CN106022958A - 多能源互联系统的能源分配方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多能源互联系统的能源分配方法和系统，通过建立包括各种能源输入信息和输出信息的输入‑输出模型，以及上述输入‑输出模型对应的收益函数，再利用预设的约束条件根据收益函数计算多能源互联系统的能量分配空间，从上述能量分配空间中查找使各个能源的单元收益符合纳什均衡状态的目标输入参数和目标输出参数，使多能源互联系统可以根据上述均衡分配参数，以确定上述多能源互联系统的目标输入参数和目标输出参数，进行相应的能源分配，所得到的分配方案可以使多能源互联系统的整体收益和其中各个能源的单元收益均保持在最优状态，减少分配后能源调度上的浪费，具有较好的分配效果。

Description

多能源互联系统的能源分配方法和系统

技术领域

本发明涉及能源分配技术领域，特别是涉及一种多能源互联系统的能源分配方法和系统。

背景技术

随着能源互联网的发展，多能源互联系统的各类多能源互联系统的能源中心耦合程度将会逐渐加深，例如传统电力系统和天然气系统之间的耦合仅由燃气轮机，即天然气向电能单向转换，变换为近年来出现的电转气(P2G)等转换技术，上述电转气技术需要通过把富余的电能进行电化学反应将水和二氧化碳制成生成人造天然气(SNG)，注入天然气网络，实现电能与天然气的双向流动。

上述多能源互联系统中多种能源转换关系的复杂化为其能源分配带来一定难度，传统的能源分配方案通常根据多能源互联系统的整体收益或者其中各个能源的单元收益，容易导致分配后的能源浪费大。

发明内容

基于此，有必要针对传统方案中能源分配容易导致分配后能源浪费大的技术问题，提供一种多能源互联系统的能源分配方法和系统。

一种多能源互联系统的能源分配方法，包括如下步骤：

根据多能源互联系统的能源种类以及各种能源的输入信息和输出信息建立输入-输出模型；其中，所述输入-输出模型表示包括多能源互联系统输入参数与输出参数之间的函数关系；

根据所述输入-输出模型建立多能源互联系统的收益函数；其中，所述收益函数为表示多能源互联系统输出参数和消耗参数之间的函数；

根据预设的约束条件和所述收益函数计算多能源互联系统的能量分配空间；其中，所述能量分配空间包括多能源互联系统各种能源的输入参数和输出参数使收益函数达到约束条件的取值集合；

分别获取多能源互联系统中各种能源的输出参数和消耗参数之差，得到各种能源对应的单元收益；

在所述能量分配空间中查找单元收益符合纳什均衡状态的均衡分配参数，根据所述均匀分配参数分配多能源互联系统的能源。

一种多能源互联系统的能源分配系统，包括：

第一建立模块，用于根据多能源互联系统的能源种类以及各种能源的输入信息和输出信息建立输入-输出模型；其中，所述输入-输出模型表示包括多能源互联系统输入参数与输出参数之间的函数关系；

第二建立模块，用于根据所述输入-输出模型建立多能源互联系统的收益函数；其中，所述收益函数为表示多能源互联系统输出参数和消耗参数之间的函数；

第一计算模块，用于根据预设的约束条件和所述收益函数计算多能源互联系统的能量分配空间；其中，所述能量分配空间包括多能源互联系统各种能源的输入参数和输出参数使收益函数达到约束条件的取值集合；

第一获取模块，用于分别获取多能源互联系统中各种能源的输出参数和消耗参数之差，得到各种能源对应的单元收益；

查找模块，用于在所述能量分配空间中查找单元收益符合纳什均衡状态的均衡分配参数，根据所述均匀分配参数分配多能源互联系统的能源。

上述多能源互联系统的能源分配方法和系统，通过建立包括各种能源输入信息和输出信息的输入-输出模型，以及上述输入-输出模型对应的收益函数，再利用预设的约束条件根据收益函数计算多能源互联系统的能量分配空间，从上述能量分配空间中查找使各个能源的单元收益符合纳什均衡状态的目标输入参数和目标输出参数，使多能源互联系统可以根据上述均衡分配参数，以确定上述多能源互联系统的目标输入参数和目标输出参数，进行相应的能源分配，所得到的分配方案可以使多能源互联系统的整体收益和其中各个能源的单元收益均保持在最优状态，减少分配后能源调度上的浪费，具有较好的分配效果。

