CN108764587A - 考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法及装置，该方法包括：获取到园区各个用户对可中断负荷的第一补偿报价、对热负荷改变量的第二补偿报价；确定以各个用户的可中断负荷、热负荷改变量为待求量，以各个用户对应的第一补偿报价、第二补偿报价为已知量，且以补偿成本最小为目标的函数；在预置约束条件下对函数进行优化计算，得到日前负荷调度计划，其中，负荷调度包括削减用户的电负荷和增加用户的热负荷；在日内，根据日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度。本发明解决了在工业园区综合能源配的调控过程中，用电系统传统配用电电力需求互动的手段单一的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及园区综合能源系统分析领域，尤其涉及一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法及装置。
背景技术
工业园区是聚集多种产能、用能主体的综合能源系统，涉及电、热、冷、气等多种能源的生产、转移和消费。近年来，随着智能配用电技术和需求响应技术的发展，科学合理的互动机制成为实现园区综合用能优化、促进多方互动的有效解决方案，有助于更好的满足用户用能需求和降低用能成本。与此同时，能源互联网和多能互补技术的发展，也为电、热、冷等多种能源系统间的互动响应提供了技术和环境条件。
工业园区综合能源配用电系统多参与主体互动通过政策或经济手段挖掘用户的响应潜力，促进各方互动以达到如削峰填谷、缓解电力缺额等调控目标。目前国内外实施的互动机制，一般指用户与电网侧的双向互动，其核心是电力需求响应技术。
虽然目前国内外对于互动机制已有较成熟的运营和实施模式，但基本上局限于基于电力需求响应的双方互动，并未涉及不同类型能源需求间的相互影响和广义需求侧资源的统一优化调度，因此，在工业园区综合能源配的调控过程中，用电系统传统配用电电力需求互动的手段单一成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法及装置，用于解决在工业园区综合能源配的调控过程中，用电系统传统配用电电力需求互动的手段单一的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法，包括：
获取到园区各个用户对可中断负荷的第一补偿报价、对热负荷改变量的第二补偿报价；
确定以各个用户的所述可中断负荷、所述热负荷改变量为待求量，以各个用户对应的所述第一补偿报价、所述第二补偿报价为已知量，且以补偿成本最小为目标的函数；
在预置约束条件下对所述函数进行优化计算，得到日前负荷调度计划，其中，负荷调度包括削减用户的电负荷和增加用户的热负荷；
在日内，根据所述日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度。
优选地，所述函数为：
式中，C为补偿成本，n为园区的用户数量，t为时刻，i为第i个用户，xi,t、yi,t为状态变量，ΔLi,t为第i个用户第t时刻的可中断负荷，ΔHi,t为第i个用户第t时刻的热负荷改变量，λL，i,t为第i个用户对第t时刻的可中断负荷的第一补偿报价，λH,i,t为第i个用户对第t时刻的热负荷改变量的第二偿报价。
优选地，所述预置约束条件包括：
第一约束条件为：
式中，为第i个用户第t时刻由于增加热负荷相应增加的电负荷，ΔPt为冷热电联供机组由于第i个用户第t时刻增加的热负荷而相应增加的发电量，Tact为越限时刻集合；
第二约束条件为：
式中，ΔLt为园区第t时刻的计划负荷削峰量；
第三约束条件为：
式中，Tneg为非越限时刻集合，ΔLi,t为第i个用户第t时刻的可中断负荷，Lmax为园区的负荷限值，Lt为园区第t时刻的总负荷；
第四约束条件为：
式中，ΔHi,t为第i个用户第t时刻的热负荷改变量，Hi,t第i个用户第t时刻的热负荷，Hmax为冷热电联供机组的最大产热量；
第五约束条件为：
ALi，t＜ALmax，i，t，ΔHi，t＜ΔHmax，i，t
式中，ΔLmax，i，t为第i个用户向运营商申报的第t时刻的可中断负荷，ΔHmax，i，t为第i个用户向运营商申报的第t时刻的热负荷改变量；
第六约束条件为热的供需平衡约束；
第七约束条件为冷热电联供机组的热电出力关系。
优选地，所述根据所述日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度之前还包括：
对园区各个用户进行超短期负荷预测，根据超短期负荷预测的结果对所述日前负荷调度计划进行修正；
