CN111476675A - 基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方法 - Google Patents

基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方法 Download PDF

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CN111476675A CN202010181175.2A CN202010181175A CN111476675A CN 111476675 A CN111476675 A CN 111476675A CN 202010181175 A CN202010181175 A CN 202010181175A CN 111476675 A CN111476675 A CN 111476675A
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Abstract

本发明涉及一种基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方法，属于电力市场技术领域。该方法首先确定综合能源系统均衡交互优化目标；之后，利用对偶分解法将综合能源系统分解为多组单售多购子系统；最后利用分布式算法调整分布式能源站的能源单价和用户的能源需求量，达到均衡交互优化目标。本发明构建的均衡交互方法适用于多种多能源的综合能源系统均衡交易，通过对偶分解将系统分为多组单售多购子系统，避免了中央控制器或任何第三方频繁获取用户信息，保障了交易双方隐私不被侵犯；将分布式均衡交互技术应用于综合能源系统中，达到了分布式能源站收益和能源用户效用最优的目标，易于推广应用。

Description

基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方法
技术领域
本发明属于电力市场技术领域，具体涉及一种基于需求响应的综合能源系 统分布式均衡交互控制方法及系统。
背景技术
天然气作为发电的清洁能源，不仅具有很高的环境效益，而且具有良好的 经济性。将其应用于分布式发电中，不仅可以实现能量的级联应用，提高能源 利用效率，而且对系统的安全稳定具有积极的作用。DES(分布式能源站)以天 然气为基础，可为用户提供多种能源，如热能、电能等，其能源效率可达80％ 以上，是目前工业工程中最有前途的操作模式之一。
目前很多研究都分析了多区域DES互联的协同优化问题，例如确定供给点 到需求点之间能源传输管道的数量和网络布局以达到能源供应成本的最小化， 抑或是，研究分布式天然气发电在电力市场交易机制下合理的定价参数，但大 多缺乏对综合能源系统生产运营优化的综合考虑，很可能造成能源浪费，增加 不必要的成本。因此如何克服现有技术的不足是目前电力市场技术领域亟需解 决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于需求响应的综合 能源系统分布式均衡交互控制方法及系统，该方法是一种基于需求响应的分布 式方法，在能源站和用户双方对能源单价和能源需求量进行调整，使得分布式 能源站收益最优、能源用户效用最优，同时保障了能源交易双方隐私不受侵犯。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方法，包括以下步骤：
第一步：确定综合能源系统均衡交互优化目标；
第二步：利用对偶分解法将综合能源系统分解为多组单售多购子系统；
第三步：利用分布式算法调整分布式能源站的能源单价和用户的能源需求 量，达到均衡交互优化目标。
进一步，优选的是，所述的第一步：确定综合能源系统均衡交互优化目标； 具体方法如下：
目标数学模型如下：
Figure BDA0002412559520000021
Figure BDA0002412559520000022
Figure BDA0002412559520000023
Figure BDA0002412559520000024
能源用户消费电能和热能获得的效用函数方程式：
Figure BDA0002412559520000025
Figure BDA0002412559520000026
分布式能源站输出电能和热能的成本函数方程式：
Ck＝Ck，e+Ck，g (7)
Figure BDA0002412559520000027
Figure BDA0002412559520000028
其中，系统包含K个分布式能源站DES和N个能源用户EU，EUn为第n个 能源用户，DESk第k个分布式能源站；Un为EUn消费电能和热能获得的效用， Ck为DESk输出电能和热能的成本，
Figure BDA0002412559520000031
分别为天然气公司对燃气轮机、 燃气锅炉的天然气供给量，
Figure BDA0002412559520000032
分别为燃气轮机和燃气锅炉的最大容量， αe、αh分别为电能、热能在传输过程中的网络损耗率，
Figure BDA0002412559520000033
分别为DESk输 出的电能和热能，
Figure BDA0002412559520000034
分别为EUn的电能、热能基线需求，
Figure BDA0002412559520000035
分别为EUn的电能、热能需求上限，
Figure BDA0002412559520000036
分别为EUn消费电能、热能获得的效用，