附图说明

图1为一个实施例的多能源互联系统的能源分配方法流程图；

图2为一个实施例的多能源互联系统结构示意图；

图3为一个实施例的能量转换示意图；

图4为一个实施例的电力负荷系数和热负荷系数和风电最大出力曲线图；

图5为一个实施例的消耗曲线示意图；

图6为一个实施例的消耗曲线示意图；

图7为一个实施例的能量占比示意图；

图8为一个实施例的能量占比示意图；

图9为一个实施例的设备运转情况和储气装置运行情况示意图；

图10为一个实施例的多能源互联系统的能源分配系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的多能源互联系统的能源分配方法和系统的具体实施方式作详细描述。

参考图1，图1所示为一个实施例的多能源互联系统的能源分配方法流程图，包括如下步骤：

S10，根据多能源互联系统的能源种类以及各种能源的输入信息和输出信息建立输入-输出模型；其中，所述输入-输出模型表示包括多能源互联系统输入参数与输出参数之间的函数关系；

上述多能源互联系统可以包括交流电能、直流电能、天然气、热能、生物质和燃油等多种能源。上述多能源互联系统的输入参数可以通过包括各种能源输入量的矩阵表示。上述多能源互联系统的输出参数可以通过包括各种能源输出量的矩阵表示。

S20，根据所述输入-输出模型建立多能源互联系统的收益函数；其中，所述收益函数为表示多能源互联系统输出参数和消耗参数之间的函数；

S30，根据预设的约束条件和所述收益函数计算多能源互联系统的能量分配空间；其中，所述能量分配空间包括多能源互联系统各种能源的输入参数和输出参数使收益函数达到约束条件的取值集合；

S40，分别获取多能源互联系统中各种能源的输出参数和消耗参数之差，得到各种能源对应的单元收益；

S50，在所述能量分配空间中查找单元收益符合纳什均衡状态的均衡分配参数，根据所述均匀分配参数分配多能源互联系统的能源。

本实施例提供的多能源互联系统的能源分配方法，通过建立包括各种能源输入信息和输出信息的输入-输出模型，以及上述输入-输出模型对应的收益函数，再利用预设的约束条件根据收益函数计算多能源互联系统的能量分配空间，从上述能量分配空间中查找使各个能源的单元收益符合纳什均衡状态的目标输入参数和目标输出参数，使多能源互联系统可以根据上述均衡分配参数，以确定上述多能源互联系统的目标输入参数和目标输出参数，进行相应的能源分配，所得到的分配方案可以使多能源互联系统的整体收益和其中各个能源的单元收益均保持在最优状态，减少分配后能源调度上的浪费，具有较好的分配效果。

在一个实施例中，上述输入参数与输出参数之间的函数关系(输入-输出模型)可以为：L＝CP；

式中，L为多能源互联系统的输出矩阵，L的行数为能源种数，每行对应一种能源的输出参数；P为多能源互联系统的输入矩阵，P的行数为能源种数，每行对应一种能源的输入参数；C为多能源互联系统的能源耦合矩阵。

作为一个实施例，L＝CP可以写为：

多能源互联系统的输入矩阵为P，输出矩阵为L，所涉及的N种能源载体可以分别记为α，β，…，ω，可对应交流电能、直流电能、天然气、热能、生物质、燃油等多种能源形式；P_α，P_β，…，P_ω和L_α，L_β，…，L_ω分别表示某时段内各种能源所对应的多能源互联系统的能源中心输入端和输出端各能源载体平均功率。C为能源耦合矩阵；耦合系数c_i,j描述当前调度模式下多能源互联系统的能源中心输入端i能源经由多能源互联系统的能源中心内各转换器后对j能源的稳态综合转换系数，由多能源互联系统的能源中心内部接线方式、各能源转换器效率和调度系数共同确定。若多能源互联系统输入端或输出端不包含某类能源，可以在相应的中输出矩阵和输入矩阵中删除对应的行或列。

在一个实施例中，上述多能源互联系统的能源分配方法，还可以包括：

获取多能源互联系统各种能源的能源流向矩阵：

$\left[\begin{array}{c}L\\ S\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}G& H\\ J& K\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}P\\ O\end{array}\right];$

其中，L为多能源互联系统的输出矩阵，P为多能源互联系统的输入矩阵，O为多能源互联系统的输出功率矩阵，S为多能源互联系统的输入功率矩阵，G表示多能源互联系统输入端能源直接输往输出端的调度系数，H表示多能源互联系统各能源转换器至输出端的调度系数，J表示多能源互联系统输入端与能源转换器输入端的调度系数，K表示多能源互联系统各能源转换器之间的级联调度系数；