所述根据所述日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度具体为：
根据修正后的所述日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度。
根据本发明的另一方面，提供一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动装置，包括：
获取模块，用于获取到园区各个用户对可中断负荷的第一补偿报价、对热负荷改变量的第二补偿报价；
确定模块，用于确定以各个用户的所述可中断负荷、所述热负荷改变量为待求量，以各个用户对应的所述第一补偿报价、所述第二补偿报价为已知量，且以补偿成本最小为目标的函数；
计算模块，用于在预置约束条件下对所述函数进行优化计算，得到日前负荷调度计划，其中，负荷调度包括削减用户的电负荷和增加用户的热负荷；
调度模块，用于在日内，根据所述日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度。
优选地，所述函数为：
式中，C为补偿成本，n为园区的用户数量，t为时刻，i为第i个用户，xi,t、yi,t为状态变量，ΔLi,t为第i个用户第t时刻的可中断负荷，ΔHi,t为第i个用户第t时刻的热负荷改变量，λL，i,t为第i个用户对第t时刻的可中断负荷的第一补偿报价，λH,i,t为第i个用户对第t时刻的热负荷改变量的第二偿报价。
优选地，所述预置约束条件包括：
第一约束条件为：
式中，为第i个用户第t时刻由于增加热负荷相应增加的电负荷，ΔPt为冷热电联供机组由于第i个用户第t时刻增加的热负荷而相应增加的发电量，Tact为越限时刻集合；
第二约束条件为：
式中，ΔLt为园区第t时刻的计划负荷削峰量；
第三约束条件为：
式中，Tneg为非越限时刻集合，ΔLi,t为第i个用户第t时刻的可中断负荷，Lmax为园区的负荷限值，Lt为园区第t时刻的总负荷；
第四约束条件为：
式中，ΔHi,t为第i个用户第t时刻的热负荷改变量，Hi,t第i个用户第t时刻的热负荷，Hmax为冷热电联供机组的最大产热量；
第五约束条件为：
ΔLi，t＜ΔLmax，i，t，AHi，t＜AHmax，i，t
式中，ΔLmax，i,t为第i个用户向运营商申报的第t时刻的可中断负荷，ΔHmax,i,t为第i个用户向运营商申报的第t时刻的热负荷改变量；
第六约束条件为热的供需平衡约束；
第七约束条件为冷热电联供机组的热电出力关系。
优选地，本发明提供的一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动装置还包括：
修正模块，用于对园区各个用户进行超短期负荷预测，根据超短期负荷预测的结果对所述日前负荷调度计划进行修正；
所述调度模块还用于根据修正后的所述日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度。
根据本发明的另一方面，提供一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动装置，包括：存储器，以及耦接至所述存储器的处理器；
所述处理器被配置为基于存储在所述存储器设备中的指令，执行如以上所述的考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动生成方法。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现以上所述的考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供了一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法及装置，该方法包括：获取到园区各个用户对可中断负荷的第一补偿报价、对热负荷改变量的第二补偿报价；确定以各个用户的可中断负荷、热负荷改变量为待求量，以各个用户对应的第一补偿报价、第二补偿报价为已知量，且以补偿成本最小为目标的函数；在预置约束条件下对函数进行优化计算，得到日前负荷调度计划，其中，负荷调度包括削减用户的电负荷和增加用户的热负荷；在日内，根据日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度。本发明在园区综合能源能系统多参与主体互动过程中，除传统的可中断负荷模式外，引入了热能参与电力负荷互动和调节，极大丰富了传统配用电电力需求互动的手段，依靠热电耦合显著提升了互动的效果，以较低的代价降低了园区峰值负荷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法的一个实施例的流程示意图；
