CN112381449A - 一种异构远洋孤岛微电网系统及其分布式能源交易方法 - Google Patents

一种异构远洋孤岛微电网系统及其分布式能源交易方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种异构远洋孤岛微电网系统及其分布式能源交易方法，属于远洋孤岛微电网能源管理领域，系统包括：发电岛、生产岛和负荷岛，方法包括：采用鲁棒优化方法处理可再生能源发电的不确定性问题，通过动态非合作博弈框架来实现发电岛、生产岛和负荷岛中聚合器之间的双向交互过程，并设计分布式迭代算法找到纳什均衡策略，即找到发电岛的最优供电量和最优电价，生产岛的最优购电量、最优供氢量和供水量、最优氢价和水价，以及负荷岛的最优购电量、购氢量和购水量、最优负荷能耗量，同时使得发电岛、生产岛和负荷岛中每个聚合器总成本最小。如此，本发明能有效解决远洋孤岛微电网多能源供应的问题，保证异构远洋孤岛微电网系统经济高效运行。

Description

一种异构远洋孤岛微电网系统及其分布式能源交易方法
技术领域
本发明属于远洋孤岛微电网能源管理领域，更具体地，涉及一种异构远洋孤岛微电网系统及其分布式能源交易方法。
背景技术
地球上有许多远洋海岛，它们不仅是国防前哨，也是国家主权的象征，更是国家领土与主权完整的重要保障。为远洋海岛提供稳定的能源供应对岛上居民的工作和生活至关重要。由于远洋海岛距离大陆遥远，远洋海岛很难直接与大陆上的主电网相连，并且远洋海岛规模和资源分布具有不均匀性，存在三种类型的远洋海岛，即发电岛、生产岛和负荷岛。大量可再生能源发电机被部署在发电岛上或者发电岛附近。制氢工厂和海水淡化工厂被部署在生产岛上。负荷岛的土地面积大，适合人类居住。受到天气和其他因素的影响，发电岛上生产的电能资源可能是充足的，也可能是不足的，如果不能被当地使用，这些能源资源将被抛弃。与此同时，生产岛上本地的电能资源可能只能满足部分生产氢气和淡水需求，负荷岛上本地的多能源资源可能只能满足终端用户的部分电能/氢气/淡水需求。针对异构远洋孤岛微电网系统，通过船舶从发电岛运输储能电池到生产岛和负荷岛，以及从生产岛运输氢气和淡水资源到负荷岛来满足负荷岛上的多能源(电能、氢气和淡水)需求显得更为现实。考虑到远洋海岛能源资源的有限性、可再生能源发电的不确定性、多类异质能流耦合的复杂性以及多管理主体隐私信息的安全性，制定有效的能源管理策略对于保证远洋海岛经济高效运行至关重要。
目前为止，微电网能源管理问题主要分为三类：一是处于并网运行模式下的微电网能量管理问题，假设微电网与主电网相连，并且由主电网提供充足的电能；二是处于并网运行模式下的微电网多能源管理问题，假设微电网与主电网相连，并且有充足的多能源供应，然而上述两种情况可能不适用于远洋孤岛微电网场景，异构远洋孤岛微电网系统由于与大陆距离遥远导致系统内的负荷与主电网在物理上断开连接；三是处于孤网运行模式下的孤岛微电网能量管理问题，孤岛微电网不与主电网相连，但均假设孤岛微电网有充足的能源供应，即孤岛微电网中的能源需求可以被充分满足。与上述三种情况不同，一是异构远洋孤岛微电网系统内的可再生能源发电具有不确定性，异构远洋孤岛微电网系统内的多能源供应不能保证能够满足所有负荷的多能源需求；二是异构远洋孤岛微电网系统内存在多类异质能流之间的相互转换和作用，增加了系统建模、分析和优化问题求解的难度和复杂度；三是异构远洋孤岛微电网系统是由不同类型的远洋孤岛微电网组成，每种类型的远洋孤岛微电网都有一个管理主体，存在信息隐私、目标差异等问题，传统优化调度采用集中式方法，不能保护用户的隐私信息并且计算效率低。
总体而言，亟需制定有效的能源管理策略以保证异构远洋孤岛微电网系统的经济高效运行。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种异构远洋孤岛微电网系统及其分布式能源交易方法，旨在解决现有远洋孤岛微电网能源管理方法运行可靠性低，不能为用户提供稳定可靠多能源供应的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种异构远洋孤岛微电网系统，包括：发电岛、生产岛和负荷岛；
所述发电岛，包括可再生能源发电装置和第一聚合器；其中，所述可再生能源发电装置用于生产电能并为所述生产岛和所述负荷岛供应电能；所述第一聚合器根据所述生产岛和所述负荷岛的电能需求，确定相应的供电量和电价；
所述生产岛，包括第一储能系统、储氢系统、海水淡化系统和第二聚合器；其中，所述第一储能系统，用于储存从所述发电岛获取的电能，并为所述储氢系统和所述海水淡化系统生产氢气和淡水供应电能；所述储氢系统，用于对电能和氢气进行转换，并为所述负荷岛供应氢气；所述海水淡化系统，用于生产淡水，并为所述负荷岛供应淡水；所述第二聚合器，用于根据所述负荷岛的氢气和淡水需求、所述发电岛给所述生产岛的供电量以及电价，确定所述生产岛的购电量、供氢量、供水量以及氢价和水价，并对所述第一储能系统的充/放电量、所述储氢系统的氢气和电能转换量以及所述海水淡化系统的淡水生产量进行调度；
所述负荷岛，包括储水罐、储氢罐、氢燃料电池、第二储能系统、第三聚合器、水负荷、氢负荷和电力负荷；其中，所述储水罐，用于储存从所述生产岛获取的淡水，并为水负荷供应淡水；所述储氢罐，用于储存从所述生产岛获取的氢气，并为氢燃料电池以及氢负荷供应氢气；所述氢燃料电池，用于将氢气转换为电能，为电力负荷供应电能；所述第二储能系统，用于储存从所述发电岛获取的电能，为电力负荷供应电能；所述第三聚合器，用于根据所述发电岛给所述负荷岛的供电量和电价，以及所述生产岛的供氢量、供水量以及氢价和水价，确定所述负荷岛的购电量、购氢量和购水量以及负荷能耗量，并对所述第二储能系统的充/放电量、所述氢燃料电池的氢气和电能转换量进行调度。
本发明另一方面提供了一种基于上述异构远洋孤岛微电网系统的分布式能源交易方法，包括以下步骤：
(1)所述第一聚合器基于所述生产岛和负荷岛的电能需求，以及所述第一聚合器的电能供应约束和可再生能源发电不确定约束，得到使所述第一聚合器总成本最小时，给所述生产岛的供电量和电价、给所述负荷岛的供电量和电价、可再生能源发电量的初始值；
(2)所述第二聚合器基于所述负荷岛的氢气和淡水需求、步骤(1)得到的给所述生产岛的供电量和电价的初始值，以及所述第二聚合器的电能平衡约束、第一储能系统的充放电约束、储氢系统的氢气储量约束、海水淡化系统的淡水储量约束，得到使所述第二聚合器总成本最小时，所述生产岛的购电量、供氢量、供水量以及氢价和水价、以及第一储能系统的充/放电量、所述储氢系统的氢气和电能转换量、所述海水淡化系统的电能消耗量的初始值；
(3)所述第三聚合器基于步骤(1)得到的给所述负荷岛的供电量和电价的初始值、步骤(2)得到的所述生产岛的供氢量、供水量以及氢价和水价的初始值，以及所述第三聚合器的淡水储量约束、氢气储量约束、电能平衡约束、第二储能系统的充放电约束以及负荷能耗上下限约束，得到使所述第三聚合器总成本最小时，所述负荷岛的购电量、购氢量和购水量、负荷能耗量、所述第二储能系统的充/放电量、所述氢燃料电池的氢气消耗量的初始值；
