CN114117693A - 一种考虑住宅用户供热需求的社区综合能源系统双层优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑住宅用户供热需求的社区综合能源系统双层优化方法，包括集成住宅用户的社区综合能源系统双层优化模型和双层优化调度问题的求解，分为供给侧和需求侧两层构建了集成住宅用户的社区综合能源系统双层优化模型。其中上层包括：耦合上级能源系统和热电联产(combinedheatandpower,CHP)机组、热泵等能源设备的ICES运营商模型、集中供热网模型、配电网模型；下层包括：考虑住宅建筑用户蓄热特性的热负荷模型。该方法有效结合住宅建筑本身的蓄热特性，考虑用户的个性化采暖特点，在集中供热模式下激励住宅建筑用户的热需求响应调节，实现热能更经济的利用效果。
Description
技术领域
本发明涉及供热能源优化配置技术领域，具体为一种考虑住宅用户供热需求的社区综合能源系统双层优化方法。
背景技术
随着社会与经济的持续发展，人类的能源需求不断增长，其中，以楼宇建筑为代表的终端用能单元的能耗呈不断上升趋势。2020年《中国建筑节能年度发展研究报告》显示，我国楼宇建筑运行总能耗约占全社会能耗的23％。同时，随着我国城市化水平的不断提高以及产业结构的调整，该比例仍会继续增长。其中，楼宇建筑的采暖能耗在终端能耗总量中占据很大的比例。在我国，北方城镇集中供暖能耗占建筑总能耗的24.1％左右，而住宅建筑的供暖能耗在建筑采暖能耗中占比最大。因此，在节能减排和环保要求越来越高的形势下，需要选择合理的城市供热模式和运行方式，通过能耗量化管理，在保证供热效果的同时降低住宅建筑供热能耗。组成楼宇围护结构的材料具有良好的隔热和蓄热能力，用户可以利用建筑结构的蓄热特性，在确保舒适度的前提下调节供暖负荷，从而降低热能消耗和自身的用热成本。因此如何结合住宅建筑本身的蓄热特性，考虑用户的个性化采暖特点，在集中供热模式下激励住宅建筑用户的热需求响应调节，实现热能更经济的利用就成为本领域人员亟待解决的技术问题。
降低能耗不仅有赖于用户侧的用能模式，还需要考虑更合理的供能方式。社区综合能源系统(integrated community energy system，ICES)能将参与需求响应的分散用户集合起来，根据用户需求进行电、气、热各种能源形式的集中转换，在满足终端用户的能源需求的同时实现能源的经济高效利用，有望成为未来智慧城市供能方案的研究趋势。
在此背景下，ICES运营商成为了上级能源系统与参与能源需求响应的住宅建筑用户之间的桥梁，辅助上级能源系统管理需求侧负荷，实现整体社会价值的提高。然而，如果用户能通过参与需求响应来降低能耗和用能成本，就可以在调度决策中从被动的适从者转变成更积极的角色。因此，在ICES中，如何优化运行交易策略，实现运营商与用户之间的灵活互动，达到双方合作共赢、利益均衡的目标，就成为值得深入研究的课题。
现有技术中通过双层优化的方法确定了能够平衡公用事业公司和大型工业客户之间利益的最佳零售电价。在这个过程中，公用事业公司通过优化电价最大化其利润，大型工业客户利用需求响应能力调整电负荷最小化其用能成本。文献提出一种融合家庭柔性负荷管理和售电公司售电决策的优化模型，旨在利用家庭柔性负荷的储能特性来协调售用双方的利益，提高双方经济性。并且现有技术中构建了一个双层优化模型来处理综合能源系统服务商与电采暖用户之间的相互作用，研究表明该模型能够提高综合系统的总效益并降低用户的采暖费用，并在一定程度上促进了综合能源系统中风电的消纳。