Figure BDA0002412559520000037
Figure BDA0002412559520000038
分别为EUn对消费电能、热能的偏好系数，Ck,e为DESk从输入电到 输出能量的成本，Ck,g为DESk从输入天然气到输出能量的成本，
Figure BDA0002412559520000039
为电能输入 量，ak,e、bk,e和ak,g、bk,g为可变成本系数，ck,e和ck,g分别为发电的固定成本、产 热的固定成本；
Figure BDA00024125595200000310
分别为电负荷需求、气负荷需求。
进一步，优选的是，所述的第二步：利用对偶分解法将综合能源系统分解 为多组单售多购子系统，包括以下步骤：
1)引入拉格朗日乘子，解耦式(4)，得到方程式：
Figure BDA00024125595200000311
Figure BDA00024125595200000312
其中，μ n、
Figure BDA00024125595200000313
γ n和
Figure BDA00024125595200000314
为一组非负协调参数；
2)式(10)的第一项分解成K组单个DES多个EU的子系统，其中第k组子系 统优化目标的数学模型：
Figure BDA0002412559520000041
s.t.(2-3)
3)引入拉格朗日乘子，解耦式(3)，得到方程式：
Figure BDA0002412559520000042
其中，
Figure BDA0002412559520000043
和
Figure BDA0002412559520000044
为一组非负拉格朗日乘子，对应为电价和热价；
4)将式(13)的第一项和第二项分离，得到：
Figure BDA0002412559520000045
Figure BDA0002412559520000046
Figure BDA0002412559520000047
其中，式(15)为EUn需要优化的问题，式(16)为DESk需要优化的问题。
进一步，优选的是，所述的第三步：利用分布式算法调整分布式能源站的 能源单价和用户的能源需求量包括：分布式能源站调整能源单价和能源用户调 整能源需求量，迭代求解直至达到均衡收敛状态，从而达到均衡优化目标。
进一步，优选的是，所述的调整能源单价包括以下步骤：
1)DESk根据能源单价初始值计算能源供应量，其方程式如下：
Figure BDA0002412559520000051
Figure BDA0002412559520000052
和
Figure BDA0002412559520000053
分别为DESk根据能源单价计算得出的电能、热能供应量，
Figure BDA0002412559520000054
和
Figure BDA0002412559520000055
分别为DESk在满足式(2)时所能供应的电能、热能最大值；
Figure BDA0002412559520000056
分 别表示第t次迭代时电价和热价的拉格朗日乘子；
2)DESk接收EUn的能源需求量信息；
3)DESk根据能源供应量和能源需求量调整能源单价，其方程式如下：
Figure BDA0002412559520000057
和
Figure BDA0002412559520000059
分别为DESk根据能源供应量和能源需求量调整后第t次迭代后 的电价和热价，ve和vh为非负拉格朗日乘子，
Figure BDA00024125595200000510
和
Figure BDA00024125595200000511
分别为EUn根据能源单 价调整所得的电能、热能需求量；
4)DESk将调整后的能源单价发送给EUn，直到
Figure BDA00024125595200000512
且
Figure BDA00024125595200000513
停止调整，ε为收敛精度。
进一步，优选的是，所述的调整能源需求量包括以下步骤：
1)EUn接收DESk的能源单价信息；
2)EUn根据能源单价调整能源需求量，其方程式如下：
Figure BDA0002412559520000061
3)EUn将调整后的能源需求量发送给DESk；
4)EUn根据调整后的能源需求量计算式(11)中的协调参数，其方程式如下：
Figure BDA0002412559520000062
Figure BDA0002412559520000063
和
Figure BDA0002412559520000064
为EUn根据调整后的能源需求量计算得到的协调 参数迭代值，
Figure BDA0002412559520000065
和
Figure BDA0002412559520000066
为协调参数原值；
直到
Figure BDA0002412559520000067
且，停止调整，ε为收敛 精度。
本发明同时提供一种基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制系 统，包括：
第一处理模块，用于确定综合能源系统均衡交互优化目标；
第二处理模块，用于利用对偶分解法将综合能源系统分解为多组单售多购 子系统；
均衡交互控制模块，用于利用分布式算法计算分布式能源站的能源单价和 用户的能源需求量，之后按照计算结果控制调整。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可 在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现 如上述基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方法的步骤。
