CN115438981A - 一种园区智慧能源系统动态用能优化提升方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统优化运行技术领域，尤其涉及一种园区智慧能源系统动态用能优化提升方法。园区智慧能源系统是由供电、供气、供热和供冷多种能源系统耦合形成，通过整合园区中电能、天然气、热能、可再生能源多种能源形式，优化调度各种能源参与综合需求响应，实现不同能源间的“取长补短”，互补利用，提高园区智慧能源系统质量与效率。本发明有助于增强系统的稳定性，提升能源转换效率，增加系统的经济效益，通过源‑网‑荷协调优化控制有效提升园区智慧能源系统质量与效率。
Description
技术领域；
本发明属于电力系统优化运行技术领域，尤其是涉及一种园区智慧能源系统动态用能优化提升方法。
背景技术；
随着我国电力能源的发展方向转向新能源方向，大量的分布式可再生能源接入配电网，但可再生能源的波动性导致其消纳能力有限。此外，在以往的园区规划中各种能源系统独立运行、各系统之间协调配合程度低，由此带来的能源转换效率低、系统运行不稳定以及恢复能力弱等问题。随着社会的发展，电网负荷不断上升，用电高峰时电网发电量难以满足用电需求，电网面临的调峰调频问题愈加严峻。为满足短时高峰负荷需求，电力系统通常需要扩大发电机组装机规模，由此带来发电机组设备利用率低、电网投资增加和环保效益差等问题。
发明内容；
发明目的：本发明提供一种用于园区内综合能源的风源模拟实验设备及控制方法，目的是针对园区规划中各种能源系统独立运行、各系统之间协调配合程度低，由此带来的能源转换效率低、系统运行不稳定以及恢复能力弱等问题。
技术方案：
园区智慧能源系统动态用能优化提升方法，其特征在于：日前和日内多时间尺度响应策略；
日前响应为双层优化策略，协调优化园区内各类资源的运行，在实现园区运营商收益最大化的同时保障内部用户响应的收益；上层为园区运营，下层为内部用户；园区得到上级电网的需求响应任务量后以自身收益最大制定运行策略，并将可控负荷响应功率发给下层用户；下层用户以自身收益最大制定自身的可控负荷响应功率后发送给上层园区运营商；上下层之间通过加入惩罚函数
修改目标函数不断优化，直到达到迭代精度
为止，获得满足双方收益的需求响应功率Pareto最优解；
上层目标函数：
maxS＝Se+Sh+Sc+Sin-Cgrid-Cgas-Cope-Cess-Ctes-Csta (1)
其中
S为园区收益，元；Se、Sh、Sc、Sin分别为供电、供热、供冷和参与需求响应收益；Cgrid、Cgas、Cope、Cess、Ctes分别为与从上级电网购电成本、从上级天然气网购气成本、设备运行成本、电储能成本、热储能成本；Csta为用户参与响应时园区给与的补偿；
为t时刻用户电、热、冷负荷响应功率；
为用户的电、热、冷响应补贴价格；
下层目标函数；
式中K1,K2损失函数的二次项、一次项系数；
日内响应策略为主从博弈的方法，园区运营商和用户分别作为博弈的主导者和跟从者；园区运营商根据自身收益选定初始补偿电价、冷热价，并将价格信息下发给用户；各用户根据自身的用能计划和日前响应剩余可响应功率，在保证自身收益最大化的基础上计算可控负荷响应功率，并将响应功率上报给园区运营商；园区运营商汇总得到用户的申报情况之后，根据自身收益重新制定补偿电价、冷热价并下发给用户，用户再次计算自身响应功率并上报给园区。经过多次博弈直至达到迭代精度为止，获得满足园区运营商和用户收益的需求响应功率Pareto最优解；
园区运营商t时刻收益函数：
maxSt＝Et-Ct (4)
其中St为园区在日内t时刻收益；Et为园区在t时刻运营收益；Ct为园区在t时刻运营成本；pgrid,t为t时刻向上级电网购电价格；pgas为向上级电网购气价格；pin为上级电网的需求响应补贴价格；