根据所述输入-输出模型和能源流向矩阵计算C＝G+Hη(I-Kη)^-1J；其中，C为多能源互联系统的能源耦合矩阵，G表示多能源互联系统输入端能源直接输往输出端的调度系数，H表示多能源互联系统各能源转换器至输出端的调度系数，J表示多能源互联系统输入端与能源转换器输入端的调度系数，K表示多能源互联系统各能源转换器之间的级联调度系数，η多能源互联系统的稳态转换效率矩阵，I为单位矩阵。

作为一个实施例，对于包含储能装置的多能源互联系统的能源中心，需要添加储能装置对应项以更新上述输入-输出模型，记多能源互联系统中各储能装置的储能状态为向量E，能量变化率为上述输入-输出模型可以如下式所示：

上述能量变化率为中某元素为正值表示对应储能装置处于充能状态,为负值则表示对应储能装置处于释能状态。

多能源互联系统内部能源转换方程可以包括：

O＝ηS，

上述S＝[s₁,s₂,…,s_n]^T为多能源互联系统中n个能源转换器输入端的功率列向量；O＝[o₁,o₂,…,o_m]^T为对应的m个输出端功率列向量；η＝[η_ij]_mn为n行m列矩阵，其中η_ij为输入端口j至输出端口i的稳态转换效率，建模简化处理时可认为其为常量，实际中η_ij与该能源转换器输入能源流大小相关，可表述为η_ij＝f_ij(s_i)。部分能源转换器可将一种能源转化为多种能源(如燃气轮机可将天然气化学能转换为电能和热能)，此时m≥n。

多能源互联系统内部的调度体现为对能源输送线路中能源流的分配:

$\left[\begin{array}{c}L\\ S\end{array}\right]=V\left[\begin{array}{c}P\\ O\end{array}\right],$

式中：V＝[v_ji]_(n+N)(m+N)为能源调度系数矩阵，可以表明能源流在能源输送线路中的分配情况；其中，v_ji表示输出端口i的能源流分配给输入端口j的比例。在一般情况下，V矩阵中每列的各个元素即分配系数之和为1，由于在实际应用中可能存在弃能和能耗(如弃风、弃光、泄露等)能源输送线路分配系数之和，有可能小于1，因此能源调度系数矩阵V的约束条件如：

$L=CP+H(\mathrm{\η}{\left(I-J\mathrm{\η}\right)}^{-1}-I)\stackrel{\·}{E},$

其中1^T为元素全为1的行向量，左侧1^T长度为n+N，右侧1^T长度为m+N；

将改写成分块矩阵形式：

$\left[\begin{array}{c}L\\ S\end{array}\right]=V\left[\begin{array}{c}P\\ O\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}G& H\\ J& K\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}P\\ O\end{array}\right]$

式中：G、H、J和K为能源调度系数矩阵V基于L、S、P、O维度进行分块后的子矩阵；G为N×N维矩阵，表示多能源互联系统的能源中心输入端能源不经任何能源转换器直接输往输出端的调度系数；H为N×m维矩阵，表示多能源互联系统的能源中心内部各能源转换器至多能源互联系统的能源中心输出端的调度系数；J为n×N维矩阵，表示多能源互联系统的能源中心输入端能源与其内部各能源转换器输入端的调度系数；K为n×m维矩阵，表示多能源互联系统的能源中心内部各能源转换器之间的级联调度系数。

消去L、S、P和O，得能量耦合矩阵C：

C＝G+Hη(I-Kη)^-1J，

式中：I为n×n单位矩阵；若多能源互联系统的能源中心中无串联能量转换器，即式S和O没有耦合关系，K为0矩阵，C可以简化为G+HηJ。

在一个实施例中，所述输入参数与输出参数之间的函数关系可以为：

式中，L为多能源互联系统的输出矩阵，P为多能源互联系统的输入矩阵，C为多能源互联系统的能源耦合矩阵，H表示多能源互联系统各能源转换器至输出端的调度系数，J表示多能源互联系统输入端与能源转换器输入端的调度系数，η多能源互联系统的稳态转换效率矩阵，I为单位矩阵，表示多能源互联系统的能量变化率矩阵。

本实施例在考虑储能装置的情况下，各能源转换器输出端功率O变为将更新后的能源流向矩阵与输入-输出模型再次联立求解并将对应部分用：C＝G+Hη(I-Kη)^-1J替换，可以得到：

$L=CP+H(\mathrm{\η}{\left(I-J\mathrm{\η}\right)}^{-1}-I)\stackrel{\·}{E}.$

在一个实施例中，上述收益函数可以包括：max r(L)-c(P)；式中，r(L)为加权输出函数，c(P)为加权输入函数；

所述约束条件包括：

$\begin{array}{ccc}\stackrel{\·}{E}=\frac{dE}{dt},& \underset{\‾}{E}-\≤E\≤\stackrel{\‾}{E},& \underset{\‾}{\stackrel{\·}{E}}\≤\stackrel{\·}{E}\≤\stackrel{\‾}{\stackrel{\·}{E}}\end{array};$

