CN115082235B - 一种虚拟能源站内部多能共享的交易方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种虚拟能源站内部多能共享的交易方法及系统，涉及能源系统优化运行领域。该虚拟能源站内部多能共享的交易系统包括：控制终端、协调器以及虚拟能源站管理平台，所述控制终端用于监测设备运行参数并将参数上传至其中一个所述协调器；所述虚拟能源站管理平台用于获取市场价格信息和用户移动终端设置的可调节范围，并下发至所述协调器，其中一个所述协调器依据接收到的参数和其他所述协调器的交易参数进行设备出力计算，将出力控制下发至控制终端，以虚拟能源内部用户间多能共享交易为驱动对各用户的运行方式进行优化，并采用掺氢方式降低天然气购气成本，减少环境污染，助力各用户系统经济低碳运行。
Description
技术领域
本发明涉及能源系统优化运行技术领域，具体为一种虚拟能源站内部多能共享的交易方法及系统。
背景技术
为实现“双碳”战略目标，构建新型电力系统，新能源将成为未来发电主体，特别是分布式电源的发展，用户侧从消费者向产消者转变，可交易能源市场逐渐成为一种新型市场。为应对新能源渗透率带来的波动性，横向推动多种能源方式协调运行、纵向促进源网荷储协同互动。整合负荷侧资源的主体将由单一负荷聚合商和虚拟电厂转变为综合负荷聚合商和虚拟能源站，负荷侧参与的市场也将由单一的电力市场拓展到多能源市场。电转氢技术可将过剩的电能转换为清洁的氢能，在天然气中混入一定比例的氢气可降低燃气使用设备的碳排放。如何基于聚合商实现负荷侧用户间电、气、氢等多能源共享，提高系统运行经济型，降低碳排放。综上来看，亟需一种可以促进多种能源就近消纳的技术方案，以通过优化利用现有能源来降低运行成本，减少碳排放。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种虚拟能源站内部多能共享的交易方法及系统，以虚拟能源内部用户间多能共享交易为驱动对各用户的运行方式进行优化，并采用掺氢方式降低天然气购气成本，减少环境污染，助力各用户系统经济低碳运行。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一方面，提供了一种虚拟能源站内部多能共享的交易系统，该系统包括控制终端、协调器以及虚拟能源站管理平台；
所述控制终端用于监测设备运行参数并将参数上传至其中一个所述协调器；
所述虚拟能源站管理平台用于获取市场价格信息和用户移动终端设置的可调节范围，并下发至所述协调器；
其中一个所述协调器依据接收到的参数和其他所述协调器的交易参数进行设备出力计算，将出力控制下发至控制终端，将交易结果上传至虚拟能源站管理平台；
所述控制终端依据协调器下发的控制指令对设备运行功率进行调节；
所述虚拟能源站管理平台依据所述协调器上传的交易结果上传至电力系统和天然气系统进行安全校核并进行交易结算。
所述虚拟能源站管理平台通过平台交互通知用户在移动终端进行支付。
优选的，所述控制终端监测的参数包括：设备运行功率和采暖用户室内温度。
优选的，所述虚拟能源站管理平台获取的用户通过移动终端设置的可调范围包括：
电负荷的可削减时段和最大可削减功率、采暖房间内每个时段允许的最低温度和最高温度。
优选的，所述协调器以用户运行成本最小为目标进行本地优化计算，且所述协调器之间进行交易价格和交易功率信息交互。
优选的，所述虚拟能源站管理平台依据所述协调器上传的交易结果，对各用户各类费用进行汇总，基于交互模块将支付结果推送给用户，由用户在移动终端进行支付。
又一方面，提供了一种虚拟能源站内部多能共享的交易方法，该方法包括：
运行模型构建，以虚拟能源站内部多能共享交易的目标函数为各用户运行成本最小化；
纳什议价模型转换，通过纳什议价模型对所提模型进行转换求解；