为在t时刻因用户热、冷负荷响应变化引起燃气轮机发电变化量；pe,t、ph,t、pc,t分别为用户在t时刻的购电、热、冷价格；
为园区用户日内t时刻电、热、冷负荷响应功率；
园区在t时刻给用户的电、热、冷响应补贴价格。
分别为吸收式制冷机热转冷效率、燃气轮机电效率、余热锅炉热效率；LNG为天然气热值；
内部用户t时刻收益函数：
其中Se,t为用户在日内t时刻响应收益；
为日前用户在t时刻响应电功率。
优选的，园区智慧能源系统结构包括能源供应侧、综合能源侧、终端用户侧；能源供应侧中上级电网通过电缆与园区电网连接输送电能；上级气网通过燃气管道与园区内部天然气网连接输送天然气；综合能源测的可再生能源通过电缆与园区电网连接输送电能；电储能设备通过电缆与园区电网连接进行充、放电；电制热设备通过电缆与园区电网连接获取电能，通过供热管道与园区热网连接输出热能；电制冷设备通过电缆与园区电网连接获取电能，通过供冷管道与园区冷网连接输出冷能；燃气轮机通过燃气管道与天然气网连接获取天然气，通过电线与园区电网连接输送电能，通过供热管道与余热锅炉连接输送热能；余热锅炉通过供热管道与燃气轮机连接获取热能，通过供热管道与园区热网连接输送热能；燃气锅炉通过燃气管道与天然气网连接获取天然气，通过供热管道与园区热网连接输送热能；热储能通过供热管道与园区热网连接吸收、释放热能；吸收式制冷机通过供热管道与园区热网连接获得热能，通过供冷管道与园区冷网连接输出冷能。终端用户侧中电负荷通过电缆与园区电网连接获取电能；热负荷通过供热管道与园区热网连接获取热能；冷负荷通过供冷管道与园区冷网连接获取冷能。
优选的，园区智慧能源系统通过先进信息通信技术和软件系统实现各类能源、储能、可控负荷的聚合和协调优化，作为一个特殊交易主体参与电力市场和电网运行；其中储能包括电储能和化学储能；电储能为磷酸铁锂电池，通过电缆与园区电网连接；热储能为固体蓄热器，通过供热管道与园区热网连接；可控负荷指的是用户负荷中可调节电负荷、可调节冷热负荷和冷热电耦合负荷，即用户因改变冷热负荷从而导致电负荷的变化。
优选的，园区智慧能源系统中的冷热电负荷通过激励响应的方式参与需求响应，通过改变需求响应时段的用能量参与响应获得补贴收益；储能通过价格响应和激励响应的方式参与响应，根据电价、热价的高低调整充放能策略，从而利用价格差获得收益，或者直接在需求响应时段充放能获得补贴收益，并且实现削峰填谷的目的。
优选的，在日前响应中考虑可控负荷会受生产活动、次日突发状况等多种客观因素的影响产生的响应偏差；当可控负荷过响应时，园区则按照响应策略规定可控负荷变化量给予用户补偿，防止用户过度响应以获取高补偿；当用户实际可控负荷响应量低于规定响应量并高于0.75倍的规定响应量时，园区按照实际可控负荷响应量给予用户补偿；当用户实际可控负荷响应量低于0.75倍的规定响应量时，不对用户进行补偿。
优选的，日前响应中上级电网根据与园区签订的需求响应合同给园区分配的需求响应任务，需求响应任务量是确定的，园区制定的运行策略中所有可控负荷响应量总和必须满足需求响应任务量；日内响应中上级电网采用日内滚动的方法，日内滚动调度周期为4h，每1h滚动更新功率偏差；上级电网给园区运营商发送需求响应邀约，包括响应时间、响应功率；园区运营商接到响应邀约后与用户互动优化制定响应策略，响应量不固定，但不应超过上级电网规定的响应功率。
优选的，采用了日前日内多时间尺度响应策略实现园区协调优化控制，包括以下步骤：
步骤1：在日前上级电网根据负荷需求及发电计划确定需求响应时段和响应功率；
步骤2：上级电网根据与园区签订的需求响应合同给园区分配需求响应任务；
步骤3：园区接到任务后以自身效益最大制定运行策略，向内部用户下达可控负荷最佳响应功率；
步骤4：用户以自身效益最大，向园区申报最佳可控负荷响应功率；
步骤5：通过上下层不断优化，判断园区运营商与用户是否达到迭代精度，达到双方收益最大的Pareto解。若否，则返回步骤3，园区重新制定响应策略；若是，则将最佳需按照制定响应策略运行；