其中，E表示多能源互联系统的能量储备矩阵，表示多能源互联系统的能量变化率矩阵，E和分别表示能量储备下限和上限，和分别表示储能装置释能和充能的功率上限。上述max可以表示最大值。

上述r(L)为加权输出函数，权值可以包括相应能源对应的单位收益参数(单价或者消耗等参数)，利用上述单位收益参数对输出矩阵进行加权运算，便可以得到相应的加权输出函数，c(P)为加权输入函数，权值可以包括相应能源对应的单位消耗参数(单价或者消耗等参数)，利用上述单位消耗参数对输入矩阵进行加权运算，便可以得到相应的加权输入函数。

作为一个实施例，对于L为定值的情形，收益函数取得最大值可以在满足负荷的前提下最小化输入消耗量，即min c(P)，

此时，上述P、S、O和V矩阵需要满足的约束条件可以包括：

$L=CP+H(\mathrm{\η}{\left(I-J\mathrm{\η}\right)}^{-1}-I)\stackrel{\·}{E},$

各能源转换器输入输出端口的功率限制：

$\underset{\‾}{P}\≤P\≤\stackrel{\‾}{P}$

$\underset{\‾}{S}\≤S\≤\stackrel{\‾}{S}$

$\underset{\‾}{O}\≤O\≤\stackrel{\‾}{O}$

上述P和分别表示多能源互联系统的能源中心获取外部能源P的下限和上限参数；S和分别表示相应能源中心中各能源转换器输入S的下限和上限参数；O和分别表示能源中心中各能源转换器输出O的下限和上限参数。

储能装置能量状态和出力限制

$\stackrel{\·}{E}=\frac{dE}{dt}$

$\underset{\‾}{E}\≤E\≤\stackrel{\‾}{E}$

$\underset{\‾}{\stackrel{\·}{E}}\≤\stackrel{\·}{E}\≤\stackrel{\‾}{\stackrel{\·}{E}}$

E和分别表示各储能设备储能状态的下限和上限；和分别表示各储能装置释能和充能的功率上限。

在一个实施例中，上述多能源互联系统的能源分配方法，还可以包括：

建立多能源互联系统的网络运行目标函数，所述网络运行目标函数为：

$\min z=\underset{t}{\overset{N_t}{\Σ}}\underset{k}{\overset{N_k}{\Σ}}\underset{i}{\overset{N_i}{\Σ}}{c}_{ikt}\left(G_{ik}\right(t\left)\right);$

式中，N_k为多能源互联系统中的能源种类数，N_i为多能源互联系统中的节点数，可以为为其所包含的能源中心数量，N_t为时间段数，G_ik(t)为多能源互联系统在时段t从节点i处获取第k类能源的总量，其中绝大部分能量输向各能源中心，c_ikt表示在t时段内节点i中第k类能源的消耗函数，其具体形式可以由相应种能源的特性所决定；

构建网络约束条件，所述网络约束条件包括：

h_k(G_k(t),P_k(t),F_k(t),X_k(t))＝0，

$\underset{\‾}{F}\≤F_t\≤\stackrel{\‾}{F};$

$\underset{\‾}{X}\≤X_t\≤\stackrel{\‾}{X};$

P(t)≥P(t)；

其中，G_k(t)为t时段内第k类能源的获取向量，P_k(t)表示t时段内各多能源互联系统的能源中心购入第k类能源的量，F_k(t)表示t时段内第k类能源网络的线路流量向量，X_k(t)表示t时段内第k类能源网络的节点状态向量，h_k表示第k类能源网络的平衡方程组，F和分别表示线路流量F_t的下限和上限，X和分别表示节点状态量X_t的下限和上限，P(t)表示各多能源互联系统的能源中心的能源需求量，P(t)表示各多能源互联系统的能源中心能源需求量的下限；

