CN112398164B - 含共享储能系统的微能源网群优化运行及成本分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了含共享储能系统的微能源网群优化运行及成本分配方法，包括以下步骤：搭建系统架构；对联供设备、辅助设备、储能设备建立运行模型，并建立共享储能系统的运行模型；基于系统架构、运行模型，考虑运行约束条件，以微能源网群的总用能成本最低为目标，建立含共享储能系统的微能源网群日前优化运行模型；基于微能源网群日前优化运行模型及总用能成本，基于多人合作博弈的微能源网多主体成本分配方法，分别采用最小核心法和夏普利值法，对各微能源网的用能成本进行重新分配，本发明提高了共享储能系统的利用效率，实现了微能源网之间的P2P交易，促进了分布式可再生能源的消纳，降低了系统用能成本，保证了成本分配的科学性与合理性。

Description

含共享储能系统的微能源网群优化运行及成本分配方法

技术领域

本发明涉及能源系统运行优化技术领域，具体而言涉及含共享储能系统的微能源网群优化运行及成本分配方法。

背景技术

近年来，随着能源技术的不断发展，能源系统的源-网-储-荷侧都在发生着巨大的变化。作为未来能源系统的重要发展方向，综合能源系统集成电、热、冷、气等多种能源，将不同形式的能源网络紧密耦合，对系统内的供能设备、辅助设备、储能设备统一整合并实现调度，为终端用户提供电-热-冷一站式能源服务。冷热电联供型微能源网作为综合能源系统的典型代表，以其可再生能源渗透率高、能源利用率高、环境友好等特点成为促进能源消费转型的重要手段。

传统火力发电机组以化石燃料为能源，虽然技术成熟，控制方便，但其对环境带来的污染也是不可忽视的，因此，越来越多的分布式可再生能源发电设备接入微能源网。以光伏、风机为代表的可再生能源发电降低了系统的污染排放，然而，其波动特性和反调峰特性给微能源网的运行带来了极大的挑战。为实现可再生能源的消纳，储能系统得到了广泛应用，使得微能源网的能量管理具备了时序灵活性，但当前储能系统的投资成本高昂，限制了用户侧储能的发展，储能系统的共享使用成为了一种新的应用方式。目前，已有研究考虑了微能源网的优化运行，随着综合能源市场的复杂化，越来越多的微能源网接入共享储能系统组成微能源网群，如何在保证科学性与合理性的基础上实现微能源网群多主体的成本分配也是一项十分重要的工作。

发明内容

本发明提供了含共享储能系统的微能源网群优化运行及成本分配方法，发明人考虑到微能源网群的多主体，提出基于多人合作博弈的成本分配方法，以解决当前储能系统成本高的问题，并减少分布式可再生能源出力的波动性给系统带来的影响。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种含共享储能系统的微能源网群优化运行及成本分配方法，包括以下步骤：

S1、提出系统架构，所述系统架构包括含共享储能系统的微能源网群架构、各微能源网的架构以及共享储能系统的架构；

S2、对微能源网群内的联供设备、辅助设备、储能设备建立运行模型，并建立共享储能系统的运行模型；

S3、基于步骤S1提出的系统架构以及步骤S2建立的运行模型，考虑运行约束条件，以微能源网群的总用能成本最低为目标，建立含共享储能系统的微能源网群日前优化运行模型；

S4、基于步骤S3确定的微能源网群日前优化运行模型及总用能成本，基于多人合作博弈的微能源网多主体成本分配方法，分别采用最小核心法和夏普利值法，对各微能源网的用能成本进行重新分配。

优选的，在步骤S1中，所述系统架构的搭建方法为：

S11、搭建含共享储能系统的微能源网群架构

各微能源网通过变压器和联络线接入外部电网，通过天然气管网接入燃气公司，并通过电力线路和热力传输管道接入共享储能系统，因此，各微能源网向外部电网购/售电能，向燃气公司购置天然气，向共享储能系统存/取电能和热能，以及通过共享储能系统内的直流母线和热母线实现与其他微能源网之间电能和热能的交互。

S12、搭建各微能源网的架构

微能源网内部包含电、热、冷、气四种形式的能源，采用母线式结构，其包括电母线、热母线和冷母线。各微能源网内含有大量分布式可再生能源，如光伏、风机等，同时，用户负荷包括电负荷、热负荷、冷负荷三种形式。微能源网内的多能协同设备分为联供设备、辅助设备和储能设备，以实现微能源网群的日前优化运行。其中，联供设备包括燃气轮机、余热锅炉，辅助设备包括燃气锅炉、电制热锅炉、电制冷机、吸收式制冷机、热交换器，储能设备包括蓄电池、蓄热槽和蓄冷槽。

微能源网与外部的能量交互有：与外部电网的双向电能交互、与共享储能系统的双向电能和热能交互、向燃气公司的单向天然气购置。

S13、搭建共享储能系统的架构

共享储能系统是帮助微能源网实现电热能量储存以及P2P交易的核心设备，其内部含有蓄电池和蓄热槽，与各微能源网有电和热的联系。各微能源网的电母线通过电力传输线路连接到共享储能系统的AC/DC模块，同时AC/DC模块的直流端连接到共享储能系统的直流母线，而蓄电池通过DC/DC模块和DC隔离器与直流母线相连。因此，各微能源网之间可通过共享储能系统的直流母线实现电能的交互，即电能的P2P交易。若微能源网内可再生能源发电设备发出的电能不能被用户负荷消耗，则不能被用户负荷消耗的电能将被储存到共享储能系统的蓄电池中，以供用电高峰期使用，除非蓄电池处于满荷电状态。

各微能源网的热母线通过热力传输管道连接到共享储能系统的热母线，且蓄热槽与热母线相连，当微能源网内可再生能源发热设备发出的热能不能被用户负荷消耗，则不能被用户负荷消耗的热能被储存到共享储能系统的蓄热槽中，以供用热高峰期使用，除非蓄热槽处于充满状态。因此，各微能源网之间可通过共享储能系统的热母线实现热能的交互，即热能的P2P交易。

优选的，在步骤S2中，所述运行模型的建立方法为：

S21、建立联供设备的运行模型

S211、燃气轮机

燃气轮机是热电联产的核心设备，天然气和空气混合燃烧产生的高温高压气体推动叶片旋转，进而产生电能，而燃烧过程将产生大量高温气体，其热量可通过余热锅炉进行回收，从而为系统提供热能，燃气轮机供电和供热的数学模型如式(1)-(2)所示：

式中，

表示燃气轮机的发电效率，

表示热电比。

S212、余热锅炉

余热锅炉也是热电联产的重要环节之一，它收集燃气轮机燃烧后产生的高温气体，利用气体的热量对循环水进行加热，从而为系统提供热能，余热锅炉的运行模型如式(3)所示：

式中，

表示余热锅炉的制热效率。

S22、建立辅助设备的运行模型

S221、燃气锅炉

燃气锅炉利用天然气燃烧产生的热量对循环水进行加热，从而形成蒸汽或热水，向用户或其他设备提供热能。若余热锅炉、电制热锅炉等其他供热设备无法满足微能源网的热负荷需求，便由燃气锅炉进行补燃，以实现微能源网的热功率平衡。燃气锅炉的运行模型如式(4)所示：

