CN109118293B - 一种热-电综合能源管理系统及方法 - Google Patents

一种热-电综合能源管理系统及方法 Download PDF

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CN109118293B CN201811010037.7A CN201811010037A CN109118293B CN 109118293 B CN109118293 B CN 109118293B CN 201811010037 A CN201811010037 A CN 201811010037A CN 109118293 B CN109118293 B CN 109118293B
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Abstract

本发明公开了一种热‑电综合能源管理系统及方法，系统包括若干第一管理装置、一个第二管理装置和若干第三管理装置，其中：第一管理装置建立考虑用户室内舒适偏好的用户侧N人纳什博弈模型，并求解纳什均衡解作为源消费计划，上报至第二管理装置；第二管理装置将上报的能源消费计划累加得到能源总需求，并广播至所有第三管理装置；以及根据所有第三管理装置发送的电力、热力能源生产计划，计算下一时刻电力、热力能源的价格；第三管理装置根据第二管理装置下发的能源总需求，建立综合能源供应商之间的N人纳什博弈模型，求解得到纳什均衡作为当前时刻的电力、热力能源生产计划，并上报至第二管理装置。本发明可以对热电各方进行更好的规划，使得各方利益最大化。

Description

一种热-电综合能源管理系统及方法
技术领域
本发明涉及电力热力能源管理，尤其涉及一种热-电综合能源管理系统及方法。
背景技术
随着新式电锅炉和高效热泵的发展与应用，使得电制热设备在降低运营成本和减少碳排放方面的优势逐渐显现出来。此外，由于热能的大规模存储较电能更加方便，在工程领域更加容易实施，热能系统在保障含可再生能源的配电系统的电力供需平衡方面发挥了积极的作用。因此，近年来热源的电力化以及热电联产系统在实际工程中的应用越来越多。这种转变有助于利用热和电之间的协同效应，提高能源的综合利用率，并使配电系统和区域供热系统产生了相互依赖性。为了发挥协同潜力，提高热-电联合系统的整体能源利用效率，合理的配置电力和热力生产资源，许多国家正在朝着能源市场自由化的方向迈进。
很多国家已经实施了电力市场的开放，但是热力市场相比于电力市场还非常不成熟。在芬兰和瑞典，区域供暖公司开始以商业方式运营，并根据边际成本自由定价。大型的电锅炉和热泵被引进到区域供热系统以消纳多余的电力。减少能源税也是促进这些设备发展的一种方式。在丹麦，电锅炉和热泵的部署可以追溯到十年前，且在2013年，丹麦颁布了降低能源税的政策，从而为热能生产的电力化创造了良好的环境。德国联邦经济技术部启动了一项量化热泵潜力以提高风能利用率的项目。虽然热-电联合市场在当前的实践中还不成熟，但综合能源系统的运行和市场挑战受到了学术界和政府机构的广泛关注。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种热-电综合能源管理系统及方法，本发明可以对热-电综合能源进行管理，实现用户方电力-热力的最优使用计划，能源供应商的电力、热力最优生产计划，以及给出最优的电力、热力价格。
技术方案：本发明所述的热-电综合能源管理系统包括若干第一管理装置、一个第二管理装置和若干第三管理装置，其中：
所述第一管理装置位于用户家庭，用于根据用户偏好以及第二管理装置当前时刻下发的电力能源价格、热力能源价格，建立考虑用户室内舒适偏好的用户侧N人纳什博弈模型，并求解得到当前时刻纳什均衡解，将所述纳什均衡解作为当前时刻的能源消费计划，上报至所述第二管理装置；
所述第二管理装置位于热-电联合交易中心，用于将当前时刻所有第一管理装置上报的能源消费计划累加得到能源总需求，并将能源总需求广播至所有第三管理装置；以及根据当前时刻所有第三管理装置发送的电力、热力能源生产计划，计算下一时刻电力、热力能源的价格，并判断下一时刻电力、热力能源价格与之前的价格之差是否小于预设阈值，若是，则将下一时刻价格作为最终实际价格，结束博弈，若否，则将下一时刻价格下发至所有第一管理装置；
所述第三管理装置位于能源供应商，用于根据当前时刻第二管理装置下发的能源总需求，建立综合能源供应商之间的N人纳什博弈模型，并求解得到当前时刻纳什均衡解，将所述纳什均衡解作为当前时刻的电力、热力能源生产计划，并上报至所述第二管理装置。
进一步的，所述第一管理装置具体包括：
信息发送模块，用于接收第二管理装置下发的当前时刻下电力能源价格和热力能源价格；
纳什博弈模型建立模块，用于根据最新电力能源价格、热力能源价格和用户偏好，建立考虑用户室内热舒适偏好的用户侧N人纳什博弈模型，具体为：
Figure BDA0001784822340000021
Figure BDA0001784822340000022
式中，
Figure BDA0001784822340000023
表示t时段用户的收益，i表示当前用户或第一管理装置的序号，
Figure BDA0001784822340000024
表示用户i在t时段内使用非电制热设备而产生的效用，
Figure BDA0001784822340000025
表示用户i在t时段内直接从能源供应商购买热量而产生的效用，
Figure BDA0001784822340000026
表示用户i在t时段内使用电制热设备产生的效用，α、β、γ为调节参数，使得效用值与货币单位达到相同的数量级，pi,t、hi,t和phi,t分别表示用户i在t时刻为了使用非电制热设备而购买的电能、直接从能源供应商购买的热能和为了使用电制热设备而购买的电能，为待求解量，h1i、h2i、ωi、b、c、d是用户的偏好系数，
Figure BDA0001784822340000031
分别表示t时段内的最优电价、热价，
Figure BDA0001784822340000032
表示用户的最大热需求，
Figure BDA0001784822340000033
Figure BDA0001784822340000034
R表示建筑物的等效热阻，Tmax表示室内温度最大值，
Figure BDA0001784822340000035
表示用户i在t时段内的室内温度，
Figure BDA0001784822340000036
表示用户i在t时段内的室外温度，Δt表示时间间隔，τ＝R·CE，CE表示建筑物的等效热容，ΔT表示相邻时段内的最大温度变化量；
纳什博弈模型求解模块，用于对建立的所述用户侧N人纳什博弈模型进行求解，求解得到当前时刻的纳什均衡解为
Figure BDA0001784822340000037
该纳什均衡解即为时刻t用户i的能源消费计划；
信息发送模块，用于将所述能源消费计划发送至所述第二管理装置。
进一步的，所述第三管理装置具体包括：
信息发送模块，用于接收第二管理装置下发的能源总需求；
纳什博弈模型建立模块，用于根据能源总需求，建立能源供应商侧N人纳什博弈模型，具体为：
Figure BDA0001784822340000038
Figure BDA0001784822340000039
Figure BDA00017848223400000310
式中，
Figure BDA00017848223400000311
表示能源供应商j在t时段的收益，j表示当前能源供应商或第三管理装置的序号，
Figure BDA00017848223400000312
分别表示t时段内的最优电价和热价，PLj,t、HLj,t分别表示电能和热能的生产计划，为待求解量，s1j、s2j、s3j、s4j表示能源生产的成本系数；
纳什博弈模型求解模块，用于对建立的所述立能源供应商侧N人纳什博弈模型进行求解，求解得到当前时刻的纳什均衡解为
Figure BDA00017848223400000313
该纳什均衡解即为时刻t能源供应商j的能源生产计划；
信息发送模块，用于将所述能源生产计划发送至所述第二管理装置。
进一步的，所述第二管理装置具体包括：
信息接收模块，用于接收当前时刻所有第一管理装置上报的能源消费计划，以及当前时刻所有第三管理装置发送的电力、热力能源生产计划；
需求计算模块，用于将当前时刻所有第一管理装置上报的能源消费计划累加得到能源总需求；
价格计算模块，用于根据当前时刻所有第三管理装置发送的电力、热力能源生产计划，计算下一时刻电力、热力能源的价格；
价格变化判断模块，用于计算下一时刻电力、热力能源价格与前一时刻的价格之差，并判断是否小于预设阈值；
广播模块，用于将所述能源总需求广播至所有第三管理装置，以及在价格变化判断模块结果为否时，将所述下一时刻电力、热力能源价格下发至所有第一管理装置；
定价模块，用于在价格变化判断模块结果为是时，将下一时刻价格作为最终实际价格，结束博弈。