(4)所述第一聚合器基于步骤(2)反馈的所述生产岛的购电量的初始值和步骤(3)反馈的所述负荷岛的购电量的初始值，更新步骤(1)中所有初始值，最终得到使所述第一聚合器总成本最小时，给所述生产岛的供电量和电价、给所述负荷岛的供电量和电价、可再生能源发电量的最优值；
(5)所述第二聚合器基于步骤(4)反馈的给所述生产岛的供电量和电价的最优值以及步骤(3)反馈的所述负荷岛的购氢量和购水量的初始值，更新步骤(2)的所有初始值，最终得到使所述第二聚合器总成本最小时，所述生产岛的购电量、供氢量、供水量以及氢价和水价、以及第一储能系统的充/放电量、所述储氢系统的氢气和电能转换量、所述海水淡化系统的电能消耗量的最优值；
(6)所述第三聚合器基于步骤(4)反馈的给所述负荷岛的供电量和电价的最优值以及步骤(5)反馈的所述生产岛的供氢量、供水量以及氢价和水价的最优值，更新步骤(3)的所有初始值，最终得到使所述第三聚合器总成本最小时，所述负荷岛的购电量、购氢量和购水量、负荷能耗量、所述第二储能系统的充/放电量、所述氢燃料电池的氢气消耗量的最优值；
(7)所述第二聚合器根据所述生产岛的购电量的最优值、所述第三聚合器根据所述负荷岛的购电量的最优值，从所述第一聚合器获取电能；所述第三聚合器根据所述负荷岛的购氢量和购水量的最优值，从所述第二聚合器获取氢气和淡水。
进一步地，所述第一聚合器中，
电能供应约束为：
Figure BDA0002807588260000051
其中，所有第一聚合器的集合表示为
Figure BDA0002807588260000052
en,m和en,l分别表示所述第一聚合器
Figure BDA0002807588260000053
对第二聚合器m和第三聚合器l的电能供应量，En表示一个调度周期内发电岛中可再生能源发电总量，em,n和el,n分别表示第二聚合器m和第三聚合器l对第一聚合器
Figure BDA0002807588260000054
的电能需求量；
可再生能源发电不确定约束为：
Figure BDA0002807588260000055
其中，
Figure BDA0002807588260000056
表示一个调度周期内名义上可再生能源发电总量，Γn表示鲁棒参数，εn表示可再生能源发电最大误差值。
进一步地，所述第一聚合器的总成本Cn(xn)为：
Figure BDA0002807588260000057
其中，xn＝{en,m,en,l,En}表示第一聚合器的决策变量，
Figure BDA0002807588260000061
表示电能运输成本系数，sn,m和sn,l分别表示发电岛与生产岛和负荷岛之间的距离，第一聚合器制定的电价
Figure BDA0002807588260000062
其中αn和βn为电价系数。
进一步地，所述第二聚合器中，
电能平衡约束为：
Figure BDA0002807588260000063
其中，cm和dm分别表示第一储能系统的充电量和放电量，
Figure BDA0002807588260000064
和
Figure BDA0002807588260000065
分别表示生产氢气和淡水的电能使用量，
Figure BDA0002807588260000066
表示从氢燃料电池生产的电量；
第一储能系统的充放电约束为：
Figure BDA0002807588260000067
其中，Sm表示第一储能系统的电荷水平，
Figure BDA0002807588260000068
表示第一储能系统的初始电荷水平，
Figure BDA0002807588260000069
和
Figure BDA00028075882600000610
分别表示第一储能系统的充电和放电效率，
Figure BDA00028075882600000611
和
Figure BDA00028075882600000612
分别表示第一储能系统的最小和最大容量，
Figure BDA00028075882600000613
和
Figure BDA00028075882600000614
分别表示第一储能系统的最大充电量和最大放电量；
储氢系统的氢气储量约束为：
Figure BDA00028075882600000615
其中，ρm表示储氢罐的压强，
Figure BDA00028075882600000616
表示储氢罐的初始压强，R表示气体常数，
Figure BDA00028075882600000617
和
Figure BDA00028075882600000618
分别表示生产岛上储氢罐的平均气温和容积，LHVH和MolH分别表示氢气的低热值和摩尔质量，
Figure BDA0002807588260000071
和
Figure BDA0002807588260000072
分别表示电解槽和氢燃料电池的能源转换效率，
Figure BDA0002807588260000073
表示第二聚合器m对第三聚合器l的氢气供应量，
Figure BDA0002807588260000074
和
Figure BDA0002807588260000075
分别表示储氢罐的最小和最大压强，
Figure BDA0002807588260000076
表示第三聚合器l对第二聚合器m的氢气需求量；
海水淡化系统的淡水储量约束为：
Figure BDA0002807588260000077
其中，Qm表示储水罐的蓄水量，
Figure BDA0002807588260000078
表示储水罐的初始蓄水量，
Figure BDA0002807588260000079
表示反渗透设备的能源转换效率，
Figure BDA00028075882600000710
表示第二聚合器m对第三聚合器l的淡水供应量，
Figure BDA00028075882600000711
和
Figure BDA00028075882600000712
分别表示储水罐的最小和最大蓄水量，
Figure BDA00028075882600000713
表示第三聚合器l对第二聚合器m的淡水需求量。
进一步地，所述第二聚合器的总成本Cm(xm)为：
Figure BDA00028075882600000714
其中，
Figure BDA00028075882600000715
表示第二聚合器m的决策变量，
Figure BDA00028075882600000716
第一储能系统的运行成本为
Figure BDA00028075882600000717
其中
Figure BDA00028075882600000718
和
Figure BDA00028075882600000719
分别表示第一储能系统的充电和放电运行成本系数；储氢系统的运行成本为
Figure BDA00028075882600000720
其中
Figure BDA00028075882600000721
和
Figure BDA00028075882600000722
分别表示电解槽和氢燃料电池的运行成本系数；海水淡化系统的运行成本为
Figure BDA00028075882600000723
其中
Figure BDA00028075882600000724
表示反渗透设备的运行成本系数；
Figure BDA00028075882600000725
和
Figure BDA00028075882600000726