分布式求解，通过各用户的协调器交互少量的功率和价格信息，通过目标级联分析法进行交互迭代实现分布式求解以为保证用户的隐私性。
优选的，所述运行模型构建，以虚拟能源站内部多能共享交易的目标函数为各用户运行成本最小化的计算公式为：
其中，下标i表示虚拟能源站内部用户编号。为用户与虚拟能源站之间购能成本，/>为与其他用户之间的P2P交易成本，/>为与其他用户间进行电能P2P交易产生的网络传输费用，/>为采用需求响应带来的成本。
优选的，所述纳什议价模型转换具体包括：
将所提虚拟能源站优化运行模型表示为基于纳什议价的合作博弈模型，其表达式为
其中，各用户为纳什议价的局中人；为用户参与合作博弈的成本，局中人的议价策略为/>相关约束共同构成了议价策略的集合，即策略空间；/>为非合作博弈时各用户求得的最优成本，同时也作为合作博弈中纳什议价的谈判破裂点；/>为局中人通过合作博弈获得的支付效益；
将上述公式转换为
式中，为用户i参与议价交易的最优成本；
由于为不考虑合作时的最优成本，是一个常数，则将目标函数转化为用户购能成本最小化问题
在用户购能成本最小化子问题中求解得最优解且/>为常量，将优化后变量代回到纳什议价模型中，得到支付效益最大化子问题
优选的，所述分布式求解具体包括：
对用户i购能成本最小化子问题求解时，其目标函数是求的最小值，由于用户之间的交易量作为耦合变量，记/>在求解时需满足z代表交易的能源种类，构造增广拉格朗日函数形式
其中，和/>分别为购能成本最小化子问题的拉格朗日罚函数一次项与二次项的乘子；
每个用户协调器通过本地计算更新交易能量策略，令k表示迭代次数，在每次迭代中用户协调器i更新其决策即
其他用户协调器j接收到更新后的决策信息以更新其决策即
一轮迭代后，更新拉格朗日乘子，即
为保证收敛，α一般为大于等于1的数；
更新迭代次数k＝k+1；
判断算法收敛情况
其中，ε1和δ1分别为购能成本最小化子问题原始残差和对偶残差收敛设定值。
优选的，所述购能成本最小化子问题解决后，基于求解结果计算支付效益最大化子问题，其计算步骤为：
在支付效益最大化子问题中，用户间能量交易价格为耦合变量，记需满足/>构建增广拉格朗日函数为
其中，和/>分别为支付效益最大化子问题拉格朗日罚函数一次项与二次项的乘子；
每个用户协调器通过本地计算更新交易价格策略，令s表示迭代次数，在每次迭代中用户i更新其决策即
其他用户协调器j接收到更新后的决策信息以更新其决策/>即
重复计算上述两式，直到每个用户协调器在当次迭代中都更新其交易价格策略；
更新拉格朗日乘子
其中，β为大于等于1的数；
更新迭代次数s＝s+1；
判断算法收敛情况
其中，ε2和δ2分别为支付效益最大化子问题原始残差和对偶残差收敛设定值。
(三)有益效果
(1)本发明一种虚拟能源站内部多能共享的交易方法及系统，虚拟能源站调用和交易的是现有资源，可实现能量的就近消纳和资源的充分利用
(2)本发明一种虚拟能源站内部多能共享的交易方法及系统，虚拟能源站内部多能共享交易可使用户的运行成本降低，实现整体社会福利最大化
(3)本发明一种虚拟能源站内部多能共享的交易方法及系统，基于电转氢(P2H)装置产生的氢气在燃气轮机和燃气锅炉内进行掺氢，可降低天然气的购气成本，同时降低CO2的排放
(4)本发明一种虚拟能源站内部多能共享的交易方法及系统，协调器计算模块采用纳什议价模型进行求解，可以在保证个体理性和帕累托最优前提下获得各方最优解，从而激励用户参与交易。
(5)本发明一种虚拟能源站内部多能共享的交易方法及系统，通过协调器间少量交易价格和功率信息交互，采用目标级联法进行迭代求解，可以保障用户的隐私性。
附图说明
图1为本发明虚拟能源站多能共享交易的系统架构示意图；
图2为本发明虚拟能源站的构建与运营示意图；
图3为本发明虚拟能源站在电力系统和天然气系统内的拓扑架构示意图；
图4为本发明示例性应用场景示意图；