步骤6：在日内上级电网日内滚动调度周期为4h，每1h滚动更新功率偏差后向园区响应邀约；
步骤7：园区接受邀约，以自身收益最大制定补偿电价、冷热价并下发给内部用户；
步骤8：内部用户根据自身效益最大申报可控负荷响应功率；
步骤9：判断能否单独改变策略增加收益，若是，则返回步骤7重新制定补贴价格，若否，则将响应策略上报给上级电网；
步骤10：上级电网判断所有响应能否满足功率偏差，若能则需求响应结束，若否，则启动系统备用响应资源。
本发明具有以下优点和积极效果：
本发明通过整合各种资源参与需求响应，实现不同能源间的“取长补短”，具有降低园区供能成本、增强可再生能源消纳能力、提高能源转换效率和环境友好等优点。通过改变园区内部负荷需求进行削峰填谷，改变了过去单纯依靠电源侧扩大发电机组装机规模来满足日益增加的负荷需求的发展方式，提高了发电机组的设备利用率。将热电联产、光伏、风电、分布式储能和可控负荷进行优化调度，挖掘可控负荷和储能的需求响应价值，通过源-网-荷协调优化控制有效提升园区智慧能源系统质量与效率。
附图说明；
图1是本发明园区智慧能源系统图；
图2是本发明日前响应的双层优化流程图；
图3是本发明日内响应流程图；
图4是本发明园区综合需求响应整体流程图。
具体实施方式；
本发明提出了一种园区智慧能源系统动态用能优化提升方法。目的是针对园区规划中各种能源系统独立运行、各系统之间协调配合程度低，由此带来的能源转换效率低、系统运行不稳定以及恢复能力弱等问题。为实现上述目的，本发明通过设计需求响应策略引导用户改变用能方式，协调优化园区智慧能源系统各能源运行方式，进而提升园区智慧能源系统的质量与效益。
本发明主要的技术特征在于：日前和日内多时间尺度响应策略；
日前响应为双层优化策略，协调优化园区内各类资源的运行，在实现园区运营商收益最大化的同时保障内部用户响应的收益；上层为园区运营，下层为内部用户；园区得到上级电网的需求响应任务量后以自身收益最大制定运行策略，并将可控负荷响应功率发给下层用户；下层用户以自身收益最大制定自身的可控负荷响应功率后发送给上层园区运营商；上下层之间通过加入惩罚函数
修改目标函数不断优化，直到达到迭代精度
为止，获得满足双方收益的需求响应功率Pareto最优解；
上层目标函数：
maxS＝Se+Sh+Sc+Sin-Cgrid-Cgas-Cope-Cess-Ctes-Csta (1)
其中
S为园区收益，元；Se、Sh、Sc、Sin分别为供电、供热、供冷和参与需求响应收益；Cgrid、Cgas、Cope、Cess、Ctes分别为与从上级电网购电成本、从上级天然气网购气成本、设备运行成本、电储能成本、热储能成本；Csta为用户参与响应时园区给与的补偿；
为t时刻用户电、热、冷负荷响应功率；
为用户的电、热、冷响应补贴价格；
下层目标函数；
式中K1,K2损失函数的二次项、一次项系数；
日内响应策略为主从博弈的方法，园区运营商和用户分别作为博弈的主导者和跟从者；园区运营商根据自身收益选定初始补偿电价、冷热价，并将价格信息下发给用户；各用户根据自身的用能计划和日前响应剩余可响应功率，在保证自身收益最大化的基础上计算可控负荷响应功率，并将响应功率上报给园区运营商；园区运营商汇总得到用户的申报情况之后，根据自身收益重新制定补偿电价、冷热价并下发给用户，用户再次计算自身响应功率并上报给园区。经过多次博弈直至达到迭代精度为止，获得满足园区运营商和用户收益的需求响应功率Pareto最优解；
园区运营商t时刻收益函数：
maxSt＝Et-Ct (4)
其中St为园区在日内t时刻收益；Et为园区在t时刻运营收益；Ct为园区在t时刻运营成本。pgrid,t为t时刻向上级电网购电价格；pgas为向上级电网购气价格；pin为上级电网的需求响应补贴价格；