式中，

表示燃气锅炉的制热效率。

S222、电制热锅炉

电制热锅炉利用电流的热效应对循环水进行加热，实现电能和热能之间的转换。电制热锅炉的运行模型如式(5)所示：

式中，

表示电制热锅炉的制热效率。

S223、电制冷机

电制冷机主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等几个部分组成，实现电能和冷能之间的转换。其中，压缩机利用电能为电制冷机提供能量，冷凝器和蒸发器实现电制冷机系统与外界的热交换，而制冷剂负责制冷循环中热能的传递。电制冷机的运行模型如式(6)所示：

式中，

表示电制冷机的制冷效率。

S224、吸收式制冷机

吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器等几个部分组成，实现热能和冷能之间的转换。其工作原理与电制冷机类似，只是由热能来为制冷机的制冷循环提供能量。常用的吸收式制冷机主要可分为溴化锂制冷机和氨水制冷机两种。吸收式制冷机的运行模型如式(7)所示：

式中，

表示吸收式制冷机的制冷效率。

S225、热交换器

热交换器实现不同形式的热能之间的转换，将微能源网中的热能转换为用户所需的热能，从而为终端用户供热。热交换器的运行模型如式(8)所示：

式中，

表示热交换器的能量转换效率。

S23、建立储能设备的运行模型

S231、蓄电池用于电能的存储，在微能源网的运行中发挥重要作用。蓄电池的配备可实现电负荷的削峰填谷，在电价较低的用电低谷期，可先将电能存储至蓄电池，待用电高峰期再将其释放，以满足微能源网的电负荷需求。蓄电池的运行模型如式(9)所示：

式中，

表示蓄电池的能量自损耗率。

S232、蓄热槽

蓄热槽用于热能的存储，与蓄电池类似，蓄热槽同样可以起到热负荷削峰填谷的作用，缓解微能源网在高峰期的供热压力，有效降低系统的用能成本。蓄热槽的运行模型如式(10)所示：

式中，

表示蓄热槽的能量自损耗率。

S233、蓄冷槽

空调蓄冷主要包括水蓄冷、冰蓄冷和共晶盐蓄冷等几种蓄冷方式。相较于水蓄冷和共晶盐蓄冷，冰蓄冷具有相变潜热大、蓄冷效率高、使用寿命长、运维成本低等优势，因此得到了广泛的应用。蓄冷槽的运行模型如式(11)所示：

式中，

表示蓄冷槽的能量自损耗率。

S24、建立共享储能系统的运行模型

共享储能系统内部含有蓄电池和蓄热槽，以实现电能和热能的储存。与前文类似，共享储能系统的运行模型采用差分方程的形式，如式(12)-(13)所示：

式中，σ_ESS,BT表示共享储能系统中蓄电池的能量自损耗率，σ_ESS,HC表示共享储能系统中蓄热槽的能量自损耗率。

优选的，在步骤S3中，所述含共享储能系统的微能源网群日前优化运行模型是一个大规模混合整数线性规划模型，其包括目标函数和约束条件两个方面，具体过程如下：

S31、建立优化运行模型的目标函数

含共享储能系统的微能源网群日前优化运行模型的目标函数是使微能源网群的总用能成本最小，其包括设备的运行维护费用、燃气购置费用、从外部电网的购电费用、从共享储能系统的购电和购热费用，如式(14)所示：

式中，Cost表示微能源网群的总用能成本，Cⁱ表示微能源网i的用能成本；

表示微能源网i的设备运行维护费用，

表示微能源网i的燃气购置费用，

表示微能源网i向外部电网/共享储能系统的购能费用。

S311、微能源网i的设备运行维护费用如式(15)所示：

式中，

表示光伏/风机/燃气轮机/蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽的运行维护费用，

表示光伏/风机/燃气轮机/蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽的运行维护成本系数。

S312、微能源网i的燃气购置费用如式(16)所示：

式中，

表示天然气的价格，

表示天然气的热值。

S313、微能源网i向外部电网的购电费用如式(17)所示：

式中，

表示微能源网i在t时刻向外部电网的购电/售电电价。

S314、微能源网i向共享储能系统的购能费用如式(18)所示：

式中，

表示微能源网i在t时刻向共享储能系统的购电/购热费用，

表示微能源网i在t时刻向共享储能系统购电/售电/购热/售热的价格。

S32、建立优化运行模型的约束条件

含共享储能系统的微能源网群日前优化运行模型的约束条件包括功率平衡约束、与外部电网交互的电功率约束、共享储能系统约束、联供设备和辅助设备约束以及储能设备约束。

S321、功率平衡约束

S3211、微能源网的电功率平衡约束

各微能源网内部的电母线须满足电功率的平衡，如式(19)所示：

S3212、微能源网的热功率平衡约束

各微能源网内部的热母线须满足热功率的平衡，如式(20)所示：

S3213、微能源网的冷功率平衡约束

各微能源网内部的冷母线须满足冷功率的平衡，如式(21)所示：

S3214、共享储能系统中直流母线的电功率平衡约束

共享储能系统中的直流母线须满足电功率的平衡，如式(22)所示：

S3215、共享储能系统中热母线的热功率平衡约束

共享储能系统中的热母线须满足热功率的平衡，如式(23)所示：

S3216、其他功率平衡约束

由于燃气轮机的输出热功率即余热锅炉的输入功率，而热负荷连接到热交换器的输出，因此有式(24)-(25)所示的功率平衡关系：

S322、与外部电网交互的电功率约束

S3221、从外部电网的购售电功率上限、下限约束

由于电力线路和变压器的容量限制，各微能源网与外部电网之间的交互功率存在上限、下限约束，如式(26)-(27)所示：

式中，

表示微能源网向外部电网购电/售电的功率下限/上限。在每个时刻，各微能源网向外部电网的购电和售电行为不能同时发生，如式(28)所示：

S3222、避免外部电网和共享储能系统之间通过微能源网的功率交互

出于安全性和经济性的考虑，微能源网不允许在同一时刻将从外部电网购入的电能出售给共享储能系统，或将从共享储能系统购入的电能出售给外部电网，如式(29)-(30)所示：

S323、共享储能系统约束

S3231、向共享储能系统购电/售电的功率上限、下限约束

由于传输线路和AC/DC转换器的容量限制，微能源网和共享储能系统之间交互的电功率存在上限、下限约束，如式(31)-(32)所示：

式中，

表示微能源网向共享储能系统的购电/售电功率下限/上限。

在每个时刻，微能源网向共享储能系统的购电和售电行为不能同时发生，如式(33)所示：

S3232、向共享储能系统购热/售热的功率上限、下限约束

由于传输管道的容量限制，微能源网和共享储能系统之间交互的热功率存在上限、下限约束，如式(34)-(35)所示：

式中，

表示微能源网向共享储能系统的购热/售热功率下限/上限。

在每个时刻，微能源网向共享储能系统的购热和售热行为不能同时发生，如式(36)所示：

S3233、共享储能系统内蓄电池的充放电功率约束

由于蓄电池和DC/DC转换器的容量限制，共享储能系统内蓄电池的充放电功率有上限约束，同时，为了避免不必要的电池损耗，该功率有下限约束，如式(37)-(38)所示：