图5为本发明虚拟能源站内部多能共享交易系统的详细结构示意图；
图6为本发明控制终端的架构示意图；
图7为本发明协调器的架构示意图。
图8为本发明用户优化求解流程图。
图9为本发明虚拟能源站管理平台的架构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，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
如图1所示，为本发明提供的虚拟能源站内部多能共享的交易系统，该系统包括：控制终端、协调器及虚拟能源站管理平台；其中，所述控制终端用于监测设备运行参数并上传至相应的协调器；
所述虚拟能源站管理平台用于获取市场价格信息和用户移动终端设置的可调节范围，并下发至协调器；
所述协调器依据接收到的参数和其他协调器的交易参数进行设备出力计算，将出力控制下发至控制终端，将交易结果上传至虚拟能源站管理平台；
所述控制终端依据协调器下发的控制指令对设备运行功率进行调节；
所述虚拟能源站管理平台依据协调器上传的交易结果上传至电力系统和天然气系统进行安全校核并进行交易结算；
所述虚拟能源站管理平台通过平台交互通知用户在移动终端进行支付。
如图2所示，包括：资源聚合、外部交易及内部交易：其中，
所述资源聚合为将具备调节资源的节点聚合在一构建虚拟能源站，资源包括分布式电源、可调节电/热/气负荷、电/热/气储能以及各种能源转换设备等；
所述外部交易为虚拟能源站负责在电力和天然气批发市场购买电和天然气，并对内部用户进行售能服务，同时收购用户富余的能量参与外部市场进行交易；
所述内部交易为虚拟能源站内部用户通过调节自身运行状态，允许用户间进行电、气氢等能量的P2P交易。
如图3所示，对具备调节能力的资源节点进行聚合构建虚拟能源站。
如图4所示，该系统由控制终端、协调器和虚拟能源站管理平台构成，其中：
控制终端安装于虚拟能源站内部用户所有可调节设备处，用于监测设备的运行状态和对设备进行功率控制；
协调器每个用户安装一个，用于接收控制终端上传的运行参数，并依据计算结果对控制终端下发控制指令，控制终端与协调器之间可通过R485线进行连接；
不同用户间协调器通过交互交易量和价格等少量信息实现用户间的P2P 交易，各协调器间可以通过4G/5G通信连接；
各协调器与虚拟能源站管理平台之间可以通过4G/5G通信连接，虚拟能源站管理平台向各协调器下发市场价格信号和用户设置信息，接收协调器的最终计算结果进行交易金额计算，与外部市场进行交易结算，与用户进行结算交互。
如图5所示，控制终端由检测模块、通讯模块及控制模块构成；协调器由计算模块、通讯模块和存储模块构成，其中通讯模块分为横向区和纵向区；虚拟能源站管理平台由计算模块、通讯模块、交易模块、交互模块和存储模块构成。
如图6-图9所示，对本发明示例性实施方式的虚拟能源站内部用户多能共享交易系统进行详细介绍：
控制终端，参考图6，为控制终端的架构示意图，如图6所示，控制终端包括：监测模块、通讯模块和控制模块。其中，监测模块，用于监测各设备的运行功率、采暖用户室内温度；通讯模块，为控制终端和协调器进行信息交互的区域，控制终端将监测到的设备运行功率和采暖用户室内温度上传至协调器；同时接收来自于上级协调器下发的控制指令；控制模块，通讯模块将接收到的控制指令传递给控制模块，控制模块根据指定对各设备进行功率调整。
协调器，参考图7，为协调器的架构示意图。如图7所示，协调器包括：通讯模块、计算模块和存储模块。
其中，通讯模块分为纵向区和横向区两个区域，其中纵向区分为“与下级控制终端信息交互”和“与虚拟能源站管理平台信息交互”两部分，横向区为多个用户协调器间的信息交互：
接收控制终端上传的监测数据，同时对控制终端下发调节控制指令；
接收虚拟能源站管理平台下发的市场价格数据和用户设置的可调节参数信息，向平台上传用户最终的交易计划；
