CN113763164A - 一种基于点对点平台的分散式产消者能量共享方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于点对点平台的分散式产消者能量共享方法，建立了一个点对点能源交易模型，用以协调区域电力和天然气系统。该模型引入点对点能源共享框架，面对当下发展迅速的分布式能源，统筹不断渗透的产消者，建立基于点对点平台的分布式产消者能量共享模型。通过点对点平台进行能源共享匹配过程，从而实现分散式产消者之间的直接能量交换。本发明能够促进燃气轮机、电转气等电力与天然气耦合单元之间能够进行大量的点对点交互，提高了电力与天然气的协调性和多能源的灵活性，并且具有一定经济价值。

Description

一种基于点对点平台的分散式产消者能量共享方法
技术领域
本发明属于能量共享技术领域，特别涉及一种基于点对点平台的分散式产消者能量共享方法。
背景技术
随着能源系统的发展，不同能源系统间的联系越来越密切，多能互补的区域综合能源系统得到广泛关注，同时，分布式能源的快速发展与市场交易体制改革的不断推进，使得区域综合能源系统需要构建新的交易策略与模型，从而更好地实现系统经济运行与分布式能源的有效消纳。随着发用电灵活的产消者概念被提出，区域综合能源系统可以通过发挥产消者资源配置的优越性，合理协调调度产消者，从而实现区域综合能源系统间的能源共享。但产消者受到自身物理特性限制，缺乏主动参与能量交换的手段和动力同时由于分布式产消者一般体量较小，通常不足以达到参与电力市场的门槛。因此，大量渗透的分布式能源的有效消纳是一个亟需解决的问题。
目前分布式能源的研究主要集中在通过集中运营商或聚合商对用户进行集中优化调度，而用户之间直接进行电力交易的优势没有得到充分发挥。然而，目前对于如何实现分布式资源直接进行能量共享匹配的研究较少，目前的能源系统无法充分利用分布式资源的灵活性。在各种可能的替代方案中，点对点平台被认为是一种可行的协调机制，可以有效地运行异构分布式能源，促进分布式能源有效消纳并与综合能源系统达到多能互补。因此，研究一种能够实现区域综合能源系统分散式产消者的能量共享方法具有重要意义。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种基于点对点平台的分散式产消者能量共享方法，用以实现区域综合能源系统之间的能量共享。
技术方案：本发明提出一种基于点对点平台的分散式产消者能量共享方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：以分布式能源产消者的收益最大为目标，建立点对点平台的能量共享模型；
步骤2：基于点对点平台的能量共享模型，求解点对点能量共享匹配过程；
步骤3：通过求解点对点能量共享匹配过程，得到生产者与消费者之间的能量共享方案，根据能量共享方案，计算网络收费并输出结果。
进一步的，所述步骤1建立点对点平台的能量共享模型为：点对点交易匹配过程将实现所有产消者收益最优作为目标，以此实现最优点对点能量共享策略，该模型包括目标函数、产消者约束和能量共享量约束3个部分；
1)目标函数
目标函数为最小化生产者成本与消费者收益的差值，具体目标函数如下：
Figure BDA0003188408040000021
式中：
Figure BDA0003188408040000022
为生产者成本函数，
Figure BDA0003188408040000023
为产消者η的售电量，
Figure BDA0003188408040000024
为消费者收益函数；
Figure BDA0003188408040000025
为产消者η的购电量，Ns为产消者中生产者对应的集合，Nb为产消者中消费者对应的集合；
2)产消者约束
生产者与消费者都满足出力或者购电量的限制，具体约束如下：
Figure BDA0003188408040000026
Figure BDA0003188408040000027
式中：
Figure BDA0003188408040000028
分别为生产者的售电量和消费者的购电量，
Figure BDA0003188408040000029
分别为售电量和购电量的上、下限；
3)能量共享量约束
一组完成匹配的能量共享ω的共享量应为生产者出力的总和，同时也应该是生产者购电量的总和，具体能量共享量模型如下：
Figure BDA00031884080400000210
Figure BDA00031884080400000211
Figure BDA00031884080400000212
式中：Tω为对应能量共享ω的共享量，Ω为能量共享匹配结果的集合，Ωη为与产消者η对应的能量共享匹配结果集合。Ns为产消者中生产者对应的集合，Nb为产消者中消费者对应的集合。
进一步的：所述步骤2基于点对点平台的能量共享模型，求解点对点能量共享匹配过程，该匹配过程具体包括如下步骤：