根据所述网络约束条件和网络运行目标函数确定多能源互联系统的对偶向量；其中，所述对偶向量λ表示各多能源互联系统的能源中心输入端的能量范围；

根据所述对偶向量λ确定所述加权输入函数。

上述G_k(t)＝[G_1,k(t),G_2,k(t),…,G_Ni,k(t)]，为t时段内第k类能源的购入向量；P_k(t)＝[P_1,k(t),P_2,k(t),…,P_Ni,k(t)]；表示t时段内各能源中心购入第k类能源的量；各能源中心购入各类能源的量需满足上节所述约束；F_k(t)＝[F_1,k,1(t),F_1,k,2(t),…,F_2,k,1(t),…,F_{Nl(k),k,NF(k)}(t)]，为t时段内第k类能源网络所有线路流量向量，X_k(t)＝[X_1,k,1(t),X_1,k,2(t),…,X_2,k,1(t),…,X_Ni,k,NX(k)(t)]，为t时段内为第k类能源网络所有节点状态向量；h_k表示第k类能源网络的平衡方程组，其具体形式由该能源网络特性决定。

在一个实施例中，上述在所述能量分配空间中查找使各个能源的单元收益符合纳什均衡状态的目标输入参数和目标输出参数的步骤包括：

根据所述能量分配空间建立均衡目标函数和均衡约束条件；

所述均衡目标函数包括：

所述均衡约束条件包括：

其中，所述y_i表示第i种能源基于当前能量分配空间x所采取的能源分配方式，φ_i表示第i种能源的单元收益函数，X表示能源分配所有时间段的能量分配空间，x^*表示符合纳什均衡状态的能量分配空间；

根据所述均衡目标函数和均衡约束条件计算符合纳什均衡状态的目标输入参数和目标输出参数。

本实施例可以将多能源系统中N个能源中心视为独立的参与者，参与者i的博弈决策变量为能源中心在各能源系统中各时段购置能源量P_i，参与者i的决策空间记为X_i，所有参与者决策空间(能量分配空间)的笛卡儿积记为X＝X₁×X₂×…×X_n，每个参与者的收益函数为φ_i(X)。则纳什均衡点x^*可定义为:

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\φ}}_i\left(x^{*}\right)=\underset{\left(x_i\right|x)\∈X}{max}{\mathrm{\φ}}_i\left(x_i\right|x),& \∀i\end{array}$

式中：(x_i|x)表示参与者i在其他参与者保持x中相应策略时自身采取策略x_i的局面。上述达到纳什均衡状态时，每个参与者都已经达到自身收益极大值，无法通过单独改变自己的策略增加收益。

引入如下的规范化Nikaido-Isoda函数，将纳什均衡问题转化为优化问题，优化目标函数(均衡目标函数)为：

$\mathrm{\Ψ}(x,y)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\[{\mathrm{\φ}}_i\left(y_i\right|x)-{\mathrm{\φ}}_i\left(x\right)\],$

式中y_i表示参与者i基于当前局面x所采取的策略。在纳什均衡状态,Nikaido-Isoda函数满足以下约束:

$\underset{x^{*},y\∈x}{max}\mathrm{\Ψ}(x^{*},y)=0$

若给定各参与者的策略初值x₀，可以采用迭代算法求取纳什均衡点。在第k+1次迭代过程中，每个参与者都假定其他参与者维持第k次迭代时的策略，在此基础上优化自己的决策以最大化自身的利益。k+1次迭代时的最优响应函数可以为：经过多次迭代之后，可以收敛至纳什均衡点。流程停止迭代时得到的各能源中心能源消费量和各能源网络运行情况即为此多能源互联系统的均衡点，根据上述均衡点便可以得到均匀分配参数。

在一个实施例中，可以应用上述多能源互联系统的能源分配方法对四节点电能-天然气联合多能源系统进行计算，图2所示的多能源互联系统包括4个能源中心以及连接它们的电力网络和天然气网络这两个能源网络。节点1与节点2各有一个火电厂，记为G1和G2；节点4有一风电场，记为WT。G1为平衡节点。天然气网络在节点1接入上级天然气系统，用N表示。

4个节点分别表示独立运营的能源中心，依次记为H1至H4，均输入电能和天然气，输出电能和热能供给负荷。其中，H1至H3为图2所示包含燃气轮机与燃气锅炉的简单能源中心。H4则如图3所示，其中除了包括H1-H3中的设备之外，还包含电转气设备以及天然气储气装置。

天然气系统和区域供热系统中的能量用热量单位计量，电力系统中的能量则用电能单位计量。为便于说明，可以将所有有名值均换算为标幺值。多能源系统中的能源用单位能量p.u.计量，价格则用单位货币m.u.计量，下文中所涉及的参数如无特别注明，则均为标幺值。

在目标函数中各类能源消耗函数可以定义为二次函数，如式(1)所示，式中各参数的数值见表1，其中风电出力上限与实际风力水平有关。

$c_{kt}\left(P\right)={\mathrm{\α}}_k+{\mathrm{\β}}_k{P}_k+{\mathrm{\γ}}_k{P}_k^2---\left(1\right)$