为在t时刻因用户热、冷负荷响应变化引起燃气轮机发电变化量；pe,t、ph,t、pc,t分别为用户在t时刻的购电、热、冷价格；
为园区用户日内t时刻电、热、冷负荷响应功率；
园区在t时刻给用户的电、热、冷响应补贴价格。
分别为吸收式制冷机热转冷效率、燃气轮机电效率、余热锅炉热效率；LNG为天然气热值；
内部用户t时刻收益函数：
其中Se,t为用户在日内t时刻响应收益；
为日前用户在t时刻响应电功率。
日前响应中上级电网根据与园区签订的需求响应合同给园区分配的需求响应任务，需求响应任务量是确定的，园区制定的运行策略中所有可控负荷响应量总和必须满足需求响应任务量；日内响应中上级电网采用日内滚动的方法，日内滚动调度周期为4h，每1h滚动更新功率偏差；上级电网给园区运营商发送需求响应邀约，包括响应时间、响应功率；园区运营商接到响应邀约后与用户互动优化制定响应策略，响应量不固定，但不应超过上级电网规定的响应功率。
采用了日前日内多时间尺度响应策略实现园区协调优化控制，包括以下步骤：
步骤1：在日前上级电网根据负荷需求及发电计划确定需求响应时段和响应功率；
步骤2：上级电网根据与园区签订的需求响应合同给园区分配需求响应任务；
步骤3：园区接到任务后以自身效益最大制定运行策略，向内部用户下达可控负荷最佳响应功率；
步骤4：用户以自身效益最大，向园区申报最佳可控负荷响应功率；
步骤5：通过上下层不断优化，判断园区运营商与用户是否达到迭代精度，达到双方收益最大的Pareto解。若否，则返回步骤3，园区重新制定响应策略；若是，则将最佳需按照制定响应策略运行；
步骤6：在日内上级电网日内滚动调度周期为4h，每1h滚动更新功率偏差后向园区响应邀约；
步骤7：园区接受邀约，以自身收益最大制定补偿电价、冷热价并下发给内部用户；
步骤8：内部用户根据自身效益最大申报可控负荷响应功率；
步骤9：判断能否单独改变策略增加收益，若是，则返回步骤7重新制定补贴价格，若否，则将响应策略上报给上级电网；
步骤10：上级电网判断所有响应能否满足功率偏差，若能则需求响应结束，若否，则启动系统备用响应资源。
实施例1
本发明提出一种园区智慧能源系统动态用能优化提升方法。如图1所示，图1是园区智慧能源系统结构示意图，包括能源供应侧、综合能源侧、终端用户侧。能源供应侧中上级电网通过电缆与园区电网连接输送电能；上级气网通过燃气管道与园区内部天然气网连接输送天然气。综合能源测的可再生能源(光伏、风能)通过电缆与园区电网连接输送电能；电储能设备通过电缆与园区电网连接进行充、放电；电制热设备通过电缆与园区电网连接获取电能，通过供热管道与园区热网连接输出热能；电制冷设备通过电缆与园区电网连接获取电能，通过供冷管道与园区冷网连接输出冷能；燃气轮机通过燃气管道与天然气网连接获取天然气，通过电缆与园区电网连接输送电能，通过供热管道与余热锅炉连接输送热能；余热锅炉通过供热管道与燃气轮机连接获取热能，通过供热管道与园区热网连接输送热能；燃气锅炉通过燃气管道与天然气网连接获取天然气，通过供热管道与园区热网连接输送热能；热储能通过供热管道与园区热网连接吸收、释放热能；吸收式制冷机通过供热管道与园区热网连接获得热能，通过供冷管道与园区冷网连接输出冷能。终端用户侧中电负荷通过电缆与园区电网连接获取电能；热负荷通过供热管道与园区热网连接获取热能；冷负荷通过供冷管道与园区冷网连接获取冷能；
本实施方案中所述的园区智慧能源系统是一种通过先进信息通信技术和软件系统实现各类能源、储能、可控负荷的聚合和协调优化，作为一个特殊交易主体参与电力市场和电网运行的能源协调管理系统。
所述储能包括电储能和化学储能。所述电储能为磷酸铁锂电池，通过电缆与园区电网连接；热储能为固体蓄热器，通过供热管道与园区热网连接。
所述可控负荷是在一定的控制策略下或经过简单改造后可以灵活控制、快速调整负荷水平的用户侧负荷的统称。可控负荷指的是用户负荷中可调节电负荷、可调节冷热负荷和冷热电耦合负荷，即用户因改变冷热负荷从而导致电负荷的变化。