步骤1：初始化变量：
Figure BDA00031884080400000213
ω∈Ω，
Figure BDA00031884080400000214
式中：
Figure BDA0003188408040000031
分别为对应能量共享ω的购电侧b与售电侧s的边际价格，Λω为边际电价的集合；
步骤2：保存前一次购售电价格：
Figure BDA0003188408040000032
式中：
Figure BDA0003188408040000033
为保存前一次边际价格的集合；
步骤3：售电侧能量共享选择：
Figure BDA0003188408040000034
式中：
Figure BDA0003188408040000035
为点对点平台形成的一组新的能量共享匹配集合；
步骤4：购电侧能量共享选择：
Figure BDA0003188408040000036
步骤5：价格更新：如果
Figure BDA0003188408040000037
则
Figure BDA0003188408040000038
否则，
Figure BDA0003188408040000039
式中：Λρ为边际价格更新量；
步骤6：检查价格变化：
Figure BDA00031884080400000310
则输出；
步骤7：输出能量共享匹配结果：
Figure BDA00031884080400000311
式中：
Figure BDA00031884080400000312
为与能量共享ω相关的购电侧的能量共享匹配集合，
Figure BDA00031884080400000313
为与能量共享ω相关的售电侧的能量共享匹配集合。
进一步的，所述步骤3得到生产者与消费者之间的能量共享方案，计算网络收费，具体为：通过将网络使用费平分给买卖双方，这样一种平分收费的策略可以激励买卖双方平等地使用配电或配气网并从点对点能量共享中获益：
Figure BDA00031884080400000314
式中：
Figure BDA00031884080400000315
分别为对应能量共享ω的购电侧b与售电侧s的边际电价，
Figure BDA00031884080400000316
为能量共享ω的网络收费。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
本发明提出了一种基于点对点平台的分散式产消者能量共享方法，以实现分布式产消者之间进行直接的能量共享。点对点平台通过分散式方法，建立分布式产消者之间的匹配联系。此外，还引入了网络使用费来鼓励点对点能量共享，以提高分布式系统的整体性能。本发明能够基于点对点平台促进燃气轮机、电转气等电力与天然气耦合单元之间能够进行大量的点对点交互，提高了电力与天然气的协调性和多能源的灵活性。
附图说明
图1为区域综合能源系统结构图；
图2为点对点能量共享架构图；
图3为电力产消者与电转气能量共享结果图；
图4为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图介绍本发明的一个具体实施例。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明提出一种基于点对点平台的分散式产消者能量共享方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：以分布式能源产消者的收益最大为目标，建立点对点平台的能量共享模型；
步骤2：基于点对点平台的能量共享模型，求解点对点能量共享匹配过程；
步骤3：通过求解点对点能量共享匹配过程，得到生产者与消费者之间的能量共享方案，根据能量共享方案，计算网络收费并输出结果。
所述步骤1建立点对点平台的能量共享模型为：点对点交易匹配过程将实现所有产消者收益最优作为目标，以此实现最优点对点能量共享策略，该模型包括目标函数、产消者约束和能量共享量约束3个部分；
1)目标函数
目标函数为最小化生产者成本与消费者收益的差值，具体目标函数如下：
Figure BDA0003188408040000041
式中：
Figure BDA0003188408040000042
为生产者成本函数，
Figure BDA0003188408040000043
为产消者η的售电量，
Figure BDA0003188408040000044
为消费者收益函数；
Figure BDA0003188408040000045
为产消者η的购电量，Ns为产消者中生产者对应的集合，Nb为产消者中消费者对应的集合；
2)产消者约束
生产者与消费者都满足出力或者购电量的限制，具体约束如下：
Figure BDA0003188408040000046
Figure BDA0003188408040000047
式中：
Figure BDA0003188408040000051