进一步的，所述第一管理装置的纳什博弈模型求解模块具体用于执行以下流程：
(1.1)获取初始值ei,t(0)，设置n＝0，其中，ei,t(n)＝(pi,t(n),hi,t(n),phi,t(n))表示t时刻用户i在第n次迭代时的能源消费计划，n表示迭代次数；
(1.2)根据梯度投影法计算得到dei,t(n)＝(dpi,t(n),dhi,t(n),dphi,t(n))，其中：
Figure BDA0001784822340000041
式中，
Figure BDA0001784822340000042
分别表示第二管理装置下发的t时刻的电价、热价；
(1.3)根据公式计算ei,t(n+1)：
ei,t(n+1)＝ei,t(n)+step*dei,t(n)，step＝10-2；
(1.4)判断|ei,t(n+1)-ei,t(n)|＞ε是否成立，若成立，则将n＝n+1，返回执行(1.2)否则，终止迭代，将当前ei,t(n+1)作为纳什均衡解
Figure BDA0001784822340000043
进一步的，所述第三管理装置的纳什博弈模型求解模块具体用于执行以下流程：
(2.1)获取初始值Ej,t(0)，设置m＝0，其中，Ej,t(m)＝(PLj,t(m),HLj,t(m))表示t时刻能源供应商j在第m次迭代时的能源生产计划，m表示迭代次数；
(2.2)根据以下公式计算当前次迭代时电力价格pricep,t(m)：
Figure BDA0001784822340000051
式中，
Figure BDA0001784822340000052
Figure BDA0001784822340000053
CN是用户的总数，GN是能源供应商的总数，pricep0为电力初始价格；
(2.3)根据以下公式计算当前次迭代时热力价格priceh,t(m)
Figure BDA0001784822340000054
式中，priceh0为热力初始价格；
(2.4)根据梯度投影法计算得到dEj,t(m)＝(dPLj,t(m),dHLj,t(m))，其中：
Figure BDA0001784822340000055
(2.5)根据公式计算得到Ej,t(m+1)＝(PLj,t(m+1),HLj,t(m+1))：
Ej,t(m+1)＝Ej,t(m)+step*dEj,t(m)，step＝10-2；
(2.6)判断|Ej,t(m+1)-Ej,t(m)|＞ε是否成立，若成立，则将m＝m+1，返回执行(2.2)否则，终止迭代，将当前Ej,t(m+1)作为纳什均衡解
Figure BDA0001784822340000056
ε＝10-3。
进一步的，所述价格计算模块具体包括：
电力价格计算单元，用于根据当前时刻所有第三管理装置发送的电力生产计划计算下一时刻电力能源的价格
Figure BDA0001784822340000057
其中
Figure BDA0001784822340000058
计算公式为：
Figure BDA0001784822340000059
式中，
Figure BDA00017848223400000510
Figure BDA0001784822340000061
CN是用户的总数，GN是能源供应商的总数，pricep0为电力初始价格，
Figure BDA0001784822340000062
为第三管理装置j发送的电力生产计划；
热力价格计算单元，用于根据当前时刻所有第三管理装置发送的热力生产计划计算下一时刻热力能源的价格
Figure BDA0001784822340000063
其中
Figure BDA0001784822340000064
计算公式为：
Figure BDA0001784822340000065
式中，priceh0为热力初始价格，
Figure BDA0001784822340000066
为第三管理装置j发送的热力生产计划。
本发明所述的热-电综合能源管理管理方法基于上述系统，包括以下步骤：
S1、第一管理装置根据用户偏好以及第二管理装置当前时刻下发的电力能源价格、热力能源价格，建立考虑用户室内舒适偏好的用户侧N人纳什博弈模型，并求解得到当前时刻纳什均衡解，将所述纳什均衡解作为当前时刻的能源消费计划，上报至所述第二管理装置；
S2、第二管理装置将当前时刻所有第一管理装置上报的能源消费计划累加得到能源总需求，并将能源总需求广播至所有第三管理装置；
S3、所述第三管理装置根据当前时刻第二管理装置下发的能源总需求，建立综合能源供应商之间的N人纳什博弈模型，并求解得到当前时刻纳什均衡解，将所述纳什均衡解作为当前时刻的电力、热力能源生产计划，并上报至所述第二管理装置；
S4、根据当前时刻所有第三管理装置发送的电力、热力能源生产计划，计算下一时刻电力、热力能源的价格，并判断下一时刻电力、热力能源价格与之前的价格之差是否小于预设阈值，若是，则将下一时刻价格作为最终实际价格，结束博弈，若否，则将下一时刻价格下发至所有第一管理装置，并执行步骤S1。
进一步的，步骤S1具体包括：
S1-1、根据用户偏好以及第二管理装置当前时刻下发的电力能源价格、热力能源价格，建立考虑用户室内舒适偏好的用户侧N人纳什博弈模型，具体为：
Figure BDA0001784822340000067
Figure BDA0001784822340000068
式中，
Figure BDA0001784822340000069
表示t时段用户的收益，i表示当前用户或第一管理装置的序号，
Figure BDA0001784822340000071
表示用户i在t时段内使用非电制热设备而产生的效用，
Figure BDA0001784822340000072
表示用户i在t时段内直接从能源供应商购买热量而产生的效用，
Figure BDA0001784822340000073
表示用户i在t时段内使用电制热设备产生的效用，α、β、γ为调节参数，使得效用值与货币单位达到相同的数量级，pi,t、hi,t和phi,t分别表示用户i在t时刻为了使用非电制热设备而购买的电能、直接从能源供应商购买的热能和为了使用电制热设备而购买的电能，为待求解量，h1i、h2i、ωi、b、c、d是用户的偏好系数，
Figure BDA0001784822340000074
分别表示t时段内的最优电价、热价，
Figure BDA0001784822340000075
表示用户的最大热需求，
Figure BDA0001784822340000076
Figure BDA0001784822340000077
R表示建筑物的等效热阻，Tmax表示室内温度最大值，
Figure BDA0001784822340000078
表示用户i在t时段内的室内温度，
Figure BDA0001784822340000079
表示用户i在t时段内的室外温度，Δt表示时间间隔，τ＝R·CE，CE表示建筑物的等效热容，ΔT表示相邻时段内的最大温度变化量；
S1-2、按照以下方式求解纳什均衡：
A、获取初始值ei,t(0)，设置n＝0，其中，ei,t(n)＝(pi,t(n),hi,t(n),phi,t(n))表示t时刻用户i在第n次迭代时的能源消费计划，n表示迭代次数；
B、根据梯度投影法计算得到dei,t(n)＝(dpi,t(n),dhi,t(n),dphi,t(n))，其中：
Figure BDA00017848223400000710
式中，
Figure BDA00017848223400000711
分别表示第二管理装置下发的t时刻的电价、热价；
C、根据公式计算ei,t(n+1)：
ei,t(n+1)＝ei,t(n)+step*dei,t(n)，step＝10-2；
D、判断|ei,t(n+1)-ei,t(n)|＞ε是否成立，若成立，则将n＝n+1，返回执行B，否则，终止迭代，将当前ei,t(n+1)作为纳什均衡解
Figure BDA0001784822340000081
ε＝10-3；
S1-3、将所述纳什均衡解作为当前时刻的能源消费计划，上报至所述第二管理装置；
步骤S3具体包括：
S3-1、根据当前时刻第二管理装置下发的能源总需求，建立综合能源供应商之间的N人纳什博弈模型，具体为：
Figure BDA0001784822340000082
Figure BDA0001784822340000083
Figure BDA0001784822340000084
式中，
Figure BDA0001784822340000085
表示能源供应商j在t时段的收益，j表示当前能源供应商或第三管理装置的序号，
Figure BDA0001784822340000086
分别表示t时段内的最优电价和热价，PLj,t、HLj,t分别表示电能和热能的生产计划，为待求解量，s1j、s2j、s3j、s4j表示能源生产的成本系数；
S3-2、按照以下方式求解纳什均衡：