分别表示氢气和淡水运输成本系数，sm,l表示生产岛与负荷岛之间的距离；第二聚合器m制定的氢价
Figure BDA00028075882600000727
其中
Figure BDA00028075882600000728
和
Figure BDA00028075882600000729
表示氢价系数；第二聚合器m制定的水价
Figure BDA00028075882600000730
其中
Figure BDA00028075882600000731
和
Figure BDA00028075882600000732
表示水价系数。
进一步地，所述第三聚合器中，
淡水储量约束为：
Figure BDA0002807588260000081
其中，一个调度周期时间段表示为
Figure BDA0002807588260000082
T表示一个调度周期的时间段数量，Ql(t)表示储水罐在时间段t结束时的蓄水量，
Figure BDA0002807588260000083
表示储水罐的初始蓄水量，yW(t)表示负荷岛在时间段t内的淡水消耗量，
Figure BDA0002807588260000084
和
Figure BDA0002807588260000085
分别表示储水罐的最小和最大蓄水量；
氢气储量约束为：
Figure BDA0002807588260000086
其中，ρl(t)表示负荷岛上储氢罐在时间段t结束时的压强，
Figure BDA0002807588260000087
表示储氢罐的初始压强，
Figure BDA0002807588260000088
和Vl cap分别表示负荷岛上储氢罐的平均气温和容积，yH(t)表示负荷岛在时间段t内的氢气消耗量，Pl E(t)表示负荷岛上在时间段t内从氢燃料电池生产的电量，
Figure BDA0002807588260000089
表示负荷岛上氢燃料电池的能源转换效率，
Figure BDA00028075882600000810
和
Figure BDA00028075882600000811
分别表示储氢罐的最小和最大压强；
电能平衡约束为：
cl(t)-dl(t)＝-yE(t)+Pl E(t)
其中，cl(t)和dl(t)分别表示负荷岛上第二储能系统在时间段t内的充电量和放电量，yE(t)表示负荷岛在时间段t内的电能消耗量；
第二储能系统的充放电约束为：
Figure BDA0002807588260000091
其中，Sl(t)表示负荷岛上第二储能系统在时间段t结束时的电荷水平，
Figure BDA0002807588260000092
表示第二储能系统的初始电荷水平，
Figure BDA0002807588260000093
和
Figure BDA0002807588260000094
分别表示负荷岛上第二储能系统的充电和放电效率，
Figure BDA0002807588260000095
和
Figure BDA0002807588260000096
分别表示负荷岛上第二储能系统的最小和最大容量，
Figure BDA0002807588260000097
和
Figure BDA0002807588260000098
分别表示第二储能系统的最大充电量和最大放电量；
负荷能耗上下限约束为：
Figure BDA0002807588260000099
其中，yW,min(t)和yW,max(t)分别表示负荷岛上水负荷在时间段t内的最小和最大淡水消耗量，yH,min(t)和yH,max(t)分别表示负荷岛上氢负荷在时间段t内的最小和最大氢气消耗量，yE,min(t)和yE,max(t)分别表示负荷岛上电力负荷在时间段t内的最小和最大电能消耗量。
进一步地，所述第三聚合器的总成本Cl(xl)为：
Figure BDA00028075882600000910
其中，
Figure BDA00028075882600000911
表示第三聚合器l的决策变量，
Figure BDA00028075882600000912
Figure BDA00028075882600000913
负荷岛上氢燃料电池的运行成本为
Figure BDA00028075882600000914
其中
Figure BDA00028075882600000915
表示氢燃料电池的运行成本系数；负荷岛上第二储能系统的运行成本为
Figure BDA0002807588260000101
其中
Figure BDA0002807588260000102
和
Figure BDA0002807588260000103
分别表示第二储能系统的充电和放电运行成本系数；负荷岛在时间段t内使用淡水的满意度函数
Figure BDA0002807588260000104
其中kW(t)为使用淡水的满意度系数；负荷岛在时间段t内使用氢气的满意度函数
Figure BDA0002807588260000105
其中kH(t)为使用氢气的满意度系数；负荷岛在时间段t内使用电能的满意度函数
Figure BDA0002807588260000106
其中kE(t)为使用电能的满意度系数。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明综合考虑远洋海岛能源资源的有限性、可再生能源发电的不确定性、多类异质能流耦合的复杂性以及多管理主体隐私信息的安全性等因素，提出了一种新的异构远洋孤岛微电网系统，能够有效解决远洋孤岛微电网多能源供应的问题，保证异构远洋孤岛微电网系统经济高效运行。
(2)本发明采用了鲁棒优化方法处理可再生能源发电的不确定性问题，通过动态非合作博弈框架来实现所有第一聚合器、第二聚合器和第三聚合器之间的双向交互过程，并设计分布式迭代算法找到纳什均衡策略，即找到每个第一聚合器的最优电能供应量和最优电价，第二聚合器的最优电能需求量、最优氢气和淡水供应量、最优氢价和水价，以及第三聚合器的最优电能、氢气和淡水需求量、最优负荷能耗量，同时使得每个第一聚合器总成本最小、第二聚合器总成本最小以及第三聚合器总成本最小。
(3)相比于传统优化调度采用集中式方法，本发明设计的分布式迭代算法，异构远洋孤岛微电网系统内各个管理主体可独立决策，不仅能够保护用户的隐私信息，提高计算效率，还能应用于解决更大规模的异构远洋孤岛微电网系统的能源管理问题。
附图说明
图1是本发明提供的一种异构远洋孤岛微电网系统结构图；
图2是基于本发明提出的异构远洋孤岛微电网系统的分布式能源交易方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。此外，以下所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明一方面提供了一种异构远洋孤岛微电网系统，包括：多个发电岛、一个生产岛和一个负荷岛。发电岛用集合
Figure BDA0002807588260000111
表示。每个发电岛包含第一聚合器和可再生能源发电(例如光伏、风能、波浪能和海流能发电)，用于生产电能并为生产岛和负荷岛供应电能；第一聚合器，用于根据生产岛和负荷岛的电能需求，确定卖给生产岛和负荷岛的电量，以及与生产岛和负荷岛的电能交易价格。生产岛包含第一储能系统、储氢系统、海水淡化系统和第二聚合器。第一储能系统，用于储存从发电岛