式中，

表示共享储能系统中蓄电池的充电/放电功率下限/上限。

蓄电池的充放电行为不能同时发生，如式(39)所示：

S3234、共享储能系统内蓄热槽的充放热功率约束

由于蓄热槽和传输管道的容量限制，共享储能系统内蓄热槽的充放热功率有上限约束，同时，该功率有下限约束，如式(40)-(41)所示：

式中，

表示共享储能系统中蓄热槽的蓄热/放热功率下限/上限。

蓄热槽的充放热行为不能同时发生，如式(42)所示：

S3235、共享储能系统内蓄电池的循环功率约束

为降低共享储能系统内蓄电池的损耗，从而延长其工作年限，需要对蓄电池设置充放电循环功率上限约束，如式(43)所示：

式中，

表示共享储能系统中蓄电池一个调度周期内的最大循环功率。

S3236、共享储能系统内蓄电池的能量约束

为保证蓄电池的正常运行，应设置共享储能系统中蓄电池所储存能量的上限、下限，如式(44)所示：

式中，

表示共享储能系统内蓄电池中储存能量的下限/上限。

共享储能系统内蓄电池在下一时刻储存的能量与当前储存的能量和充放电功率有一定的关系，此外，为保证调度策略的可持续性，在每个调度周期的开始和结束，蓄电池储存的能量应该相等，如式(45)所示：

S3237、共享储能系统内蓄热槽的能量约束

为保证蓄热槽的正常运行，应设置共享储能系统中蓄热槽所储存能量的上限、下限，如式(46)所示：

式中，

表示共享储能系统内蓄热槽中储存能量的下限/上限。

共享储能系统内蓄热槽在下一时刻储存的能量与当前储存的能量和充放热功率有一定的关系，此外，为保证调度策略的可持续性，在每个调度周期的开始和结束，蓄热槽储存的能量应该相等，如式(47)所示：

S3238、共享储能系统中电能的转换效率约束

由于共享储能系统中蓄电池和双向转换器的能量损失，须设置电能转换效率约束，如式(48)-(49)所示：

式中，

表示微能源网向共享储能系统购电/售电的功率传输到直流母线的效率，

表示共享储能系统内蓄电池的充电/放电功率传输到直流母线的效率。

S3239、共享储能系统中热能的转换效率约束

由于共享储能系统中蓄热槽和传输管道的能量损失，须设置热能转换效率约束，如式(50)-(51)所示：

式中，

表示微能源网向共享储能系统购热/售热的功率传输到热母线的效率，

表示共享储能系统内蓄热槽的蓄热/放热功率传输到热母线的效率。

S324、联供设备和辅助设备约束

S3241、联供设备和辅助设备的运行效率约束

如前所述，联供设备和辅助设备存在一定的能量转换效率，其运行模型如式(52)所示：

S3242、联供设备和辅助设备的运行边界约束

联供设备和辅助设备的运行功率上限、下限约束如式(53)所示：

式中，

表示燃气轮机的输出电功率下限/上限，

表示余热锅炉/燃气轮机/电制热锅炉/电制冷机/吸收式制冷机/热交换器的输出功率下限/上限。

S325、储能设备约束

微能源网内部的蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽有充放能的效率约束，如式(54)所示：

式中，

表示蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽的蓄能/放能效率。

由于容量限制以及防止不必要的损耗，储能设备的充放能功率有上限、下限约束，如式(55)-(56)所示：

式中，

表示蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽的蓄能/放能功率下限/上限。

在每个时刻，储能设备的蓄能和放能行为不能同时发生，如式(57)所示：

为保证储能设备的正常运行，其储存的能量须设置上限、下限，如式(58)所示：

式中，

表示蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽中储存能量的下限/上限。

储能设备在下一时刻储存的能量与当前储存的能量和充放能功率有一定的关系，此外，为保证调度策略的可持续性，在每个调度周期的开始和结束，在储能设备中储存的能量应该相等，如式(59)所示：

优选的，在步骤S4中，所述基于多人合作博弈的微能源网多主体成本分配方法包括最小核心法、夏普利值法两个方面，设合作博弈参与者的集合为N＝{1,2,3,…,n}，各参与者成本分配的结果为x＝{x₁,x₂,x₃,…,x_n}，N的非空子集S称为联盟，其特征函数V(S)指联盟S的总成本，具体流程为：

S41、最小核心法

合作博弈的成功须满足以下条件：

S411、个体合理性条件

参与主体愿意参加总体合作的前提是，在参与总体合作并进行成本分配后，分配给各参与主体的成本比其单独运行所产生的成本低，即

S412、联盟合理性条件

只有在总体合作中几个参与主体的成本之和比它们之间形成小联盟的成本更低，参与主体才更愿意参加总体合作，而不是小联盟，即

S413、整体合理性条件

要达到成功的合作，在总体合作中，分配到各参与主体的成本之和应与总体合作的成本相等，即

若分配x＝{x₁,x₂,x₃,…,x_n}满足上述条件，则称该分配为核心。

核心法从满足个体合理性条件和整体合理性条件的分配集合中选择一组作为合理分配，对于任意的联盟S，这种分配方式都不为其他的合理分配所支配。最小核心法给联盟S(1＜|S|＜n)的成本添加一个相同的额外量ε来求解总体合作中的成本分配，成本分配可通过式(63)所示线性规划模型的求解来完成：

S42、夏普利值法

夏普利值法根据各参与者的成本对联盟成本所产生的影响来决定其各自的成本分配，更能反映出各参与者的“贡献”。各参与者在合作N中的所分配的成本被称为夏普利值，记作

其中

表示合作参与者i在合作N中所得的分配成本，可通过式(64)求得：

式中，S_i表示合作N中包含参与者i的所有子集，|S|表示联盟S中参与者的数量，V(S)表示联盟S的成本，V(S/i)表示当参与者i不参与联盟S时联盟的成本，因此V(S)-V(S/i)表示参与者i对联盟S的成本产生的影响。

优选的，调度周期为24小时，即T＝24。

优选的，调度时间分辨率为1小时，即Δt＝1。

优选的，运行模型及优化运行模型中参数的定义如表1所示。

表1参数定义

本发明的有益效果是：

通过搭建微能源网群、微能源网、共享储能系统的架构，对系统内各设备建立运行模型，并将优化运行模型描述为混合整数线性规划模型进行求解，最后采用基于多人合作博弈的最小核心法和夏普利值法对各微能源网的成本进行重新分配，提高了共享储能系统的利用效率，实现了微能源网之间的P2P交易，促进了分布式可再生能源的消纳，降低了系统用能成本，同时保证了成本分配的科学性与合理性。

附图说明

图1为含共享储能系统的微能源网群架构示意图；

图2为各微能源网的架构示意图；

图3为共享储能系统的架构示意图；

图4(a)-图4(d)为实施例二中各微能源网的电功率平衡图；

图5(a)-图5(d)为实施例二中各微能源网的热功率平衡图；

图6(a)-图6(d)为实施例二中各微能源网的冷功率平衡图；

图7(a)-图7(b)为实施例二中共享储能系统直流母线和热母线的功率平衡图；

图8(a)-图8(b)为实施例二中共享储能系统蓄电池和蓄热槽储存的能量；

图9为实施例二中各微能源网的成本图；

图10为实施例二中各微能源网的成本分配图；

图11为实施例二中共享储能系统未配备蓄电池时各微能源网的成本图；

图12为实施例二中共享储能系统未配备蓄热槽时各微能源网的成本图；

图13为实施例二中未配备共享储能系统时各微能源网的成本图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

一种含共享储能系统的微能源网群优化运行及成本分配方法，包括以下步骤：

S1、提出系统架构，所述系统架构包括含共享储能系统的微能源网群架构、各微能源网的架构以及共享储能系统的架构；

S2、对微能源网群内的联供设备、辅助设备、储能设备建立运行模型，并建立共享储能系统的运行模型；

S3、基于步骤S1提出的系统架构以及步骤S2建立的运行模型，考虑运行约束条件，以微能源网群的总用能成本最低为目标，建立含共享储能系统的微能源网群日前优化运行模型；