表1输入能源消耗参数

电力网络参数如表2所示，各节点电压Vi需满足0.9≤Vi≤1.1，平衡节点1满足V1＝1.05 0°。

表2电力网络参数

天然气网络参数如表3所示，网络各节点气压bng,i满足0.8≤bng,i≤1.2，平衡节点1满足bng,i＝1；天然气管道1→2和1→3分别配置一个压气站，压气站输入端压力bi和输出端压力bk满足1.2≤bk/bi≤.8，H4中天然气储气罐容量给定为10p.u.，初始已有5p.u天然气储量，每小时充放天然气能力均为0.2p.u.，满足调度周期内总充气量等于总放气量。

表3天然气网络参数

能源中心内部各能源转换器参数均给定为常数,数值列于表4。

表4能源转换器效率

假定4个能源中心分别具有相同的电负荷和热负荷曲线，总用电负荷峰值为10p.u.(每个能源中心为2.5p.u.)，总热负荷峰值为8p.u.(每个能源中心峰值为2p.u.)。调度期为某冬季典型工作日，调度期24小时内电力负荷系数和热负荷系数和风电最大出力具体数值见表5，对应曲线见图4。

表5冬季典型工作日风电出力与电负荷和热负荷数据

基于上述参数，可求得多能源系统的均衡状态，此时系统总能源费用为3657.16m.u.。市场均衡时，各能源中心面临的相关消耗参数中节点电价和气价如图5和图6所示，此时各能源中心消费的电能和天然气占系统总电能和天然气输入量的比率见图7和图8，特别地，各时段中能源中心H4中电转气(P2G)设备的运转情况和储气装置的运行情况见图9所示。可以看出，上述多能源互联系统的能源分配方法能有效地反应多能源系统市场环境中由于需求量变化和风电出力变化对市场中能源节点价格和各能源中心能源消耗量的变化。

参考图10所示，图10为一个实施例的多能源互联系统的能源分配系统结构示意图，包括：

第一建立模块10，用于根据多能源互联系统的能源种类以及各种能源的输入信息和输出信息建立输入-输出模型；其中，所述输入-输出模型表示包括多能源互联系统输入参数与输出参数之间的函数关系；

第二建立模块20，用于根据所述输入-输出模型建立多能源互联系统的收益函数；其中，所述收益函数为表示多能源互联系统输出参数和消耗参数之间的函数；

第一计算模块30，用于根据预设的约束条件和所述收益函数计算多能源互联系统的能量分配空间；其中，所述能量分配空间包括多能源互联系统各种能源的输入参数和输出参数使收益函数达到约束条件的取值集合；

第一获取模块40，用于分别获取多能源互联系统中各种能源的输出参数和消耗参数之差，得到各种能源对应的单元收益；

查找模块50，用于在所述能量分配空间中查找单元收益符合纳什均衡状态的均衡分配参数，根据所述均匀分配参数分配多能源互联系统的能源。

在一个实施例中，上述输入参数与输出参数之间的函数关系为：L＝CP；

式中，L为多能源互联系统的输出矩阵，L的行数为能源种数，每行对应一种能源的输出参数；P为多能源互联系统的输入矩阵，P的行数为能源种数，每行对应一种能源的输入参数；C为多能源互联系统的能源耦合矩阵。

在一个实施例中，上述多能源互联系统的能源分配方法，还包括：

第二获取模块，用于获取多能源互联系统各种能源的能源流向矩阵：

$\left[\begin{array}{c}L\\ S\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}G& H\\ J& K\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}P\\ O\end{array}\right];$

其中，L为多能源互联系统的输出矩阵，P为多能源互联系统的输入矩阵，O为多能源互联系统的输出功率矩阵，S为多能源互联系统的输入功率矩阵，G表示多能源互联系统输入端能源直接输往输出端的调度系数，H表示多能源互联系统各能源转换器至输出端的调度系数，J表示多能源互联系统输入端与能源转换器输入端的调度系数，K表示多能源互联系统各能源转换器之间的级联调度系数；

第二计算模块，用于根据所述输入-输出模型和能源流向矩阵计算C＝G+Hη(I-Kη)^-1J；其中，C为多能源互联系统的能源耦合矩阵，G表示多能源互联系统输入端能源直接输往输出端的调度系数，H表示多能源互联系统各能源转换器至输出端的调度系数，J表示多能源互联系统输入端与能源转换器输入端的调度系数，K表示多能源互联系统各能源转换器之间的级联调度系数，η多能源互联系统的稳态转换效率矩阵，I为单位矩阵。