所述聚合是将数量众多的可调能源整合为一个或多个容量大、可控制的逻辑聚合体。协调优化是以经济性、效率性、环保性等优化目标为基础，采用多目标优化算法选取参数，最终实现多种能源的合理配置，旨在提升能源转化、传输、利用能力，实现各能源的优势互补，提高能源利用效率。
本实施方案所述中园区智慧能源系统为热电联产系统，并在热电联产的基础上增加了制冷装置以满足冷负荷的需求。通过此方式可实现能量的梯级利用，提高园区智慧能源系统效率。
所述热电联产设备通过燃烧天然气产生高温高压蒸汽驱动涡轮旋转发电，同时通过供热管道与余热锅炉连接，余热锅炉将余热回收，为用户提供热能。
所述供冷装置为压缩式制冷机或吸收式制冷机，其中压缩式制冷机与园区电网连接以电能驱动压缩机为冷循环提供动力，实现电到冷的转换；吸收式制冷机则与园区热网连接利用蒸汽、热水和排气等为热源，以溴化锂水溶液为工质实现制冷，实现热到冷的转换。
本实施方案中冷热电负荷通过激励响应的方式参与需求响应，通过改变需求响应时段的用能量参与响应获得补贴收益；储能通过价格响应和激励响应的方式参与响应。通过此种方式可以进一步挖掘需求响应潜力，使园区和用户获得更大收益。
所述价格型需求响应储能根据电价、热价的高低调整充放能策略，从而利用价格差获得收益，并且实现削峰填谷的目的。激励型需求响应是园区根据上级电网响应需求，引导用户在电力供应紧张时改变用能量,并根据响应量的多少给予用户一定的补偿。
实施例2
本发明提出一种园区智慧能源系统动态用能优化提升方法。如图2所示，图2是日前响应双层优化流程图，即一种日前响应双层优化策略，协调优化园区内各类资源的运行，在实现园区运营商收益最大化的同时保障内部用户响应的收益。上层为园区运营，下层为内部用户。园区得到上级电网的需求响应任务量后以自身收益最大制定运行策略，并将可控负荷响应功率发给下层用户。下层用户以自身收益最大制定自身的可控负荷响应功率后发送给上层园区运营商。上下层之间通过加入惩罚函数
修改目标函数不断优化，直到达到迭代精度
为止，获得满足双方收益的需求响应功率Pareto最优解。
上层目标函数：
maxS＝Se+Sh+Sc+Sin-Cgrid-Cgas-Cope-Cess-Ctes-Csta (1)
其中
S为园区收益，元；Se、Sh、Sc、Sin分别为供电、供热、供冷和参与需求响应收益；Cgrid、Cgas、Cope、Cess、Ctes分别为与从上级电网购电成本、从上级天然气网购气成本、设备运行成本、电储能成本、热储能成本；Csta为用户参与响应时园区给与的补偿。
为t时刻用户电、热、冷负荷响应功率；
为用户的电、热、冷响应补贴价格。
下层目标函数；
式中K1,K2损失函数的二次项、一次项系数。
所述Pareto解又称非支配解或不受支配解(nondominated solutions)：在有多个目标时，由于存在目标之间的冲突和无法比较的现象，一个解在某个目标上是最好的，在其他的目标上可能是最差的。这些在改进任何目标函数的同时，必然会削弱至少一个其他目标函数的解称为非支配解或Pareto解。一组目标函数最优解的集合称为Pareto最优集。
在本实施方案中所述双层优化策略中需求响应任务量是日前上级电网根据负荷需求及发电计划确定需求响应时段和响应功率后根据与园区签订的需求响应合同给园区分配的需求响应任务，包括响应时段和响应功率。日前需求响应任务量是确定的，园区制定的运行策略中所有可控负荷响应量总和必须满足需求响应任务量。
本实施方案中的可控负荷会受生产活动、次日突发状况等多种客观因素的影响。用户在执行响应任务时往往存在一定偏差。为了提高可控负荷响应的准确性和可靠性，提高智慧园区系统的质量与效率，本发明设计了一种惩罚机制，当可控负荷过响应时，园区则按照响应策略规定可控负荷变化量给予用户补偿，防止用户过度响应以获取高补偿；当用户实际可控负荷响应量低于规定响应量并高于0.75倍的规定响应量时，园区按照实际可控负荷响应量给予用户补偿；当用户实际可控负荷响应量低于0.75倍的规定响应量时，不对用户进行补偿。
