CN110414762B - 一种综合能源系统的需求响应建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种综合能源系统的需求响应建模方法，包括以下步骤，建立区域电‑气互联综合能源系统的基本结构；通过获取所述区域电‑气互联综合能源系统的节点能源价格建立用户气‑电替代负荷模型，并分别建立用户用能的估值函数、基于演化博弈的用户用能消费福利最大化模型来构建基于演化博弈的需求响应模型。本发明的有益效果：考虑电‑气互联综合能源系统电转气设备和燃气轮机设备的耦合特性，有助于分析风电接入对区域电‑气互联综合能源系统的影响，减少污染排放。

Description

一种综合能源系统的需求响应建模方法
技术领域
本发明涉及购售电方法的技术领域，尤其涉及一种基于演化博弈的区域电-气互联综合能源系统需求响应建模方法。
背景技术
为应对能源短缺、生态环境恶化等问题，以电力系统、天然气系统以及可再生能源系统等多种能源网络耦合互联形成的区域综合能源系统成为应对方案之一。天然气作为重要的一次能源，其网络与电力网络有相似的能量流形式，与电力网络联系也最为紧密，使得区域电-气互联综合能源系统成为区域综合能源系统的基础和过渡。在区域电-气互联综合能源系统运行能效提升方面，已有研究基于系统最优潮流，并计及风电的不确定性，研究了能源系统的经济调度和优化运行问题。针对天然气、电力系统运行时间尺度不一致的问题，考虑暂态天然气系统变量存在的时段耦合特性，建立天然气网络暂态模型，研究了多时间尺度动态优化运行策略。
针对电转气存储量大、放电时间长的特点，考虑电转气对风电消纳的影响，研究了电转气提升风电调度能力的优化调度策略。大多数的优化运行研究是针对系统侧的功能设备出力进行优化，忽略了能源分配转换对系统侧输出调节的贡献。在需求侧管理方面，已有研究提出了多能源网络和多能源市场下的综合需求响应资源协调运行机制和响应的效益评估方法，但大多数的需求响应分析局限在错峰用电、负荷时序转移上，并未充分挖掘多能互补的区域综合能源系统中负荷之间的可替代性，在用户用能行为、规律以及用能模式方面的研究还不多。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明目的是提供一种基于演化博弈的区域电-气互联综合能源系统需求响应建模方法。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种综合能源系统的需求响应建模方法，包括以下步骤，建立区域电-气互联综合能源系统的基本结构，通过所述区域电-气互联综合能源系统的基本结构分别建立电网模型、气网模型和调度模型来构建区域电-气互联综合能源系统调度模型；通过获取所述区域电-气互联综合能源系统的节点能源价格建立用户气-电替代负荷模型，并分别建立用户用能的估值函数、基于演化博弈的用户用能消费福利最大化模型来构建基于演化博弈的需求响应模型。
作为本发明所述的综合能源系统的需求响应建模方法的一种优选方案，其中：建立所述区域电-气互联综合能源系统的基本结构还包括以下步骤，通过电转气与燃气轮机设备构建电–气互联综合能源系统的能量枢纽，实现电力网络与天然气网络间的双向能量流动，使电–气网络的耦合更加紧密，构成所述区域电-气互联综合能源系统。
作为本发明所述的综合能源系统的需求响应建模方法的一种优选方案，其中：分别建立的所述电网模型、气网模型和调度模型，其中所述电网模型考虑节点功率平衡、机组出力约束、爬坡约束以及支路潮流约束；所述气网模型考虑管道流量约束、气源点约束、流量平衡约束、压缩机约束以及节点压力约束；所述调度模型考虑系统对电和天然气的调度成本，且所述调度成本还包括火电机组发电成本、天然气气源供气成本、燃气轮机运行成本和电转气运行成本。
作为本发明所述的综合能源系统的需求响应建模方法的一种优选方案，其中：所述获取区域电-气互联综合能源系统节点能源价格还包括分别获取节点电价和节点气价。
作为本发明所述的综合能源系统的需求响应建模方法的一种优选方案，其中：所述获取节点电价还包括以下步骤，根据电-气互联网络节点电力平衡约束：
Figure GDA0002198931860000021
每当节点电力负荷/>
Figure GDA0002198931860000022
增加1，目标函数值F即系统运行成本会对应改变，产生一个与电力网络节点对应的边际值，用该值来表示节点电价/>
Figure GDA0002198931860000023
记为/>
Figure GDA0002198931860000024