接收其他用户协调器的交易量和交易价格信息，向其他用户协调器发送交易量和交易价格信息。
计算模块包括：用户成本模型，虚拟能源站内部多能共享交易的目标函数为各用户运行成本最小化，即：
式中，下标i表示虚拟能源站内部用户编号。为用户与虚拟能源站之间购能成本，/>为与其他用户之间的P2P交易成本，/>为与其他用户间进行电能P2P交易产生的网络传输费用，/>为采用需求响应带来的成本。
其中，模型目标函数中各项内容的具体计算方法如下：
式中，下标t表示时间段。和/>分别为用户与虚拟能源站之间的购电和售电价格，/>为用户与虚拟能源站间的购气价格；/>和/>分别为用户与虚拟能源站间的购电和售电量，/>为用户与虚拟能源站间的购气量；/> 和/>分别为用户i与用户j间的电能、天然气和氢气交易价格；/>和/>分别为用户i与用户j间的电能、天然气和氢气交易量；/>和/>为电能和天然气交易对象间单位能量传输的网络费用，由交易双方均摊；λe,i和λh,i分别为削减单位电负荷和热负荷的成本，/>和/>分别为削减电负荷和热负荷。
其约束条件包括：
(1)燃气轮机运行约束
式中，为进入燃气轮机气体的热值；/>为微燃机的效率；/>为微燃机的气耗量；/>和/>分别为微燃机电功率的出力上下限；/>为微燃机的开机状态变量。
(2)余热锅炉运行约束
余热锅炉利用微燃机发电时排出的高温烟气进行制热，其表达式为
式中，为余热锅炉制热功率；/>为余热锅炉的制热效率；/>为余热锅炉的烟气余热回收效率；/>为散热损失效率；/>和/>分别为余热锅炉功率上下限。
(3)燃气锅炉运行约束
式中，为进入燃气锅炉气体的热值；/>为燃气锅炉效率；/>为燃气锅炉的输入天然气量；/>为燃气锅炉输出的热功率；/>燃气锅炉输出的热功率上限。
(4)电转氢运行约束
在电价低谷期，配备电转氢装置的主体可将富余电能转化为氢气进行使用，或出售给其他主体，其运行约束为
式中，LH为氢气的热值；为电转氢装置效率；/>为电转氢装置的输入电功率；/>为电转氢产生的氢气量；/>为电转氢装置的运行功率上限。
(5)电转气运行约束
在电转氢的基础上通过甲烷化可将多余的氢转化为天然气，其整体运行约束可表示为
式中，Lgas为天然气的热值；为电转气装置效率；/>为电转气装置的输入电功率；/>为电转气产生的氢气量；/>为电转气装置的运行功率上限。
(6)天然气掺氢约束
输入燃气轮机和燃气锅炉的天然气中可以混入一定比例的氢气，从而降低二氧化碳的排放，天然气的掺氢比例应满足一定的约束
式中，和/>分别为输入燃气轮机气体中天然气和氢气的量，/>为输入燃气轮机气体中氢气的占比，/>为燃气轮机允许的最大掺氢比例；/>和/>分别为输入燃气锅炉气体中天然气和氢气的量，/>为输入燃气锅炉气体中氢气的占比，/>为燃气锅炉允许的最大掺氢比例。
(7)分布式新能源发电约束
式中，和/>分别为光伏和风电的发电输出功率；/>和/>分别为光伏和风电发电的预测值上限。
(8)配电网潮流约束
虚拟能源站内各节点用户i应满足配电网潮流约束
式中，Pij,t和Qij,t为配网节点i流向节点j的有功和无功功率；rij和xij分别为节点i和j之间线路的电阻和电抗；Pj,t和Qj,t分别为节点j流入的有功功率和无功功率；u(j)为功率流向节点j的节点集合；v(j)为节点j功率流向的节点的集合。
(9)节点电压约束
配网中虚拟能源站各节点用户i的电压应满足如下约束
式中，Ui,t为节点i的电压；和/>分别为节点i电压幅值的下限和上限。
(10)线路传输功率约束
-Pl max≤Pl 0(t)≤Pl max
式中，Pl max为线路l传输功率的最大值。
(11)天然气网络的约束为：
式中，qnm,t为天然气管道节点m到节点n的流量；Kr为管道系数；smn表示管道中流量的方向，由节点m到节点n时取值为1，反之为-1；为节点 m与节点n间压力的平方差；/>为天然气气管道的最大传输功率。