本发明另外提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序， 其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如上述基于需求响应的综合能 源系统分布式均衡交互控制方法的步骤。
本发明最后求解得到以下内容：
用户侧(EU)的能量需求值
Figure BDA0002412559520000071
和
Figure BDA0002412559520000072
供给侧(DES)的能量供给值
Figure BDA0002412559520000073
和能量单价
Figure BDA0002412559520000074
和
Figure BDA0002412559520000075
根据所得到的以上内容，各DES设置价格和供给量；而每个EU自己决定从 哪个DES业公司买电能和热能以及买多少，实现综合能源系统效益最大化。
“均衡”指在本发明方法中，是指供需双方能达到平衡的目标效果，用户 侧能获得高效用，供给侧能花费低成本。“交互”指本发明方法采用了循环迭代。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
本发明提出的一种基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方 法，即综合能源系统均衡交互的问题经由对偶分解法分解为多组单售多购子系 统的均衡优化问题，减少了计算负担，且保障了交易双方的信息隐私；通过基 于需求响应的分布式算法，分别在能源站和用户双方调整了能源单价及能源需 求量，从而实现了分布式能源站收益最优和能源用户效用最优的均衡交互目标， 在保证交易双方的信息隐私的基础上达到全局最优的效果，将交易双方的信息 隐私的要求投入现实考虑，实现清洁能源高效开发利用。
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表作简单地介绍，显而易见地，下面描 述中的附图表仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来 讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图表获得其他的附图表。
图1为综合能源系统示意图；
图2为分布式能源站示意图；
图3为低初始能源单价时的算例收敛图；
图4为高初始能源单价时的算例收敛图；
图5是本发明基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制系统的结 构示意图；
图6为本发明电子设备结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限 定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所 描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商 者，均为可以通过购买获得的常规产品。
基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方法，包括以下步骤：
第一步：确定综合能源系统均衡交互优化目标；
第二步：利用对偶分解法将综合能源系统分解为多组单售多购子系统；
第三步：利用分布式算法调整分布式能源站的能源单价和用户的能源需求 量，达到均衡交互优化目标。
所述的第一步：确定综合能源系统均衡交互优化目标；具体方法如下：
目标数学模型如下：
Figure BDA0002412559520000081
Figure BDA0002412559520000082
Figure BDA0002412559520000083
Figure BDA0002412559520000084
这个目标设计的目的是综合能源系统效益最大化(用户效用与生产成本之 差)。
能源用户消费电能和热能获得的效用函数方程式：
Figure BDA0002412559520000091
Figure BDA0002412559520000092
分布式能源站输出电能和热能的成本函数方程式：
Ck＝Ck，e+Ck，g (7)
Figure BDA0002412559520000093
Figure BDA0002412559520000094
其中，系统包含K个分布式能源站DES和N个能源用户EU，EUn为第n个 能源用户，DESk第k个分布式能源站；Un为EUn消费电能和热能获得的效用， Ck为DESk输出电能和热能的成本，
Figure BDA0002412559520000095
分别为天然气公司对燃气轮机、 燃气锅炉的天然气供给量，
Figure BDA0002412559520000096
分别为燃气轮机和燃气锅炉的最大容量， αe、αh分别为电能、热能在传输过程中的网络损耗率，
Figure BDA0002412559520000097
分别为DESk输 出的电能和热能，
Figure BDA0002412559520000098
分别为EUn的电能、热能基线需求，
Figure BDA0002412559520000099
分别为EUn的电能、热能需求上限，
Figure BDA00024125595200000910
分别为EUn消费电能、热能获得的效用，