Figure BDA0002807588260000112
获取的电能，根据第二聚合器的调度为储氢系统和海水淡化系统生产氢气和淡水资源供应电能；储氢系统，包含电解槽、储氢罐和氢燃料电池，用于根据第二聚合器的调度通过电解槽和氢燃料电池对电能和氢气进行转换，通过储氢罐储存氢气并为负荷岛供应氢气；海水淡化系统，包含反渗透设备和储水罐，用于根据第二聚合器的调度通过反渗透设备生产淡水，通过储水罐储存淡水并为负荷岛供应淡水；第二聚合器，用于根据负荷岛的氢气和淡水需求量以及发电岛
Figure BDA0002807588260000121
的电价和电能供应量，确定从发电岛
Figure BDA0002807588260000122
购买的电量、卖给负荷岛的氢气和淡水量、与负荷岛的氢气和淡水交易价格，并对第一储能系统的充/放电量、储氢系统的氢气和电能转换量以及海水淡化系统的淡水生产量进行调度。负荷岛包含储水罐、储氢罐、氢燃料电池、第二储能系统、第三聚合器、水负荷、氢负荷(如氢燃料汽车)和电力负荷。储水罐，用于储存从生产岛获取的淡水，并为水负荷供应淡水；储氢罐，用于储存从生产岛获取的氢气，为氢燃料电池以及氢负荷供应氢气；氢燃料电池，用于将氢气转换为电能，为电力负荷供应电能；第二储能系统，用于储存从发电岛获取的电能，为电力负荷供应电能；第三聚合器，用于根据发电岛
Figure BDA0002807588260000123
的电价和电能供应量，以及生产岛的氢价和水价、氢气和淡水供应量，确定从发电岛
Figure BDA0002807588260000124
购买的电量、从生产岛购买的氢气和淡水量、负荷能耗量，并对第二储能系统的充/放电量、氢燃料电池的氢气和电能转换量进行调度。
如图2所示，本发明另一方面提供了一种上述异构远洋孤岛微电网系统的分布式能源交易方法，主要思想是：首先分别对每个第一聚合器、第二聚合器和第三聚合器的优化问题进行合适地建模，优化目标是同时使得每个第一聚合器的总成本最小、第二聚合器的总成本最小以及第三聚合器的总成本最小；然后实施动态非合作博弈框架来实现所有第一聚合器、第二聚合器和第三聚合器之间的双向交互过程，并设计分布式迭代算法找到纳什均衡策略同时使得每个第一聚合器总成本最小、第二聚合器总成本最小并且第三聚合器总成本最小。实施动态非合作博弈框架不仅能有效保护用户的隐私信息，还能降低计算负担。每个第一聚合器首先根据第二聚合器和第三聚合器的电能需求信息，决定使自身总成本最小的决策变量，并将电价和电能供应信息告知给第二聚合器和第三聚合器，然后第二聚合器根据每个第一聚合器制定的电价和电能供应信息以及第三聚合器的氢气和淡水需求信息，决定使自身总成本最小的决策变量，并将氢价和水价、氢气和淡水供应信息告知给第三聚合器，接着第三聚合器根据每个第一聚合器制定的电价和电能供应信息以及第二聚合器制定的氢价和水价、氢气和淡水供应信息，决定使自身总成本最小的决策变量。该方法具体包括以下步骤：
(1)第一聚合器基于生产岛和负荷岛的电能需求，以及所述第一聚合器的电能供应约束和可再生能源发电不确定约束，得到使所述第一聚合器总成本最小时，给所述生产岛的供电量和电价、给所述负荷岛的供电量和电价、可再生能源发电量的初始值；
具体地，第一聚合器中，
电能供应约束为：
Figure BDA0002807588260000131
其中，所有第一聚合器的集合表示为
Figure BDA0002807588260000132
en,m和en,l分别表示所述第一聚合器
Figure BDA0002807588260000133
对第二聚合器m和第三聚合器l的电能供应量，En表示一个调度周期内发电岛中可再生能源发电总量，em,n和el,n分别表示第二聚合器m和第三聚合器l对第一聚合器
Figure BDA0002807588260000134
的电能需求量；
可再生能源发电不确定约束为：
Figure BDA0002807588260000135
其中，
Figure BDA0002807588260000136
表示一个调度周期内名义上可再生能源发电总量，Γn表示鲁棒参数，εn表示可再生能源发电最大误差值。
第一聚合器的总成本Cn(xn)为：
Figure BDA0002807588260000137
其中，xn＝{en,m,en,l,En}表示第一聚合器的决策变量，
Figure BDA0002807588260000141
表示电能运输成本系数，sn,m和sn,l分别表示发电岛与生产岛和负荷岛之间的距离，第一聚合器制定的电价
Figure BDA0002807588260000142
其中αn和βn为电价系数。
(2)所述第二聚合器基于所述负荷岛的氢气和淡水需求、步骤(1)得到的给所述生产岛的供电量和电价的初始值，以及所述第二聚合器的电能平衡约束、第一储能系统的充放电约束、储氢系统的氢气储量约束、海水淡化系统的淡水储量约束，得到使所述第二聚合器总成本最小时，所述生产岛的购电量、供氢量、供水量以及氢价和水价、以及第一储能系统的充/放电量、所述储氢系统的氢气和电能转换量、所述海水淡化系统的电能消耗量的初始值；
具体地，所述第二聚合器中，
电能平衡约束为：
Figure BDA0002807588260000143
其中，cm和dm分别表示第一储能系统的充电量和放电量，
Figure BDA0002807588260000144
和
Figure BDA0002807588260000145
分别表示生产氢气和淡水的电能使用量，
Figure BDA0002807588260000146
表示从氢燃料电池生产的电量；
第一储能系统的充放电约束为：
Figure BDA0002807588260000147
其中，Sm表示第一储能系统的电荷水平，
Figure BDA0002807588260000148
表示第一储能系统的初始电荷水平，
Figure BDA0002807588260000149
和
Figure BDA00028075882600001410
分别表示第一储能系统的充电和放电效率，
Figure BDA00028075882600001411
和
Figure BDA00028075882600001412
分别表示第一储能系统的最小和最大容量，
Figure BDA00028075882600001413
和
Figure BDA00028075882600001414
分别表示第一储能系统的最大充电量和最大放电量；
储氢系统的氢气储量约束为：
Figure BDA0002807588260000151
其中，ρm表示储氢罐的压强，
Figure BDA0002807588260000152
表示储氢罐的初始压强，R表示气体常数，
Figure BDA0002807588260000153
和
Figure BDA0002807588260000154
分别表示生产岛上储氢罐的平均气温和容积，LHVH和MolH分别表示氢气的低热值和摩尔质量，
Figure BDA0002807588260000155
和
Figure BDA0002807588260000156