图2为本发明提供的一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法的另一个实施例的流程示意图；
图3为综合能源系统的架构示意图；
图4为互动模式原理图；
图5为日内修正的示意图；
图6为惩罚规则的原理图；
图7为本发明提供的一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动装置的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法及装置，用于解决在工业园区综合能源配的调控过程中，用电系统传统配用电电力需求互动的手段单一的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供了一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法的一个实施例，包括：
101、获取到园区各个用户对可中断负荷的第一补偿报价、对热负荷改变量的第二补偿报价；
102、确定以各个用户的可中断负荷、热负荷改变量为待求量，以各个用户对应的第一补偿报价、第二补偿报价为已知量，且以补偿成本最小为目标的函数；
103、在预置约束条件下对函数进行优化计算，得到日前负荷调度计划，其中，负荷调度包括削减用户的电负荷和增加用户的热负荷；
104、在日内，根据日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度。
本发明于园区运营商的角度，在园区综合能源能系统多参与主体互动过程中，除传统的可中断负荷模式外，引入了热能参与电力负荷互动和调节，极大丰富了传统配用电电力需求互动的手段，依靠热电耦合显著提升了互动的效果，以较低的代价降低了园区峰值负荷。
以上为一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法的一个实施例，为进行更具体的说明，下面提供一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法的另一个实施例，在介绍该实施例之前，对本发明涉及的综合能源系统的架构进行说明，在该架构中，多参与主体包括配电网调度中心、电力交易中心、园区运营商、电力用户、分布式电源运营商等。
该架构在空间上分为中央管理层、中间协调层和底部执行层三个层次，如图3所示。在互动时，自上而下将信息和指令层层发布，自下而上将执行情况层层反馈，实现全网多级能源互动协调优化调度。
中央管理层主要指配电网调度中心或电力市场体制成熟后的电力交易中心。配电网调度中心负责整个配电网络的潮流监控、调度等工作。在实时运行过程中，调度中心首先根据配电网实际运行状态，确定总的削负荷需求。其次，结合辖区内各工业园区的电力供需状况、负荷削减潜力等信息，综合考虑各园区系统的收益均衡，确定各园区的负荷削减指标，下发给中间协调层，并接受协调层对于指令执行情况的反馈。
中间协调层是各工业园区的运营商，其职责是协调管理层和底部执行层的信息交互，确保所有参与主体信息的互联互通；同时，运营商负责园区负荷互动调度计划的具体制定，协调用户之间、用户与电网之间能量流和信息流的互动。在实际运行时，协调层接受到来自管理层的削峰指令，结合园区用户的生产状态、可调容量、用能偏好等，综合利用可中断负荷、储能、电动汽车等各类资源，以及各类互动手段，合理制定运行策略。
底部执行层主要包括各类工商业用户、冷热电联供机组以及其他分布式资源如电动汽车、光伏、储能等。底层用户拥有自己的分布自治控制系统，负责自身的能量管理和生产优化，并与运营商进行信息交流和能量交流。执行层接受到上级传来的负荷削减指令或激励信号，根据自身设备使用情况、生产流程、可调容量等，以自身利益最大化为目标，按照要求做出响应；若不能完全响应负荷削减指令或有突发情况如馈线故障等，则应及时反馈给上级并等待下一步指令。
以下将对本实施例所涉及的多参与主体互动模式进行介绍：
为有效激励用户参与互动，同时兼顾用户可接受度、易操作度和技术可行性，提出了集可中断负荷、热电耦合互动和尖峰电价等多种互动模式于一体，涵盖中长期、日前、日内等多时间尺度的多参与主体互动模式。各互动模式原理如图4所示。
(1)可中断负荷
基于可中断负荷的互动模式按照时间尺度分为日前竞价撮合和日内约定响应两部分。
日前竞价撮合是指运营商在一天之前向用户发布削峰需求，组织用户申报可调负荷量及补偿价格，采取集中竞价、择低成交的方式确定削峰计划。集中竞价的方式在机制中引入竞争，能够降低运营商的补偿成本。补偿费用由运营商支付，数值上等于该用户日前报价乘以实际电负荷削减量。