S4、基于步骤S3确定的微能源网群日前优化运行模型及总用能成本，基于多人合作博弈的微能源网多主体成本分配方法，分别采用最小核心法和夏普利值法，对各微能源网的用能成本进行重新分配。

首先，在步骤S1中，所述系统架构的搭建方法为：

S11、搭建含共享储能系统的微能源网群架构，如图1所示。

各微能源网通过变压器和联络线接入外部电网，通过天然气管网接入燃气公司，并通过电力线路和热力传输管道接入共享储能系统，因此，各微能源网向外部电网购/售电能，向燃气公司购置天然气，向共享储能系统存/取电能和热能，以及通过共享储能系统内的直流母线和热母线实现与其他微能源网之间电能和热能的交互。

S12、搭建各微能源网的架构，如图2所示。

微能源网内部包含电、热、冷、气四种形式的能源，采用母线式结构，其包括电母线、热母线和冷母线。各微能源网内含有大量分布式可再生能源，如光伏、风机等，同时，用户负荷包括电负荷、热负荷、冷负荷三种形式。微能源网内的多能协同设备分为联供设备、辅助设备和储能设备，以实现微能源网群的日前优化运行。其中，联供设备包括燃气轮机、余热锅炉，辅助设备包括燃气锅炉、电制热锅炉、电制冷机、吸收式制冷机、热交换器，储能设备包括蓄电池、蓄热槽和蓄冷槽。

微能源网与外部的能量交互有：与外部电网的双向电能交互、与共享储能系统的双向电能和热能交互、向燃气公司的单向天然气购置。

S13、搭建共享储能系统的架构，如图3所示。

共享储能系统是帮助微能源网实现电热能量储存以及P2P交易的核心设备，其内部含有蓄电池和蓄热槽，与各微能源网有电和热的联系。各微能源网的电母线通过电力传输线路连接到共享储能系统的AC/DC模块，同时AC/DC模块的直流端连接到共享储能系统的直流母线，而蓄电池通过DC/DC模块和DC隔离器与直流母线相连。因此，各微能源网之间可通过共享储能系统的直流母线实现电能的交互，即电能的P2P交易。若微能源网内可再生能源发电设备发出的电能不能被用户负荷消耗，则不能被用户负荷消耗的电能将被储存到共享储能系统的蓄电池中，以供用电高峰期使用，除非蓄电池处于满荷电状态。

各微能源网的热母线通过热力传输管道连接到共享储能系统的热母线，且蓄热槽与热母线相连，当微能源网内可再生能源发热设备发出的热能不能被用户负荷消耗，则不能被用户负荷消耗的热能被储存到共享储能系统的蓄热槽中，以供用热高峰期使用，除非蓄热槽处于充满状态。因此，各微能源网之间可通过共享储能系统的热母线实现热能的交互，即热能的P2P交易。

其次，在步骤S2中，所述运行模型的建立方法为：

S21、建立联供设备的运行模型

S211、燃气轮机

燃气轮机是热电联产的核心设备，天然气和空气混合燃烧产生的高温高压气体推动叶片旋转，进而产生电能，而燃烧过程将产生大量高温气体，其热量可通过余热锅炉进行回收，从而为系统提供热能，燃气轮机供电和供热的数学模型如式(1)-(2)所示：

式中，

表示燃气轮机的发电效率，

表示热电比。

S212、余热锅炉

余热锅炉也是热电联产的重要环节之一，它收集燃气轮机燃烧后产生的高温气体，利用气体的热量对循环水进行加热，从而为系统提供热能，余热锅炉的运行模型如式(3)所示：

式中，

表示余热锅炉的制热效率。

S22、建立辅助设备的运行模型

S221、燃气锅炉

燃气锅炉利用天然气燃烧产生的热量对循环水进行加热，从而形成蒸汽或热水，向用户或其他设备提供热能。若余热锅炉、电制热锅炉等其他供热设备无法满足微能源网的热负荷需求，便由燃气锅炉进行补燃，以实现微能源网的热功率平衡。燃气锅炉的运行模型如式(4)所示：

式中，

表示燃气锅炉的制热效率。

S222、电制热锅炉

电制热锅炉利用电流的热效应对循环水进行加热，实现电能和热能之间的转换。电制热锅炉的运行模型如式(5)所示：

式中，

表示电制热锅炉的制热效率。

S223、电制冷机

电制冷机主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等几个部分组成，实现电能和冷能之间的转换。其中，压缩机利用电能为电制冷机提供能量，冷凝器和蒸发器实现电制冷机系统与外界的热交换，而制冷剂负责制冷循环中热能的传递。电制冷机的运行模型如式(6)所示：

式中，

表示电制冷机的制冷效率。

S224、吸收式制冷机

吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器等几个部分组成，实现热能和冷能之间的转换。其工作原理与电制冷机类似，只是由热能来为制冷机的制冷循环提供能量。常用的吸收式制冷机主要可分为溴化锂制冷机和氨水制冷机两种。吸收式制冷机的运行模型如式(7)所示：

式中，

表示吸收式制冷机的制冷效率。

S225、热交换器

热交换器实现不同形式的热能之间的转换，将微能源网中的热能转换为用户所需的热能，从而为终端用户供热。热交换器的运行模型如式(8)所示：

式中，

表示热交换器的能量转换效率。

S23、建立储能设备的运行模型

S231、蓄电池用于电能的存储，在微能源网的运行中发挥重要作用。蓄电池的配备可实现电负荷的削峰填谷，在电价较低的用电低谷期，可先将电能存储至蓄电池，待用电高峰期再将其释放，以满足微能源网的电负荷需求。蓄电池的运行模型如式(9)所示：

式中，

表示蓄电池的能量自损耗率。

S232、蓄热槽

蓄热槽用于热能的存储，与蓄电池类似，蓄热槽同样可以起到热负荷削峰填谷的作用，缓解微能源网在高峰期的供热压力，有效降低系统的用能成本。蓄热槽的运行模型如式(10)所示：

式中，

表示蓄热槽的能量自损耗率。

S233、蓄冷槽

空调蓄冷主要包括水蓄冷、冰蓄冷和共晶盐蓄冷等几种蓄冷方式。相较于水蓄冷和共晶盐蓄冷，冰蓄冷具有相变潜热大、蓄冷效率高、使用寿命长、运维成本低等优势，因此得到了广泛的应用。蓄冷槽的运行模型如式(11)所示：

式中，

表示蓄冷槽的能量自损耗率。

S24、建立共享储能系统的运行模型

共享储能系统内部含有蓄电池和蓄热槽，以实现电能和热能的储存。与前文类似，共享储能系统的运行模型采用差分方程的形式，如式(12)-(13)所示：

式中，σ_ESS,BT表示共享储能系统中蓄电池的能量自损耗率，σ_ESS,HC表示共享储能系统中蓄热槽的能量自损耗率。

再次，在步骤S3中，所述含共享储能系统的微能源网群日前优化运行模型是一个大规模混合整数线性规划模型，其包括目标函数和约束条件两个方面，具体过程如下：

S31、建立优化运行模型的目标函数

含共享储能系统的微能源网群日前优化运行模型的目标函数是使微能源网群的总用能成本最小，其包括设备的运行维护费用、燃气购置费用、从外部电网的购电费用、从共享储能系统的购电和购热费用，如式(14)所示：