分别表示电解槽和氢燃料电池的能源转换效率，
Figure BDA0002807588260000157
表示第二聚合器m对第三聚合器l的氢气供应量，
Figure BDA0002807588260000158
和
Figure BDA0002807588260000159
分别表示储氢罐的最小和最大压强，
Figure BDA00028075882600001510
表示第三聚合器l对第二聚合器m的氢气需求量；
海水淡化系统的淡水储量约束为：
Figure BDA00028075882600001511
其中，Qm表示储水罐的蓄水量，
Figure BDA00028075882600001512
表示储水罐的初始蓄水量，
Figure BDA00028075882600001513
表示反渗透设备的能源转换效率，
Figure BDA00028075882600001514
表示第二聚合器m对第三聚合器l的淡水供应量，
Figure BDA00028075882600001515
和
Figure BDA00028075882600001516
分别表示储水罐的最小和最大蓄水量，
Figure BDA00028075882600001517
表示第三聚合器l对第二聚合器m的淡水需求量。
第二聚合器的总成本Cm(xm)为：
Figure BDA00028075882600001518
其中，
Figure BDA00028075882600001519
表示第二聚合器m的决策变量，
Figure BDA00028075882600001520
第一储能系统的运行成本为
Figure BDA00028075882600001521
其中
Figure BDA00028075882600001522
和
Figure BDA00028075882600001523
分别表示第一储能系统的充电和放电运行成本系数；储氢系统的运行成本为
Figure BDA0002807588260000161
其中
Figure BDA0002807588260000162
和
Figure BDA0002807588260000163
分别表示电解槽和氢燃料电池的运行成本系数；海水淡化系统的运行成本为
Figure BDA0002807588260000164
其中
Figure BDA0002807588260000165
表示反渗透设备的运行成本系数；
Figure BDA0002807588260000166
和
Figure BDA0002807588260000167
分别表示氢气和淡水运输成本系数，sm,l表示生产岛与负荷岛之间的距离；第二聚合器m制定的氢价
Figure BDA0002807588260000168
其中
Figure BDA0002807588260000169
和
Figure BDA00028075882600001610
表示氢价系数；第二聚合器m制定的水价
Figure BDA00028075882600001611
其中
Figure BDA00028075882600001612
和
Figure BDA00028075882600001613
表示水价系数。
(3)所述第三聚合器基于步骤(1)得到的给所述负荷岛的供电量和电价的初始值、步骤(2)得到的所述生产岛的供氢量、供水量以及氢价和水价的初始值，以及所述第三聚合器的淡水储量约束、氢气储量约束、电能平衡约束、第二储能系统的充放电约束以及负荷能耗上下限约束，得到使所述第三聚合器总成本最小时，所述负荷岛的购电量、购氢量和购水量、负荷能耗量、所述第二储能系统的充/放电量、所述氢燃料电池的氢气消耗量的初始值；
具体地，第三聚合器中，
淡水储量约束为：
Figure BDA00028075882600001614
其中，一个调度周期时间段表示为
Figure BDA00028075882600001615
T表示一个调度周期的时间段数量，Ql(t)表示储水罐在时间段t结束时的蓄水量，
Figure BDA00028075882600001616
表示储水罐的初始蓄水量，yW(t)表示负荷岛在时间段t内的淡水消耗量，
Figure BDA00028075882600001617
和
Figure BDA00028075882600001618
分别表示储水罐的最小和最大蓄水量；
氢气储量约束为：
Figure BDA0002807588260000171
其中，ρl(t)表示负荷岛上储氢罐在时间段t结束时的压强，
Figure BDA0002807588260000172
表示储氢罐的初始压强，
Figure BDA0002807588260000173
和
Figure BDA0002807588260000174
分别表示负荷岛上储氢罐的平均气温和容积，yH(t)表示负荷岛在时间段t内的氢气消耗量，Pl E(t)表示负荷岛上在时间段t内从氢燃料电池生产的电量，
Figure BDA0002807588260000176
表示负荷岛上氢燃料电池的能源转换效率，
Figure BDA0002807588260000177
和
Figure BDA0002807588260000178
分别表示储氢罐的最小和最大压强；
电能平衡约束为：
Figure BDA0002807588260000179
其中，cl(t)和dl(t)分别表示负荷岛上第二储能系统在时间段t内的充电量和放电量，yE(t)表示负荷岛在时间段t内的电能消耗量；
第二储能系统的充放电约束为：
Figure BDA00028075882600001710
其中，Sl(t)表示负荷岛上第二储能系统在时间段t结束时的电荷水平，
Figure BDA00028075882600001711
表示第二储能系统的初始电荷水平，
Figure BDA00028075882600001712
和
Figure BDA00028075882600001713
分别表示负荷岛上第二储能系统的充电和放电效率，
Figure BDA00028075882600001714
和
Figure BDA00028075882600001715
分别表示负荷岛上第二储能系统的最小和最大容量，
Figure BDA00028075882600001716
和
Figure BDA00028075882600001717
分别表示第二储能系统的最大充电量和最大放电量；
负荷能耗上下限约束为：
Figure BDA0002807588260000181
其中，yW,min(t)和yW,max(t)分别表示负荷岛上水负荷在时间段t内的最小和最大淡水消耗量，yH,min(t)和yH,max(t)分别表示负荷岛上氢负荷在时间段t内的最小和最大氢气消耗量，yE,min(t)和yE,max(t)分别表示负荷岛上电力负荷在时间段t内的最小和最大电能消耗量。
第三聚合器的总成本Cl(xl)为：
Figure BDA0002807588260000182
其中，
Figure BDA0002807588260000183
表示第三聚合器l的决策变量，
Figure BDA0002807588260000184
Figure BDA0002807588260000185
负荷岛上氢燃料电池的运行成本为