日前互动计划基于日前负荷预测，与实际负荷值有一定的偏差，这部分偏差需通过日内互动来修正。削峰偏差一般在超短期负荷预测中检测到，时间跨度在四小时以内，没有足够的时间进行集中竞价，且需要较高的人力成本，因此在日内阶段采取约定响应的方式，以降低操作困难度。运营商与用户提前签订协议，对响应容量、补贴价格、最低响应次数等进行确定，在日内无需报价，由运营商直接进行需求响应邀约，用户按照邀约指令进行响应和反馈。约定需求响应可分为提前4小时通知和实时通知两类。
(2)热电耦合互动(与本实施例中的热负荷变化量相关)
除电力之外，工业用户对于热能也有较大的需求，工业园区内往往建有冷热电联供机组等分布式产能设备。冷热电联供机组可实现能量的梯级利用，能够有效提高综合能源利用率。
热电耦合互动基于冷热电联供机组热电产能的耦合特性，通过刺激用户用热需求而削减园区等效电负荷。运营商根据用户对热能的需求特性，对用户在某时刻的热能成本给予部分或全部补偿，激励用户在特定时刻多消耗热能，从而提高冷热电联供机组的产热量。由于冷热电联供机组工作在“以热定电”模式，其发电量随着产热量的增加而增加，相当于削减了园区等效负荷。若热补偿费用低于可中断补偿费用，则通过热电耦合的方式将使总调度成本得到削减。
同时，用户的热、电需求之间存在耦合特性。一方面，工业用户部分设备同时消耗电能和热能作为，因此用户的热负荷增加会导致电负荷的增加；另一方面，热能可以作为电能的互补品，如可以替代热泵等电制热设备所需消耗的电能，从而削减电负荷的需求。热、电需求的耦合性会影响热电耦合模式的互动效果，需在互动中予以考虑，详见后续分析。
通过引入热电耦合互动模式，运营商、用户和冷热电联供机组均能扩大自身效益，因此该模式能够提高各主体的参与意愿。运营商可以选择补偿价格较低、性价比高的互动手段，其调度成本与单纯电力需求响应相比将有一定降低；工业用户除了可中断负荷补偿外，还能获得用热补偿，其综合用能成本得到降低；而冷热电联供机组能够提升热和电的产量，同时增加其供能收入。
(3)尖峰电价(与本实施例中的第一补偿报价、第二补偿报价相关)
园区实行尖峰电价机制，在负荷高峰时期提高电价，以激励用户自动削峰填谷。同时，由于实施尖峰电价而回收的资金，可用于向用户支付可中断负荷补贴，保证互动实施主体的财务平衡，有利于互动机制的持续性运行。
尖峰电价机制一般以天气因素作为启动条件。当次日的最高气温预测值超过一定值，则启动尖峰电价。满足启动条件的生产日，在指定的高峰时段，园区所有大工业用户加收一定量的电费。
实行尖峰电价所回收的电费主要用于电力公司补偿用户需求响应的支出，制定的原则是做到收支相抵，即回收的电费恰好等于需求响应补贴支出，如下式所示。
式中，p为尖峰时段在原来电价的基础上多收的电价，Tp为尖峰时刻，Lt为t时刻的工业负荷值，d代表日期，Csum为全年需求响应总支出。
完整的互动流程分为三个阶段，即日前决策阶段、日内交互阶段和响应判定与结算阶段。其中，日前决策阶段实施热电耦合互动模式和需求侧竞价模式，通过综合能源需求响应调度模型进行决策，是整个互动机制的核心内容，日内决策阶段则主要为约定响应模式，作为日前决策阶段的补充，响应判定与结算阶段则对用户的响应进行事后评价和违约惩罚。
日前决策阶段主要包括互动机制启动条件判定、发布削峰指标和组织用户报价、日前撮合等环节。需要说明的是，本发明提供的一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法即从上述的组织用户报价开始直至日内交互阶段结束。由于互动机制启动条件判定、发布削峰指标为本领域技术人员较为公知的技术，以下对其进行简单的介绍：
(a)互动机制启动判定
中央管理层依据配电网运行状态，提前一天向中间协调层各园区运营商发布削峰指令，规定园区的负荷限值，该日园区的等效负荷不应超过该限值。
各用户分布自治系统进行自身负荷、发电的预测(包括用电量、用热量、光伏发电量等)，并将预测曲线上报运营商。运营商将各自治系统上报的负荷、发电信息进行汇总，结合用户用热计划计算得到冷热电联供机组的发电量，进而得到园区总负荷、总发电量。
若计及直控储能、分布式光伏和冷热电联供机组等资源的发电能力后，园区等效负荷仍超过中央管理层给出的负荷限值，则决定启动互动机制。
(b)组织报价
确定互动机制启动后，则进行组织用户报价，即开始执行本发明提供的考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法，本发明的执行主体为园区运营商，请参阅图2，本发明提供的一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法的另一个实施例，包括：