A、获取初始值Ej,t(0)，设置m＝0，其中，Ej,t(m)＝(PLj,t(m),HLj,t(m))表示t时刻能源供应商j在第m次迭代时的能源生产计划，m表示迭代次数；
B、根据以下公式计算当前次迭代时电力价格pricep,t(m)：
Figure BDA0001784822340000087
式中，
Figure BDA0001784822340000088
Figure BDA0001784822340000089
CN是用户的总数，GN是能源供应商的总数，pricep0为电力初始价格；
C、根据以下公式计算当前次迭代时热力价格priceh,t(m)
Figure BDA00017848223400000810
式中，priceh0为热力初始价格；
D、根据梯度投影法计算得到dEj,t(m)＝(dPLj,t(m),dHLj,t(m))，其中：
Figure BDA0001784822340000091
E、根据公式计算得到Ej,t(m+1)＝(PLj,t(m+1),HLj,t(m+1))：
Ej,t(m+1)＝Ej,t(m)+step*dEj,t(m)，step＝10-2；
F、判断|Ej,t(m+1)-Ej,t(m)|＞ε是否成立，若成立，则将m＝m+1，返回执行B，否则，终止迭代，将当前Ej,t(m+1)作为纳什均衡解
Figure BDA0001784822340000092
ε＝10-3；
S3-3、将所述纳什均衡解作为当前时刻的电力、热力能源生产计划，并上报至所述第二管理装置；
步骤S4具体包括：
S4-1、根据当前时刻所有第三管理装置发送的电力生产计划计算下一时刻电力能源的价格
Figure BDA0001784822340000093
其中
Figure BDA0001784822340000094
计算公式为：
Figure BDA0001784822340000095
式中，
Figure BDA0001784822340000096
Figure BDA0001784822340000097
CN是用户的总数，GN是能源供应商的总数，pricep0为电力初始价格，
Figure BDA0001784822340000098
为第三管理装置j发送的电力生产计划；
S4-2、根据当前时刻所有第三管理装置发送的热力生产计划计算下一时刻热力能源的价格
Figure BDA0001784822340000099
其中
Figure BDA00017848223400000910
计算公式为：
Figure BDA00017848223400000911
式中，priceh0为热力初始价格，HL* j,t为第三管理装置j发送的热力生产计划
S4-3、判断是否满足
Figure BDA00017848223400000912
若是，则将所述下一时刻价格作为最终实际价格，结束博弈；若否，则将下一时刻价格下发至所有第一管理装置，并执行步骤S1。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：传统的对电力市场的研究主要针对能源生产者，研究能源生产者之间的博弈。通常消费者只被当做单纯的价格接受者，能源生产者通过模拟消费者的需求曲线，适当考虑消费者的反应后最终给出能源生产量和价格。本发明使得消费者不再是单纯的价格接受者，通过多轮报价逐渐影响能源价格，最终达到两阶段博弈的纳什均衡。对热-电综合能源进行管理，实现用户方电力-热力的最优使用计划，能源供应商的电力、热力最优生产计划，以及给出最优的电力、热力价格。与传统的集中式算法相比，本发明提出的分布式算法对用户和能源供应商隐私的保护更为有效。
附图说明
图1是本发明提供的热-电综合能源管理系统的连接关系图；
图2是建筑热力学模型图；
图3是能源供应商侧的多轮博弈结果图；
图4是用户侧的多轮博弈结果图。
具体实施方式
实施例1
本发明所述的热-电综合能源管理系统包括若干第一管理装置、一个第二管理装置和若干第三管理装置，如图1所示，其中：
所述第一管理装置位于用户家庭，用于根据用户偏好以及第二管理装置当前时刻下发的电力能源价格、热力能源价格，建立考虑用户室内舒适偏好的用户侧N人纳什博弈模型，并求解得到当前时刻纳什均衡解，将所述纳什均衡解作为当前时刻的能源消费计划，上报至所述第二管理装置；
所述第二管理装置位于热-电联合交易中心，用于将当前时刻所有第一管理装置上报的能源消费计划累加得到能源总需求，并将能源总需求广播至所有第三管理装置；以及根据当前时刻所有第三管理装置发送的电力、热力能源生产计划，计算下一时刻电力、热力能源的价格，并判断下一时刻电力、热力能源价格与之前的价格之差是否小于预设阈值，若是，则将下一时刻价格作为最终实际价格，结束博弈，若否，则将下一时刻价格下发至所有第一管理装置；
所述第三管理装置位于能源供应商，用于根据当前时刻第二管理装置下发的能源总需求，建立综合能源供应商之间的N人纳什博弈模型，并求解得到当前时刻纳什均衡解，将所述纳什均衡解作为当前时刻的电力、热力能源生产计划，并上报至所述第二管理装置。
其中，所述第一管理装置具体包括：
信息发送模块，用于接收第二管理装置下发的当前时刻下电力能源价格和热力能源价格；
纳什博弈模型建立模块，用于根据最新电力能源价格、热力能源价格和用户偏好，建立考虑用户室内热舒适偏好的用户侧N人纳什博弈模型，具体为：
Figure BDA0001784822340000111
Figure BDA0001784822340000112
式中，
Figure BDA0001784822340000113
表示t时段用户的收益，i表示当前用户或第一管理装置的序号，
Figure BDA0001784822340000114
表示用户i在t时段内使用非电制热设备而产生的效用，
Figure BDA0001784822340000115
表示用户i在t时段内直接从能源供应商购买热量而产生的效用，
Figure BDA0001784822340000116
表示用户i在t时段内使用电制热设备产生的效用，α、β、γ为调节参数，使得效用值与货币单位达到相同的数量级，pi,t、hi,t和phi,t分别表示用户i在t时刻为了使用非电制热设备而购买的电能、直接从能源供应商购买的热能和为了使用电制热设备而购买的电能，为待求解量，h1i、h2i、ωi、b、c、d是用户的偏好系数，
Figure BDA0001784822340000117
分别表示t时段内的最优电价、热价，
Figure BDA0001784822340000118
表示用户的最大热需求，
Figure BDA0001784822340000119
Figure BDA00017848223400001110
R表示建筑物的等效热阻，Tmax表示室内温度最大值，
Figure BDA00017848223400001111
表示用户i在t时段内的室内温度，
Figure BDA00017848223400001112
表示用户i在t时段内的室外温度，Δt表示时间间隔，τ＝R·CE，CE表示建筑物的等效热容，ΔT表示相邻时段内的最大温度变化量；
纳什博弈模型求解模块，用于执行以下流程：
(1.1)获取初始值ei,t(0)，设置n＝0，其中，ei,t(n)＝(pi,t(n),hi,t(n),phi,t(n))表示t时刻用户i在第n次迭代时的能源消费计划，n表示迭代次数；
(1.2)根据梯度投影法计算得到dei,t(n)＝(dpi,t(n),dhi,t(n),dphi,t(n))，其中：
Figure BDA0001784822340000121
式中，
Figure BDA0001784822340000122
分别表示第二管理装置下发的t时刻的电价、热价；
(1.3)根据公式计算ei,t(n+1)：
ei,t(n+1)＝ei,t(n)+step*dei,t(n)，step＝10-2；
(1.4)判断|ei,t(n+1)-ei,t(n)|＞ε是否成立，若成立，则将n＝n+1，返回执行(1.2)否则，终止迭代，将当前ei,t(n+1)作为纳什均衡解
Figure BDA0001784822340000123
ε＝10-3。
信息发送模块，用于将所述能源消费计划发送至所述第二管理装置。
其中，所述第三管理装置具体包括：
信息发送模块，用于接收第二管理装置下发的能源总需求；
纳什博弈模型建立模块，用于根据能源总需求，建立能源供应商侧N人纳什博弈模型，具体为：
Figure BDA0001784822340000124
Figure BDA0001784822340000125
Figure BDA0001784822340000126
式中，
Figure BDA0001784822340000127
表示能源供应商j在t时段的收益，j表示当前能源供应商或第三管理装置的序号，
Figure BDA0001784822340000128