作为本发明所述的综合能源系统的需求响应建模方法的一种优选方案，其中：所述获取节点气价还包括以下步骤，根据电-气互联网络节点天然气平衡约束：
Figure GDA0002198931860000025
每当节点天然气负荷/>
Figure GDA0002198931860000026
增加1，目标函数值同样会对应改变，产生一个与天然气网络节点对应的边际值，用该值来表示节点天然气价格/>
Figure GDA0002198931860000031
记为/>
Figure GDA0002198931860000032
作为本发明所述的综合能源系统的需求响应建模方法的一种优选方案，其中：建立所述用户气-电替代负荷模型还包括以下步骤，对于用户i，在t时刻，经用能替代项目调节后的电负荷表示为：
Figure GDA0002198931860000033
天然气负荷表示为/>
Figure GDA0002198931860000034
其中：/>
Figure GDA0002198931860000035
为t时刻用户用气替代电的负荷；/>
Figure GDA0002198931860000036
为t时刻用户用电替代气的负荷；/>
Figure GDA0002198931860000037
为参与用能替代项目前的用户电力负荷值；/>
Figure GDA0002198931860000038
为参与用能替代项目前的用户天然气负荷值；ρe/g为气-电替代系数。
作为本发明所述的综合能源系统的需求响应建模方法的一种优选方案，其中：建立所述用户用能的估值函数还包括以下步骤，微观经济学中常用用户需求曲线来描述价格和需求间的关系，且有需求随价格上升而下降的规律，该规律可以表示为：q＝a·pε，中：q为用户用能消耗量；a为常数；p为用户用能的价格；ε为需求-价格弹性系数。将用户的估值函数表示为用户市场消费剩余量，则用户用电的估值函数为：
Figure GDA0002198931860000039
其中，/>
Figure GDA00021989318600000310
表示用户i在时间间隔t的电力刚性负荷；εe表示用户用电需求-价格弹性系数。用户用气的估值函数为：/>
Figure GDA00021989318600000311
其中，/>
Figure GDA00021989318600000312
表示用户i在时间间隔t的天然气刚性负荷；εg表示用户用气需求-价格弹性系数；
作为本发明所述的综合能源系统的需求响应建模方法的一种优选方案，其中：建立所述基于演化博弈的用户用能消费福利最大化模型还包括以下步骤，用户i在t时刻对电力和天然气用能激励的响应收益分别表示为：
Figure GDA00021989318600000313
Figure GDA00021989318600000314
其中，
Figure GDA00021989318600000315
和/>
Figure GDA00021989318600000316
分别表示用户i在t时刻响应电力激励和天然气激励的收益；/>
Figure GDA00021989318600000317
和/>
Figure GDA00021989318600000318
分别表示用户i在t时刻响应激励的电量和天然气量；/>
Figure GDA00021989318600000319
和/>
Figure GDA00021989318600000320
分别表示t时刻所有用户聚合的响应激励的电量和天然气量，/>
Figure GDA00021989318600000321
以及/>
Figure GDA00021989318600000322
分别表示响应电力激励和天然气激励的价格，则用户用能消费福利最大化表达为：
Figure GDA00021989318600000323
其中，λe和λg分别为大于0的权重系数，且满足λe+λg＝1。
本发明的有益效果：考虑电-气互联综合能源系统电转气设备和燃气轮机设备的耦合特性，有助于分析风电接入对区域电-气互联综合能源系统的影响，减少污染排放，考虑基于演化博弈的用户需求响应，有助于分析用户经基于演化博弈的需求响应项目后的用能行为趋势及其对系统节点能源价格的影响，提高用户用能福利，为区域电-气综合能源系统的规划方案、运行策略等提供建议，有助于本方案的推广与实施。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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。其中：