Figure BDA00024125595200000911
Figure BDA00024125595200000912
分别为EUn对消费电能、热能的偏好系数，可以反映出用户对能源 的需求偏好，并且会影响需求量的大小，Ck,e为DESk从输入电到输出能量的成本，Ck,g为DESk从输入天然气到输出能量的成本，
Figure BDA00024125595200000913
为电能输入量，ak,e、bk,e和ak,g、bk,g为可变成本系数，ck,e和ck,g分别为发电的固定成本、产热的固定成 本；
Figure BDA0002412559520000101
分别为电负荷需求、气负荷需求。
所述的第二步：利用对偶分解法将综合能源系统分解为多组单售多购子系 统(即式(10)的第一项分解成K组单个DES多个EU的子系统)，包括以下步骤：
1)引入拉格朗日乘子，解耦式(4)，得到方程式：
Figure BDA0002412559520000102
Figure BDA0002412559520000103
其中，μ n、
Figure BDA0002412559520000104
γ n和
Figure BDA0002412559520000105
为一组非负协调参数；
2)式(10)的第一项分解成K组单个DES多个EU的子系统，其中第k组子系 统优化目标的数学模型：
Figure BDA0002412559520000106
s.t.(2-3)
s.t.(2-3)表示前文的约束条件(2)和(3)；
3)引入拉格朗日乘子，解耦式(3)，得到方程式：
Figure BDA0002412559520000111
其中，
Figure BDA0002412559520000112
和
Figure BDA0002412559520000113
为一组非负拉格朗日乘子，对应为电价和热价；
4)将式(13)的第一项和第二项分离，得到：
Figure BDA0002412559520000114
Figure BDA0002412559520000115
Figure BDA0002412559520000116
其中，式(15)为EUn需要优化的问题，即作为整个优化问题分解后的需求侧 部分，通过优化确定各个用户(EU)的能源需求量；式(16)为DESk需要优化的 问题，即作为整个优化问题分解后的供给侧部分，通过优化确定各个分布式能 源站(DES)的能源供应量和能源价格
所述的第三步：利用分布式算法调整分布式能源站的能源单价和用户的能 源需求量包括：分布式能源站调整能源单价和能源用户调整能源需求量，迭代 求解直至达到均衡收敛状态，从而达到均衡优化目标。
所述的调整能源单价包括以下步骤：
1)DESk根据能源单价初始值计算能源供应量，其方程式如下：
Figure BDA0002412559520000117
Figure BDA0002412559520000121
和
Figure BDA0002412559520000122
分别为DESk根据能源单价计算得出的电能、热能供应量，
Figure BDA0002412559520000123
和
Figure BDA0002412559520000124
分别为DESk在满足式(2)时所能供应的电能、热能最大值；
Figure BDA0002412559520000125
分 别表示第t次迭代时电价和热价的拉格朗日乘子；
2)DESk接收EUn的能源需求量信息；
3)DESk根据能源供应量和能源需求量调整能源单价，其方程式如下：
Figure BDA0002412559520000126
Figure BDA0002412559520000127
和
Figure BDA0002412559520000128
分别为DESk根据能源供应量和能源需求量调整后第t次迭代后 的电价和热价，ve和vh为非负拉格朗日乘子，
Figure BDA0002412559520000129
和
Figure BDA00024125595200001210
分别为EUn根据能源单 价调整所得的电能、热能需求量；
4)DESk将调整后的能源单价发送给EUn，直到
Figure BDA00024125595200001211
且
Figure BDA00024125595200001212
停止调整，ε为收敛精度。
所述的调整能源需求量包括以下步骤：
1)EUn接收DESk的能源单价信息；
2)EUn根据能源单价调整能源需求量，其方程式如下：
Figure BDA00024125595200001213
3)EUn将调整后的能源需求量发送给DESk；
4)EUn根据调整后的能源需求量计算式(11)中的协调参数，其方程式如下：
Figure BDA0002412559520000131
Figure BDA0002412559520000132
和
Figure BDA0002412559520000133
为EUn根据调整后的能源需求量计算得到的协调 参数迭代值，
Figure BDA0002412559520000134
和
Figure BDA0002412559520000135
为协调参数原值；
直到
Figure BDA0002412559520000136
且，停止调整，ε为收敛精度。
如图5所示，基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制系统，包 括：
第一处理模块101，用于确定综合能源系统均衡交互优化目标；
第二处理模块102，用于利用对偶分解法将综合能源系统分解为多组单售多 购子系统；