分别表示t时段内的最优电价和热价，PLj,t、HLj,t分别表示电能和热能的生产计划，为待求解量，s1j、s2j、s3j、s4j表示能源生产的成本系数；
纳什博弈模型求解模块，具体用于执行以下流程：
(2.1)获取初始值Ej,t(0)，设置m＝0，其中，Ej,t(m)＝(PLj,t(m),HLj,t(m))表示t时刻能源供应商j在第m次迭代时的能源生产计划，m表示迭代次数；
(2.2)根据以下公式计算当前次迭代时电力价格pricep,t(m)：
Figure BDA0001784822340000131
式中，
Figure BDA0001784822340000132
Figure BDA0001784822340000133
CN是用户的总数，GN是能源供应商的总数，pricep0为电力初始价格；
(2.3)根据以下公式计算当前次迭代时热力价格priceh,t(m)
Figure BDA0001784822340000134
式中，priceh0为热力初始价格；
(2.4)根据梯度投影法计算得到dEj,t(m)＝(dPLj,t(m),dHLj,t(m))，其中：
Figure BDA0001784822340000135
(2.5)根据公式计算得到Ej,t(m+1)＝(PLj,t(m+1),HLj,t(m+1))：
Ej,t(m+1)＝Ej,t(m)+step*dEj,t(m)，step＝10-2；
(2.6)判断|Ej,t(m+1)-Ej,t(m)|＞ε是否成立，若成立，则将m＝m+1，返回执行(2.2)否则，终止迭代，将当前Ej,t(m+1)作为纳什均衡解
Figure BDA0001784822340000136
ε＝10-3。
信息发送模块，用于将所述能源生产计划发送至所述第二管理装置。
其中，所述第二管理装置具体包括：
信息接收模块，用于接收当前时刻所有第一管理装置上报的能源消费计划，以及当前时刻所有第三管理装置发送的电力、热力能源生产计划；
需求计算模块，用于将当前时刻所有第一管理装置上报的能源消费计划累加得到能源总需求；
价格计算模块，用于根据当前时刻所有第三管理装置发送的电力、热力能源生产计划，计算下一时刻电力、热力能源的价格；
所述价格计算模块具体包括：电力价格计算单元，用于根据当前时刻所有第三管理装置发送的电力生产计划计算下一时刻电力能源的价格
Figure BDA0001784822340000141
其中
Figure BDA0001784822340000142
计算公式为：
Figure BDA0001784822340000143
式中，
Figure BDA0001784822340000144
Figure BDA0001784822340000145
CN是用户的总数，GN是能源供应商的总数，pricep0为电力初始价格，
Figure BDA0001784822340000146
为第三管理装置j发送的电力生产计划；
热力价格计算单元，用于根据当前时刻所有第三管理装置发送的热力生产计划计算下一时刻热力能源的价格
Figure BDA0001784822340000147
其中
Figure BDA0001784822340000148
计算公式为：
Figure BDA0001784822340000149
式中，priceh0为热力初始价格，
Figure BDA00017848223400001410
为第三管理装置j发送的热力生产计划。
价格变化判断模块，用于计算下一时刻电力、热力能源价格与前一时刻的价格之差，并判断是否小于预设阈值；
广播模块，用于将所述能源总需求广播至所有第三管理装置，以及在价格变化判断模块结果为否时，将所述下一时刻电力、热力能源价格下发至所有第一管理装置；
定价模块，用于在价格变化判断模块结果为是时，将下一时刻价格作为最终实际价格，结束博弈。
实施例2
本实施例提供了一种热-电综合能源管理管理方法，该方法基于实施例1的系统，包括4个步骤，西面对每个步骤进行详细解释。
步骤一、第一管理装置根据用户偏好以及第二管理装置当前时刻下发的电力能源价格、热力能源价格，建立考虑用户室内舒适偏好的用户侧N人纳什博弈模型，并求解得到当前时刻纳什均衡解，将所述纳什均衡解作为当前时刻的能源消费计划，上报至所述第二管理装置。
该步骤具体包括：
S1-1、根据用户偏好以及第二管理装置当前时刻下发的电力能源价格、热力能源价格，建立考虑用户室内舒适偏好的用户侧N人纳什博弈模型，具体为：
Figure BDA0001784822340000151
Figure BDA0001784822340000152
式中，
Figure BDA0001784822340000153
表示t时段用户的收益，i表示当前用户或第一管理装置的序号，
Figure BDA0001784822340000154
表示用户i在t时段内使用非电制热设备而产生的效用，
Figure BDA0001784822340000155
表示用户i在t时段内直接从能源供应商购买热量而产生的效用，
Figure BDA0001784822340000156
表示用户i在t时段内使用电制热设备产生的效用，α、β、γ为调节参数，使得效用值与货币单位达到相同的数量级，pi,t、hi,t和phi,t分别表示用户i在t时刻为了使用非电制热设备而购买的电能、直接从能源供应商购买的热能和为了使用电制热设备而购买的电能，为待求解量，h1i、h2i、ωi、b、c、d是用户的偏好系数，
Figure BDA0001784822340000157
分别表示t时段内的最优电价、热价，
Figure BDA0001784822340000158
表示用户的最大热需求，
Figure BDA0001784822340000159
Figure BDA00017848223400001510
R表示建筑物的等效热阻，Tmax表示室内温度最大值，
Figure BDA00017848223400001511
表示用户i在t时段内的室内温度，
Figure BDA00017848223400001512
表示用户i在t时段内的室外温度，Δt表示时间间隔，τ＝R·CE，CE表示建筑物的等效热容，ΔT表示相邻时段内的最大温度变化量。
S1-2、按照以下方式求解纳什均衡：
A、获取初始值ei,t(0)，设置n＝0，其中，ei,t(n)＝(pi,t(n),hi,t(n),phi,t(n))表示t时刻用户i在第n次迭代时的能源消费计划，n表示迭代次数；
B、根据梯度投影法计算得到dei,t(n)＝(dpi,t(n),dhi,t(n),dphi,t(n))，其中：
Figure BDA0001784822340000161
式中，
Figure BDA0001784822340000162
分别表示第二管理装置下发的t时刻的电价、热价；
C、根据公式计算ei,t(n+1)：
ei,t(n+1)＝ei,t(n)+step*dei,t(n)，step＝10-2；
D、判断|ei,t(n+1)-ei,t(n)|＞ε是否成立，若成立，则将n＝n+1，返回执行B，否则，终止迭代，将当前ei,t(n+1)作为纳什均衡解
Figure BDA0001784822340000163
ε＝10-3。
其中，博弈模型建立过程为：
I、根据建筑物热模型构建用户的热舒适度模型。建筑物的热力学模型如图2所示所示
根据该热力学模型可以得到表示室内温度的离散方程
Figure BDA0001784822340000164
通过移项可以得到建筑物在t时段内得到的总热量Qt的表达式
Figure BDA0001784822340000165
为了保证用户的热舒适度，需要对室内温度以及室内温度变化率有一定的限制。
Figure BDA0001784822340000166
表示最低/最高室内温度，ΔT表示相邻时段内的最大温度变化量。
Figure BDA0001784822340000167
Figure BDA0001784822340000168
为了保证t+1时段内的室内温度低于最高限，用户的最大热需求
Figure BDA0001784822340000169
可由下式确定
Figure BDA00017848223400001610
Figure BDA00017848223400001611
Figure BDA00017848223400001612
II、构建以考虑室内热舒适度的用户侧N人纳什博弈模型，并证明其纳什均衡解的存在性和唯一性。用户侧的博弈模型包括以下三个部分组成：
1)参与者：所有配备微型能量管理系统的用户都是该博弈的参与者，用集合CN表示。
2)策略集：每个用户根据自身的需求以及能源的价格制定自己的能源消耗量。假设所有用户获得热能的手段只有两种，一种是从能源供应商处直接购买热能，另一种是通过电制热设备消耗电能以获得热能。ei,t＝(pi,t,hi,t,phi,t)表示用户i在t时刻的能源消耗向量。
3)收益：在经济学领域中，常以效用来表示消费一种商品后消费者得到的满意度，在这里我们采用二次函数并以货币为单位表示用户购买一定量的能源后得到的效用。