图1为本发明第一个实施例所述基于演化博弈的区域电-气互联综合能源系统需求响应建模方法的整体流程图；
图2为本发明第一个实施例所述建立的区域电-气互联综合能源系统的结构示意图；
图3为本发明第一个实施例所述基于改进的IEEE24节点电力系统和比利时20节点天然气系统通过电转气和燃气轮机耦合构造的测试算例示意图；
图4为本发明第一个实施例所述初始电负荷与初始气负荷曲线示意图；
图5为本发明第一个实施例所述节点上的初始电价和气价示意图；
图6为本发明第一个实施例所述根据基于演化博弈的需求响应项目，求解得出节点2和节点19下用户经需求响应项目演化博弈的过程示意图；
图7为本发明第一个实施例所述最终的用户负荷曲线示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1的示意，示意出的本实施例中提出一种基于演化博弈的区域电-气互联综合能源系统需求响应建模方法的整体流程图，在具体执行过程中，由以下几个步骤组成：
步骤1、建立区域电-气互联综合能源系统的基本结构，通过区域电-气互联综合能源系统的基本结构分别建立电网模型、气网模型和调度模型来构建区域电-气互联综合能源系统调度模型；
步骤2、通过获取区域电-气互联综合能源系统的节点能源价格建立用户气-电替代负荷模型，并分别建立用户用能的估值函数、基于演化博弈的用户用能消费福利最大化模型来构建基于演化博弈的需求响应模型；
步骤3、用户经基于演化博弈的需求响应项目后的用能行为分析。
进一步的，步骤1更加具体的，还包括以下步骤，
1.1建立综合能源系统的基本结构
通过电转气与燃气轮机设备构建电–气互联综合能源系统的能量枢纽，实现电力网络与天然气网络间的双向能量流动，电转气设备将电网中富于的风电转化为天然气进入气网进行运输、储存，燃气轮机设备又通过消耗天然气对电网进行供电，使电–气网络的耦合更加紧密，构成区域电-气互联综合能源系统网络，本实施例中建立的区域电-气互联综合能源系统的结构图如图2的示意。
1.2建立综合能源系统的电网模型
电力系统建模主要包括节点功率平衡、机组出力约束、爬坡约束以及支路潮流约束。①节点功率平衡，
Figure GDA0002198931860000061
其中，/>
Figure GDA0002198931860000062
为t时刻节点i上火电机组的有功出力；/>
Figure GDA0002198931860000063
为t时刻节点i上风电机组的有功出力；/>
Figure GDA0002198931860000064
为t时刻节点i上燃气轮机的有功出力；/>
Figure GDA0002198931860000065
为t时刻节点i上的有功负荷；Pij,t为t时刻线路ij上的有功功率；/>
Figure GDA0002198931860000066
为t时刻节点i上火电机组的无功出力；/>
Figure GDA0002198931860000067
为t时刻节点i上的无功负荷；Qij,t为t时刻线路ij上的无功功率。②机组出力约束，/>
Figure GDA0002198931860000068
其中，/>
Figure GDA0002198931860000069
分别为节点i上火电机组出力的上下限。③爬坡约束，/>
Figure GDA00021989318600000610
其中，RUi、RDi为节点i上火电机组的爬坡和降坡幅度。④支路潮流约束，/>
Figure GDA00021989318600000611
Figure GDA00021989318600000612
其中，Vi,t为t时刻节点i上的电压幅值；Vi max、Vi min分别为节点i上电压幅值的上下限；θij为t时刻节点i、j的电压相角差；/>
Figure GDA00021989318600000613
分别为t时刻节点ij电压相角差的上下限；Gij为节点ij之间的电导；Bij为节点ij之间的电纳；/>
Figure GDA00021989318600000614
分别为节点ij之间线路有功功率传输的上下限。
1.3建立综合能源系统的气网模型
气网模型主要包括管道流量约束、气源点约束、流量平衡约束、压缩机约束以及节点压力约束。①管道流量约束，天然气管道流量方程与管道两端压力及管道诸多物理特性有关，并无通用的形式，特定情形下的气体流量通常用非线性方程描述。对于理想绝热输气管道，考虑天然气双向流动，其流量方程可表示为：