式中，Cost表示微能源网群的总用能成本，Cⁱ表示微能源网i的用能成本；

表示微能源网i的设备运行维护费用，

表示微能源网i的燃气购置费用，

表示微能源网i向外部电网/共享储能系统的购能费用。

S311、微能源网i的设备运行维护费用如式(15)所示：

式中，

表示光伏/风机/燃气轮机/蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽的运行维护费用，

表示光伏/风机/燃气轮机/蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽的运行维护成本系数。

S312、微能源网i的燃气购置费用如式(16)所示：

式中，

表示天然气的价格，

表示天然气的热值。

S313、微能源网i向外部电网的购电费用如式(17)所示：

式中，

表示微能源网i在t时刻向外部电网的购电/售电电价。

S314、微能源网i向共享储能系统的购能费用如式(18)所示：

式中，

表示微能源网i在t时刻向共享储能系统的购电/购热费用，

表示微能源网i在t时刻向共享储能系统购电/售电/购热/售热的价格。

S32、建立优化运行模型的约束条件

含共享储能系统的微能源网群日前优化运行模型的约束条件包括功率平衡约束、与外部电网交互的电功率约束、共享储能系统约束、联供设备和辅助设备约束以及储能设备约束。

S321、功率平衡约束

S3211、微能源网的电功率平衡约束

各微能源网内部的电母线须满足电功率的平衡，如式(19)所示：

S3212、微能源网的热功率平衡约束

各微能源网内部的热母线须满足热功率的平衡，如式(20)所示：

S3213、微能源网的冷功率平衡约束

各微能源网内部的冷母线须满足冷功率的平衡，如式(21)所示：

S3214、共享储能系统中直流母线的电功率平衡约束

共享储能系统中的直流母线须满足电功率的平衡，如式(22)所示：

S3215、共享储能系统中热母线的热功率平衡约束

共享储能系统中的热母线须满足热功率的平衡，如式(23)所示：

S3216、其他功率平衡约束

由于燃气轮机的输出热功率即余热锅炉的输入功率，而热负荷连接到热交换器的输出，因此有式(24)-(25)所示的功率平衡关系：

S322、与外部电网交互的电功率约束

S3221、从外部电网的购售电功率上限、下限约束

由于电力线路和变压器的容量限制，各微能源网与外部电网之间的交互功率存在上限、下限约束，如式(26)-(27)所示：

式中，

表示微能源网向外部电网购电/售电的功率下限/上限。在每个时刻，各微能源网向外部电网的购电和售电行为不能同时发生，如式(28)所示：

S3222、避免外部电网和共享储能系统之间通过微能源网的功率交互

出于安全性和经济性的考虑，微能源网不允许在同一时刻将从外部电网购入的电能出售给共享储能系统，或将从共享储能系统购入的电能出售给外部电网，如式(29)-(30)所示：

S323、共享储能系统约束

S3231、向共享储能系统购电/售电的功率上限、下限约束

由于传输线路和AC/DC转换器的容量限制，微能源网和共享储能系统之间交互的电功率存在上限、下限约束，如式(31)-(32)所示：

式中，

表示微能源网向共享储能系统的购电/售电功率下限/上限。

在每个时刻，微能源网向共享储能系统的购电和售电行为不能同时发生，如式(33)所示：

S3232、向共享储能系统购热/售热的功率上限、下限约束

由于传输管道的容量限制，微能源网和共享储能系统之间交互的热功率存在上限、下限约束，如式(34)-(35)所示：

式中，

表示微能源网向共享储能系统的购热/售热功率下限/上限。

在每个时刻，微能源网向共享储能系统的购热和售热行为不能同时发生，如式(36)所示：

S3233、共享储能系统内蓄电池的充放电功率约束

由于蓄电池和DC/DC转换器的容量限制，共享储能系统内蓄电池的充放电功率有上限约束，同时，为了避免不必要的电池损耗，该功率有下限约束，如式(37)-(38)所示：

式中，

表示共享储能系统中蓄电池的充电/放电功率下限/上限。

蓄电池的充放电行为不能同时发生，如式(39)所示：

S3234、共享储能系统内蓄热槽的充放热功率约束

由于蓄热槽和传输管道的容量限制，共享储能系统内蓄热槽的充放热功率有上限约束，同时，该功率有下限约束，如式(40)-(41)所示：

式中，

表示共享储能系统中蓄热槽的蓄热/放热功率下限/上限。

蓄热槽的充放热行为不能同时发生，如式(42)所示：

S3235、共享储能系统内蓄电池的循环功率约束

为降低共享储能系统内蓄电池的损耗，从而延长其工作年限，需要对蓄电池设置充放电循环功率上限约束，如式(43)所示：

式中，

表示共享储能系统中蓄电池一个调度周期内的最大循环功率。

S3236、共享储能系统内蓄电池的能量约束

为保证蓄电池的正常运行，应设置共享储能系统中蓄电池所储存能量的上限、下限，如式(44)所示：

式中，

表示共享储能系统内蓄电池中储存能量的下限/上限。

共享储能系统内蓄电池在下一时刻储存的能量与当前储存的能量和充放电功率有一定的关系，此外，为保证调度策略的可持续性，在每个调度周期的开始和结束，蓄电池储存的能量应该相等，如式(45)所示：

S3237、共享储能系统内蓄热槽的能量约束

为保证蓄热槽的正常运行，应设置共享储能系统中蓄热槽所储存能量的上限、下限，如式(46)所示：

式中，

表示共享储能系统内蓄热槽中储存能量的下限/上限。

共享储能系统内蓄热槽在下一时刻储存的能量与当前储存的能量和充放热功率有一定的关系，此外，为保证调度策略的可持续性，在每个调度周期的开始和结束，蓄热槽储存的能量应该相等，如式(47)所示：

S3238、共享储能系统中电能的转换效率约束

由于共享储能系统中蓄电池和双向转换器的能量损失，须设置电能转换效率约束，如式(48)-(49)所示：

式中，

表示微能源网向共享储能系统购电/售电的功率传输到直流母线的效率，

表示共享储能系统内蓄电池的充电/放电功率传输到直流母线的效率。

S3239、共享储能系统中热能的转换效率约束

由于共享储能系统中蓄热槽和传输管道的能量损失，须设置热能转换效率约束，如式(50)-(51)所示：

式中，

表示微能源网向共享储能系统购热/售热的功率传输到热母线的效率，

表示共享储能系统内蓄热槽的蓄热/放热功率传输到热母线的效率。

S324、联供设备和辅助设备约束

S3241、联供设备和辅助设备的运行效率约束

如前所述，联供设备和辅助设备存在一定的能量转换效率，其运行模型如式(52)所示：

S3242、联供设备和辅助设备的运行边界约束

联供设备和辅助设备的运行功率上限、下限约束如式(53)所示：

式中，

表示燃气轮机的输出电功率下限/上限，

表示余热锅炉/燃气轮机/电制热锅炉/电制冷机/吸收式制冷机/热交换器的输出功率下限/上限。

S325、储能设备约束

微能源网内部的蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽有充放能的效率约束，如式(54)所示：

式中，

表示蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽的蓄能/放能效率。

由于容量限制以及防止不必要的损耗，储能设备的充放能功率有上限、下限约束，如式(55)-(56)所示：

式中，

表示蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽的蓄能/放能功率下限/上限。

在每个时刻，储能设备的蓄能和放能行为不能同时发生，如式(57)所示：

为保证储能设备的正常运行，其储存的能量须设置上限、下限，如式(58)所示：

式中，

表示蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽中储存能量的下限/上限。

储能设备在下一时刻储存的能量与当前储存的能量和充放能功率有一定的关系，此外，为保证调度策略的可持续性，在每个调度周期的开始和结束，在储能设备中储存的能量应该相等，如式(59)所示：