上述研究在解决销售方和购买方的协同优化问题上多采用双层优化的方法，该方法为实现ICES中运营商和楼宇用户利益共赢的优化策略提供了诸多值得借鉴参考之处。然而，上述现有技术仅考虑了用户的电需求响应参与综合能源系统的优化调度，而用户的热需求响应未被考虑。事实上，我国冬季住宅建筑的采暖负荷在能源消耗总量中占据很大比例，进行采暖能耗量化管理对节能减排和用热经济性都有着重要的意义。此外，随着社区综合能源系统中能源交易机制的逐步完善和对用户热需求响应能力的挖掘，热价的定价机制的研究也需要被关注。另外，上述现有技术研究往往将需求侧的负荷约束在一定的范围内，忽略了需求响应行为的精细化建模(例如用能与用户的舒适度关系没有被充分考虑)，这使得优化结果的准确性还有待进一步提升。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种考虑住宅用户供热需求的社区综合能源系统双层优化方法，该方法包括集成住宅用户的社区综合能源系统双层优化模型和双层优化调度问题的求解，分为供给侧和需求侧两层构建了集成住宅用户的社区综合能源系统双层优化模型，有效结合住宅建筑本身的蓄热特性，考虑用户的个性化采暖特点，在集中供热模式下激励住宅建筑用户的热需求响应调节，实现热能更经济的利用效果。
一种考虑住宅用户供热需求的社区综合能源系统双层优化方法，包括以下步骤：
少骤1、通过双层优化方法中上层ICES运营商的优化目标函数和约束条件，求得ICES运营商从上级能源系统购买能源，经能源转换，向用户出售从而获益值；其中ICES运营商的优化目标为最大化其收益表达式如下：
中，
和
分别为t时段ICES运营商从上级能源系统购买的电能、天然气和热能；
和
分别为t时段运营商销售给用户的电、热能价格；
和
分别为t时段上级能源系统销售给运营商的电、气、热能价格；
和
分别为t时段用户的电、热负荷；N为用户的数量；考虑到热需求响应是一个较慢的过程，本章设定Δt＝1h，全天的时段数T＝24；由于本章只考虑供热系统的优化策略，因此上层优化变量为
和
上层问题的约束条件包括ICES的电/热功率平衡约束、设备的运行约束、运营商售热价格约束以及二次热网运行约束；
步骤2、通过双层优化方法中下层单个住宅建筑用户的优化目标函数和约束条件：求得住宅建筑用户从运营商处购能，并通过热需求响应调整用热策略以降低的用热成本；以单个用户为例，用户的优化目标为最小化其用能成本，其表达式如下：
式中，
和
分别为t时刻单个用户的电、热负荷；由于本章运营商不对电价做优化，因此常量
在数值上等于用户从上级能源系统购电的价格
且单个用户的电负荷也为常量；下层问题的优化变量为用户的热负荷；
下层问题的约束条件包括建筑的热平衡约束、室内舒适温度区间约束和散热器可调流量区间约束；
步骤3、首先，针对下层问题的等式和不等式约束设置对偶变量，并由下层问题的目标函数、约束条件以及相应的对偶变量构建拉格朗日函数：
式中，hj≥0为第j个不等式约束；βj为第j个不等式约束的对偶变量；gk＝0为第k个等式约束；λk为第k个等式约束的对偶变量；其中，墙体热平衡约束的对偶变量分别为λ1，t，λ2，t，λ3，t，λ4，t；室内热平衡约束的对偶变量为λ5，t；室内舒适温度约束的对偶变量为
散热器可调流量约束的对偶变量为
对上式中各个下层变量和对偶变量求偏导可以得到KKT条件中的平稳性条件：
将不等式约束写成KKT条件中的互补松弛条件：
至此，通过KKT条件将双层优化问题转化成单层目标问题，以便接下来的求解；
步骤4、使用线性求解器求解此类优化问题能够在一定程度上提升问题的求解效率，因此，下一步将从目标函数和约束条件两个方面对非线性优化问题进行线性化处理；
强对偶原理定义了线性问题的原始目标函数等价于其对偶问题的目标函数；由于下层目标函数是线性问题，因此可以应用强对偶原理改写下层问题的目标函数，从而将步骤1表达式中的非线性项线性化：
根据上式，目标函数中的非线性部分可以被替换；替换后的线性目标函数为
而且，步骤1中的约束条件包括ICES的电/热功率平衡约束、设备的运行约束、运营商售热价格约束以及二次热网运行约束，其表达式分别如下：
(1)ICES电/热功率平衡约束：