本发明提供的多能源互联系统的能源分配系统与本发明提供的多能源互联系统的能源分配方法一一对应，在所述多能源互联系统的能源分配方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于多能源互联系统的能源分配系统的实施例中，特此声明。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多能源互联系统的能源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据多能源互联系统的能源种类以及各种能源的输入信息和输出信息建立输入-输出模型；其中，所述输入-输出模型表示包括多能源互联系统输入参数与输出参数之间的函数关系；

根据所述输入-输出模型建立多能源互联系统的收益函数；其中，所述收益函数为表示多能源互联系统输出参数和消耗参数之间的函数；

根据预设的约束条件和所述收益函数计算多能源互联系统的能量分配空间；其中，所述能量分配空间包括多能源互联系统各种能源的输入参数和输出参数使收益函数达到约束条件的取值集合；

分别获取多能源互联系统中各种能源的输出参数和消耗参数之差，得到各种能源对应的单元收益；

在所述能量分配空间中查找单元收益符合纳什均衡状态的均衡分配参数，根据所述均匀分配参数分配多能源互联系统的能源。

2.根据权利要求1所述的多能源互联系统的能源分配方法，其特征在于，所述输入参数与输出参数之间的函数关系为：L＝CP；

式中，L为多能源互联系统的输出矩阵，L的行数为能源种数，每行对应一种能源的输出参数；P为多能源互联系统的输入矩阵，P的行数为能源种数，每行对应一种能源的输入参数；C为多能源互联系统的能源耦合矩阵。

3.根据权利要求2所述的多能源互联系统的能源分配方法，其特征在于，还包括：

获取多能源互联系统各种能源的能源流向矩阵：

$\left[\begin{array}{c}L\\ S\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}G& H\\ J& K\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}P\\ O\end{array}\right];$

其中，L为多能源互联系统的输出矩阵，P为多能源互联系统的输入矩阵，O为多能源互联系统的输出功率矩阵，S为多能源互联系统的输入功率矩阵，G表示多能源互联系统输入端能源直接输往输出端的调度系数，H表示多能源互联系统各能源转换器至输出端的调度系数，J表示多能源互联系统输入端与能源转换器输入端的调度系数，K表示多能源互联系统各能源转换器之间的级联调度系数；

根据所述输入-输出模型和能源流向矩阵计算C＝G+Hη(I-Kη)^-1J；其中，C为多能源互联系统的能源耦合矩阵，G表示多能源互联系统输入端能源直接输往输出端的调度系数，H表示多能源互联系统各能源转换器至输出端的调度系数，J表示多能源互联系统输入端与能源转换器输入端的调度系数，K表示多能源互联系统各能源转换器之间的级联调度系数，η多能源互联系统的稳态转换效率矩阵，I为单位矩阵。

4.根据权利要求2所述的多能源互联系统的能源分配方法，其特征在于，所述输入参数与输出参数之间的函数关系为：

式中，L为多能源互联系统的输出矩阵，P为多能源互联系统的输入矩阵，C为多能源互联系统的能源耦合矩阵，H表示多能源互联系统各能源转换器至输出端的调度系数，J表示多能源互联系统输入端与能源转换器输入端的调度系数，η多能源互联系统的稳态转换效率矩阵，I为单位矩阵，表示多能源互联系统的能量变化率矩阵。

5.根据权利要求2所述的多能源互联系统的能源分配方法，其特征在于，所述收益函数包括：max r(L)-c(P)；式中，r(L)为加权输出函数，c(P)为加权输入函数；

所述约束条件包括：

$\stackrel{\·}{E}=\frac{dE}{dt},\underset{\‾}{E}\≤E\≤\stackrel{\‾}{E},\underset{\‾}{\stackrel{\·}{E}}\≤\stackrel{\·}{E}\≤\stackrel{\‾}{\stackrel{\·}{E}};$

其中，E表示多能源互联系统的能量储备矩阵，表示多能源互联系统的能量变化率矩阵，E和分别表示能量储备下限和上限，和分别表示储能装置释能和充能的功率上限。

6.根据权利要求5所述的多能源互联系统的能源分配方法，其特征在于，还包括：

建立多能源互联系统的网络运行目标函数，所述网络运行目标函数为：

$\min z=\underset{t}{\overset{N_t}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k}{\overset{N_k}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i}{\overset{N_i}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{ikt}\left(G_{ik}\right(t\left)\right);$

式中，N_k为多能源互联系统中的能源种类数，N_i为多能源互联系统中的节点数，N_t为时间段数，G_ik(t)为多能源互联系统在时段t从节点i处获取第k类能源的总量，c_ikt表示在t时段内节点i中第k类能源的消耗函数；