最后，在步骤S4中，所述基于多人合作博弈的微能源网多主体成本分配方法包括最小核心法、夏普利值法两个方面，设合作博弈参与者的集合为N＝{1,2,3,…,n}，各参与者成本分配的结果为x＝{x₁,x₂,x₃,…,x_n}，N的非空子集S称为联盟，其特征函数V(S)指联盟S的总成本，具体流程为：

S41、最小核心法

合作博弈的成功须满足以下条件：

S411、个体合理性条件

参与主体愿意参加总体合作的前提是，在参与总体合作并进行成本分配后，分配给各参与主体的成本比其单独运行所产生的成本低，即

S412、联盟合理性条件

只有在总体合作中几个参与主体的成本之和比它们之间形成小联盟的成本更低，参与主体才更愿意参加总体合作，而不是小联盟，即

S413、整体合理性条件

要达到成功的合作，在总体合作中，分配到各参与主体的成本之和应与总体合作的成本相等，即

若分配x＝{x₁,x₂,x₃,…,x_n}满足上述条件，则称该分配为核心。

核心法从满足个体合理性条件和整体合理性条件的分配集合中选择一组作为合理分配，对于任意的联盟S，这种分配方式都不为其他的合理分配所支配。最小核心法给联盟S(1＜|S|＜n)的成本添加一个相同的额外量ε来求解总体合作中的成本分配，成本分配可通过式(63)所示线性规划模型的求解来完成：

S42、夏普利值法

夏普利值法根据各参与者的成本对联盟成本所产生的影响来决定其各自的成本分配，更能反映出各参与者的“贡献”。各参与者在合作N中的所分配的成本被称为夏普利值，记作

其中

表示合作参与者i在合作N中所得的分配成本，可通过式(64)求得：

式中，S_i表示合作N中包含参与者i的所有子集，|S|表示联盟S中参与者的数量，V(S)表示联盟S的成本，V(S/i)表示当参与者i不参与联盟S时联盟的成本，因此V(S)-V(S/i)表示参与者i对联盟S的成本产生的影响。

同时，调度周期为24小时，即T＝24，调度时间分辨率为1小时，即Δt＝1。

实施例二：

本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：

4个微能源网(即微能源网1、微能源网2、微能源网3和微能源网4)接入共享储能系统组成微能源网群，同时，设置4个场景，包括基准场景和3个对比场景，如表2所示。在基准场景中，共享储能系统的蓄电池和蓄热槽容量均为3000kWh。在对比场景1中，共享储能系统未配备蓄电池。在对比场景2中，共享储能系统未配备蓄热槽。在对比场景3中，微能源网群未配备共享储能系统。

表2场景设置

各微能源网从外部电网购电，采用分时电价的计价方式。其中，峰时段为08:00-11:00和18:00-23:00，平时段为07:00-08:00和11:00-18:00，而谷时段为23:00-次日07:00，如表3所示。微能源网的分布式可再生能源发电上网电价统一采用0.34元/kWh。

表3实时交易电价

时段	时间	电价(元/kWh)
			峰时段	08:00-11:00,18:00-23:00	1.09
平时段	07:00-08:00,11:00-18:00	0.87
			谷时段	23:00-次日07:00	0.47

系统的其他运行参数如表4所示。

表4系统运行参数

使用IBM ILOG CPLEX Optimization Studio结合MATLAB对优化运行模型进行求解，计算结果如图4-图13所示。

由图4-图6可见，除光伏、风机等清洁能源发电外，微能源网群的电能主要由燃气轮机和共享储能系统来提供，热能主要由余热锅炉、电制热锅炉和共享储能系统来提供，而冷能主要由电制冷机和吸收式制冷机来提供，同时，微能源网内的储能设备对负荷的削峰填谷起重要作用。在夜晚，由风机发出的电能不能全部被用户负荷所消耗，剩余电能主要通过以下几种方式进行存储，以备后续使用：储存在共享储能系统的蓄电池内；储存在微能源网内部的蓄电池内；通过电制热锅炉转换为热能，储存在共享储能系统的蓄热槽内。可见，共享储能系统不仅可实现削峰填谷，同时可促进分布式可再生能源的消纳。P_Gen_sum表示电功率/热功率/冷功率供应量的总和。

由图7-图8可见，共享储能系统中的蓄电池和蓄热槽在峰时段放能，而在谷时段蓄能。在08:00-17:00时间段，由于微能源网4的分布式可再生能源出力较多，不能完全被该微能源网内的负荷所消耗，而其他微能源网仍然需要外部供给电能，此时，可将微能源网4的剩余电能通过共享储能系统的直流母线，以P2P交易的形式出售给其他微能源网，既不需要对共享储能系统的蓄电池进行充电，也无需以较低的上网电价将这部分电能出售给外部电网。尤其是在08:00-10:00时间段，电能的交互完全在各微能源网之间进行，而并未涉及蓄电池。蓄热槽和热母线也有类似的现象。微能源网之间电能的P2P交易量占微能源网群与共享储能系统电能总交互量的9.60％，提高了能量利用效率，降低了用能成本，同时减少了共享储能系统内储能设备的损耗，并延长了其工作寿命。

由图9可见，分布式可再生能源发电较多的微能源网4将更多的剩余能量出售给共享储能系统，从而获得较多的收益。而微能源网3由于用户负荷水平较高，需要从共享储能系统购买更多的能量，以满足负荷需求，因此这部分成本较高。

由图10可见，在基准场景中，若采用最小核心法进行成本分配，微能源网1和微能源网3的成本将分别上升6.52％、3.41％，而微能源网2和微能源网4的成本将分别下降0.96％、13.39％。若采用夏普利值法进行成本分配，微能源网1和微能源网3的成本将分别上升3.38％、3.71％，而微能源网2和微能源网4的成本将分别下降2.71％、7.87％。可见，采用基于多人合作博弈的成本分配模型对各微能源网的用能成本进行重新分配，分配结果更加公平合理，同时更能体现微能源网之间的竞争与合作关系。

在场景2中，由于共享储能系统中未配备蓄电池，原本被出售到共享储能系统的可再生能源发电剩余电能被出售到了外部电网，导致了更低的利润，而在用电高峰期，共享储能系统无法供给的电能主要由燃气轮机来提供，导致了更高的燃气购置费用。在场景3中，由于共享储能系统中未配备蓄热槽，可再生能源发电的剩余电能无法充分转换为热能并储存在共享储能系统中，因此这部分能量被出售给了外部电网，而共享储能系统无法供给的热能主要由余热锅炉来提供。场景4则兼具备场景2和场景3的特点，更多的电能被出售给外部电网，导致了更小的利润空间。

同时，由图11-图13可见，场景2-场景4中微能源网群的日用能成本分别为2866.6177元、2577.9989元和3079.7515元，相比场景1的2376.1944元，分别增加了20.64％、8.49％和29.61％。而对于可再生能源渗透率高的微能源网4，其收益分别从704.0321元减少到了489.7743元、635.2857元和435.4129元，分别减少了30.43％、9.76％和38.15％。可见，共享储能系统的蓄电池和蓄热槽对微能源网群的运行均起重要作用。由于微能源网向外部电网购电采用分时电价，而向燃气公司购置天然气采用定值气价，因此蓄电池的配备在节省用能成本方面作用更加显著。