201、获取到园区各个用户对可中断负荷的第一补偿报价、对热负荷改变量的第二补偿报价；
运营商计算电负荷削峰需求，并根据冷热电联供机组的热电比将待削减电负荷值换算成待增加的热负荷值。将各时刻上述两个指标量发布给用户。
用户分布自治系统根据自身条件，评估次日在不同时段的负荷可调能力，并计算实施可中断负荷的成本。用户结合自身失负荷成本、电负荷削减能力和热负荷需求等，确定并递交可调负荷的报价(包括可中断负荷的第一补偿报价和热负荷改变量的第二补偿报价)。报价的格式如表1所示。
考虑用户用热量的改变可能引起用电量的改变，因此用户申报可调热负荷量时，需同时上报相应的电负荷增加量。申报的可调电负荷量为纯电负荷，不包括与热负荷相耦合的电负荷量。申报价格不能超过运营商制定的日前报价上限。
表1用户报价表单
202、确定以各个用户的可中断负荷、热负荷改变量为待求量，以各个用户对应的第一补偿报价、第二补偿报价为已知量，且以补偿成本最小为目标的函数；
运营商将热电互动投标和可中断负荷投标进行联合出清，通过综合能源需求响应调度模型进行决策，确定次日的互动调度计划。调度模型以运营商的补偿成本最小化为目标构建目标函数，如以下公式所示，式中第一项表示可中断负荷补偿成本，第二项表示热负荷补偿成本：
式中，C为补偿成本，n为园区的用户数量，t为时刻，i为第i个用户，xi,t、yi,t为状态变量，ΔLi,t为第i个用户第t时刻的可中断负荷，ΔHi,t为第i个用户第t时刻的热负荷改变量，λL，i,t为第i个用户对第t时刻的可中断负荷的第一补偿报价，λH,i,t为第i个用户对第t时刻的热负荷改变量的第二偿报价。需要说明的是，xi,t、yi,t为状态变量，当用户申报给运营商的报价被认可后，即中标，则取值为1，反之为0。
203、在预置约束条件下对函数进行优化计算，得到日前负荷调度计划，其中，负荷调度包括削减用户的电负荷和增加用户的热负荷；
确定函数后，则可以对该函数进行优化计算，在优化过程中，预置约束条件包括以下约束条件：
第一约束条件为：
式中，为第i个用户第t时刻由于增加热负荷相应增加的电负荷，ΔPt为冷热电联供机组由于第i个用户第t时刻增加的热负荷而相应增加的发电量，可由冷热电联供机组热电比计算得到，Tact为越限时刻集合；
第二约束条件为：
式中，ΔLt为园区第t时刻的计划负荷削峰量；
第三约束条件为：
式中，Tneg为非越限时刻集合，ΔLi,t为第i个用户第t时刻的可中断负荷，Lmax为园区的负荷限值，Lt为园区第t时刻的总负荷；
第四约束条件为：
式中，ΔHi,t为第i个用户第t时刻的热负荷改变量，Hi,t第i个用户第t时刻的热负荷，Hmax为冷热电联供机组的最大产热量；
第五约束条件为：
ΔLi，t＜ΔZmax，i，t，ΔHi，t＜ΔHmax，i，t
式中，ΔLmax，i,t为第i个用户向运营商申报的第t时刻的可中断负荷，ΔHmax,i,t为第i个用户向运营商申报的第t时刻的热负荷改变量；
第六约束条件为热的供需平衡约束；
第七约束条件为冷热电联供机组的热电出力关系。
204、在日内，对园区各个用户进行超短期负荷预测，根据超短期负荷预测的结果对日前负荷调度计划进行修正，根据修正后的日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度。
需要说明的是，在运营商向各个用户下发修正后的日前负荷调度计划后，即相当于下发调度指令，则各个用户会对该调度进行响应和反馈，响应过程为本领域技术人员公知的技术，不做详细的介绍。
以下将对修正过程进行说明：
日内，运营商实时监测园区负荷状态，对日前互动计划中存在的偏差或紧急情况进行修正和再调度，底部执行层的各用户按照日前和日内互动计划进行削峰。具体交互流程如图5所示。
日内修正一天进行6次，每4小时运营商对各个用户进行一次超短期负荷预测。若发现园区未来4小时内出现新的负荷越限情况，则在日前计划的基础上进行修正。
在日内修正过程中，运营商对各个用户进行超短期负荷预测后，若确定园区的总负荷出现越限的情况，则计算需要修正的削峰需求(如9时园区出现了负荷越限，则证明日前负荷调度计划在9时的预测出现错误，确定9时应增加的负荷削峰量A，且是因为10时的负荷削峰量过多所导致，即9时的削峰量有A转移至10时的削峰量)，并根据各用户的约定容量将修正的削峰指标进行分解，对参与约定响应的用户进行需求响应邀约(如在9时的调度计划中，用户2和用户3申报的补偿价格较低，且可调容量较大，则将削峰量A平摊至用户2和用户3，即在原计划上二者在9时的削峰量再各自增加A/2，在10时的削峰量各自减少A/2)。邀约时遵循价格优先、容量优先的原则，即优先选择约定响应价格(即第一补偿报价和第二补偿报价)较低、可调容量较大的资源。用户需及时反馈是否能够参与响应，并告知能够响应的具体负荷量。
