變電站的利潤(rùn)為賣電給配網(wǎng)內(nèi)部用戶的收益扣除向公共電網(wǎng)購(gòu)電產(chǎn)生的成本，公共電網(wǎng)的電由火力發(fā)電機(jī)組提供，

C_i(P_i)＝a_iP_i²+b_iP_i+c_i

其中，V_SUB為變電站組成的集合，p_e為電價(jià)，P_i為電功率，C_i(P_i)為火力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電成本，a_i，b_i，c_i為相應(yīng)的費(fèi)用系數(shù)；

可再生能源發(fā)電無(wú)需發(fā)電成本，利潤(rùn)僅由賣電收益構(gòu)成，

其中，V_PV為光伏組成的集合，V_WT為風(fēng)機(jī)組成的集合；

CHP機(jī)組既可以產(chǎn)生熱又可以產(chǎn)生電，利潤(rùn)如下，

其中，V_CHP為CHP機(jī)組組成的集合，p_h為熱價(jià)，H_i為熱功率，F(xiàn)_i(P_i,H_i)為CHP機(jī)組產(chǎn)生對(duì)應(yīng)熱和電的生產(chǎn)成本；具體的CHP生產(chǎn)成本為：

其中，φ，β，γ，δ，θ，為CHP機(jī)組相應(yīng)的生產(chǎn)成本系數(shù)；

負(fù)荷側(cè)既有電負(fù)荷又有熱負(fù)荷，消耗熱和電產(chǎn)生的效益采用用能的滿意度來(lái)衡量，也稱效用函數(shù)，

U_j(P_j,H_j)＝U_j(P_j)+U_j(H_j)

其中，V_d為負(fù)荷組成的集合，U_j(P_j,H_j)為負(fù)荷用能的滿意度，U_j(P_j)為用電的滿意度，U_j(H_j)為用熱的滿意度，ω_j,α_j為相應(yīng)的系數(shù)；

決策變量：包括各個(gè)參與主體的電出力P_j和熱出力H_j，整個(gè)綜合能源系統(tǒng)的電價(jià)p_e和熱價(jià)p_h；

約束條件：社會(huì)福利最大化模型中包含全局功率平衡約束和就地功率范圍約束；

步驟2：對(duì)社會(huì)福利最大化模型進(jìn)行解耦分析：

采用拉格朗日乘子法將全局功率平衡約束加到原目標(biāo)函數(shù)中，重新構(gòu)造函數(shù)，從而達(dá)到全局功率平衡解耦的目的，其中，新的目標(biāo)函數(shù)如下：

其中，V_el為電負(fù)荷組成的集合，V_tl為熱負(fù)荷組成的集合，λ為電功率平衡對(duì)應(yīng)的拉格朗日乘子，μ為熱功率平衡對(duì)應(yīng)的拉格朗日乘子；

約束條件：只包括就地功率范圍約束；

決策變量：包括各個(gè)參與主體的電出力P_j和熱出力H_j，整個(gè)綜合能源系統(tǒng)的電價(jià)p_e和熱價(jià)p_h；

當(dāng)CHP機(jī)組生產(chǎn)成本只由熱功率表示時(shí)：

P_CHP(H_i,p_e,p_h)＝p_eP_i+p_hH_i-F_i(H_i)

負(fù)荷側(cè)的耦合受人們的生產(chǎn)和生活的影響，滿足一定的線性關(guān)系：

P_j＝k_jH_j

其中，k_j為相關(guān)系數(shù)；

熱電耦合模型如下：

其中，η_e為電效率，η_r為熱回收系數(shù)；

因此，原來(lái)的優(yōu)化問(wèn)題可以被分解為4個(gè)子問(wèn)題，這4個(gè)子問(wèn)題完全由就地的目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成，其中，4個(gè)子問(wèn)題為：

1)CHP子問(wèn)題：min F_i(P_i,H_i)-λ_iP_i-μ_iH_i

H_i^min≤H_i≤H_i^max

2)負(fù)荷子問(wèn)題：min μ_jH_j+λ_j(P_j)-U_j(P_j,H_j)

s.t.P_j＝k_jH_j

H_j^min≤H_j≤H_j^max

P_j^min≤P_j≤P_j^max

3)變電站子問(wèn)題：min C_i(P_i)-λ_iP_i

s.t.P_i^min≤P_i≤P_i^max

4)分布式電源子問(wèn)題，包括光伏子問(wèn)題和風(fēng)機(jī)子問(wèn)題，其中光伏子問(wèn)題為：

min λ_iP_i

s.t.P_i^min≤P_i≤P_i^max

風(fēng)機(jī)子問(wèn)題為：

min λ_iP_i

s.t.P_i^min≤P_i≤P_i^max

步驟3：采用完全分布式的一致性算法對(duì)解耦后的問(wèn)題進(jìn)行求解，

完全分布式求解算法為：為電功率在第k次迭代中的就地偏差量，為熱功率在第k次迭代中的就地偏差量，一致性算法迭代過(guò)程如下：

1)初始化：設(shè)置整個(gè)綜合能源系統(tǒng)中電力網(wǎng)和熱力網(wǎng)的初始就地功率偏差初始增量費(fèi)用和效用λ_i(0)、μ_i(0)，以及初始能量供應(yīng)源的功率出力和負(fù)荷功率消耗P_i(0)、H_i(0)；

2)循環(huán)：更新增量費(fèi)用和效用、更新能量供應(yīng)源的功率出力和負(fù)荷的功率消耗、更新就地功率偏差、判斷是否滿足收斂條件；

3)輸出：整個(gè)綜合能源系統(tǒng)中各個(gè)參與主體的增量費(fèi)用和效用λ_i(k)、μ_i(k)和功率出力和消耗P_i(k)、H_i(k)；

所述更新增量費(fèi)用和效用分為熱力網(wǎng)和電力網(wǎng)兩個(gè)，其中熱力網(wǎng)為：

其中，V_t為熱力網(wǎng)所有參與主體組成的集合，x_ij為熱力網(wǎng)中通信拓?fù)鋵?duì)應(yīng)的行隨機(jī)矩陣的元素，ρ_t為(0，1)區(qū)間內(nèi)的正反饋系數(shù)；

電力網(wǎng)中的更新增量費(fèi)用和效用為：

其中，V_e為電力網(wǎng)所有參與主體組成的集合，r_ij為電力網(wǎng)中通信拓?fù)鋵?duì)應(yīng)的行隨機(jī)矩陣的元素，ρ_e為(0，1)區(qū)間內(nèi)的正反饋系數(shù)。