Figure BDA0002807588260000186
其中
Figure BDA0002807588260000187
表示氢燃料电池的运行成本系数；负荷岛上第二储能系统的运行成本为
Figure BDA0002807588260000188
其中
Figure BDA0002807588260000189
和
Figure BDA00028075882600001810
分别表示第二储能系统的充电和放电运行成本系数；负荷岛在时间段t内使用淡水的满意度函数
Figure BDA00028075882600001811
其中kW(t)为使用淡水的满意度系数；负荷岛在时间段t内使用氢气的满意度函数
Figure BDA00028075882600001812
其中kH(t)为使用氢气的满意度系数；负荷岛在时间段t内使用电能的满意度函数
Figure BDA00028075882600001813
其中kE(t)为使用电能的满意度系数。
(4)第一聚合器基于步骤(2)反馈的所述生产岛的购电量的初始值和步骤(3)反馈的所述负荷岛的购电量的初始值，更新步骤(1)中所有初始值，最终得到使所述第一聚合器总成本最小时，给所述生产岛的供电量和电价、给所述负荷岛的供电量和电价、可再生能源发电量的最优值；
(5)第二聚合器基于步骤(4)反馈的给所述生产岛的供电量和电价的最优值以及步骤(3)反馈的所述负荷岛的购氢量和购水量的初始值，更新步骤(2)的所有初始值，最终得到使所述第二聚合器总成本最小时，所述生产岛的购电量、供氢量、供水量以及氢价和水价、以及第一储能系统的充/放电量、所述储氢系统的氢气和电能转换量、所述海水淡化系统的电能消耗量的最优值；
(6)第三聚合器基于步骤(4)反馈的给所述负荷岛的供电量和电价的最优值以及步骤(5)反馈的所述生产岛的供氢量、供水量以及氢价和水价的最优值，更新步骤(3)的所有初始值，最终得到使所述第三聚合器总成本最小时，所述负荷岛的购电量、购氢量和购水量、负荷能耗量、所述第二储能系统的充/放电量、所述氢燃料电池的氢气消耗量的最优值；即找到了同时使得每个第一聚合器的总成本最小、第二聚合器的总成本最小以及第三聚合器的总成本最小的纳什均衡策略；
(7)所述第二聚合器根据所述生产岛的购电量的最优值、所述第三聚合器根据所述负荷岛的购电量的最优值，从所述第一聚合器获取电能；所述第三聚合器根据所述负荷岛的购氢量和购水量的最优值，从所述第二聚合器获取氢气和淡水。
本发明的能源交易方法实施流程是分布式的，完全能通过当前的双向通信技术实现所有第一聚合器、第二聚合器和第三聚合器之间的双向交互过程，既能保护所有用户的隐私信息又能提高计算效率，还能应用于解决更大规模的异构远洋孤岛微电网系统的能源管理问题。最重要的是，本发明提出的分布式能源交易框架能够有效解决异构远洋孤岛微电网系统能源供应充足和供应不充足的情况，保证异构远洋孤岛微电网系统的经济高效运行，并且尽可能地满足负荷岛上的多能源需求。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明，对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种异构远洋孤岛微电网系统，其特征在于，包括：发电岛、生产岛和负荷岛；
所述发电岛，包括可再生能源发电装置和第一聚合器；其中，所述可再生能源发电装置用于生产电能并为所述生产岛和所述负荷岛供应电能；所述第一聚合器根据所述生产岛和所述负荷岛的电能需求，确定相应的供电量和电价；
所述生产岛，包括第一储能系统、储氢系统、海水淡化系统和第二聚合器；其中，所述第一储能系统，用于储存从所述发电岛获取的电能，并为所述储氢系统和所述海水淡化系统生产氢气和淡水供应电能；所述储氢系统，用于对电能和氢气进行转换，并为所述负荷岛供应氢气；所述海水淡化系统，用于生产淡水，并为所述负荷岛供应淡水；所述第二聚合器，用于根据所述负荷岛的氢气和淡水需求、所述发电岛给所述生产岛的供电量以及电价，确定所述生产岛的购电量、供氢量、供水量以及氢价和水价，并对所述第一储能系统的充/放电量、所述储氢系统的氢气和电能转换量以及所述海水淡化系统的淡水生产量进行调度；
所述负荷岛，包括储水罐、储氢罐、氢燃料电池、第二储能系统、第三聚合器、水负荷、氢负荷和电力负荷；其中，所述储水罐，用于储存从所述生产岛获取的淡水，并为水负荷供应淡水；所述储氢罐，用于储存从所述生产岛获取的氢气，并为氢燃料电池以及氢负荷供应氢气；所述氢燃料电池，用于将氢气转换为电能，为电力负荷供应电能；所述第二储能系统，用于储存从所述发电岛获取的电能，为电力负荷供应电能；所述第三聚合器，用于根据所述发电岛给所述负荷岛的供电量和电价，以及所述生产岛的供氢量、供水量以及氢价和水价，确定所述负荷岛的购电量、购氢量和购水量以及负荷能耗量，并对所述第二储能系统的充/放电量、所述氢燃料电池的氢气和电能转换量进行调度。
2.一种基于权利要求1所述的异构远洋孤岛微电网系统的分布式能源交易方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)所述第一聚合器基于所述生产岛和负荷岛的电能需求，以及所述第一聚合器的电能供应约束和可再生能源发电不确定约束，得到使所述第一聚合器总成本最小时，给所述生产岛的供电量和电价、给所述负荷岛的供电量和电价、可再生能源发电量的初始值；
(2)所述第二聚合器基于所述负荷岛的氢气和淡水需求、步骤(1)得到的给所述生产岛的供电量和电价的初始值，以及所述第二聚合器的电能平衡约束、第一储能系统的充放电约束、储氢系统的氢气储量约束、海水淡化系统的淡水储量约束，得到使所述第二聚合器总成本最小时，所述生产岛的购电量、供氢量、供水量以及氢价和水价、以及第一储能系统的充/放电量、所述储氢系统的氢气和电能转换量、所述海水淡化系统的电能消耗量的初始值；
(3)所述第三聚合器基于步骤(1)得到的给所述负荷岛的供电量和电价的初始值、步骤(2)得到的所述生产岛的供氢量、供水量以及氢价和水价的初始值，以及所述第三聚合器的淡水储量约束、氢气储量约束、电能平衡约束、第二储能系统的充放电约束以及负荷能耗上下限约束，得到使所述第三聚合器总成本最小时，所述负荷岛的购电量、购氢量和购水量、负荷能耗量、所述第二储能系统的充/放电量、所述氢燃料电池的氢气消耗量的初始值；
(4)所述第一聚合器基于步骤(2)反馈的所述生产岛的购电量的初始值和步骤(3)反馈的所述负荷岛的购电量的初始值，更新步骤(1)中所有初始值，最终得到使所述第一聚合器总成本最小时，给所述生产岛的供电量和电价、给所述负荷岛的供电量和电价、可再生能源发电量的最优值；
(5)所述第二聚合器基于步骤(4)反馈的给所述生产岛的供电量和电价的最优值以及步骤(3)反馈的所述负荷岛的购氢量和购水量的初始值，更新步骤(2)的所有初始值，最终得到使所述第二聚合器总成本最小时，所述生产岛的购电量、供氢量、供水量以及氢价和水价、以及第一储能系统的充/放电量、所述储氢系统的氢气和电能转换量、所述海水淡化系统的电能消耗量的最优值；
(6)所述第三聚合器基于步骤(4)反馈的给所述负荷岛的供电量和电价的最优值以及步骤(5)反馈的所述生产岛的供氢量、供水量以及氢价和水价的最优值，更新步骤(3)的所有初始值，最终得到使所述第三聚合器总成本最小时，所述负荷岛的购电量、购氢量和购水量、负荷能耗量、所述第二储能系统的充/放电量、所述氢燃料电池的氢气消耗量的最优值；