(12)P2P交易约束
对于任意时段t，用户i向用户j的售出功率等于用户j向用户i的购买功率，即
用户之间进行电能或天然气的P2P交易需向配电网或配气网运营商支付网络使用费，能够促进用户间就近开展P2P交易，降低网络阻塞的风险，进行P2P交易时其网络费用计算公式为
式中，和/>分别为配电网运营商和配气网运营商设定的单位距离传输费用；为交易对象间的电气距离，由网架结构决定；/>为交易对象间的气网距离。
(13)功率平衡约束
式中，和/>分别为用户的电、气和热负荷。
(14)综合需求响应约束
A.可削减电负荷满足如下约束
式中，为可削减电负荷上限。
B.可调节热负荷
采暖热负荷作为热负荷需求响应的主要资源，采用一阶ETP模型对其热动态模型进行描述，则室内温度变化可表示为
式中，为供热负荷；Ci和Ri分别为建筑物的热容和热阻；/>和/>分别为室内和室外温度。
为满足室内人员供热舒适度，室内温度应满足
式中，和/>分别为舒适度允许的室内最低和最高温度。
则热负荷响应量表示为
式中，为初始供热负荷。
(15)用户与虚拟能源站的购售电约束
式中，x⊥y表示x与y中至多有一个可以严格大于0。
纳什议价模型，通过纳什议价模型对所提模型进行转换求解，其原理为：
步骤1、将所提虚拟能源站优化运行模型表示为基于纳什议价的合作博弈模型，其表达式为
式中，各用户为纳什议价的局中人；为用户参与合作博弈的成本，局中人的议价策略为/>相关约束共同构成了议价策略的集合，即策略空间；/>为非合作博弈时各用户求得的最优成本，同时也作为合作博弈中纳什议价的谈判破裂点。/>为局中人通过合作博弈获得的支付效益。通过求解问题的均衡解，用户可以求解出最优的议价交易策略，实现成本的最小化。
步骤2、问题转换
因为上式中同时将交易量与交易价格作为优化变量，是一个非线性优化问题，可将其转换为购能成本最小化子问题与支付效益最大化子问题，通过顺序优化，易于求解获取原问题的最优解。根据算术-几何均值不等式，当上式取得最大值时需满足：
式中，为用户i参与议价交易的最优成本。
由P2P交易约束可知，累加过程中用户间的交易成本相互抵消，令则目标函数可转化为
由于为不考虑合作时的最优成本，是一个常数，则将目标函数转化为用户购能成本最小化问题：
对此问题进行求解，得到用户的运行策略，求解得到优化后的变量。
由于在用户购能成本最小化子问题中已经求解了最优解且/>为常量，将优化后变量代回到纳什议价模型中，得到支付效益最大化子问题：
计算流程，参考图8，为保证用户的隐私性，本申请通过各用户的协调器交互少量的功率和价格信息，通过目标级联分析法进行交互迭代实现分布式求解。如图8所示，以用户i为例，其计算步骤为：
步骤S101：构建用户购能成本最小化问题的增广拉格朗日函数。
对用户购能成本最小化子问题求解时，其目标函数是求的最小值，由于用户之间的交易量作为耦合变量，记/>在求解时需满足/>z代表交易的能源种类，可以构造增广拉格朗日函数形式如下：
式中，和/>分别为购能成本最小化子问题的拉格朗日罚函数一次项与二次项的乘子。
步骤S102：每个用户协调器通过本地计算更新交易能量策略，令k表示迭代次数，在每次迭代中用户协调器i通过下式更新其决策
其他用户协调器j接收到更新后的决策信息以更新其决策
重复计算上述两式，直到每个用户协调器在当次迭代中都更新其交易能量策略。
步骤S103：一轮迭代后，按下式更新拉格朗日乘子。
为保证收敛，α一般为大于等于1的数。
步骤S104：更新迭代次数k＝k+1。
步骤S104：判断算法收敛情况。
式中，ε1和δ1分别为购能成本最小化子问题原始残差和对偶残差收敛设定值。如果上式满足，则迭代终止，否则返回步骤S102进入下一轮迭代，直至满足收敛条件或达到设定的最大迭代次数。
在完成购能成本最小化子问题后，基于求解结果计算支付效益最大化子问题，其计算步骤为：