(2)ICES运营商设备的运行约束：
0≤Pt e≤Pe，max
0≤Pt g≤Pg，max
0≤Pt h≤Ph，max
0≤Pt hp≤Php，max
(3)ICES运营商售热价格约束：
在设置售热价格时，ICES运营商需要考虑用户的购买意愿以及自身的收益；为保证盈利，运营商制定的售热价格应高于其成本价；同时为了确保用户的购买意愿，运营商的售价均值不应高于用户与上级系统的交易均价：
式中，
和
分别为运营商在t时刻销售给用户热能价格的下限和上限；
为上级能源系统销售给用户的热能价格；
(4)二次热网运行约束：
对于供热网络中的每个节点，进入点的流量等于流出节点的流量：
AHDNmpipe＝mnode
式中，AHDN为二次热网的关联矩阵；mpipe和mnode分别为各个管道流量和节点流量矩阵；
为了防止管道振动，管道中热水的流量需要控制在一定范围内，即：
式中，
和
分别为管道1中热水流量的下限和上限；Npipe为管道数量；
水流沿管道摩擦产生管道压降，压降与水流量的平方成正比；为了热网的正常运行，节点压力也需要约束在一定的范围内：
pmin≤pn，t≤pmax
式中，pn，t为节点n在t时刻的压力；
表示管道特性，κ1、L1和d1分别为管道1的摩擦系数、长度和内壁管径；ρ为水的密度；Nnode为节点数量；pmin和Pmax分别为节点压力上下限值。
而且，步骤2中的约束条件包括建筑的热平衡约束、室内舒适温度区间约束和散热器可调流量区间约束，其表达式分别如下：
(1)住宅建筑的热平衡约束：
利用RC网络模型来构建单个制热区域的墙体热平衡和室内热平衡约束，如下所示：
(2)室内舒适温度区间约束：
为了保证用户的舒适度，室内温度应保持在舒适温度范围内，即：
式中，室内温度上下限Trmax和Trmin分别为24℃和22℃；
(3)散热器可调流量区间约束：
散热器电动调节阀的可调流量也应控制在一定范围内，即：
式中，mr，max和mr，min分别为调节阀可调容量的上限和下限，根据管道能够承受的压力、室内最大供热量等数值确定；
从目标函数中可以看出，上下两层的优化问题互相影响，故采用双层优化的方法来求解该优化问题；在下层用户做决策时，运营商制定的售热价格是固定的，因此下层问题可看作线性问题；在这种情况下，可选择使用KKT条件将下层优化问题的目标函数和约束条件转化为约束条件合并到上层模型中；这样就将双层优化模型转化为了单层的带有平衡约束的模型。
而且，步骤4完成后需对接下来对约束条件中的非线性问题进行线性化处理：
(1)线性化的互补松弛条件：
根据大M理论，可对KKT条件中的互补松弛条件表达式进行线性化处理：通过引入布尔变量
和足够大的常数M1和M2可将其进一步转化为下式：
(2)线性化的二次热网运行约束
二次热网水力约束的表达式中含有变量的平方项，造成了约束的非线性；故采用分段线性化的方法将二次热网水力约束的表达式线性化处理；
ICES的电/热功率平衡约束、设备的运行约束、运营商售热价格约束以及二次热网运行约束表达式中的非线性项是t时刻的管道l的流量
可以将其划分为Q段(“q∈Q”)在横坐标上表示出来，相应的纵坐标和斜率如下式所示：
进而，以一组线性方程式代替原始的非线性模型，如下式所示：
式中，
在数值上等于
是0-1变量，用来表示
的值是否在第q段上。
本发明的优点和技术效果是：
本发明的一种考虑住宅用户供热需求的社区综合能源系统双层优化方法，针对能源供给侧的灵活性，提出了耦合多种能源的ICES运营商模型。ICES运营商可以使用多种能量转换设备在不同的能源载体中为住宅建筑用户制定最优供热方案。同时，运营商可以优化售热价格，以激励用户的热需求响应，并引导用户优化用热，在降低用户成本的同时增大其收益。
本发明的一种考虑住宅用户供热需求的社区综合能源系统双层优化方法，针对能源需求侧的灵活性，提出了考虑建筑围护结构的蓄热特性的用户热需求响应模型。用户侧智能散热器根据运营商提供的售热价格进行流量调节，参与热需求响应，在确保用户舒适性的同时尽量降低用热成本。