若运营商在日内修正时未检测到负荷越限情况，但在实时运行时检测到负荷越限，则立即进行实时响应邀约，被邀约的用户需立即反馈并进行响应，若确定参与的用户响应量不足，则运营商应继续扩大邀约范围。
以下将对响应判定与结算阶段进行介绍：
日内执行结束后，运营商根据最终确定的调度计划(包括日前竞价响应、热电互动和日内约定响应)，对用户的响应有效性进行评价。用户响应有效性按照基线负荷(包括电和热)的方法进行判定。
采用指数平滑法计算历史数据的加权算术平均值，作为用户的基线负荷。选择用户在互动机制实施日前最近5个正常工作日(不包括启动了互动机制的工作日以及节假日)，设距离实施日前i日的历史负荷数据为yi,h(i＝1,2,...,5；h＝1,2,...,24)，则实施当日的用户基线负荷可由下式计算得到。
其中αi为权重值，满足条件：
其中α的取值可根据该用户历史数据回归分析得到，取值原则为使非需求响应日的基线负荷与实际负荷值最接近。
日内提前4小时通知的约定响应选择响应前4个小时的负荷作为基线负荷，紧急响应则选择15分钟前的负荷为基线负荷。
用户需求响应(包括电和热)的响应量＝基线负荷值-实际负荷值。响应的偏差量为实际响应量与规定响应量的差值。
如果用户的响应量等于规定响应量，则按用户日前报价对其进行结算。对于约定响应，运营商按照合同中事先约定好的价格进行补偿。
如果用户没有按照日前或日内约定响应削峰需求，并且没有提前通知运营商，则对其进行惩罚。惩罚规则可采取阶梯式惩罚规则，原理如图6所示，以保证一定的公平性。
以下将一个具体实施场景进行说明：
以某示范园区为例，分析所提互动机制的互动流程与各方收益。园区有8家大工业用户和2台冷热电联供机组。冷热电联供机组按照以热定电的方式运行，容量为4MW/8t；有8家大工业用户。用户最大热负荷需求为14t。对于热电耦合互动模式，按照热能价格440元/t给予补贴。用户执行大工业峰谷电价。高峰时段为14:00-17:00、19:00-22:00，平段为08:00-14:00、17:00-19:00、22:00-24:00，低谷时段为0:00-8:00。按高峰电价109.11分/kWh、平段电价68.05分/kWh、低谷电价36.47分/kWh计费。
(1)日前决策阶段
日前，中央管理层向园区运营商发布的负荷限值为40MW；运营商基于负荷预测，得到次日削减计划如表2所示，共有9个削减时刻，削峰总量为39.8MWh。
表2削峰指标
运营商将削峰需求发布给用户。用户根据自身的削负荷能力和失负荷成本，进行报价，假设其申报的可中断负荷及价格如表3和表4所示，该阶段所有用户均提交了报价。同时，用户还申报了热负荷的增加计划，如表5所示；用户只在6个时刻提交了热电互动的报价。
表3用户日前报价容量(MW)
表4用户日前报价价格(￥/MWh)
表5用户申报热负荷增加计划(t)
运营商根据用户申报内容，对热电互补和可中断负荷进行联合出清，得到各用户的负荷调度计划，根据计划可知，负荷削减任务主要通过热电耦合模式完成。两台冷热电联供机组平分热负荷，即冷热电联供机组的总削减指标平均分摊到两台机组上。根据该调度计划，在全部削减的39.8MWh电量中，有25.85MWh通过热电耦合互动的方式削减，仅有13.95MWh的电量通过可中断负荷削减。
(2)日内修正阶段
日内，运营商在进行超短期负荷预测时，发现在15时待削减的6.14MW中有1.5MW转移到了14时出现，因此需要对日前计划进行修正。运营商根据用户日内的约定需求响应量，发现用户2、4、6在该时刻的约定响应成本较低且可调能力较大，因此运营商向该三名用户发出需求响应邀约，具体邀约信息如表6。
表6日内约定响应量
请参阅图7，本发明提供的一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动装置的一个实施例，包括：
获取模块701，用于获取到园区各个用户对可中断负荷的第一补偿报价、对热负荷改变量的第二补偿报价；
确定模块702，用于确定以各个用户的可中断负荷、热负荷改变量为待求量，以各个用户对应的第一补偿报价、第二补偿报价为已知量，且以补偿成本最小为目标的函数；
计算模块703，用于在预置约束条件下对函数进行优化计算，得到日前负荷调度计划，其中，负荷调度包括削减用户的电负荷和增加用户的热负荷；
调度模块704，用于在日内，根据日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度。
可选的，函数为：