均衡交互控制模块103，用于利用分布式算法计算分布式能源站的能源单价 和用户的能源需求量，之后按照计算结果控制调整。
在本发明实施例中，第一处理模块101确定综合能源系统均衡交互优化目 标；第二处理模块102利用对偶分解法将综合能源系统分解为多组单售多购子 系统；均衡交互控制模块103利用分布式算法计算分布式能源站的能源单价和 用户的能源需求量，之后按照计算结果控制调整。
本发明实施例提供的一种基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控 制系统，该系统避免了中央控制器或任何第三方频繁获取用户信息，保障了交 易双方隐私不被侵犯；将分布式均衡交互技术应用于综合能源系统中，达到了 分布式能源站收益和能源用户效用最优的目标，易于推广应用。
本发明实施例提供的系统是用于执行上述各方法实施例的，具体流程和详 细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。
图6为本发明实施例提供的电子设备结构示意图，参照图6，该电子设备可 以包括：处理器(processor)201、通信接口(Communications Interface)202、存储 器(memory)203和通信总线204，其中，处理器201，通信接口202，存储器203 通过通信总线204完成相互间的通信。处理器201可以调用存储器203中的逻 辑指令，以执行如下方法：确定综合能源系统均衡交互优化目标；利用对偶分 解法将综合能源系统分解为多组单售多购子系统；利用分布式算法计算分布式 能源站的能源单价和用户的能源需求量，之后按照计算结果控制调整。
此外，上述的存储器203中的逻辑指令可以通过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-Only Memory)、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。
另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存 储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供 的基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方法，例如包括：确定综 合能源系统均衡交互优化目标；利用对偶分解法将综合能源系统分解为多组单 售多购子系统；利用分布式算法计算分布式能源站的能源单价和用户的能源需 求量，之后按照计算结果控制调整。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目 的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施 方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。 基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以 以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介 质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某 些部分所述的方法。
应用实例
一种基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方法，包括以下步 骤：
第一步：确定综合能源系统均衡交互优化目标；
第二步：利用对偶分解法将综合能源系统分解为多组单售多购子系统；
第三步：利用分布式算法调整分布式能源站的能源单价和用户的能源需求 量，达到均衡交互优化目标。
该实例中的综合能源系统如图1所示，由2个DES和2个EU组成，DES如 图2所示，具体参数由表1给出
表1
Figure BDA0002412559520000151
1.确定综合能源系统均衡交互优化目标：其数学模型：
Figure BDA0002412559520000161
Figure BDA0002412559520000162
Figure BDA0002412559520000163
Figure BDA0002412559520000164
能源用户(EU)消费电能和热能获得的效用函数方程式：
Figure BDA0002412559520000165
Figure BDA0002412559520000166
分布式能源站(DES)输出电能和热能的成本函数方程式：
Ck＝Ck，e+Ck，g
Figure BDA0002412559520000167
Figure BDA0002412559520000168
其中，系统包含K个分布式能源站和N个能源用户，Un为EUn消费电能和 热能获得的效用，Ck为DESk输出电能和热能的成本，
Figure BDA0002412559520000171
分别为天然气 公司对燃气轮机、燃气锅炉的天然气供给量，
Figure BDA0002412559520000172
分别为燃气轮机和燃 气锅炉的最大容量，αe、αh分别为电能、热能在传输过程中的网络损耗率，αe、 αh分别为电能、热能在传输过程中的网络损耗率，
Figure BDA0002412559520000173
分别为DESk输出的 电能和热能，
Figure BDA0002412559520000174