综上，相较于未配备共享储能系统的微能源网群，共享储能系统的配备可促进分布式可再生能源的消纳，实现负荷的削峰填谷，提高能源利用效率，并大幅削减微能源网群的用能成本，而共享储能系统中的蓄电池和蓄热槽对微能源网群的运行均起重要作用。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种含共享储能系统的微能源网群优化运行及成本分配方法，包括以下步骤：

S1、搭建系统架构，所述系统架构包括含共享储能系统的微能源网群架构、各微能源网的架构以及共享储能系统的架构；

所述系统架构的搭建方法为：

S11、搭建含共享储能系统的微能源网群架构

各微能源网通过变压器和联络线接入外部电网，通过天然气管网接入燃气公司，并通过电力线路和热力传输管道接入共享储能系统，各微能源网向外部电网购/售电能，向燃气公司购置天然气，向共享储能系统存/取电能和热能，以及通过共享储能系统内的直流母线和热母线实现与其他微能源网之间电能和热能的交互；

S12、搭建各微能源网的架构

微能源网内部包含电、热、冷、气四种形式的能源，其包括电母线、热母线和冷母线，各微能源网内含有分布式可再生能源，用户负荷包括电负荷、热负荷和冷负荷，微能源网内的多能协同设备分为联供设备、辅助设备和储能设备，联供设备包括燃气轮机、余热锅炉，辅助设备包括燃气锅炉、电制热锅炉、电制冷机、吸收式制冷机、热交换器，储能设备包括蓄电池、蓄热槽和蓄冷槽；

微能源网与外部电网双向电能交互、与共享储能系统双向电能和热能交互、向燃气公司的单向天然气购置；

S13、搭建共享储能系统的架构

共享储能系统内部含有蓄电池和蓄热槽，各微能源网的电母线通过电力传输线路连接到共享储能系统的AC/DC模块，且AC/DC模块的直流端连接到共享储能系统的直流母线，蓄电池通过DC/DC模块和DC隔离器与直流母线相连，当微能源网内可再生能源发电设备发出的电能不能被用户负荷消耗，则不能被用户负荷消耗的电能被储存到共享储能系统的蓄电池中，以供用电高峰期使用，除非蓄电池处于满荷电状态；

各微能源网的热母线通过热力传输管道连接到共享储能系统的热母线，且蓄热槽与热母线相连，当微能源网内可再生能源发热设备发出的热能不能被用户负荷消耗，则不能被用户负荷消耗的热能被储存到共享储能系统的蓄热槽中，以供用热高峰期使用，除非蓄热槽处于充满状态；

S2、对微能源网群内的联供设备、辅助设备、储能设备建立运行模型，并建立共享储能系统的运行模型；

所述运行模型的建立方法为：

S21、建立联供设备的运行模型

S211、燃气轮机供电和供热的运行模型如式(1)-(2)所示：

式中，

表示燃气轮机的发电效率，

表示热电比，

表示燃气轮机的输入电，

表示燃气轮机的输出电，

表示燃气轮机的输出热功率；

S212、余热锅炉的运行模型如式(3)所示：

式中，

表示余热锅炉的制热效率，

表示余热锅炉的输入功率，

表示余热锅炉的输出功率；

S22、建立辅助设备的运行模型

S221、燃气锅炉的运行模型如式(4)所示：

式中，

表示燃气锅炉的制热效率；

S222、电制热锅炉的运行模型如式(5)所示：

式中，

表示电制热锅炉的制热效率；

S223、电制冷机的运行模型如式(6)所示：

式中，

表示电制冷机的制冷效率；

S224、吸收式制冷机的运行模型如式(7)所示：

式中，

表示吸收式制冷机的制冷效率；

S225、热交换器的运行模型如式(8)所示：

式中，

表示热交换器的能量转换效率；

S23、建立储能设备的运行模型

S231、蓄电池的运行模型如式(9)所示：

式中，

表示蓄电池的能量自损耗率；

S232、蓄热槽的运行模型如式(10)所示：

式中，

表示蓄热槽的能量自损耗率；

S233、蓄冷槽的运行模型如式(11)所示：

式中，

表示蓄冷槽的能量自损耗率；

S24、建立共享储能系统的运行模型

共享储能系统内部含有蓄电池和蓄热槽，其运行模型采用差分方程的形式，如式(12)-(13)所示：

式中，σ_ESS,BT表示共享储能系统中蓄电池的能量自损耗率，σ_ESS,HC表示共享储能系统中蓄热槽的能量自损耗率；

S3、基于步骤S1提出的系统架构以及步骤S2建立的运行模型，考虑运行约束条件，以微能源网群的总用能成本最低为目标，建立含共享储能系统的微能源网群日前优化运行模型；

所述含共享储能系统的微能源网群日前优化运行模型包括目标函数和约束条件两个方面，建立过程如下：

S31、建立优化运行模型的目标函数

含共享储能系统的微能源网群日前优化运行模型的目标函数是使微能源网群的总用能成本最小，其包括设备的运行维护费用、燃气购置费用、从外部电网的购电费用、从共享储能系统的购电和购热费用，如式(14)所示：

式中，Cost表示微能源网群的总用能成本，Cⁱ表示微能源网i的用能成本；

表示微能源网i的设备运行维护费用，

表示微能源网i的燃气购置费用，

表示微能源网i向外部电网/共享储能系统的购能费用；

S311、微能源网i的设备运行维护费用如式(15)所示：

式中，

表示光伏/风机/燃气轮机/蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽的运行维护费用，

表示光伏/风机/燃气轮机/蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽的运行维护成本系数；

S312、微能源网i的燃气购置费用如式(16)所示：

式中，

表示天然气的价格，

表示天然气的热值；

S313、微能源网i向外部电网的购电费用如式(17)所示：

式中，

表示微能源网i在t时刻向外部电网的购电/售电电价；

S314、微能源网i向共享储能系统的购能费用如式(18)所示：

式中，

表示微能源网i在t时刻向共享储能系统的购电/购热费用，

表示微能源网i在t时刻向共享储能系统购电/售电/购热/售热的价格；

S32、建立优化运行模型的约束条件

所述约束条件包括功率平衡约束、与外部电网交互的电功率约束、共享储能系统约束、联供设备和辅助设备约束以及储能设备约束；

S321、功率平衡约束

S3211、微能源网的电功率平衡约束

各微能源网内部的电母线须满足电功率的平衡，如式(19)所示：

S3212、微能源网的热功率平衡约束

各微能源网内部的热母线须满足热功率的平衡，如式(20)所示：

S3213、微能源网的冷功率平衡约束

各微能源网内部的冷母线须满足冷功率的平衡，如式(21)所示：

S3214、共享储能系统中直流母线的电功率平衡约束

共享储能系统中的直流母线须满足电功率的平衡，如式(22)所示：

S3215、共享储能系统中热母线的热功率平衡约束

共享储能系统中的热母线须满足热功率的平衡，如式(23)所示：

S3216、其他功率平衡约束

由于燃气轮机的输出热功率即余热锅炉的输入功率，而热负荷连接到热交换器的输出，因此有式(24)-(25)所示的功率平衡关系：

S322、与外部电网交互的电功率约束

S3221、从外部电网的购售电功率上限、下限约束

由于电力线路和变压器的容量限制，各微能源网与外部电网之间的交互功率存在上限、下限约束，如式(26)-(27)所示：

式中，

表示微能源网向外部电网购电/售电的功率下限/上限，在每个时刻，各微能源网向外部电网的购电和售电行为不能同时发生，如式(28)所示：

S3222、避免外部电网和共享储能系统之间通过微能源网的功率交互

出于安全性和经济性的考虑，微能源网不允许在同一时刻将从外部电网购入的电能出售给共享储能系统，或将从共享储能系统购入的电能出售给外部电网，如式(29)-(30)所示：