所述补偿是用户参与激励响应获得的补贴，有电负荷补偿、冷热负荷补贴，即补贴价格乘响应量。在日前响应中冷热电补贴价格是一定的。
实施例3
本发明提出一种园区智慧能源系统动态用能优化提升方法。如图3所示，图3是日内响应流程图，即一种日内响应策略。日内响应策略为主从博弈的方法，园区运营商和用户分别作为博弈的主导者和跟从者。园区运营商根据自身收益选定初始补偿电价、冷热价，并将价格信息下发给用户。各用户根据自身的用能计划和日前响应剩余可响应功率，在保证自身收益最大化的基础上计算可控负荷响应功率，并将响应功率上报给园区运营商；园区运营商汇总得到用户的申报情况之后，根据自身收益重新制定补偿电价、冷热价并下发给用户，用户再次计算自身响应功率并上报给园区。经过多次博弈直至达到迭代精度为止，获得满足园区运营商和用户收益的需求响应功率Pareto最优解。
园区运营商t时刻收益函数：
maxSt＝Et-Ct (4)
其中St为园区在日内t时刻收益；Et为园区在t时刻运营收益；Ct为园区在t时刻运营成本。pgrid,t为t时刻向上级电网购电价格；pgas为向上级电网购气价格；pin为上级电网的需求响应补贴价格；
为在t时刻因用户热、冷负荷响应变化引起燃气轮机发电变化量；pe,t、ph,t、pc,t分别为用户在t时刻的购电、热、冷价格；
为园区用户日内t时刻电、热、冷负荷响应功率；
园区在t时刻给用户的电、热、冷响应补贴价格。
分别为吸收式制冷机热转冷效率、燃气轮机电效率、余热锅炉热效率；LNG为天然气热值。
内部用户t时刻收益函数：
其中Se,t为用户在日内t时刻响应收益；
为日前用户在t时刻响应电功率。
所述主从博弈是一种呈分层结构的博弈模型,具有先动特性的领导者首先给出其策略，跟随者再依据领导者的策略给出最优反应并将策略传递给领导者，由于策略信息的不完全性，需要通过多次迭代才能使博弈趋于稳定，达到系统的最优值。
在本实施方案中上级电网采用日内滚动的方法，日内滚动调度周期为4h，每1h滚动更新功率偏差。上级电网给园区运营商发送需求响应邀约，包括响应时间、响应功率。园区运营商接到响应邀约后与用户互动优化制定响应策略，响应量不固定，但不应超过上级电网规定的响应功率。
实施例4
本发明属于电力系统优化运行技术领域，尤其涉及一种园区智慧能源系统动态用能优化提升方法。图4为园区智慧能源系统参与综合需求响应的整体流程图。
步骤1：在日前上级电网根据负荷需求及发电计划确定需求响应时段和响应功率；
步骤2：上级电网根据与园区签订的需求响应合同给园区分配需求响应任务；
步骤3：园区接到任务后以自身收益最大制定运行策略，向内部用户下达可控负荷最佳响应功率；
步骤4：用户以自身收益最大，向园区申报最佳可控负荷响应功率；
步骤5：通过上下层不断优化，判断园区运营商与用户是否达到迭代精度，达到双方收益最大的Pareto解。若否，则返回步骤3，园区重新制定响应策略；若是，则将最佳需按照制定响应策略运行；
步骤6：在日内上级电网日内滚动调度周期为4h，每1h滚动更新功率偏差后向园区响应邀约；
步骤7：园区接受邀约，以自身收益最大制定补偿电价、冷热价并下发给内部用户；
步骤8：内部用户根据自身收益最大申报可控负荷响应功率；
步骤9：判断是否达到迭代精度，达到双方收益最大的Pareto解，若是，则返回步骤7重新制定补贴价格，若否，则将响应策略上报给上级电网；
步骤10：上级电网判断所有响应能否满足功率偏差，若能则需求响应结束，若否，则启动系统备用响应资源。
Claims (7)
1.园区智慧能源系统动态用能优化提升方法，其特征在于：日前和日内多时间尺度响应策略；