Figure GDA00021989318600000615
式中，
Figure GDA00021989318600000616
表示t时刻流过管道ij的平均流量，其中/>
Figure GDA00021989318600000617
分别为t时刻管道ij的首段天然气注入流量和末端天然气输出流量；Cij为管道ij效率、温度、长度、内径、压缩因子等有关的常数；pi,t、pj,t分别为t时刻首末节点i、j的压力值。②气源点约束，/>
Figure GDA0002198931860000071
其中，/>
Figure GDA0002198931860000072
分别为气源点n的天然气供应流量上下限。③流量平衡约束，
Figure GDA0002198931860000073
其中，/>
Figure GDA0002198931860000074
为t时刻节点i上的气源供气流量；/>
Figure GDA0002198931860000075
为t时刻节点i上的电转气供气流量；/>
Figure GDA0002198931860000076
为t时刻节点i上燃气轮机消耗的天然气流量；/>
Figure GDA0002198931860000077
为t时刻节点i上的天然气负荷；/>
Figure GDA0002198931860000078
为t时刻节点i上CCHP消耗的天然气流量。④压缩机约束，采用简化的压缩机模型为：pl,t≤βcompi,t，式中，pl,t为压缩机的压缩系数。⑤节点压力约束，/>
Figure GDA0002198931860000079
其中，/>
Figure GDA00021989318600000710
分别为节点i压力值的上、下限。
1.4建立综合能源系统调度模型
对电-气互联系统做简化处理，暂不考虑天然气节点中的储气罐功能，系统调度目标为电-气互联系统的综合运行成本最小化，其中主要包括火电机组成本，天然气气源供气成本，燃气轮机运行成本以及电转气运行成本。目标函数可表示如下：
Figure GDA00021989318600000711
其中，F为系统综合运行成本；T为时间断面数；ΩG为火电机组集合；ΩN为气源点集合；ΩG2P为燃气轮机集合；Ωp2G为电转气集合；
Figure GDA00021989318600000712
为t时刻火电机组g的发电成本函数，表示为：
Figure GDA00021989318600000728
式中，ag、bg、cg为火电机组g耗量特性曲线参数，/>
Figure GDA00021989318600000713
为t时刻火电机组g的有功出力。
Figure GDA00021989318600000714
为t时刻气源点n的供气成本函数，表示为：/>
Figure GDA00021989318600000715
其中，/>
Figure GDA00021989318600000716
为t时刻气源点n的天然气价格，/>
Figure GDA00021989318600000717
为t时刻气源点n的天然气供应流量。
Figure GDA00021989318600000718
为t时刻燃气轮机k的发电成本函数，表示为：/>
Figure GDA00021989318600000719
其中，
Figure GDA00021989318600000720
为t时刻燃气轮机k除去燃气费用的运行成本，/>
Figure GDA00021989318600000721
为t时刻燃气轮机k的有功出力。
Figure GDA00021989318600000722
为t时刻电转气l的发电成本函数，表示为：/>
Figure GDA00021989318600000723
其中，
Figure GDA00021989318600000724
为t时刻电转气l的发电成本系数，/>
Figure GDA00021989318600000725
为t时刻电转气l转化的有功功率。
进一步的，步骤2中更加具体的，还包括以下步骤，
2.1获取节点能源价格
根据电-气互联网络节点能量平衡约束确定节点能源价格，如下所示：
Figure GDA00021989318600000726
Figure GDA00021989318600000727
可见上式中的右侧分别为节点电力负荷和节点天然气负荷，每当节点电力负荷
Figure GDA0002198931860000081
增加1，目标函数值F(系统运行成本)会对应改变，产生一个与电力网络节点对应的边际值，用该值来表示节点电价，记为/>