Figure BDA0001784822340000171
Figure BDA0001784822340000172
Figure BDA0001784822340000173
根据式(8)和式(9)可知当pi,t＝h2i/d以及hi,t＝h1i/c时，用户的热效用达到最大值。根据式(5)，h2i/d和h1i/c应该小于用户的最大热需求
Figure BDA0001784822340000174
综上所述，可以得到每个用户的收益方程
Figure BDA0001784822340000175
Figure BDA0001784822340000176
在用户相互博弈之前，微型能量管理系统可以计算得到
Figure BDA0001784822340000177
用户根据自身的喜好设定h1i和h2i。
Figure BDA0001784822340000178
Figure BDA0001784822340000179
令
Figure BDA00017848223400001710
表示博弈达到纳什均衡时用户i的最优策略，N人博弈在达到纳什均衡后任何用户都不可能通过单独行动获得更大的收益。该博弈模型具有如下定理1。
定理1：如果下面的不等式组成立，则用户层博弈的纳什均衡解存在且唯一。
Figure BDA0001784822340000181
定理1证明：由式(16)可以看出用户的收益方程关于ei,t＝(pi,t,hi,t,phi,t)是严格凹的。因此用户层博弈是一种凹的N人博弈，所以根据N人博弈理论该用户层博弈存在纳什均衡解。
Figure BDA0001784822340000182
接下来继续证明纳什均衡解的唯一性。
Figure BDA0001784822340000183
Figure BDA0001784822340000184
Figure BDA0001784822340000185
计算得到(17)和(18)的雅克比矩阵JA以及(19)的雅可比矩阵JB。JA包括4各部分，这四个部分可由式(21)-(23)计算得到。
Figure BDA0001784822340000191
Figure BDA0001784822340000192
Figure BDA0001784822340000193
Figure BDA0001784822340000194
Figure BDA0001784822340000201
所以当不等式组(15)成立时，矩阵JA和JB是严格对角占优的对称矩阵。根据Gershgorin圆盘定理，矩阵JA和JB是负定的且特征是负数，所以矩阵JA和JB是非奇异对角占优对称矩阵，所以纳什均衡解存在且唯一。证毕。
S1-3、将所述纳什均衡解作为当前时刻的能源消费计划，上报至所述第二管理装置。
步骤二、第二管理装置将当前时刻所有第一管理装置上报的能源消费计划累加得到能源总需求，并将能源总需求广播至所有第三管理装置。
步骤三、所述第三管理装置根据当前时刻第二管理装置下发的能源总需求，建立综合能源供应商之间的N人纳什博弈模型，并求解得到当前时刻纳什均衡解，将所述纳什均衡解作为当前时刻的电力、热力能源生产计划，并上报至所述第二管理装置。
该步骤具体包括：
S3-1、根据当前时刻第二管理装置下发的能源总需求，建立综合能源供应商之间的N人纳什博弈模型，具体为：
Figure BDA0001784822340000202
Figure BDA0001784822340000203
Figure BDA0001784822340000204
式中，
Figure BDA0001784822340000205
表示能源供应商j在t时段的收益，j表示当前能源供应商或第三管理装置的序号，
Figure BDA0001784822340000206
分别表示t时段内的最优电价和热价，PLj,t、HLj,t分别表示电能和热能的生产计划，为待求解量，s1j、s2j、s3j、s4j表示能源生产的成本系数。
S3-2、按照以下方式求解纳什均衡：
A、获取初始值Ej,t(0)，设置m＝0，其中，Ej,t(m)＝(PLj,t(m),HLj,t(m))表示t时刻能源供应商j在第m次迭代时的能源生产计划，m表示迭代次数；
B、根据以下公式计算当前次迭代时电力价格pricep,t(m)：
Figure BDA0001784822340000207
式中，
Figure BDA0001784822340000211
Figure BDA0001784822340000212
CN是用户的总数，GN是能源供应商的总数，pricep0为电力初始价格；
C、根据以下公式计算当前次迭代时热力价格priceh,t(m)
Figure BDA0001784822340000213
式中，priceh0为热力初始价格；
D、根据梯度投影法计算得到dEj,t(m)＝(dPLj,t(m),dHLj,t(m))，其中：
Figure BDA0001784822340000214
E、根据公式计算得到Ej,t(m+1)＝(PLj,t(m+1),HLj,t(m+1))：
Ej,t(m+1)＝Ej,t(m)+step*dEj,t(m)，step＝10-2；
F、判断|Ej,t(m+1)-Ej,t(m)|＞ε是否成立，若成立，则将m＝m+1，返回执行B，否则，终止迭代，将当前Ej,t(m+1)作为纳什均衡解
Figure BDA0001784822340000215
ε＝10-3。
其中，博弈模型建立过程为：
热-电联合交易中心把所有用户的总电力需求和热力需求广播给所有能源供应商，每个能源供应商与其他供应商竞争并瓜分市场并使自己的收益最大化。因此能源供应商的模型可由如下三个部分构成：
1)参与者：所有的能够向该区域提供服务的能源供应商，用集合GN表示。
2)策略集：基于由热-电联合交易中心公布的最新能源需求量，每个能源供应商j制定自己的能源生产计划Ej,t＝(PLj,t,HLj,t)。
3)收益：能源供应商的收益即通过销售能源得到的利润减去生产能源所花费的成本。
Figure BDA0001784822340000216
Figure BDA0001784822340000221
Figure BDA0001784822340000222
当用户层博弈达到纳什均衡时，可以得到式(29)。
Figure BDA0001784822340000223
求解式(29)的第一个方程得到式(30)
γ(ωi-bpi)＝α(h2i-dphi) (30)
将式(30)从i＝1累加到i＝CN，CN表示用户的数量，得到
Figure BDA0001784822340000224
由于电力系统必须保证供需平衡
Figure BDA0001784822340000225
所以将式(32)代入式(31)中得
Figure BDA0001784822340000226
定义D1和D2如下
Figure BDA0001784822340000227
(33)等价于下面的方程
Figure BDA0001784822340000228
将方程组(29)中的第一个方程从i＝1累加到i＝CN，得到
Figure BDA0001784822340000229
将式(34)代入(35)替换
Figure BDA00017848223400002210
得到
Figure BDA0001784822340000231
将式(32)和式(36)代入到(14)，可以得到只与PLj有关的最优电价方程
Figure BDA0001784822340000232
定义D3和D4如下
Figure BDA0001784822340000233
式(37)可以写成如下形式
Figure BDA0001784822340000234
类似的，将方程组(29)中的第三个方程从i＝1累加到i＝CN，得到
Figure BDA0001784822340000235
将式(39)代入式(13)中可以得到最优热价的表达式
Figure BDA0001784822340000236
在式(26)中能源价格可以被式(37)和式(40)代替，得到含有最优价格的能源供应商的收益函数
Figure BDA0001784822340000237
定理2：如果下面的不等式组成立，则能源供应商博弈的纳什均衡解存在且唯一。
Figure BDA0001784822340000238
定理2证明：由式(43)可知，能源供应商的收益函数关于Ei是严格凹的，因此能源供应商博弈是一种凹的N人博弈。
Figure BDA0001784822340000241
当博弈达到纳什均衡时，所有能源供应商不再单独的改变他们的生产计划
Figure BDA0001784822340000242
Figure BDA0001784822340000243
式(44)和式(45)的雅克比矩阵JC如下所示，包含四个部分JC1,JC2,JC3和JC4.