步骤S201：构建支付效益最大化子问题的增广拉格朗日函数。
在支付效益最大化子问题中，用户间能量交易价格为耦合变量，记需满足/>因此可构建增广拉格朗日函数如下式所示：/>
式中，和/>分别为支付效益最大化子问题拉格朗日罚函数一次项与二次项的乘子。
步骤S202：每个用户协调器通过本地计算更新交易价格策略，令s表示迭代次数，在每次迭代中用户i通过下式更新其决策
其他用户协调器j接收到更新后的决策信息以更新其决策
重复计算上述两式，直到每个用户协调器在当次迭代中都更新其交易价格策略。
步骤S203：按下式更新拉格朗日乘子。
式中，β为大于等于1的数。
步骤S204：更新迭代次数s＝s+1。
步骤S205：判断算法收敛情况。
式中，ε2和δ2分别为支付效益最大化子问题原始残差和对偶残差收敛设定值。如果上式满足，则迭代终止，否则返回步骤S202进入下一轮迭代，直至满足收敛条件或达到设定的最大迭代次数。
结果处理，将计算得到的设备调节量传送至通讯模块，由通讯模块对下级控制终端下发调节控制指令；
将计算得到的用户间P2P交易量、交易价格和外部购能结果传送至通讯模块，由通讯模块上传至虚拟能源站管理平台；
将所有求解结果传送至存储模块进行存储备份。
存储模块，存储模块将通讯模块接收的来自于控制终端的设备运行参数进行储存，并用于计算模块求解；
存储模块将通讯模块接收的来自于上级平台的外部价格和用户设置参数进行存储，并用于计算模块求解；
存储模块将通讯模块接收的来自于其他协调器的功率、价格交互信息进行存储，作为P2P交易迭代参数用于计算模块纳什议价模型分布式求解；
存储模块将计算模块中纳什议价模型每次迭代结果进行存储并传送至通讯模块，由通讯模块与其他协调器进行功率、价格信息交互；
存储模块将计算模块计算得到的最终用户间P2P交易量、交易价格、外部购能量和设备调节量进行存储备份。
虚拟能源站管理平台，参考图9，为虚拟能源站管理平台的架构示意图。如图9所示，虚拟能源站管理平台包括通讯模块、计算模块、交易模块、交互模块和存储模块。
其中，通讯模块将交互模块接收到的用户设置参数下发至其对应的协调器；
通讯模块将外部市场价格下发至每个协调器；
通讯模块将接收到下级协调器上传的购能量结果传送至上级市场；
通讯模块将接收到的下级协调器上传的用户间P2P交易量、交易价格、外部购能量信息传送至计算模块。
交易模块分为两部分，一部分是与外部天然气运营商和电网运营商的交易，另一部分为内部用户间P2P交易。
外部交易部分，接收来自于计算模块求解的用户向电网运营商和天然气运营商缴纳的费用信息进行汇总；
内部交易部分，接收来自于计算模块求解的用户向其他各用户分别缴纳的费用汇总；
交易模块将每个用户的交易结果传送至交互模块。
交互模块包括注册、设置和结算三部分功能。
注册为用户通过移动终端在虚拟能源站管理平台进行注册，每个用户具有一个单独的账号。
设置为用户通过移动终端在手机端设置电负荷的可削减时段和最大可削减功率、采暖房间内每个时段允许的最低温度和最高温度信息。
结算为根据交易模块传送的用户所需支付费用，提醒用户通过移动终端进行费用支付。
存储模块对注册信息、交易费用和结算结果进行备份储存，为产生争议时提供判定依据。
本发明提出的虚拟能源站内部多能共享交易方法及系统通过监测设备运行状态、用户设计调节参数及参考市场价格进行多能共享优化，为保护用户隐私通过协调器仅交互功率和价格信号，采用目标级联法进行分布式求解，在满足各用户用能需求的前提下，促进多种能量的就近消纳，提高系统运行的经济性，降低系统的碳排放。
实施例二
本发明还提供了一种虚拟能源站内部多能共享的交易方法，该方法包括：
运行模型构建，以虚拟能源站内部多能共享交易的目标函数为各用户运行成本最小化；
纳什议价模型转换，通过纳什议价模型对所提模型进行转换求解；