分别为EUn的电能、热能基线需求，
Figure BDA0002412559520000175
分别为EUn的 电能、热能需求上限，
Figure BDA0002412559520000176
分别为EUn消费电能、热能获得的效用，
Figure BDA0002412559520000177
Figure BDA0002412559520000178
分别为EUn对消费电能、热能的偏好系数，可以反映出用户对能源的需求偏好，并且会影响需求量的大小，Ck,e为DESk从输入电到输出能量的成 本，Ck,g为DESk从输入天然气到输出能量的成本，
Figure BDA0002412559520000179
为电能输入量，ak,e、bk,e和ak,g、bk,g为可变成本系数，ck,e和ck,g为固定成本。
DESk和EUn两者都是独立的个体。DESk目标是成本最小以达到收益最优， EUn目标是效用最优。然而，单个最优解不一定能得到整体最优解。为此，采 用需求侧效用减去供给侧成本作为目标函数，以更低的供给侧成本实现更高的 需求侧效用，如式(1)所示。式(2)表示天然气供给量不得超过最大容量，式(3)表 示能量在传输过程中有一定的损耗，式(4)表示每个用户的能源需求须在范围内， 不得少于基线需求，不得多于需求上限。
本实例中DES的能量转换方程式：
Figure BDA00024125595200001710
其中，
Figure BDA00024125595200001711
分别为燃气轮机(gas turbine,GT)中电、热的生产效率；
Figure BDA00024125595200001712
Figure BDA00024125595200001713
分别为余热锅炉(heat recovery steam generator,HRSG)的蒸汽、热水的生产 效率；
Figure BDA00024125595200001714
分别为蒸汽轮机(steam turbine,ST)中电、热的生产效率；
Figure BDA00024125595200001715
为 燃气锅炉(gas boiler,GB)的产热效率；ηHE为热转换机(heat exchanger,HE)的热 转换效率；ηT为变压器的转换率。
2.利用对偶分解法将综合能源系统分解为多组单售多购子系统：
式(4)是一种空间耦合约束，它将所有的能源站连接在一起，使得目标的优 化变得困难，引入一组非负协调参数μ n,
Figure BDA0002412559520000181
γ n和
Figure BDA0002412559520000182
得到方程式：
Figure BDA0002412559520000183
式(10)的第一项可分，分解成K组单个DES多个EU的子系统，就得到单售 多购子系统的优化目标，第k组子系统优化目标的数学模型：
Figure BDA0002412559520000184
s.t.(2-3)
式(3)存在耦合，引入拉格朗日乘子
Figure BDA0002412559520000185
和
Figure BDA0002412559520000186
对应为电价和热价，得到方程 式:
Figure BDA0002412559520000187
根据对偶分解法，最优对偶间隙为零的两个函数解是一致的。
将式(13)的第一项和第二项分离，得到：
Figure BDA0002412559520000191
Figure BDA0002412559520000192
Figure BDA0002412559520000193
其中，式(15)为EUn需要优化的问题，式(16)为DESk需要优化的问题。
3.利用分布式算法调整分布式能源站的能源单价和用户的能源需求量，达到 均衡交互优化目标：分布式能源站调整能源单价，用户调整能源需求量，迭代 求解直至达到均衡收敛状态，因此达到均衡优化目标。
在供给侧，DESk根据能源单价初始值计算能源供应量，通过式(16)得到计 算能源供应量的方程式：
Figure BDA0002412559520000194
Figure BDA0002412559520000195
Figure BDA0002412559520000196
和
Figure BDA0002412559520000197
分别为DESk根据能源单价计算得出的电能、热能供应量，
Figure BDA0002412559520000198
和
Figure BDA0002412559520000199
分别为DESk在满足式(2)时所能供应的电能、热能最大值。
Figure BDA00024125595200001910
分 别表示第t次迭代时电价和热价的拉格朗日乘子；
DESk接收EUn的能源需求量信息，DESk根据能源供应量和能源需求量调 整能源单价，通过式(14)得到计算能源供应量的方程式：
Figure BDA00024125595200001911
Figure BDA00024125595200001912
Figure BDA0002412559520000201
和
Figure BDA0002412559520000202
分别为DESk根据能源供应量和能源需求量调整后第t次迭代后 的电价和热价，ve和vh为非负拉格朗日乘子，
Figure BDA0002412559520000203
和
Figure BDA0002412559520000204
分别为EUn根据能源单 价调整所得的电能、热能需求量。
DESk将调整后的能源单价发送给EUn，直到