Figure BDA0001784822340000244
Figure BDA0001784822340000245
Figure BDA0001784822340000246
Figure BDA0001784822340000247
Figure BDA0001784822340000251
矩阵(47)-(50)中的元素可由如下方程组计算，其中JC2＝JC3＝0
Figure BDA0001784822340000252
Figure BDA0001784822340000253
以当不等式组(42)成立时，矩阵JC是严格对角占优的对称矩阵。根据Gershgorin圆盘定理，矩阵JC是负定的且特征是负数，所以矩阵JC是非奇异对角占优对称矩阵，所以纳什均衡解存在且唯一。证毕。
定理3：如果不等式组(15)和(43)同时成立，则该两阶段博弈的纳什均衡解存在且唯一。
定理3证明：当该两阶段博弈达到纳什均衡时，所有能源供应商不再单独的改变他们的生产计，所有的用户不再单独改变他们的消费计划。因此可以得到雅克比矩阵JD如下
Figure BDA0001784822340000254
如果不等式组(15)和(43)同时成立，JA和JC是非奇异对角占优对称矩阵，则JD也为非奇异对角占优对称矩阵。同理，该两阶段博弈的纳什均衡解存在且唯一。
S3-3、将所述纳什均衡解作为当前时刻的电力、热力能源生产计划，并上报至所述第二管理装置。
S4、根据当前时刻所有第三管理装置发送的电力、热力能源生产计划，计算下一时刻电力、热力能源的价格，并判断下一时刻电力、热力能源价格与之前的价格之差是否小于预设阈值，若是，则将下一时刻价格作为最终实际价格，结束博弈，若否，则将下一时刻价格下发至所有第一管理装置，并执行步骤S1。
具体包括：
S4-1、根据当前时刻所有第三管理装置发送的电力生产计划计算下一时刻电力能源的价格
Figure BDA0001784822340000261
其中
Figure BDA0001784822340000262
计算公式为：
Figure BDA0001784822340000263
式中，
Figure BDA0001784822340000264
Figure BDA0001784822340000265
CN是用户的总数，GN是能源供应商的总数，pricep0为电力初始价格，
Figure BDA0001784822340000266
为第三管理装置j发送的电力生产计划；
S4-2、根据当前时刻所有第三管理装置发送的热力生产计划计算下一时刻热力能源的价格
Figure BDA0001784822340000267
其中
Figure BDA0001784822340000268
计算公式为：
Figure BDA0001784822340000269
式中，priceh0为热力初始价格，
Figure BDA00017848223400002610
为第三管理装置j发送的热力生产计划
S4-3、判断是否满足
Figure BDA00017848223400002611
若是，则将所述下一时刻价格作为最终实际价格，结束博弈；若否，则将下一时刻价格下发至所有第一管理装置，并执行步骤S1。
为了验证本发明效果，并清晰的展现多轮报价过程，下面给出一个规模较小的具体算例：假设共有5个配备有微型能量管理系统的用户，有两个能源供应商。用户效用函数中的一次项系数ω＝[30，35，40，45，50]，h1＝h2＝[8，9，10，11，15]，初始电价priceμ0＝15￠/KWh，初始热价priceh0＝15￠/KWh，其他参数如表1所示。
表1基础参数
Figure BDA00017848223400002612
Figure BDA0001784822340000271
图3和图4分别展示了能源供应商侧和用户侧多轮博弈的结果。每个图中的最后一个点表示多轮报价的最终结果，仅有这个点的具体结果会被真正执行，之前的点都仅代表多轮博弈的过程。我们可以看到经过4轮博弈之后，能源价格、生产和消费都逐渐达到平稳。由图3和图4可知，由于初始的电价高于热价，导致用户更加倾向于直接购买热能且减小电能的使用。随着热需求的增加，能源供应商在第一轮报价之后，提高了热能的市场价格，用户根据最新的市场价格降低了热能的需求量并提高了电能的需求。经过用户的反馈，能源供应商在第二轮报价中明显降低了热能的价格，提升了电能的价格。能源供应商在第二轮报价中将热能的价格降低到了8.9￠/KWh，而把电能的价格抬高到了11.9￠/KWh。由于用户5被分配了较大的效用函数中的一次项系数，因此它的热需求和电需求始终是所有用户中最高的。

Claims (9)

1.一种热-电综合能源管理系统，其特征在于：该系统包括若干第一管理装置、一个第二管理装置和若干第三管理装置，其中：
所述第一管理装置位于用户家庭，用于根据用户偏好以及第二管理装置当前时刻下发的电力能源价格、热力能源价格，建立考虑用户室内舒适偏好的用户侧N人纳什博弈模型，并求解得到当前时刻纳什均衡解，将所述纳什均衡解作为当前时刻的能源消费计划，上报至所述第二管理装置；
所述第二管理装置位于热-电联合交易中心，用于将当前时刻所有第一管理装置上报的能源消费计划累加得到能源总需求，并将能源总需求广播至所有第三管理装置；以及根据当前时刻所有第三管理装置发送的电力、热力能源生产计划，计算下一时刻电力、热力能源的价格，并判断下一时刻电力、热力能源价格与之前的价格之差是否小于预设阈值，若是，则将下一时刻价格作为最终实际价格，结束博弈，若否，则将下一时刻价格下发至所有第一管理装置；
所述第三管理装置位于能源供应商，用于根据当前时刻第二管理装置下发的能源总需求，建立综合能源供应商之间的N人纳什博弈模型，并求解得到当前时刻纳什均衡解，将所述纳什均衡解作为当前时刻的电力、热力能源生产计划，并上报至所述第二管理装置。
2.根据权利要求1所述的热-电综合能源管理系统，其特征在于：所述第一管理装置具体包括：
信息发送模块，用于接收第二管理装置下发的当前时刻下电力能源价格和热力能源价格；
纳什博弈模型建立模块，用于根据最新电力能源价格、热力能源价格和用户偏好，建立考虑用户室内热舒适偏好的用户侧N人纳什博弈模型，具体为：
Figure FDA0001784822330000011
Figure FDA0001784822330000012
式中，
Figure FDA0001784822330000013
表示t时段用户的收益，i表示当前用户或第一管理装置的序号，
Figure FDA0001784822330000014
表示用户i在t时段内使用非电制热设备而产生的效用，
Figure FDA0001784822330000015
表示用户i在t时段内直接从能源供应商购买热量而产生的效用，
Figure FDA0001784822330000021
表示用户i在t时段内使用电制热设备产生的效用，α、β、γ为调节参数，使得效用值与货币单位达到相同的数量级，pi,t、hi,t和phi,t分别表示用户i在t时刻为了使用非电制热设备而购买的电能、直接从能源供应商购买的热能和为了使用电制热设备而购买的电能，为待求解量，h1i、h2i、ωi、b、c、d是用户的偏好系数，
Figure FDA0001784822330000022
分别表示t时段内的最优电价、热价，
Figure FDA0001784822330000023
表示用户的最大热需求，
Figure FDA0001784822330000024
Figure FDA0001784822330000025