分布式求解，通过各用户的协调器交互少量的功率和价格信息，通过目标级联分析法进行交互迭代实现分布式求解以为保证用户的隐私性。
进一步的，所述运行模型构建，以虚拟能源站内部多能共享交易的目标函数为各用户运行成本最小化的计算公式为：
其中，下标i表示虚拟能源站内部用户编号。为用户与虚拟能源站之间购能成本，/>为与其他用户之间的P2P交易成本，/>为与其他用户间进行电能P2P交易产生的网络传输费用，/>为采用需求响应带来的成本。
进一步的，所述纳什议价模型转换具体包括：
将所提虚拟能源站优化运行模型表示为基于纳什议价的合作博弈模型，其表达式为
其中，各用户为纳什议价的局中人；为用户参与合作博弈的成本，局中人的议价策略为/>相关约束共同构成了议价策略的集合，即策略空间；/>为非合作博弈时各用户求得的最优成本，同时也作为合作博弈中纳什议价的谈判破裂点；/>为局中人通过合作博弈获得的支付效益；
将上述公式转换为
式中，为用户i参与议价交易的最优成本；
由于为不考虑合作时的最优成本，是一个常数，则将目标函数转化为用户购能成本最小化问题
在用户购能成本最小化子问题中求解得最优解且/>为常量，将优化后变量代回到纳什议价模型中，得到支付效益最大化子问题
进一步的，所述分布式求解具体包括：
对用户i购能成本最小化子问题求解时，其目标函数是求的最小值，由于用户之间的交易量作为耦合变量，记/>在求解时需满足z代表交易的能源种类，构造增广拉格朗日函数形式/>
其中，和/>分别为购能成本最小化子问题的拉格朗日罚函数一次项与二次项的乘子；
每个用户协调器通过本地计算更新交易能量策略，令k表示迭代次数，在每次迭代中用户协调器i更新其决策即
其他用户协调器j接收到更新后的决策信息以更新其决策即
一轮迭代后，更新拉格朗日乘子，即
为保证收敛，α一般为大于等于1的数；
更新迭代次数k＝k+1；
判断算法收敛情况
其中，ε1和δ1分别为购能成本最小化子问题原始残差和对偶残差收敛设定值。
进一步的，所述购能成本最小化子问题解决后，基于求解结果计算支付效益最大化子问题，其计算步骤为：
在支付效益最大化子问题中，用户间能量交易价格为耦合变量，记需满足/>构建增广拉格朗日函数为
其中，和/>分别为支付效益最大化子问题拉格朗日罚函数一次项与二次项的乘子；
每个用户协调器通过本地计算更新交易价格策略，令s表示迭代次数，在每次迭代中用户i更新其决策即/>
其他用户协调器j接收到更新后的决策信息以更新其决策/>即
重复计算上述两式，直到每个用户协调器在当次迭代中都更新其交易价格策略；
更新拉格朗日乘子
其中，β为大于等于1的数；
更新迭代次数s＝s+1；
判断算法收敛情况
其中，ε2和δ2分别为支付效益最大化子问题原始残差和对偶残差收敛设定值。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (7)
1.一种虚拟能源站内部多能共享的交易方法，其特征在于，该方法包括：
运行模型构建，以虚拟能源站内部多能共享交易的目标函数为各用户运行成本最小化；
纳什议价模型转换，通过纳什议价模型对所提模型进行转换求解；
分布式求解，通过各用户的协调器交互少量的功率和价格信息，通过目标级联分析法进行交互迭代实现分布式求解以为保证用户的隐私性；
所述运行模型构建，以虚拟能源站内部多能共享交易的目标函数为各用户运行成本最小化的计算公式为：
其中，下标i表示虚拟能源站内部用户编号；为用户与虚拟能源站之间购能成本，为与其他用户之间的P2P交易成本，/>为与其他用户间进行电能P2P交易产生的网络传输费用，/>为采用需求响应带来的成本；
所述纳什议价模型转换具体包括：
将所提虚拟能源站优化运行模型表示为基于纳什议价的合作博弈模型，其表达式为
其中，各用户为纳什议价的局中人；为用户参与合作博弈的成本，局中人的议价策略为/>相关约束共同构成了议价策略的集合，即策略空间；/>为非合作博弈时各用户求得的最优成本，同时也作为合作博弈中纳什议价的谈判破裂点；/>为局中人通过合作博弈获得的支付效益；