本发明的一种考虑住宅用户供热需求的社区综合能源系统双层优化方法，针对供需双方的灵活互动能力，提出了社区综合能源系统双层优化模型。ICES运营商和用户均参与售热定价策略，用户的热需求响应影响运营商制定的售热价格，并进一步影响ICES运营商的能源购买计划。该优化方法提供了一种平衡的优化调度解决方案，可以实现运营商和用户双方形成决策互动，达到合作共赢、利益均衡的目标。
附图说明
图1为本发明中考虑用户用热灵活性的双层优化框架示意图；
图2为本发明中的住宅建筑RC网络模型图；
图3为本发明中的双层优化问题求解示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
ICES运营商和住宅建筑用户的交互关系如图1所示，ICES运营商位于上层，住宅建筑用户位于下层。ICES运营商和用户之间存在交互作用，两者的决策互相影响。图中红色，绿色和黑色的符号分别表示优化变量、因变量和固定参数。其中，因变量为热电联产机组(combined heat and power，CHP)产生的电功率(Pchp)和热功率(Hchp)以及热泵产生的热功率(Hhp)。ICES运营商从上级能源系统购买电、热、气能源的价格分别为CeUO、ChUO、CgUO。运营商通过优化电、热、气能源的购买功率(Pe，Ph，Pg)、热泵耗电功率(Php)和销售给用户的热价(ChOB)，来最大化其总收益。图中的热泵的热量来源既可以是CHP产生的电能，又可以是运营商从上级购买的电能。下层住宅建筑用户的散热器上安装有控制器，可以根据ICES运营商预发布的日前售热价格曲线调整散热器的流量，确定其供暖负荷(Ph，L)曲线，以最小化用户的用热成本。由此可见，运营商制定的售热价格指导用户的热需求响应，而用户的供暖负荷又影响运营商的能源购置策略和最终售热价格的制定。
步骤1、首先，介绍给出双层优化中上层ICES运营商的优化目标函数和约束条件：
ICES运营商从上级能源系统购买能源，经能源转换，向用户出售，从而获益。本文优化策略中ICES运营商的优化目标为最大化其收益，如式(1)所示：
式中，
和
分别为t时段ICES运营商从上级能源系统购买的电能、天然气和热能；
和
分别为t时段运营商销售给用户的电、热能价格；
和
分别为t时段上级能源系统销售给运营商的电、气、热能价格∶
和
分别为t时段用户的电、热负荷∶N为用户的数量。考虑到热需求响应是一个较慢的过程，本章设定Δt＝1h，全天的时段数T＝24。由于本章只考虑供热系统的优化策略，因此上层优化变量为
和
上层问题的约束条件包括ICES的电/热功率平衡约束、设备的运行约束、运营商售热价格约束以及二次热网运行约束。
(1)ICES电/热功率平衡约束
(2)ICES运营商设备的运行约束
0≤Pt e≤Pe，max (4)
0≤Pt g≤Pg，max (5)
0≤Pt h≤Ph，max (6)
0≤Pt hp≤Php，max (7)
(3)ICES运营商售热价格约束
在设置售热价格时，ICES运营商需要考虑用户的购买意愿以及自身的收益。为保证盈利，运营商制定的售热价格应高于其成本价，如式(8)所示。同时为了确保用户的购买意愿，运营商的售价均值不应高于用户与上级系统的交易均价，如式(9)所示：
式中，
和
分别为运营商在t时刻销售给用户热能价格的下限和上限[87]；
为上级能源系统(Upper energy systems)销售给用户(Building consumers)的热能价格。
(4)二次热网运行约束
对于供热网络中的每个节点，进入点的流量等于流出节点的流量[66]，如式(10)所示：
AHDNmpipe＝mnode (10)
式中，AHDN为二次热网的关联矩阵：mpipe和mnode分别为各个管道流量和节点流量矩阵。
