[發明專利]計及需求側響應和共享儲能的多微電網綜合能源系統優化調度方法

有效

• 申請號: 202110565983.3
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113361875B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 徐艷春;劉海權;孫思涵;汪平
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

1.計及需求側響應和共享儲能的多微電網綜合能源系統優化調度方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：將共享儲能系統加入到含電能交互的多微電網綜合能源系統中，構成含共享儲能和電力交互的多微電網綜合能源系統模型；

步驟二：在含共享儲能和電力交互的多微電網綜合能源系統模型上加入微電網內用戶的自主響應行為，考慮用戶側自主響應行為對含共享儲能和電力交互的多微電網綜合能源系統模型帶來的影響；

所述步驟二中，用戶的自主響應行為考慮可移動的電負荷、可移動的氣負荷、靈活的熱負荷和靈活的冷負荷四種負荷類型：

可移動的電負荷是指時間可進行平移的電負荷，可移動電負荷包括可移動可中斷電負荷和可移動不可中斷電負荷兩類；可移動可中斷電負荷指的是時間可平移且使用中途可中斷電負荷；可移動不可中斷電負荷指的是時間可平移而使用中途不可中斷電負荷；

可移動可中斷電負荷包括洗衣機、洗碗機電氣設備；t時刻可移動不可中斷電負荷的表達形式為式(5)所示：

式(5)中，L_EDR，s(t)表示t時刻可移動不可中斷電負荷量；n表示微電網內用戶戶數；n_p表示微電網內參與可移動不可中斷電負荷的響應的用戶數；表示n_p戶用戶在t時刻使用第x種設備產生的負荷；X表示可用設備的集合；可表示為式(6)所示：

式(6)中，n_p表示微電網內參與可移動不可中斷電負荷的響應的用戶數；P_x,e表示設備x在調度周期內所使用的功率；

可移動可中斷電負荷考慮微電網中的電動汽車充電負荷，設一個微電網中有電動汽車的用戶數為n_c，其充電時長為T_sp,將其等效為用戶數為充電時長為1小時的電動汽車負荷；t時刻可轉移可中斷負荷模型可表示為式(7)所示：

式(7)中L_EDR，d(t)表示t時刻可移動可中斷電負荷量；P_x,e表示充電汽車在一個調度周期內的充電功率；n_c’(t)表示t時刻參與充電的電動汽車戶數；

可轉移不可中斷氣負荷考慮燃氣壁掛爐、燃氣熱水器設備；t時刻可移動不可中斷氣負荷的表達形式為式(8)所示：

式(8)中，L_g，mob(t)表示t時刻可移動不可中斷氣負荷量；n表示微電網內用戶戶數；n_p1表示微電網內參與可移動不可中斷氣負荷的響應的用戶數；表示n_p1戶用戶在t時刻使用第g種設備產生的負荷；G表示可用設備的集合；可表示為式(9)所示：

式(9)中，n_p1表示微電網內參與可移動不可中斷電負荷的響應的用戶數；P_g,e表示設備g在調度周期內所使用的功率；

靈活的熱負荷考慮熱水負荷，設微電網內用戶對熱水水溫的接受范圍為[T_h,min,T_h,max]，用H_h,min和H_h,max分別表示最小熱水負荷功率和最大熱水負荷功率，其表達式如式(10)和式(11)表示：

式(10)-(11)中，T_h,in表示t時刻加入水的溫度；C_w和ρ_W分別表示水的比熱容和水的密度；V_c(t)表示在t時刻加入冷水的體積；Δt表示時間步長；H_h(t)表示t時刻的熱負荷；靈活的熱負荷滿足約束條件式(12)：

H_h,min(t)≤H_h(t)≤H_h,max(t) (12)

式(12)中，H_h,min和H_h,max分別表示最小熱水負荷功率和最大熱水負荷功率；H_h(t)表示t時刻靈活的熱負荷值；

靈活的冷負荷考慮用戶對室內供冷溫度的可接受范圍，設用戶對室內溫度的可接受范圍表示為[T_c,min,T_c,max]，t時刻最小制冷負荷和最大制冷負荷分別表示為式(13)和式(14)：