R表示建筑物的等效热阻，Tmax表示室内温度的最大值，
Figure FDA0001784822330000026
表示用户i在t时段内的室内温度，
Figure FDA0001784822330000027
表示用户i在t时段内的室外温度，Δt表示时间间隔，τ＝R·CE，CE表示建筑物的等效热容，ΔT表示相邻时段内的最大温度变化量；
纳什博弈模型求解模块，用于对建立的所述用户侧N人纳什博弈模型进行求解，求解得到当前时刻的纳什均衡解为
Figure FDA0001784822330000028
该纳什均衡解即为时刻t用户i的能源消费计划；
信息发送模块，用于将所述能源消费计划发送至所述第二管理装置。
3.根据权利要求1所述的热-电综合能源管理系统，其特征在于：所述第三管理装置具体包括：
信息发送模块，用于接收第二管理装置下发的能源总需求；
纳什博弈模型建立模块，用于根据能源总需求，建立能源供应商侧N人纳什博弈模型，具体为：
Figure FDA0001784822330000029
Figure FDA00017848223300000210
Figure FDA00017848223300000211
式中，
Figure FDA00017848223300000212
表示能源供应商j在t时段的收益，j表示当前能源供应商或第三管理装置的序号，
Figure FDA0001784822330000031
分别表示t时段内的最优电价和热价，PLj,t、HLj,t分别表示电能和热能的生产计划，为待求解量，s1j、s2j、s3j、s4j表示能源生产的成本系数；
纳什博弈模型求解模块，用于对建立的所述立能源供应商侧N人纳什博弈模型进行求解，求解得到当前时刻的纳什均衡解为
Figure FDA0001784822330000032
该纳什均衡解即为时刻t能源供应商j的能源生产计划；
信息发送模块，用于将所述能源生产计划发送至所述第二管理装置。
4.根据权利要求1所述的热-电综合能源管理系统，其特征在于：所述第二管理装置具体包括：
信息接收模块，用于接收当前时刻所有第一管理装置上报的能源消费计划，以及当前时刻所有第三管理装置发送的电力、热力能源生产计划；
需求计算模块，用于将当前时刻所有第一管理装置上报的能源消费计划累加得到能源总需求；
价格计算模块，用于根据当前时刻所有第三管理装置发送的电力、热力能源生产计划，计算下一时刻电力、热力能源的价格；
价格变化判断模块，用于计算下一时刻电力、热力能源价格与前一时刻的价格之差，并判断是否小于预设阈值；
广播模块，用于将所述能源总需求广播至所有第三管理装置，以及在价格变化判断模块结果为否时，将所述下一时刻电力、热力能源价格下发至所有第一管理装置；
定价模块，用于在价格变化判断模块结果为是时，将下一时刻价格作为最终实际价格，结束博弈。
5.根据权利要求2所述的热-电综合能源管理系统，其特征在于：所述第一管理装置的纳什博弈模型求解模块具体用于执行以下流程：
(1.1)获取初始值ei,t(0)，设置n＝0，其中，ei,t(n)＝(pi,t(n),hi,t(n),phi,t(n))表示t时刻用户i在第n次迭代时的能源消费计划，n表示迭代次数；
(1.2)根据梯度投影法计算得到dei,t(n)＝(dpi,t(n),dhi,t(n),dphi,t(n))，其中：
Figure FDA0001784822330000033
式中，
Figure FDA0001784822330000034
分别表示第二管理装置下发的t时刻的电价、热价；
(1.3)根据公式计算ei,t(n+1)：
ei,t(n+1)＝ei,t(n)+step*dei,t(n)，step＝10-2；
(1.4)判断|ei,t(n+1)-ei,t(n)|＞ε是否成立，若成立，则将n＝n+1，返回执行(1.2)否则，终止迭代，将当前ei,t(n+1)作为纳什均衡解
Figure FDA0001784822330000041
ε＝10-3。
6.根据权利要求3所述的热-电综合能源管理系统，其特征在于：所述第三管理装置的纳什博弈模型求解模块具体用于执行以下流程：
(2.1)获取初始值Ej,t(0)，设置m＝0，其中，Ej,t(m)＝(PLj,t(m),HLj,t(m))表示t时刻能源供应商j在第m次迭代时的能源生产计划，m表示迭代次数；
(2.2)根据以下公式计算当前次迭代时电力价格pricep,t(m)：
Figure FDA0001784822330000042
式中，
Figure FDA0001784822330000043
Figure FDA0001784822330000044
CN是用户的总数，GN是能源供应商的总数，pricep0为电力初始价格；
(2.3)根据以下公式计算当前次迭代时热力价格priceh,t(m)
Figure FDA0001784822330000045
式中，priceh0为热力初始价格；
(2.4)根据梯度投影法计算得到dEj,t(m)＝(dPLj,t(m),dHLj,t(m))，其中：
Figure FDA0001784822330000046
(2.5)根据公式计算得到Ej,t(m+1)＝(PLj,t(m+1),HLj,t(m+1))：
Ej,t(m+1)＝Ej,t(m)+step*dEj,t(m)，step＝10-2；
(2.6)判断|Ej,t(m+1)-Ej,t(m)|＞ε是否成立，若成立，则将m＝m+1，返回执行(2.2)否则，终止迭代，将当前Ej,t(m+1)作为纳什均衡解
Figure FDA0001784822330000051
ε＝10-3。
7.根据权利要求4所述的热-电综合能源管理系统，其特征在于：所述价格计算模块具体包括：
电力价格计算单元，用于根据当前时刻所有第三管理装置发送的电力生产计划计算下一时刻电力能源的价格
Figure FDA0001784822330000052
其中
Figure FDA0001784822330000053
计算公式为：
Figure FDA0001784822330000054
式中，
Figure FDA0001784822330000055
Figure FDA0001784822330000056
CN是用户的总数，GN是能源供应商的总数，pricep0为电力初始价格，
Figure FDA0001784822330000057
为第三管理装置j发送的电力生产计划；
热力价格计算单元，用于根据当前时刻所有第三管理装置发送的热力生产计划计算下一时刻热力能源的价格
Figure FDA0001784822330000058
其中
Figure FDA0001784822330000059
计算公式为：
Figure FDA00017848223300000510
式中，priceh0为热力初始价格，
Figure FDA00017848223300000511
为第三管理装置j发送的热力生产计划。
8.一种基于权利要求1所述热-电综合能源管理系统的管理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
S1、第一管理装置根据用户偏好以及第二管理装置当前时刻下发的电力能源价格、热力能源价格，建立考虑用户室内舒适偏好的用户侧N人纳什博弈模型，并求解得到当前时刻纳什均衡解，将所述纳什均衡解作为当前时刻的能源消费计划，上报至所述第二管理装置；
S2、第二管理装置将当前时刻所有第一管理装置上报的能源消费计划累加得到能源总需求，并将能源总需求广播至所有第三管理装置；