将上述公式转换为
式中，为用户i参与议价交易的最优成本；
由于为不考虑合作时的最优成本，是一个常数，则将目标函数转化为用户购能成本最小化问题
在用户购能成本最小化子问题中求解得最优解且/>为常量，将优化后变量代回到纳什议价模型中，得到支付效益最大化子问题
所述分布式求解具体包括：
对用户i购能成本最小化子问题求解时，其目标函数是求的最小值，由于用户之间的交易量作为耦合变量，记/>在求解时需满足/>z代表交易的能源种类，构造增广拉格朗日函数形式
其中，和/>分别为购能成本最小化子问题的拉格朗日罚函数一次项与二次项的乘子；
每个用户协调器通过本地计算更新交易能量策略，令k表示迭代次数，在每次迭代中用户协调器i更新其决策即
其他用户协调器j接收到更新后的决策信息以更新其决策/>即
一轮迭代后，更新拉格朗日乘子，即
为保证收敛，α一般为大于等于1的数；
更新迭代次数k＝k+1；
判断算法收敛情况
其中，ε1和δ1分别为购能成本最小化子问题原始残差和对偶残差收敛设定值。
2.根据权利要求1所述的一种虚拟能源站内部多能共享的交易方法，其特征在于：所述购能成本最小化子问题解决后，基于求解结果计算支付效益最大化子问题，其计算步骤为：
在支付效益最大化子问题中，用户间能量交易价格为耦合变量，记需满足/>构建增广拉格朗日函数为
其中，和/>分别为支付效益最大化子问题拉格朗日罚函数一次项与二次项的乘子；
每个用户协调器通过本地计算更新交易价格策略，令s表示迭代次数，在每次迭代中用户i更新其决策即
其他用户协调器j接收到更新后的决策信息以更新其决策/>即
重复计算上述两式，直到每个用户协调器在当次迭代中都更新其交易价格策略；
更新拉格朗日乘子
其中，β为大于等于1的数；
更新迭代次数s＝s+1；
判断算法收敛情况
其中，ε2和δ2分别为支付效益最大化子问题原始残差和对偶残差收敛设定值。
3.一种虚拟能源站内部多能共享的交易系统，该系统应用权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，该系统包括控制终端、协调器以及虚拟能源站管理平台；
所述控制终端用于监测设备运行参数并将参数上传至其中一个所述协调器；
所述虚拟能源站管理平台用于获取市场价格信息和用户移动终端设置的可调节范围，并下发至所述协调器；
其中一个所述协调器依据接收到的参数和其他所述协调器的交易参数进行设备出力计算，将出力控制下发至控制终端，将交易结果上传至虚拟能源站管理平台；
所述控制终端依据协调器下发的控制指令对设备运行功率进行调节；
所述虚拟能源站管理平台依据所述协调器上传的交易结果上传至电力系统和天然气系统进行安全校核并进行交易结算；
所述虚拟能源站管理平台通过平台交互通知用户在移动终端进行支付。
4.根据权利要求3所述的一种虚拟能源站内部多能共享的交易系统，其特征在于：所述控制终端监测的参数包括：设备运行功率和采暖用户室内温度。
5.根据权利要求3所述的一种虚拟能源站内部多能共享的交易系统，其特征在于：所述虚拟能源站管理平台获取的用户通过移动终端设置的可调范围包括：
电负荷的可削减时段和最大可削减功率、采暖房间内每个时段允许的最低温度和最高温度。
6.根据权利要求3所述的一种虚拟能源站内部多能共享的交易系统，其特征在于：所述协调器以用户运行成本最小为目标进行本地优化计算，且所述协调器之间进行交易价格和交易功率信息交互。
7.根据权利要求3所述的一种虚拟能源站内部多能共享的交易系统，其特征在于：所述虚拟能源站管理平台依据所述协调器上传的交易结果，对各用户各类费用进行汇总，基于交互模块将支付结果推送给用户，由用户在移动终端进行支付。
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