(7)所述第二聚合器根据所述生产岛的购电量的最优值、所述第三聚合器根据所述负荷岛的购电量的最优值，从所述第一聚合器获取电能；所述第三聚合器根据所述负荷岛的购氢量和购水量的最优值，从所述第二聚合器获取氢气和淡水。
3.根据权利要求2所述的分布式能源交易方法，其特征在于，所述第一聚合器中，
电能供应约束为：
Figure FDA0002807588250000031
其中，所有第一聚合器的集合表示为
Figure FDA0002807588250000032
en,m和en,l分别表示所述第一聚合器
Figure FDA0002807588250000033
对第二聚合器m和第三聚合器l的电能供应量，En表示一个调度周期内发电岛中可再生能源发电总量，em,n和el,n分别表示第二聚合器m和第三聚合器l对第一聚合器
Figure FDA0002807588250000034
的电能需求量；
可再生能源发电不确定约束为：
Figure FDA0002807588250000041
其中，
Figure FDA0002807588250000042
表示一个调度周期内名义上可再生能源发电总量，Γn表示鲁棒参数，εn表示可再生能源发电最大误差值。
4.根据权利要求3所述的分布式能源交易方法，其特征在于，
所述第一聚合器的总成本Cn(xn)为：
Figure FDA0002807588250000043
其中，xn＝{en,m,en,l,En}表示第一聚合器的决策变量，
Figure FDA0002807588250000044
表示电能运输成本系数，sn,m和sn,l分别表示发电岛与生产岛和负荷岛之间的距离，第一聚合器制定的电价
Figure FDA0002807588250000045
其中αn和βn为电价系数。
5.根据权利要求2所述的分布式能源交易方法，其特征在于，所述第二聚合器中，
电能平衡约束为：
Figure FDA0002807588250000046
其中，cm和dm分别表示第一储能系统的充电量和放电量，
Figure FDA0002807588250000047
和
Figure FDA0002807588250000048
分别表示生产氢气和淡水的电能使用量，
Figure FDA0002807588250000049
表示从氢燃料电池生产的电量；
第一储能系统的充放电约束为：
Figure FDA00028075882500000410
其中，Sm表示第一储能系统的电荷水平，
Figure FDA00028075882500000411
表示第一储能系统的初始电荷水平，
Figure FDA00028075882500000412
和
Figure FDA00028075882500000413
分别表示第一储能系统的充电和放电效率，
Figure FDA00028075882500000414
和
Figure FDA00028075882500000415
分别表示第一储能系统的最小和最大容量，
Figure FDA00028075882500000416
和
Figure FDA00028075882500000417
分别表示第一储能系统的最大充电量和最大放电量；
储氢系统的氢气储量约束为：
Figure FDA0002807588250000051
其中，ρm表示储氢罐的压强，
Figure FDA0002807588250000052
表示储氢罐的初始压强，R表示气体常数，
Figure FDA0002807588250000053
和
Figure FDA0002807588250000054
分别表示生产岛上储氢罐的平均气温和容积，LHVH和MolH分别表示氢气的低热值和摩尔质量，
Figure FDA0002807588250000055
和
Figure FDA0002807588250000056
分别表示电解槽和氢燃料电池的能源转换效率，
Figure FDA0002807588250000057
表示第二聚合器m对第三聚合器l的氢气供应量，
Figure FDA0002807588250000058
和
Figure FDA0002807588250000059
分别表示储氢罐的最小和最大压强，
Figure FDA00028075882500000510
表示第三聚合器l对第二聚合器m的氢气需求量；
海水淡化系统的淡水储量约束为：
Figure FDA00028075882500000511
其中，Qm表示储水罐的蓄水量，
Figure FDA00028075882500000512
表示储水罐的初始蓄水量，
Figure FDA00028075882500000513
表示反渗透设备的能源转换效率，
Figure FDA00028075882500000514
表示第二聚合器m对第三聚合器l的淡水供应量，
Figure FDA00028075882500000515
和
Figure FDA00028075882500000516
分别表示储水罐的最小和最大蓄水量，
Figure FDA00028075882500000517
表示第三聚合器l对第二聚合器m的淡水需求量。
6.根据权利要求5所述的分布式能源交易方法，其特征在于，
所述第二聚合器的总成本Cm(xm)为：
Figure FDA00028075882500000518
其中，
Figure FDA00028075882500000519
表示第二聚合器m的决策变量，
Figure FDA0002807588250000061
第一储能系统的运行成本为
Figure FDA0002807588250000062
其中
Figure FDA0002807588250000063
和
Figure FDA0002807588250000064
分别表示第一储能系统的充电和放电运行成本系数；储氢系统的运行成本为
Figure FDA0002807588250000065
其中
Figure FDA0002807588250000066
和
Figure FDA0002807588250000067
分别表示电解槽和氢燃料电池的运行成本系数；海水淡化系统的运行成本为
Figure FDA0002807588250000068
其中
Figure FDA0002807588250000069
表示反渗透设备的运行成本系数；
Figure FDA00028075882500000610
和
Figure FDA00028075882500000611
分别表示氢气和淡水运输成本系数，sm,l表示生产岛与负荷岛之间的距离；第二聚合器m制定的氢价
Figure FDA00028075882500000612
其中
Figure FDA00028075882500000613
和
Figure FDA00028075882500000614
表示氢价系数；第二聚合器m制定的水价
Figure FDA00028075882500000615
其中
Figure FDA00028075882500000616
和