Figure BDA0002412559520000205
且
Figure BDA0002412559520000206
停止调整，ε为收敛精度。
在需求侧，EUn接收DESk的能源单价信息；EUn根据能源单价调整能源需 求量，通过式(15)得到计算能源需求量的方程式：
Figure BDA0002412559520000207
Figure BDA0002412559520000208
EUn将调整后的能源需求量发送给DESk；EUn根据调整后的能源需求量计 算式(11)中的协调参数，其方程式如下：
Figure BDA0002412559520000209
Figure BDA00024125595200002010
Figure BDA00024125595200002011
Figure BDA00024125595200002012
Figure BDA00024125595200002013
和
Figure BDA00024125595200002014
为EUn根据调整后的能源需求量计算得到的协调 参数迭代值，
Figure BDA00024125595200002015
和
Figure BDA00024125595200002016
为协调参数原值。
直到
Figure RE-GDA00024966958500002017
且
Figure RE-GDA00024966958500002018
停止调 整，ε为收敛精度。
为了体现电价初始值不同时，所述的基于需求响应的综合能源系统分布式 均衡交互控制方法的有效性，低初始值的均衡效果如图3，高初始值的均衡效果 如图4；
本方法与现有方法相比，各个分布式能源站根据供需关系设置能源价格和 供给量，而每个用户自己决定从哪个分布式能源站购买电能和热能以及买多少。 创新之处在于它既不询问中央控制器，也不询问任何第三方，也不显示任何实 体的优先级信息，不仅实现了隐私保护，还节省了额外的通信成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技 术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述 的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会 有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明 要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：确定综合能源系统均衡交互优化目标；
第二步：利用对偶分解法将综合能源系统分解为多组单售多购子系统；
第三步：利用分布式算法调整分布式能源站的能源单价和用户的能源需求量，达到均衡交互优化目标。
2.根据权利要求1所述的基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方法，其特征在于，所述的第一步：确定综合能源系统均衡交互优化目标；具体方法如下：
目标数学模型如下：
Figure FDA0002412559510000011
Figure FDA0002412559510000012
Figure FDA0002412559510000013
Figure FDA0002412559510000014
能源用户消费电能和热能获得的效用函数方程式：
Figure FDA0002412559510000015
Figure FDA0002412559510000021
分布式能源站输出电能和热能的成本函数方程式：
Ck＝Ck，e+Ck，g (7)
Figure FDA0002412559510000022
Figure FDA0002412559510000023
其中，系统包含K个分布式能源站DES和N个能源用户EU，EUn为第n个能源用户，DESk第k个分布式能源站；Un为EUn消费电能和热能获得的效用，Ck为DESk输出电能和热能的成本，
Figure FDA0002412559510000024
分别为天然气公司对燃气轮机、燃气锅炉的天然气供给量，
Figure FDA0002412559510000025
分别为燃气轮机和燃气锅炉的最大容量，αe、αh分别为电能、热能在传输过程中的网络损耗率，
Figure FDA0002412559510000026
分别为DESk输出的电能和热能，
Figure FDA0002412559510000027
分别为EUn的电能、热能基线需求，
Figure FDA0002412559510000028
分别为EUn的电能、热能需求上限，
Figure FDA0002412559510000029
分别为EUn消费电能、热能获得的效用，
Figure FDA00024125595100000210
Figure FDA00024125595100000211
分别为EUn对消费电能、热能的偏好系数，Ck,e为DESk从输入电到输出能量的成本，Ck,g为DESk从输入天然气到输出能量的成本，
Figure FDA00024125595100000212
为电能输入量，ak,e、bk,e和ak,g、bk,g为可变成本系数，ck,e和ck,g分别为发电的固定成本、产热的固定成本；
Figure FDA00024125595100000213
分别为电负荷需求、气负荷需求。