Figure GDA0002198931860000082
同样的，每当节点天然气负荷
Figure GDA0002198931860000083
增加1，目标函数值同样会对应改变，产生一个与天然气网络节点对应的边际值，用该值来表示节点天然气价格，记为/>
Figure GDA0002198931860000084
2.2建立气-电替代负荷模型
区域电-气综合能源系统的多能协同特性拓展了用户参与需求响应的形式，在能源系统建设发展的过程中，用户的生活水平起到很大的推动作用，空调、热水器、电磁炉等家用电器，常常是用户生活习惯的体现以及提升生活质量的关键，用户可以选择不同的能源供应方式来满足同样的需求，如相对高温的电热水切换到燃气烧水等，根据用能替代的方式不同，本专利将可替代的需求负荷表示为气-电替代负荷。
对于用户i，在t时刻，经用能替代项目调节后的电负荷表示为：
Figure GDA0002198931860000085
天然气负荷表示为/>
Figure GDA0002198931860000086
其中：/>
Figure GDA0002198931860000087
为t时刻用户用气替代电的负荷；/>
Figure GDA0002198931860000088
为t时刻用户用电替代气的负荷；/>
Figure GDA0002198931860000089
为参与用能替代项目前的用户电力负荷值；/>
Figure GDA00021989318600000810
为参与用能替代项目前的用户天然气负荷值；ρe/g为气-电替代系数。还需要说明的是，此处的用户i与上述节点i并不冲突，二者属于运算公式的代字母，本领域人员可以理解的是，此处公式并不局限于字母i，仅用于公式的运算，还可以用其他的字母进行代替，因此其不属于附图标记，此处也并不存在同一标号标记不同的特征的问题。
2.3建立用户用能的估值函数
针对具有需求响应能力的用户，利用用户价格需求曲线构建用户能源消费的估值函数。微观经济学中常用用户需求曲线来描述价格和需求间的关系，且有需求随价格上升而下降的规律，该规律可以表示为：q＝a·pε，中：q为用户用能消耗量；a为常数；p为用户用能的价格；ε为需求-价格弹性系数。将用户的估值函数表示为用户市场消费剩余量，则用户用电的估值函数为：
Figure GDA00021989318600000811
其中，/>
Figure GDA00021989318600000812
表示用户i在时间间隔t的电力刚性负荷；εe表示用户用电需求-价格弹性系数。用户用气的估值函数为：/>
Figure GDA00021989318600000813
其中，/>
Figure GDA00021989318600000814
表示用户i在时间间隔t的天然气刚性负荷；εg表示用户用气需求-价格弹性系数。
2.4建立基于演化博弈的用户用能消费福利最大化模型
用户i在t时刻对电力和天然气用能激励的响应收益分别表示为：
Figure GDA0002198931860000091
其中，/>
Figure GDA0002198931860000092
和/>
Figure GDA0002198931860000093
分别表示用户i在t时刻响应电力激励和天然气激励的收益；/>
Figure GDA0002198931860000094
和/>
Figure GDA0002198931860000095
分别表示用户i在t时刻响应激励的电量和天然气量；/>
Figure GDA0002198931860000096
和/>
Figure GDA0002198931860000097
分别表示t时刻所有用户聚合的响应激励的电量和天然气量，/>
Figure GDA0002198931860000098
以及/>
Figure GDA0002198931860000099
分别表示响应电力激励和天然气激励的价格，则用户用能消费福利最大化表达为：
Figure GDA00021989318600000910
其中，λe和λg分别为大于0的权重系数，且满足λe+λg＝1。
步骤3：用户经基于演化博弈的需求响应项目后的用能行为分析
本实施例中基于改进的IEEE24节点电力系统和比利时20节点天然气系统通过电转气和燃气轮机耦合构造了如图3所示的测试算例。分别选取电力网络节点2与天然气网络节点Anderlues的互联节点以及电力网络节点19与天然气网络节点Peronnes的互联节点做用户需求响应分析。每个节点具有5个用户群体，并且两个节点的用户都具有图4所示的初始电负荷与初始气负荷曲线。由图4可知，每个用户的电负荷都具有一定的峰谷差，但峰谷时段并不一致，交叉较多。气负荷曲线则相对平缓。