分别为生产者的售电量和消费者的购电量，
Figure BDA0003188408040000052
分别为售电量和购电量的上、下限；
3)能量共享量约束
一组完成匹配的能量共享ω的共享量应为生产者出力的总和，同时也应该是生产者购电量的总和，具体能量共享量模型如下：
Figure BDA0003188408040000053
Figure BDA0003188408040000054
Figure BDA0003188408040000055
式中：Tω为对应能量共享ω的共享量，Ω为能量共享匹配结果的集合，Ωη为与产消者η对应的能量共享匹配结果集合。Ns为产消者中生产者对应的集合，Nb为产消者中消费者对应的集合。
所述步骤2基于点对点平台的能量共享模型，求解点对点能量共享匹配过程，该匹配过程具体包括如下步骤：
步骤1：初始化变量：
Figure BDA0003188408040000056
ω∈Ω，
Figure BDA0003188408040000057
式中：
Figure BDA0003188408040000058
分别为对应能量共享ω的购电侧b与售电侧s的边际价格，Λω为边际电价的集合；
步骤2：保存前一次购售电价格：
Figure BDA0003188408040000059
式中：
Figure BDA00031884080400000510
为保存前一次边际价格的集合；
步骤3：售电侧能量共享选择：
Figure BDA00031884080400000511
式中：
Figure BDA00031884080400000512
为点对点平台形成的一组新的能量共享匹配集合；
步骤4：购电侧能量共享选择：
Figure BDA00031884080400000513
步骤5：价格更新：如果
Figure BDA00031884080400000514
则
Figure BDA00031884080400000515
否则，
Figure BDA00031884080400000516
式中：Δρ为边际价格更新量；
步骤6：检查价格变化：
Figure BDA00031884080400000517
则输出；
步骤7：输出能量共享匹配结果：
Figure BDA0003188408040000061
式中：
Figure BDA0003188408040000062
为与能量共享ω相关的购电侧的能量共享匹配集合，
Figure BDA0003188408040000063
为与能量共享ω相关的售电侧的能量共享匹配集合。
所述步骤3得到生产者与消费者之间的能量共享方案，计算网络收费，具体为：通过将网络使用费平分给买卖双方，这样一种平分收费的策略可以激励买卖双方平等地使用配电或配气网并从点对点能量共享中获益：
Figure BDA0003188408040000064
式中：
Figure BDA0003188408040000065
分别为对应能量共享ω的购电侧b与售电侧s的边际电价，
Figure BDA0003188408040000066
为能量共享ω的网络收费。
下面以改进的区域综合能源系统为例介绍本发明，该区域综合能源系统为电力系统与天然气系统互联构成：
该区域综合能源系统中的配电系统配置了分布式光伏与燃气轮机以满足普通用户的电力需要，并进行电力点对点能量共享，同时配电网可以从电力系统节点1向上级电网购电。该区域综合能源系统中的天然气系统则配置了两个气源点与一台电转气装置，以满足天然气负荷需求，并进行点对点能量共享，具体结构如图1所示。
图2展示了一种混合的系统架构，该运营架构保留了一般用户，这些用户维持传统交易习惯，向综合能源运营中心购买电力或者天然气，同时这种架构也实现了独立运营商与用户之间进行直接的点对点能量共享，通过点对点平台将生产端与消费端进行匹配，并为它们设定电价或气价，由于点对点依赖于综合能源系统网络，所以无论是点对点能量共享的生产者还是消费者都需要向网络运行中心支付网络基础设施费用。
图3展示了不同电价场景下的点对点能量共享结果。图3(a)为高气价场景，图3(b)为低气价场景，可以看到，在高气价场景，燃气轮机与气源产消者的交易大幅降低，电力点对点能量共享更依赖其他一般电力产消者。燃气轮机作为综合能源系统耦合节点实现了不同能源系统之间的互联互补。
以上仿真结果验证了本发明所构模型有效性和实用性。说明通过该基于点对点平台的分散式能量共享方法，能够有效地为分布式资源之间实现能量共享，且能促进综合能源系统的多能互补，同时具有良好经济效益。

Claims (4)

1.一种基于点对点平台的分散式产消者能量共享方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：以分布式能源产消者的收益最大为目标，建立点对点平台的能量共享模型；
步骤2：基于点对点平台的能量共享模型，求解点对点能量共享匹配过程；