3.根据权利要求2所述的基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方法，其特征在于，所述的第二步：利用对偶分解法将综合能源系统分解为多组单售多购子系统，包括以下步骤：
1)引入拉格朗日乘子，解耦式(4)，得到方程式：
Figure FDA0002412559510000031
Figure FDA0002412559510000032
其中，μ n、
Figure FDA0002412559510000033
γ n和
Figure FDA0002412559510000034
为一组非负协调参数；
2)式(10)的第一项分解成K组单个DES多个EU的子系统，其中第k组子系统优化目标的数学模型：
Figure FDA0002412559510000035
s.t. (2-3)
3)引入拉格朗日乘子，解耦式(3)，得到方程式：
Figure FDA0002412559510000036
其中，
Figure FDA0002412559510000037
和
Figure FDA0002412559510000038
为一组非负拉格朗日乘子，对应为电价和热价；
4)将式(13)的第一项和第二项分离，得到：
Figure FDA0002412559510000041
Figure FDA0002412559510000042
Figure FDA0002412559510000043
其中，式(15)为EUn需要优化的问题，式(16)为DESk需要优化的问题。
4.根据权利要求1或3所述的基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方法，其特征在于，所述的第三步：利用分布式算法调整分布式能源站的能源单价和用户的能源需求量包括：分布式能源站调整能源单价和能源用户调整能源需求量，迭代求解直至达到均衡收敛状态，从而达到均衡优化目标。
5.根据权利要求4所述的分布式能源站调整能源单价，其特征在于，所述的调整能源单价包括以下步骤：
1)DESk根据能源单价初始值计算能源供应量，其方程式如下：
Figure FDA0002412559510000044
Figure FDA0002412559510000045
和
Figure FDA0002412559510000046
分别为DESk根据能源单价计算得出的电能、热能供应量，
Figure FDA0002412559510000047
和
Figure FDA0002412559510000048
分别为DESk在满足式(2)时所能供应的电能、热能最大值；
Figure FDA0002412559510000049
分别表示第t次迭代时电价和热价的拉格朗日乘子；
2)DESk接收EUn的能源需求量信息；
3)DESk根据能源供应量和能源需求量调整能源单价，其方程式如下：
Figure FDA0002412559510000051
Figure FDA0002412559510000052
和
Figure FDA0002412559510000053
分别为DESk根据能源供应量和能源需求量调整后第t次迭代后的电价和热价，ve和vh为非负拉格朗日乘子，
Figure FDA0002412559510000054
和
Figure FDA0002412559510000055
分别为EUn根据能源单价调整所得的电能、热能需求量；
4)DESk将调整后的能源单价发送给EUn，直到
Figure FDA0002412559510000056
且
Figure FDA0002412559510000057
停止调整，ε为收敛精度。
6.根据权利要求5所述的基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方法，其特征在于，所述的调整能源需求量包括以下步骤：
1)EUn接收DESk的能源单价信息；
2)EUn根据能源单价调整能源需求量，其方程式如下：
Figure FDA0002412559510000058
3)EUn将调整后的能源需求量发送给DESk；
4)EUn根据调整后的能源需求量计算式(11)中的协调参数，其方程式如下：
Figure FDA0002412559510000061
Figure FDA0002412559510000062
和
Figure FDA0002412559510000063
为EUn根据调整后的能源需求量计算得到的协调参数迭代值，
Figure FDA0002412559510000064
和
Figure FDA0002412559510000065
为协调参数原值；
直到
Figure FDA0002412559510000066
且，停止调整，ε为收敛精度。
7.基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制系统，其特征在于，包括：
第一处理模块，用于确定综合能源系统均衡交互优化目标；
第二处理模块，用于利用对偶分解法将综合能源系统分解为多组单售多购子系统；
均衡交互控制模块，用于利用分布式算法计算分布式能源站的能源单价和用户的能源需求量，之后按照计算结果控制调整。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方法的步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述基于需求响应的综合能源系统分布式均衡交互控制方法的步骤。
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