为了防止管道振动，管道中热水的流量需要控制在一定范围内，即
式中，
和
分别为管道l中热水流量的下限和上限：Npipe为管道数量。
水流沿管道摩擦产生管道压降，压降与水流量的平方成正比，如式(12)所示。为了热网的正常运行，节点压力也需要约束在一定的范围内，如式(13)所示：
pmin≤pn，t≤pmax (13)
式中，pn，t为节点n在t时刻的压力；
表示管道特性，κ1、L1和d1分别为管道l的摩擦系数、长度和内壁管径；ρ为水的密度；Nnode为节点数量：pmin和Pmax分别为节点压力上下限值。
步骤2、其次，介绍给出双层优化中下层单个住宅建筑用户的优化目标函数和约束条件：
住宅建筑用户从运营商处购能，并通过热需求响应调整用热策略以降低用热成本。以单个用户为例，用户的优化目标为最小化其用能成本，如式(3-4)所示：
式中，
和
分别为t时刻单个用户的电、热负荷。由于本章运营商不对电价做优化，因此常量
在数值上等于用户从上级能源系统购电的价格
且单个用户的电负荷也为常量。下层问题的优化变量为用户的热负荷。
下层问题的约束条件包括建筑的热平衡约束、室内舒适温度区间约束和散热器可调流量区间约束。
(1)住宅建筑的热平衡约束
利用图2所示的RC网络模型来构建单个制热区域的墙体热平衡和室内热平衡约束，如下所示：
(2)室内舒适温度区间约束
为了保证用户的舒适度，室内温度应保持在舒适温度范围内，即
式中，室内温度上下限Trmax和Trmin分别为24℃和22℃。
(3)散热器可调流量区间约束
散热器电动调节阀的可调流量也应控制在一定范围内，即
式中，mr，max和mr，min分别为调节阀可调容量的上限和下限，根据管道能够承受的压力、室内最大供热量等数值确定[64]。
从目标函数中可以看出，上下两层的优化问题互相影响，本发明采用双层优化的方法来求解该优化问题。在下层用户做决策时，运营商制定的售热价格是固定的，因此下层问题可看作线性问题。在这种情况下，可以选择使用KKT条件将下层优化问题的目标函数和约束条件转化为约束条件合并到上层模型中。这样就将双层优化模型转化为了单层的带有平衡约束的模型。
步骤3、首先，针对下层问题的等式和不等式约束设置对偶变量，并由下层问题的目标函数、约束条件以及相应的对偶变量构建拉格朗日函数：
式中，hj≥0为第j个不等式约束；βj为第j个不等式约束的对偶变量；gk＝0为第k个等式约束；λk为第k个等式约束的对偶变量。其中，墙体热平衡约束(15)的对偶变量分别为λ1，t，λ2，y，λ3，t，λ4，t；室内热平衡约束(16)的对偶变量为λ5，t：室内舒适温度约束(17)的对偶变量为
散热器可调流量约束(18)的对偶变量为
对公式(19)中各个下层变量和对偶变量求偏导可以得到KKT条件中的平稳性条件如式(20)-(22)所示：
将不等式约束写成KKT条件中的互补松弛条件，如式(23)-(24)所示：
对于对偶变量λ1，t，λ2，t，λ3，t，λ4，t和λ5，t求偏导转化后的KKT条件与式(15)和(16)相同，此处不再重复。
至此，通过KKT条件将双层优化问题转化成单层目标问题，以便接下来的求解。
步骤4、使用线性求解器求解此类优化问题能够在一定程度上提升问题的求解效率，因此，下一步将从目标函数和约束条件两个方面对非线性优化问题进行线性化处理。
强对偶原理定义了线性问题的原始目标函数等价于其对偶问题的目标函数。由于下层目标函数是线性问题，因此可以应用强对偶原理改写下层问题的目标函数，从而将公式(I)中的非线性项线性化。对偶问题和原始问题的目标函数之间的关系可以用式(25)描述：
根据公式(25)，目标函数(1)中的非线性部分可以被替换。替换后的线性目标函数为
接下来对约束条件中的非线性问题进行线性化处理。
(1)线性化的互补松弛条件