式(13)-(14)中，C_c,min(t)和C_c,max(t)分別表示t時刻最小制冷負荷和最大制冷負荷；T_c,min和T_c,max分別為用戶對室內溫度的可接受范圍上下限；R_is表示用戶房屋熱阻；T_o(t)表示t時刻用戶房屋室外溫度；靈活的冷負荷表示為：

C_c,min(t)≤C_c(t)≤C_c,max(t) (15)

式(15)中，C_c,min(t)和C_c,max(t)分別表示t時刻最小制冷負荷和最大制冷負荷；C_c(t)表示t時刻靈活的冷負荷；

步驟三：提出基于主從-合作博弈的兩階段優化模型，對整個優化過程及共享儲能裝置最佳容量進行求解，對聯盟微電網貢獻度的利潤進行分配；

所述步驟三中，利用主從-合作博弈的兩階段優化模型對整個優化過程及共享儲能裝置最佳容量進行求解，第一階段優化模型可以引入主從博弈模型對其進行求解，第一階段優化模型求出各個微電網在與各微電網用戶達成主從博弈均衡的情況下的能源轉換情況及用戶負荷使用情況，并將各個微電網的電能最佳產銷情況傳輸給第二階段優化模型；

各微電網綜合能源系統的第一階段目標函數表示為各微電網利潤最大化函數，如式(23)所示：

式(23)中，Pr表示微電網日經營利潤；L_j,e(t)表示微電網j在t時刻能源e的實際負荷量；γ_e(t)表示能源e在t時刻的價格；C_M表示微電網運行經營成本，可由式(24)表示：

C_M＝C_epe+C_eql (24)

式(24)中，C_epe表示微電網j全天從配電網和天然氣網購買電能和天然氣所花成本之和，其表達式為式(25)：

式(25)中，E’＝{ele,gas}；表示t時刻微電網從外界購買能源e的功率值；ζ_e(t)表示t時刻外界能源e的價格，由配電網和天然氣網制定；

式(24)中，C_eqi表示微電網內所有設備的日維護成本，其表達式如式(26)所示：

式(24)中，表示t時刻設備b的輸出功率；v_b表示設備b的損耗系數；B表示所有設備的集合；

由上述可知，由各微電網運營商組成聯盟微電網并先向聯盟微電網內用戶公布能源價格，隨后用戶根據能源價格進行需求響應；在這個過程中，聯盟微電網運營商為先決策方，微電網用戶為后決策方，因此將聯盟微電網運營商稱為領導者，微電網用戶稱為跟隨者；整個第一階段優化模型可用兩個步驟進行表示：

步驟1：跟隨者根據領導者公布的能源價格進行需求響應，目標函數為式(22)；將跟隨者負荷使用情況反饋給領導者；

步驟2：領導者根據跟隨者所反饋的負荷使用情況，目標函數為式(23)；對微電網內設備的出力情況進行調整優化；

重復上述步驟，直到聯盟微電網得到最優日利潤，則認為達到博弈均衡；

通過第一階段的求解，可得到各個微電網與微電網用戶達到主從博弈均衡情況下的日電能產銷情況；由于第二階段中需要對共享儲能裝置容量進行求解，因此需對各微電網全年電能產銷情況進行分析；此外，第二階段優化模型中需考慮各微電網之間的電能交互以及各微電網對共享儲能裝置的出資建設情況，由于各個微電網屬于不同的運營商所有，各微電網之間既有合作的關系也有競爭的關系，同時包含著復雜的利益交互關系，因此引入合作博弈對第二階段優化模型進行求解；第二階段目標函數可表示為式(27):

式(27)中，C_cost表示聯盟微電網全年最低購電成本與共享儲能年建設成本之和；M表示典型日個數；W表示典型日天數；J表示聯盟微電網內微電網個數；P_j,w,m(t)表示t時刻聯盟微電網向配電網購買的電功率；ζ_ele(t)表示t時刻配電網電價；C_inv,y表示共享儲能建設成本。