步骤3：通过求解点对点能量共享匹配过程，得到生产者与消费者之间的能量共享方案，根据能量共享方案，计算网络收费并输出结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于点对点平台的分散式产消者能量共享方法，其特征在于：所述步骤1建立点对点平台的能量共享模型为：点对点交易匹配过程将实现所有产消者收益最优作为目标，以此实现最优点对点能量共享策略，该模型包括目标函数、产消者约束和能量共享量约束3个部分；
1)目标函数
目标函数为最小化生产者成本与消费者收益的差值，具体目标函数如下：
Figure FDA0003188408030000011
式中：
Figure FDA0003188408030000012
为生产者成本函数，
Figure FDA0003188408030000013
为产消者η的售电量，
Figure FDA0003188408030000014
为消费者收益函数；
Figure FDA0003188408030000015
为产消者η的购电量，Ns为产消者中生产者对应的集合，Nb为产消者中消费者对应的集合；
2)产消者约束
生产者与消费者都满足出力或者购电量的限制，具体约束如下：
Figure FDA0003188408030000016
Figure FDA0003188408030000017
式中：
Figure FDA0003188408030000018
分别为生产者的售电量和消费者的购电量，
Figure FDA0003188408030000019
分别为售电量和购电量的上、下限；
3)能量共享量约束
一组完成匹配的能量共享ω的共享量应为生产者出力的总和，同时也应该是生产者购电量的总和，具体能量共享量模型如下：
Figure FDA00031884080300000110
Figure FDA00031884080300000111
Figure FDA00031884080300000112
式中，Tω为对应能量共享ω的共享量，Ω为能量共享匹配结果的集合，Ωη为与产消者η对应的能量共享匹配结果集合，Ns为产消者中生产者对应的集合，Nb为产消者中消费者对应的集合。
3.根据权利要求1所述的一种基于点对点平台的分散式产消者能量共享方法，其特征在于：所述步骤2基于点对点平台的能量共享模型，求解点对点能量共享匹配过程，该匹配过程具体包括如下步骤：
步骤1：初始化变量：
Figure FDA0003188408030000021
ω∈Ω，
Figure FDA0003188408030000022
式中：
Figure FDA0003188408030000023
分别为对应能量共享ω的购电侧b与售电侧s的边际价格，Λω为边际电价的集合；
步骤2：保存前一次购售电价格：
Figure FDA0003188408030000024
式中：
Figure FDA0003188408030000025
为保存前一次边际价格的集合；
步骤3：售电侧能量共享选择：
Figure FDA0003188408030000026
式中：
Figure FDA0003188408030000027
为点对点平台形成的一组新的能量共享匹配集合；
步骤4：购电侧能量共享选择：
Figure FDA0003188408030000028
步骤5：价格更新：如果
Figure FDA0003188408030000029
则
Figure FDA00031884080300000210
否则，
Figure FDA00031884080300000211
式中：Δρ为边际价格更新量；
步骤6：检查价格变化：
Figure FDA00031884080300000212
则输出；
步骤7：输出能量共享匹配结果：
Figure FDA00031884080300000213
式中：
Figure FDA00031884080300000214
为与能量共享ω相关的购电侧的能量共享匹配集合，
Figure FDA00031884080300000215
为与能量共享ω相关的售电侧的能量共享匹配集合。
4.根据权利要求1所述的一种基于点对点平台的分散式产消者能量共享方法，其特征在于：所述步骤3得到生产者与消费者之间的能量共享方案，计算网络收费，具体为：通过将网络使用费平分给买卖双方，这样一种平分收费的策略可以激励买卖双方平等地使用配电或配气网并从点对点能量共享中获益：
Figure FDA00031884080300000216
式中：
Figure FDA00031884080300000217
分别为对应能量共享ω的购电侧b与售电侧s的边际电价，
Figure FDA00031884080300000218
为能量共享ω的网络收费。
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