根据大M理论(fortuny-amat McCarl linearization technique)[91-92]，可将式(23)和式(24)线性化处理：通过引入布尔变量
和足够大的常数M1和M2可将其进一步转化为式(27)-(34)。
(2)线性化的二次热网运行约束
二次热网水力约束中的公式(12)中含有变量的平方项，造成了约束的非线性。本发明选择采用分段线性化的方法将公式(12)线性化处理。
公式(2-12)的非线性项是t时刻的管道l的流量
可以将其划分为Q段(“q∈Q”)在横坐标上表示出来，相应的纵坐标和斜率如式(35)和(36)所示：
进而，以一组线性方程式代替原始的非线性模型，如式(37)-(39)所示：
式中，
在数值上等于
是0-1变量，用来表示
的值是否在第q段上。
基于MATLAB-YALMIP协同仿真平台，上述模型可以通过CPLEX求解。该双层问题的求解示意图如图3所示。
最后，本发明的未述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种考虑住宅用户供热需求的社区综合能源系统双层优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、通过双层优化方法中上层ICES运营商的优化目标函数和约束条件，求得ICES运营商从上级能源系统购买能源，经能源转换，向用户出售从而获益值；其中ICES运营商的优化目标为最大化其收益表达式如下：
中，
和
分别为t时段ICES运营商从上级能源系统购买的电能、天然气和热能；
和
分别为t时段运营商销售给用户的电、热能价格；
和
分别为t时段上级能源系统销售给运营商的电、气、热能价格；
和
分别为t时段用户的电、热负荷；N为用户的数量；考虑到热需求响应是一个较慢的过程，本章设定Δt＝1h，全天的时段数T＝24；由于本章只考虑供热系统的优化策略，因此上层优化变量为
和
上层问题的约束条件包括ICES的电/热功率平衡约束、设备的运行约束、运营商售热价格约束以及二次热网运行约束；
步骤2、通过双层优化方法中下层单个住宅建筑用户的优化目标函数和约束条件：求得住宅建筑用户从运营商处购能，并通过热需求响应调整用热策略以降低的用热成本；以单个用户为例，用户的优化目标为最小化其用能成本，其表达式如下：
式中，
和
分别为t时刻单个用户的电、热负荷；由于本章运营商不对电价做优化，因此常量
在数值上等于用户从上级能源系统购电的价格
且单个用户的电负荷也为常量；下层问题的优化变量为用户的热负荷；
下层问题的约束条件包括建筑的热平衡约束、室内舒适温度区间约束和散热器可调流量区间约束；
步骤3、首先，针对下层问题的等式和不等式约束设置对偶变量，并由下层问题的目标函数、约束条件以及相应的对偶变量构建拉格朗日函数：
式中，hj≥0为第j个不等式约束；βj为第j个不等式约束的对偶变量；gk＝0为第k个等式约束；λk为第k个等式约束的对偶变量；其中，墙体热平衡约束的对偶变量分别为λ1,t,λ2,t,λ3,t,λ4,t；室内热平衡约束的对偶变量为λ5,t；室内舒适温度约束的对偶变量为
散热器可调流量约束的对偶变量为
对上式中各个下层变量和对偶变量求偏导可以得到KKT条件中的平稳性条件：
将不等式约束写成KKT条件中的互补松弛条件：
至此，通过KKT条件将双层优化问题转化成单层目标问题，以便接下来的求解；
步骤4、使用线性求解器求解此类优化问题能够在一定程度上提升问题的求解效率，因此，下一步将从目标函数和约束条件两个方面对非线性优化问题进行线性化处理；
强对偶原理定义了线性问题的原始目标函数等价于其对偶问题的目标函数；由于下层目标函数是线性问题，因此可以应用强对偶原理改写下层问题的目标函数，从而将步骤1表达式中的非线性项线性化：
根据上式，目标函数中的非线性部分可以被替换；替换后的线性目标函数为