S323、共享储能系统约束

S3231、向共享储能系统购电/售电的功率上限、下限约束

由于传输线路和AC/DC转换器的容量限制，微能源网和共享储能系统之间交互的电功率存在上限、下限约束，如式(31)-(32)所示：

式中，

表示微能源网向共享储能系统的购电/售电功率下限/上限，在每个时刻，微能源网向共享储能系统的购电和售电行为不能同时发生，如式(33)所示：

S3232、向共享储能系统购热/售热的功率上限、下限约束

由于传输管道的容量限制，微能源网和共享储能系统之间交互的热功率存在上限、下限约束，如式(34)-(35)所示：

式中，

表示微能源网向共享储能系统的购热/售热功率下限/上限，在每个时刻，微能源网向共享储能系统的购热和售热行为不能同时发生，如式(36)所示：

S3233、共享储能系统内蓄电池的充放电功率约束

由于蓄电池和DC/DC转换器的容量限制，共享储能系统内蓄电池的充放电功率有上限约束，同时，为了避免不必要的电池损耗，共享储能系统内蓄电池的充放电功率有下限约束，如式(37)-(38)所示：

式中，

表示共享储能系统中蓄电池的充电/放电功率下限/上限，蓄电池的充放电行为不能同时发生，如式(39)所示：

S3234、共享储能系统内蓄热槽的充放热功率约束

由于蓄热槽和传输管道的容量限制，共享储能系统内蓄热槽的充放热功率有上限、下限约束，如式(40)-(41)所示：

式中，

表示共享储能系统中蓄热槽的蓄热/放热功率下限/上限，蓄热槽的充放热行为不能同时发生，如式(42)所示：

S3235、共享储能系统内蓄电池的循环功率约束

为降低共享储能系统内蓄电池的损耗，延长其工作年限，对蓄电池设置充放电循环功率上限约束，如式(43)所示：

式中，

表示共享储能系统中蓄电池一个调度周期内的最大循环功率；

S3236、共享储能系统内蓄电池的能量约束

为保证蓄电池的正常运行，设置共享储能系统中蓄电池所储存能量的上限、下限，如式(44)所示：

式中，

表示共享储能系统内蓄电池中储存能量的下限/上限；

共享储能系统内蓄电池在下一时刻储存的能量与当前储存的能量和充放电功率存在关系，为保证调度策略的可持续性，在每个调度周期的开始和结束，蓄电池储存的能量相等，如式(45)所示：

S3237、共享储能系统内蓄热槽的能量约束

为保证蓄热槽的正常运行，设置共享储能系统中蓄热槽所储存能量的上限、下限，如式(46)所示：

式中，

表示共享储能系统内蓄热槽中储存能量的下限/上限；

共享储能系统内蓄热槽在下一时刻储存的能量与当前储存的能量和充放热功率存在关系，为保证调度策略的可持续性，在每个调度周期的开始和结束，蓄热槽储存的能量相等，如式(47)所示：

S3238、共享储能系统中电能的转换效率约束

由于共享储能系统中蓄电池和双向转换器的能量损失，设置电能转换效率约束，如式(48)-(49)所示：

式中，

表示微能源网向共享储能系统购电/售电的功率传输到直流母线的效率，

表示共享储能系统内蓄电池的充电/放电功率传输到直流母线的效率；

S3239、共享储能系统中热能的转换效率约束

由于共享储能系统中蓄热槽和传输管道的能量损失，设置热能转换效率约束，如式(50)-(51)所示：

式中，

表示微能源网向共享储能系统购热/售热的功率传输到热母线的效率，

表示共享储能系统内蓄热槽的蓄热/放热功率传输到热母线的效率；

S324、联供设备和辅助设备约束

S3241、联供设备和辅助设备的运行效率约束

联供设备和辅助设备存在能量转换效率，其运行模型如式(52)所示：

S3242、联供设备和辅助设备的运行边界约束

联供设备和辅助设备的运行功率上限、下限约束如式(53)所示：

式中，

表示燃气轮机的输出电功率下限/上限，

表示余热锅炉/燃气轮机/电制热锅炉/电制冷机/吸收式制冷机/热交换器的输出功率下限/上限；

S325、储能设备约束

微能源网内部的蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽有充放能的效率约束，如式(54)所示：

式中，

表示蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽的蓄能/放能效率；

由于容量限制以及防止不必要的损耗，储能设备的充放能功率有上限、下限约束，如式(55)-(56)所示：

式中，

表示蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽的蓄能/放能功率下限/上限；

在每个时刻，储能设备的蓄能和放能行为不能同时发生，如式(57)所示：

为保证储能设备的正常运行，其储存的能量设置上限、下限，如式(58)所示：

式中，

表示蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽中储存能量的下限/上限；

储能设备在下一时刻储存的能量与当前储存的能量和充放能功率存在关系，为保证调度策略的可持续性，在每个调度周期的开始和结束，在储能设备中储存的能量相等，如式(59)所示：

S4、基于步骤S3确定的微能源网群日前优化运行模型及总用能成本，基于多人合作博弈的微能源网多主体成本分配方法，分别采用最小核心法和夏普利值法，对各微能源网的用能成本进行重新分配。

2.根据权利要求1所述的含共享储能系统的微能源网群优化运行及成本分配方法，其特征在于，在步骤S4中，所述基于多人合作博弈的微能源网多主体成本分配方法包括最小核心法、夏普利值法两个方面，设合作博弈参与者的集合为N＝{1,2,3,…,n}，各参与者成本分配的结果为x＝{x₁,x₂,x₃,…,x_n}，N的非空子集S称为联盟，其特征函数V(S)指联盟S的总成本；

S41、最小核心法

合作博弈的成功满足以下条件：

S411、个体合理性条件

参与主体愿意参加总体合作的前提是，在参与总体合作并进行成本分配后，分配给各参与主体的成本比其单独运行所产生的成本低，即

S412、联盟合理性条件

在总体合作中几个参与主体的成本之和比它们之间形成小联盟的成本低，即

S413、整体合理性条件

在总体合作中，分配到各参与主体的成本之和应与总体合作的成本相等，即

若分配x＝{x₁,x₂,x₃,…,x_n}满足上述条件，则称所述分配为核心；

最小核心法给联盟S的成本添加一个相同的额外量ε，求解总体合作中的成本分配，1＜|S|＜n，成本分配通过式(63)所示线性规划模型的求解来完成：

S42、夏普利值法

各参与者在合作N中的所分配的成本被称为夏普利值，记作

其中

表示合作参与者i在合作N中所得的分配成本，通过式(64)求得：

式中，S_i表示合作N中包含参与者i的所有子集，|S|表示联盟S中参与者的数量，V(S)表示联盟S的成本，V(S/i)表示当参与者i不参与联盟S时联盟的成本，V(S)-V(S/i)表示参与者i对联盟S的成本产生的影响。

3.根据权利要求2所述的含共享储能系统的微能源网群优化运行及成本分配方法，其特征在于，调度周期为24小时，即T＝24。

4.根据权利要求3所述的含共享储能系统的微能源网群优化运行及成本分配方法，其特征在于，调度时间分辨率为1小时，即Δt＝1。

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