S3、所述第三管理装置根据当前时刻第二管理装置下发的能源总需求，建立综合能源供应商之间的N人纳什博弈模型，并求解得到当前时刻纳什均衡解，将所述纳什均衡解作为当前时刻的电力、热力能源生产计划，并上报至所述第二管理装置；
S4、根据当前时刻所有第三管理装置发送的电力、热力能源生产计划，计算下一时刻电力、热力能源的价格，并判断下一时刻电力、热力能源价格与之前的价格之差是否小于预设阈值，若是，则将下一时刻价格作为最终实际价格，结束博弈，若否，则将下一时刻价格下发至所有第一管理装置，并执行步骤S1。
9.根据权利要求8所述的管理方法，其特征在于：步骤S1具体包括：
S1-1、根据用户偏好以及第二管理装置当前时刻下发的电力能源价格、热力能源价格，建立考虑用户室内舒适偏好的用户侧N人纳什博弈模型，具体为：
Figure FDA0001784822330000061
Figure FDA0001784822330000062
式中，
Figure FDA0001784822330000063
表示t时段用户的收益，i表示当前用户或第一管理装置的序号，
Figure FDA0001784822330000064
表示用户i在t时段内使用非电制热设备而产生的效用，
Figure FDA0001784822330000065
表示用户i在t时段内直接从能源供应商购买热量而产生的效用，
Figure FDA0001784822330000066
表示用户i在t时段内使用电制热设备产生的效用，α、β、γ为调节参数，使得效用值与货币单位达到相同的数量级，pi,t、hi,t和phi,t分别表示用户i在t时刻为了使用非电制热设备而购买的电能、直接从能源供应商购买的热能和为了使用电制热设备而购买的电能，为待求解量，h1i、h2i、ωi、b、c、d是用户的偏好系数，
Figure FDA0001784822330000067
分别表示t时段内的最优电价、热价，
Figure FDA0001784822330000068
表示用户的最大热需求，
Figure FDA0001784822330000069
Figure FDA00017848223300000610
R表示建筑物的等效热阻，Tmax表示室内温度最大值，
Figure FDA00017848223300000611
表示用户i在t时段内的室内温度，
Figure FDA00017848223300000612
表示用户i在t时段内的室外温度，Δt表示时间间隔，τ＝R·CE，CE表示建筑物的等效热容，ΔT表示相邻时段内的最大温度变化量；
S1-2、按照以下方式求解纳什均衡：
A、获取初始值ei,t(0)，设置n＝0，其中，ei,t(n)＝(pi,t(n),hi,t(n),phi,t(n))表示t时刻用户i在第n次迭代时的能源消费计划，n表示迭代次数；
B、根据梯度投影法计算得到dei,t(n)＝(dpi,t(n),dhi,t(n),dphi,t(n))，其中：
Figure FDA0001784822330000071
式中，
Figure FDA0001784822330000072
分别表示第二管理装置下发的t时刻的电价、热价；
C、根据公式计算ei,t(n+1)：
ei,t(n+1)＝ei,t(n)+step*dei,t(n)，step＝10-2；
D、判断|ei,t(n+1)-ei,t(n)|＞ε是否成立，若成立，则将n＝n+1，返回执行B，否则，终止迭代，将当前ei,t(n+1)作为纳什均衡解
Figure FDA0001784822330000073
ε＝10-3；
S1-3、将所述纳什均衡解作为当前时刻的能源消费计划，上报至所述第二管理装置；
步骤S3具体包括：
S3-1、根据当前时刻第二管理装置下发的能源总需求，建立综合能源供应商之间的N人纳什博弈模型，具体为：
Figure FDA0001784822330000074
Figure FDA0001784822330000075
Figure FDA0001784822330000076
式中，
Figure FDA0001784822330000077
表示能源供应商j在t时段的收益，j表示当前能源供应商或第三管理装置的序号，
Figure FDA0001784822330000078
分别表示t时段内的最优电价和热价，PLj,t、HLj,t分别表示电能和热能的生产计划，为待求解量，s1j、s2j、s3j、s4j表示能源生产的成本系数；
S3-2、按照以下方式求解纳什均衡：
A、获取初始值Ej,t(0)，设置m＝0，其中，Ej,t(m)＝(PLj,t(m),HLj,t(m))表示t时刻能源供应商j在第m次迭代时的能源生产计划，m表示迭代次数；
B、根据以下公式计算当前次迭代时电力价格pricep,t(m)：
Figure FDA0001784822330000081
式中，
Figure FDA0001784822330000082
Figure FDA0001784822330000083
CN是用户的总数，GN是能源供应商的总数，pricep0为电力初始价格；
C、根据以下公式计算当前次迭代时热力价格priceh,t(m)
Figure FDA0001784822330000084
式中，priceh0为热力初始价格；
D、根据梯度投影法计算得到dEj,t(m)＝(dPLj,t(m),dHLj,t(m))，其中：
Figure FDA0001784822330000085
E、根据公式计算得到Ej,t(m+1)＝(PLj,t(m+1),HLj,t(m+1))：
Ej,t(m+1)＝Ej,t(m)+step*dEj,t(m)，step＝10-2；
F、判断|Ej,t(m+1)-Ej,t(m)|＞ε是否成立，若成立，则将m＝m+1，返回执行B，否则，终止迭代，将当前Ej,t(m+1)作为纳什均衡解
Figure FDA0001784822330000086
ε＝10-3；
S3-3、将所述纳什均衡解作为当前时刻的电力、热力能源生产计划，并上报至所述第二管理装置；
步骤S4具体包括：
S4-1、根据当前时刻所有第三管理装置发送的电力生产计划计算下一时刻电力能源的价格
Figure FDA0001784822330000087
其中
Figure FDA0001784822330000088
计算公式为：
Figure FDA0001784822330000089
式中，
Figure FDA00017848223300000810
Figure FDA0001784822330000091
CN是用户的总数，GN是能源供应商的总数，pricep0为电力初始价格，
Figure FDA0001784822330000092
为第三管理装置j发送的电力生产计划；
S4-2、根据当前时刻所有第三管理装置发送的热力生产计划计算下一时刻热力能源的价格
Figure FDA0001784822330000093
其中
Figure FDA0001784822330000094
计算公式为：
Figure FDA0001784822330000095
式中，priceh0为热力初始价格，
Figure FDA0001784822330000096
为第三管理装置j发送的热力生产计划
S4-3、判断是否满足
Figure FDA0001784822330000097
若是，则将所述下一时刻价格作为最终实际价格，结束博弈；若否，则将下一时刻价格下发至所有第一管理装置，并执行步骤S1。
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