节点上的初始电价和气价，如图5所示。由图5可知，节点2和节点19的电价和气价在日时间尺度上都存在着峰谷差，节点2在11～14、17～20时段的价格相对较高，1～10、21～24时段的价格相对较低，节点19在10～13时段的价格相对较高，22～24、1～5时段的价格则相对较低。对比两个节点的气电价格，节点2的能源价格总体来看要比节点19要高，分析可知，节点19上接有风电机组，风电对电力负荷以及P2G装置的供给使得气和电的价格得以降低。
根据基于演化博弈的需求响应项目，求解得出节点2和节点19下用户经需求响应项目演化博弈的过程如图6所示，图6中，纵坐标为演化博弈的收敛残差，横坐标表示博弈次数，一次为1天，节点2和节点19分别经过18次和11次的博弈之后，达到了“演化稳定策略”的局面，导致2个节点演化博弈次数不同的原因主要是2个节点的初始能源价格不同，即使2个节点用户的初始负荷一致，但能源价格的高低决定了用户对自身用能效用的评价存在差异，用户在用能决策上所花费的次数也就有所不同。最终的用户负荷曲线如图7所示。
结合图5、图6以及图7可知，各节点5个用户的最终日负荷分布呈现类似的形状，这是因为各个用户群体通过学习对方的用能策略，一次次的模拟进化最终达到消费者福利最大的均衡局面，也就是演化博弈中的演化稳定策略，因此最终的负荷分布呈现均衡的趋势，负荷曲线趋近于类似的形状，有利于管理用户群体的用能行为。
节点2和节点19经需求响应项目前后的对比数据如表1所示。
表1
Figure GDA0002198931860000101
2个节点的初始负荷相同，但由于节点电价差异以及用户自身特性不同，所以初始用户效用不同，但经过需求响应之后，2个节点的效用都得到了提升。对比分析用户用电和用气情况可知，在响应之后，节点2用户的用气偏好比节点19高，分析可知，节点2的燃气机组可直接消耗天然气来为节点供能，相比用电更加经济，而节点19接入了一台风电机组，对于节点19的用户来说，用电更具经济性。在污染排放物治理费用方面，经过响应后的治理费用有所降低，这主要是由于用户负荷的改变驱动了电转气、燃气轮机对风电的消纳，实现节能减排的效果。
本发明在建立区域电-气互联综合能源系统调度优化模型的基础上，通过节点能量平衡方程分析了节点能源价格；基于节点能源价格，以用户市场消费剩余来量化节点区域用户能源消费的估值，考虑多能用户气、电负荷的可替代性，建立了基于演化博弈的需求响应模型来推演用户响应行为的变化趋势。
采用本发明的技术方案，可实现如下有益效果：考虑电-气互联综合能源系统电转气设备和燃气轮机设备的耦合特性，有助于分析风电接入对区域电-气互联综合能源系统的影响，减少污染排放，考虑基于演化博弈的用户需求响应，有助于分析用户经基于演化博弈的需求响应项目后的用能行为趋势及其对系统节点能源价格的影响，提高用户用能福利，为区域电-气综合能源系统的规划方案、运行策略等提供建议，有助于本方案的推广与实施。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种综合能源系统的需求响应建模方法，其特征在于：包括以下步骤，
建立区域电-气互联综合能源系统的基本结构，通过所述区域电-气互联综合能源系统的基本结构分别建立电网模型、气网模型和调度模型来构建区域电-气互联综合能源系统调度模型；
通过获取所述区域电-气互联综合能源系统的节点能源价格建立用户气-电替代负荷模型，并分别建立用户用能的估值函数、基于演化博弈的用户用能消费福利最大化模型来构建基于演化博弈的需求响应模型；
建立所述基于演化博弈的用户用能消费福利最大化模型还包括以下步骤，
用户i在t时刻对电力和天然气用能激励的响应收益分别表示为：
Figure FDA0004122530240000011
其中，
Figure FDA0004122530240000012
和/>
Figure FDA0004122530240000013
分别表示用户i在t时刻响应电力激励和天然气激励的收益；/>
Figure FDA0004122530240000014
和/>
Figure FDA0004122530240000015
分别表示用户i在t时刻响应激励的电量和天然气量；/>
Figure FDA0004122530240000016
和/>
Figure FDA0004122530240000017