构建网络约束条件，所述网络约束条件包括：

h_k(G_k(t),P_k(t),F_k(t),X_k(t))＝0，

$\underset{\‾}{F}\≤F_t\≤\stackrel{\‾}{F};$

$\underset{\‾}{X}\≤X_t\≤\stackrel{\‾}{X};$

P(t)≥P(t)

其中，G_k(t)为t时段内第k类能源的获取向量，P_k(t)表示t时段内各多能源互联系统的能源中心购入第k类能源的量，F_k(t)表示t时段内第k类能源网络的线路流量向量，X_k(t)表示t时段内第k类能源网络的节点状态向量，h_k表示第k类能源网络的平衡方程组，F和分别表示线路流量F_t的下限和上限，X和分别表示节点状态量X_t的下限和上限，P(t)表示各多能源互联系统的能源中心的能源需求量，P(t)表示各多能源互联系统的能源中心能源需求量的下限；

根据所述网络约束条件和网络运行目标函数确定多能源互联系统的对偶向量；其中，所述对偶向量表示各多能源互联系统的能源中心输入端的能量范围；

根据所述对偶向量确定所述加权输入函数。

7.根据权利要求1所述的多能源互联系统的能源分配方法，其特征在于，所述在所述能量分配空间中查找使各个能源的单元收益符合纳什均衡状态的目标输入参数和目标输出参数的步骤包括：

根据所述能量分配空间建立均衡目标函数和均衡约束条件；

所述均衡目标函数包括：

所述均衡约束条件包括：

其中，所述y_i表示第i种能源基于当前能量分配空间x所采取的能源分配方式，φ_i表示第i种能源的单元收益函数，X表示能源分配所有时间段的能量分配空间，x^*表示符合纳什均衡状态的能量分配空间；

根据所述均衡目标函数和均衡约束条件计算符合纳什均衡状态的目标输入参数和目标输出参数。

8.一种多能源互联系统的能源分配系统，其特征在于，包括：

第一建立模块，用于根据多能源互联系统的能源种类以及各种能源的输入信息和输出信息建立输入-输出模型；其中，所述输入-输出模型表示包括多能源互联系统输入参数与输出参数之间的函数关系；

第二建立模块，用于根据所述输入-输出模型建立多能源互联系统的收益函数；其中，所述收益函数为表示多能源互联系统输出参数和消耗参数之间的函数；

第一计算模块，用于根据预设的约束条件和所述收益函数计算多能源互联系统的能量分配空间；其中，所述能量分配空间包括多能源互联系统各种能源的输入参数和输出参数使收益函数达到约束条件的取值集合；

第一获取模块，用于分别获取多能源互联系统中各种能源的输出参数和消耗参数之差，得到各种能源对应的单元收益；

查找模块，用于在所述能量分配空间中查找单元收益符合纳什均衡状态的均衡分配参数，根据所述均匀分配参数分配多能源互联系统的能源。

9.根据权利要求8所述的多能源互联系统的能源分配系统，其特征在于，所述输入参数与输出参数之间的函数关系为：L＝CP；

式中，L为多能源互联系统的输出矩阵，L的行数为能源种数，每行对应一种能源的输出参数；P为多能源互联系统的输入矩阵，P的行数为能源种数，每行对应一种能源的输入参数；C为多能源互联系统的能源耦合矩阵。

10.根据权利要求9所述的多能源互联系统的能源分配方法，其特征在于，还包括：

第二获取模块，用于获取多能源互联系统各种能源的能源流向矩阵：

$\left[\begin{array}{c}L\\ S\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}G& H\\ J& K\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}P\\ O\end{array}\right];$

其中，L为多能源互联系统的输出矩阵，P为多能源互联系统的输入矩阵，O为多能源互联系统的输出功率矩阵，S为多能源互联系统的输入功率矩阵，G表示多能源互联系统输入端能源直接输往输出端的调度系数，H表示多能源互联系统各能源转换器至输出端的调度系数，J表示多能源互联系统输入端与能源转换器输入端的调度系数，K表示多能源互联系统各能源转换器之间的级联调度系数；

第二计算模块，用于根据所述输入-输出模型和能源流向矩阵计算C＝G+Hη(I-Kη)^-1J；其中，C为多能源互联系统的能源耦合矩阵，G表示多能源互联系统输入端能源直接输往输出端的调度系数，H表示多能源互联系统各能源转换器至输出端的调度系数，J表示多能源互联系统输入端与能源转换器输入端的调度系数，K表示多能源互联系统各能源转换器之间的级联调度系数，η多能源互联系统的稳态转换效率矩阵，I为单位矩阵。