式中，C为补偿成本，n为园区的用户数量，t为时刻，i为第i个用户，xi,t、yi,t为状态变量，ΔLi,t为第i个用户第t时刻的可中断负荷，ΔHi,t为第i个用户第t时刻的热负荷改变量，λL，i,t为第i个用户对第t时刻的可中断负荷的第一补偿报价，λH,i,t为第i个用户对第t时刻的热负荷改变量的第二偿报价。
可选的，预置约束条件包括：
第一约束条件为：
式中，为第i个用户第t时刻由于增加热负荷相应增加的电负荷，ΔPt为冷热电联供机组由于第i个用户第t时刻增加的热负荷而相应增加的发电量，Tact为越限时刻集合；
第二约束条件为：
式中，ΔLt为园区第t时刻的计划负荷削峰量；
第三约束条件为：
式中，Tneg为非越限时刻集合，ΔLi,t为第i个用户第t时刻的可中断负荷，Lmax为园区的负荷限值，Lt为园区第t时刻的总负荷；
第四约束条件为：
式中，ΔHi,t为第i个用户第t时刻的热负荷改变量，Hi,t第i个用户第t时刻的热负荷，Hmax为冷热电联供机组的最大产热量；
第五约束条件为：
ALi，t＜ALmax，i，t，ΔHi，t＜ΔHmax，i，t
式中，ΔLmax，i,t为第i个用户向运营商申报的第t时刻的可中断负荷，ΔHmax,i,t为第i个用户向运营商申报的第t时刻的热负荷改变量；
第六约束条件为热的供需平衡约束；
第七约束条件为冷热电联供机组的热电出力关系。
可选的，本发明提供的一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动装置还包括：
修正模块，用于对园区各个用户进行超短期负荷预测，根据超短期负荷预测的结果对日前负荷调度计划进行修正；
调度模块还用于根据修正后的日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度。
本发明提供的一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动装置的另一个实施例，包括：存储器，以及耦接至存储器的处理器；
处理器被配置为基于存储在存储器设备中的指令，执行如以上的考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动生成方法。
本发明还涉及一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现以上的考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法。
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，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法，其特征在于，包括：
获取到园区各个用户对可中断负荷的第一补偿报价、对热负荷改变量的第二补偿报价；
确定以各个用户的所述可中断负荷、所述热负荷改变量为待求量，以各个用户对应的所述第一补偿报价、所述第二补偿报价为已知量，且以补偿成本最小为目标的函数；
在预置约束条件下对所述函数进行优化计算，得到日前负荷调度计划，其中，负荷调度包括削减用户的电负荷和增加用户的热负荷；
在日内，根据所述日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度。
2.根据权利要求1所述的考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法，其特征在于，所述函数为：
式中，C为补偿成本，n为园区的用户数量，t为时刻，i为第i个用户，xi,t、yi,t为状态变量，ΔLi,t为第i个用户第t时刻的可中断负荷，ΔHi,t为第i个用户第t时刻的热负荷改变量，λL，i,t为第i个用户对第t时刻的可中断负荷的第一补偿报价，λH,i,t为第i个用户对第t时刻的热负荷改变量的第二偿报价。
3.根据权利要求2所述的考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法，其特征在于，所述预置约束条件包括：
第一约束条件为：
式中，为第i个用户第t时刻由于增加热负荷相应增加的电负荷，ΔPt为冷热电联供机组由于第i个用户第t时刻增加的热负荷而相应增加的发电量，Tact为越限时刻集合；
第二约束条件为：
式中，ΔLt为园区第t时刻的计划负荷削峰量；
第三约束条件为：
式中，Tneg为非越限时刻集合，ΔLi,t为第i个用户第t时刻的可中断负荷，Lmax为园区的负荷限值，Lt为园区第t时刻的总负荷；
第四约束条件为：
式中，ΔHi,t为第i个用户第t时刻的热负荷改变量，Hi,t第i个用户第t时刻的热负荷，Hmax为冷热电联供机组的最大产热量；
第五约束条件为：
ΔLi,t＜ΔLmax，i,t，ΔHi,t＜ΔHmax,i,t