分别表示t时刻所有用户聚合的响应激励的电量是和天然气量，Pt -e以及Pt -g分别表示响应电力激励和天然气激励的价格；用户用能消费福利最大化表达为：
Figure FDA0004122530240000018
其中，λe和λg分别为大于0的权重系数，且满足λe+λg＝1。
2.如权利要求1所述的综合能源系统的需求响应建模方法，其特征在于：建立所述区域电-气互联综合能源系统的基本结构还包括以下步骤，
通过电转气与燃气轮机设备构建电–气互联综合能源系统的能量枢纽，实现电力网络与天然气网络间的双向能量流动，使电–气网络的耦合更加紧密，构成所述区域电-气互联综合能源系统。
3.如权利要求2所述的综合能源系统的需求响应建模方法，其特征在于：分别建立的所述电网模型、气网模型和调度模型，其中，所述电网模型考虑节点功率平衡、机组出力约束、爬坡约束以及支路潮流约束；所述气网模型考虑管道流量约束、气源点约束、流量平衡约束、压缩机约束以及节点压力约束；所述调度模型考虑系统对电和天然气的调度成本，且所述调度成本还包括火电机组发电成本、天然气气源供气成本、燃气轮机运行成本和电转气运行成本。
4.如权利要求3所述的综合能源系统的需求响应建模方法，其特征在于：所述获取区域电-气互联综合能源系统节点能源价格还包括分别获取节点电价和节点气价。
5.如权利要求4所述的综合能源系统的需求响应建模方法，其特征在于：所述获取节点电价还包括以下步骤，
根据电-气互联网络节点电力平衡约束：
Figure FDA0004122530240000021
每当节点电力负荷
Figure FDA0004122530240000022
增加1，目标函数值F即系统运行成本会对应改变，产生一个与电力网络节点对应的边际值，用该值来表示节点天然气电价/>
Figure FDA0004122530240000023
记为/>
Figure FDA0004122530240000024
6.如权利要求5所述的综合能源系统的需求响应建模方法，其特征在于：所述获取节点气价还包括以下步骤，
根据电-气互联网络节点天然气平衡约束：
Figure FDA0004122530240000025
每当节点天然气负荷
Figure FDA0004122530240000026
增加1，目标函数值同样会对应改变，产生一个与天然气网络节点对应的边际值，用该值来表示节点天然气价格/>
Figure FDA0004122530240000027
记为/>
Figure FDA0004122530240000028
7.如权利要求6所述的综合能源系统的需求响应建模方法，其特征在于：建立所述用户气-电替代负荷模型还包括以下步骤，
对于用户i，在t时刻，经用能替代项目调节后的电负荷表示为：
Figure FDA0004122530240000029
天然气负荷表示为
Figure FDA0004122530240000031
其中：
Figure FDA0004122530240000032
为t时刻用户用气替代电的负荷；/>
Figure FDA0004122530240000033
为t时刻用户用电替代气的负荷；/>
Figure FDA0004122530240000034
为参与用能替代项目前的用户电力负荷值；/>
Figure FDA0004122530240000035
为参与用能替代项目前的用户天然气负荷值；ρe/g为气-电替代系数。
8.如权利要求7所述的综合能源系统的需求响应建模方法，其特征在于：建立所述用户用能的估值函数还包括以下步骤，
微观经济学中常用用户需求曲线来描述价格和需求间的关系，且有需求随价格上升而下降的规律，该规律可以表示为：q＝a·pε；
其中：q为用户用能消耗量；a为常数；p为用户用能的价格，ε为需求-价格弹性系数；将用户的估值函数表示为用户市场消费剩余量，则用户用电的估值函数为：
Figure FDA0004122530240000036
其中，
Figure FDA0004122530240000037
表示用户i在时间间隔t的电力刚性负荷；εe表示用户用电需求-价格弹性系数；
所述用户用气的估值函数为：
Figure FDA0004122530240000038
其中，
Figure FDA0004122530240000039
表示用户i在时间间隔t的天然气刚性负荷；εg表示用户用气需求-价格弹性系数。
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