Figure FDA00028075882500000617
表示水价系数。
7.根据权利要求2所述的分布式能源交易方法，其特征在于，所述第三聚合器中，
淡水储量约束为：
Figure FDA00028075882500000618
其中，一个调度周期时间段表示为
Figure FDA00028075882500000619
T表示一个调度周期的时间段数量，Ql(t)表示储水罐在时间段t结束时的蓄水量，
Figure FDA00028075882500000620
表示储水罐的初始蓄水量，yW(t)表示负荷岛在时间段t内的淡水消耗量，
Figure FDA00028075882500000621
和
Figure FDA00028075882500000622
分别表示储水罐的最小和最大蓄水量；
氢气储量约束为：
Figure FDA00028075882500000623
其中，ρl(t)表示负荷岛上储氢罐在时间段t结束时的压强，
Figure FDA00028075882500000624
表示储氢罐的初始压强，Tl H和Vl cap分别表示负荷岛上储氢罐的平均气温和容积，yH(t)表示负荷岛在时间段t内的氢气消耗量，Pl E(t)表示负荷岛上在时间段t内从氢燃料电池生产的电量，
Figure FDA0002807588250000071
表示负荷岛上氢燃料电池的能源转换效率，
Figure FDA0002807588250000072
和
Figure FDA0002807588250000073
分别表示储氢罐的最小和最大压强；
电能平衡约束为：
cl(t)-dl(t)＝-yE(t)+Pl E(t)
其中，cl(t)和dl(t)分别表示负荷岛上第二储能系统在时间段t内的充电量和放电量，yE(t)表示负荷岛在时间段t内的电能消耗量；
第二储能系统的充放电约束为：
Figure FDA0002807588250000074
其中，Sl(t)表示负荷岛上第二储能系统在时间段t结束时的电荷水平，
Figure FDA0002807588250000075
表示第二储能系统的初始电荷水平，
Figure FDA0002807588250000076
和
Figure FDA0002807588250000077
分别表示负荷岛上第二储能系统的充电和放电效率，
Figure FDA0002807588250000078
和
Figure FDA0002807588250000079
分别表示负荷岛上第二储能系统的最小和最大容量，
Figure FDA00028075882500000710
和
Figure FDA00028075882500000711
分别表示第二储能系统的最大充电量和最大放电量；
负荷能耗上下限约束为：
Figure FDA00028075882500000712
其中，yW,min(t)和yW,max(t)分别表示负荷岛上水负荷在时间段t内的最小和最大淡水消耗量，yH,min(t)和yH,max(t)分别表示负荷岛上氢负荷在时间段t内的最小和最大氢气消耗量，yE,min(t)和yE,max(t)分别表示负荷岛上电力负荷在时间段t内的最小和最大电能消耗量。
8.根据权利要求7所述的分布式能源交易方法，其特征在于，所述第三聚合器的总成本Cl(xl)为：
Figure FDA0002807588250000081
其中，
Figure FDA0002807588250000082
表示第三聚合器l的决策变量，
Figure FDA0002807588250000083
Figure FDA0002807588250000084
负荷岛上氢燃料电池的运行成本为
Figure FDA0002807588250000085
其中
Figure FDA0002807588250000086
表示氢燃料电池的运行成本系数；负荷岛上第二储能系统的运行成本为
Figure FDA0002807588250000087
其中
Figure FDA0002807588250000088
和
Figure FDA0002807588250000089
分别表示第二储能系统的充电和放电运行成本系数；负荷岛在时间段t内使用淡水的满意度函数
Figure FDA00028075882500000810
其中kW(t)为使用淡水的满意度系数；负荷岛在时间段t内使用氢气的满意度函数
Figure FDA00028075882500000811
其中kH(t)为使用氢气的满意度系数；负荷岛在时间段t内使用电能的满意度函数
Figure FDA00028075882500000812
其中kE(t)为使用电能的满意度系数。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106058921A (zh) * 2016-06-08 2016-10-26 河海大学 孤岛可再生能源发电与制淡水一体化系统
CN107493058A (zh) * 2017-08-14 2017-12-19 中国大唐集团科学技术研究院有限公司 海上微型风机电网系统及方法
CN110601183A (zh) * 2019-09-09 2019-12-20 华中科技大学 一种远洋孤岛微电网系统及其分散式周期性能量交易方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106058921A (zh) * 2016-06-08 2016-10-26 河海大学 孤岛可再生能源发电与制淡水一体化系统
CN107493058A (zh) * 2017-08-14 2017-12-19 中国大唐集团科学技术研究院有限公司 海上微型风机电网系统及方法
CN110601183A (zh) * 2019-09-09 2019-12-20 华中科技大学 一种远洋孤岛微电网系统及其分散式周期性能量交易方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
EHSAN等: "Scenario-based investment planning of isolated multi-energy considering electricity, heating and cooling demand", 《APPLIED ENERGY》 *
HU等: "Multi-energy management with hierarchical distributed multi一scale strategy for pelagic islanded microgridclusters", 《ENERGY》 *
MIAN HU等: "A decentralized periodic energy trading framework for pelagic islanded microgrids", 《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS》 *
林湘宁等: "远洋海岛群综合能量供给系统", 《中国电机工程学报》 *

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