式中，ΔLmax，i,t为第i个用户向运营商申报的第t时刻的可中断负荷，ΔHmax,i,t为第i个用户向运营商申报的第t时刻的热负荷改变量；
第六约束条件为热的供需平衡约束；
第七约束条件为冷热电联供机组的热电出力关系。
4.根据权利要求1所述的考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法，其特征在于，所述根据所述日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度之前还包括：
对园区各个用户进行超短期负荷预测，根据超短期负荷预测的结果对所述日前负荷调度计划进行修正；
所述根据所述日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度具体为：
根据修正后的所述日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度。
5.一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取到园区各个用户对可中断负荷的第一补偿报价、对热负荷改变量的第二补偿报价；
确定模块，用于确定以各个用户的所述可中断负荷、所述热负荷改变量为待求量，以各个用户对应的所述第一补偿报价、所述第二补偿报价为已知量，且以补偿成本最小为目标的函数；
计算模块，用于在预置约束条件下对所述函数进行优化计算，得到日前负荷调度计划，其中，负荷调度包括削减用户的电负荷和增加用户的热负荷；
调度模块，用于在日内，根据所述日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度。
6.根据权利要求5所述的考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动装置，其特征在于，所述函数为：
式中，C为补偿成本，n为园区的用户数量，t为时刻，i为第i个用户，xi,t、yi,t为状态变量，ΔLi,t为第i个用户第t时刻的可中断负荷，ΔHi,t为第i个用户第t时刻的热负荷改变量，λL，i,t为第i个用户对第t时刻的可中断负荷的第一补偿报价，λH,i,t为第i个用户对第t时刻的热负荷改变量的第二偿报价。
7.根据权利要求6所述的考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动装置，其特征在于，所述预置约束条件包括：
第一约束条件为：
式中，为第i个用户第t时刻由于增加热负荷相应增加的电负荷，ΔPt为冷热电联供机组由于第i个用户第t时刻增加的热负荷而相应增加的发电量，Tact为越限时刻集合；
第二约束条件为：
式中，ΔLt为园区第t时刻的计划负荷削峰量；
第三约束条件为：
式中，Tneg为非越限时刻集合，ΔLi,t为第i个用户第t时刻的可中断负荷，Lmax为园区的负荷限值，Lt为园区第t时刻的总负荷；
第四约束条件为：
式中，ΔHi,t为第i个用户第t时刻的热负荷改变量，Hi,t第i个用户第t时刻的热负荷，Hmax为冷热电联供机组的最大产热量；
第五约束条件为：
ΔLi,t＜ΔLmax，i,t，ΔHi,t＜ΔHmax,i,t
式中，ΔLmax，i,t为第i个用户向运营商申报的第t时刻的可中断负荷，ΔHmax,i,t为第i个用户向运营商申报的第t时刻的热负荷改变量；
第六约束条件为热的供需平衡约束；
第七约束条件为冷热电联供机组的热电出力关系。
8.根据权利要求5所述的考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动装置，其特征在于，还包括：
修正模块，用于对园区各个用户进行超短期负荷预测，根据超短期负荷预测的结果对所述日前负荷调度计划进行修正；
所述调度模块还用于根据修正后的所述日前负荷调度计划对园区各个用户的负荷进行调度。
9.一种考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动装置，其特征在于，包括：存储器，以及耦接至所述存储器的处理器；
所述处理器被配置为基于存储在所述存储器设备中的指令，执行如权利要求1至4任意一项所述的考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动生成方法。
10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至4任意一项所述的考虑热电耦合的综合能源系统多时间尺度互动方法。
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