2.根据权利要求1所述的一种考虑住宅用户供热需求的社区综合能源系统双层优化方法，其特征在于：所述步骤1中的约束条件包括ICES的电/热功率平衡约束、设备的运行约束、运营商售热价格约束以及二次热网运行约束，其表达式分别如下：
(1)ICES电/热功率平衡约束：
(2)ICES运营商设备的运行约束：
0≤Pt e≤Pe,max
0≤Pt g≤Pg,max
0≤Pt h≤Ph,max
0≤Pt hp≤Php,max
(3)ICES运营商售热价格约束：
在设置售热价格时，ICES运营商需要考虑用户的购买意愿以及自身的收益；为保证盈利，运营商制定的售热价格应高于其成本价；同时为了确保用户的购买意愿，运营商的售价均值不应高于用户与上级系统的交易均价：
式中，
和
分别为运营商在t时刻销售给用户热能价格的下限和上限；
为上级能源系统销售给用户的热能价格；
(4)二次热网运行约束：
对于供热网络中的每个节点，进入点的流量等于流出节点的流量：
AHDNmpipe＝mnode
式中，AHDN为二次热网的关联矩阵；mpipe和mnode分别为各个管道流量和节点流量矩阵；
为了防止管道振动，管道中热水的流量需要控制在一定范围内，即：
式中，
和
分别为管道1中热水流量的下限和上限；Npipe为管道数量；
水流沿管道摩擦产生管道压降，压降与水流量的平方成正比；为了热网的正常运行，节点压力也需要约束在一定的范围内：
pmin≤pn,t≤pmax
式中，pn,t为节点n在t时刻的压力；
表示管道特性，κl、Ll和dl分别为管道l的摩擦系数、长度和内壁管径；ρ为水的密度；Nnode为节点数量；pmin和Pmax分别为节点压力上下限值。
3.根据权利要求1所述的一种考虑住宅用户供热需求的社区综合能源系统双层优化方法，其特征在于：所述步骤2中的约束条件包括建筑的热平衡约束、室内舒适温度区间约束和散热器可调流量区间约束，其表达式分别如下：
(1)住宅建筑的热平衡约束：
利用RC网络模型来构建单个制热区域的墙体热平衡和室内热平衡约束，如下所示：
(2)室内舒适温度区间约束：
为了保证用户的舒适度，室内温度应保持在舒适温度范围内，即：
式中，室内温度上下限Trmax和Trmin分别为24℃和22℃；
(3)散热器可调流量区间约束：
散热器电动调节阀的可调流量也应控制在一定范围内，即：
式中，mr,max和mr,min分别为调节阀可调容量的上限和下限，根据管道能够承受的压力、室内最大供热量等数值确定；
从目标函数中可以看出，上下两层的优化问题互相影响，故采用双层优化的方法来求解该优化问题；在下层用户做决策时，运营商制定的售热价格是固定的，因此下层问题可看作线性问题；在这种情况下，可选择使用KKT条件将下层优化问题的目标函数和约束条件转化为约束条件合并到上层模型中；这样就将双层优化模型转化为了单层的带有平衡约束的模型。
4.根据权利要求1所述的一种考虑住宅用户供热需求的社区综合能源系统双层优化方法，其特征在于：所述步骤4完成后需对接下来对约束条件中的非线性问题进行线性化处理：
(1)线性化的互补松弛条件：
根据大M理论，可对KKT条件中的互补松弛条件表达式进行线性化处理：通过引入布尔变量
和足够大的常数M1和M2可将其进一步转化为下式：
(2)线性化的二次热网运行约束
二次热网水力约束的表达式中含有变量的平方项，造成了约束的非线性；故采用分段线性化的方法将二次热网水力约束的表达式线性化处理；
ICES的电/热功率平衡约束、设备的运行约束、运营商售热价格约束以及二次热网运行约束表达式中的非线性项是t时刻的管道l的流量
可以将其划分为Q段(“q∈Q”)在横坐标上表示出来，相应的纵坐标和斜率如下式所示：
进而，以一组线性方程式代替原始的非线性模型，如下式所示：
式中，
在数值上等于
是0-1变量，用来表示
的值是否在第q段上。
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