日前响应为双层优化策略，协调优化园区内各类资源的运行，在实现园区运营商收益最大化的同时保障内部用户响应的收益；上层为园区运营，下层为内部用户；园区得到上级电网的需求响应任务量后以自身收益最大制定运行策略，并将可控负荷响应功率发给下层用户；下层用户以自身收益最大制定自身的可控负荷响应功率后发送给上层园区运营商；上下层之间通过加入惩罚函数
修改目标函数不断优化，直到达到迭代精度
为止，获得满足双方收益的需求响应功率Pareto最优解；
上层目标函数：
maxS＝Se+Sh+Sc+Sin-Cgrid-Cgas-Cope-Cess-Ctes-Csta (1)
其中
S为园区收益，元；Se、Sh、Sc、Sin分别为供电、供热、供冷和参与需求响应收益；Cgrid、Cgas、Cope、Cess、Ctes分别为与从上级电网购电成本、从上级天然气网购气成本、设备运行成本、电储能成本、热储能成本；Csta为用户参与响应时园区给与的补偿。
为t时刻用户电、热、冷负荷响应功率；
为用户的电、热、冷响应补贴价格；
下层目标函数；
式中K1,K2损失函数的二次项、一次项系数；
日内响应策略为主从博弈的方法，园区运营商和用户分别作为博弈的主导者和跟从者；园区运营商根据自身收益选定初始补偿电价、冷热价，并将价格信息下发给用户；各用户根据自身的用能计划和日前响应剩余可响应功率，在保证自身收益最大化的基础上计算可控负荷响应功率，并将响应功率上报给园区运营商；园区运营商汇总得到用户的申报情况之后，根据自身收益重新制定补偿电价、冷热价并下发给用户，用户再次计算自身响应功率并上报给园区。经过多次博弈直至达到迭代精度为止，获得满足园区运营商和用户收益的需求响应功率Pareto最优解；
园区运营商t时刻收益函数：
maxSt＝Et-Ct (4)
其中St为园区在日内t时刻收益；Et为园区在t时刻运营收益；Ct为园区在t时刻运营成本；pgrid,t为t时刻向上级电网购电价格；pgas为向上级电网购气价格；pin为上级电网的需求响应补贴价格；
为在t时刻因用户热、冷负荷响应变化引起燃气轮机发电变化量；pe,t、ph,t、pc,t分别为用户在t时刻的购电、热、冷价格；
为园区用户日内t时刻电、热、冷负荷响应功率；
园区在t时刻给用户的电、热、冷响应补贴价格。
分别为吸收式制冷机热转冷效率、燃气轮机电效率、余热锅炉热效率；LNG为天然气热值；
内部用户t时刻收益函数：
其中Se,t为用户在日内t时刻响应收益；
为日前用户在t时刻响应电功率。
2.根据权利要求1所述园区智慧能源系统动态用能优化提升方法，其特征在于：园区智慧能源系统结构包括能源供应侧、综合能源侧、终端用户侧；能源供应侧中上级电网通过电缆与园区电网连接输送电能；上级气网通过燃气管道与园区内部天然气网连接输送天然气；综合能源测的可再生能源通过电缆与园区电网连接输送电能；电储能设备通过电缆与园区电网连接进行充、放电；电制热设备通过电缆与园区电网连接获取电能，通过供热管道与园区热网连接输出热能；电制冷设备通过电缆与园区电网连接获取电能，通过供冷管道与园区冷网连接输出冷能；燃气轮机通过燃气管道与天然气网连接获取天然气，通过电线与园区电网连接输送电能，通过供热管道与余热锅炉连接输送热能；余热锅炉通过供热管道与燃气轮机连接获取热能，通过供热管道与园区热网连接输送热能；燃气锅炉通过燃气管道与天然气网连接获取天然气，通过供热管道与园区热网连接输送热能；热储能通过供热管道与园区热网连接吸收、释放热能；吸收式制冷机通过供热管道与园区热网连接获得热能，通过供冷管道与园区冷网连接输出冷能。终端用户侧中电负荷通过电缆与园区电网连接获取电能；热负荷通过供热管道与园区热网连接获取热能；冷负荷通过供冷管道与园区冷网连接获取冷能。
3.根据权利要求1所述园区智慧能源系统动态用能优化提升方法，其特征在于：园区智慧能源系统通过先进信息通信技术和软件系统实现各类能源、储能、可控负荷的聚合和协调优化，作为一个特殊交易主体参与电力市场和电网运行；其中储能包括电储能和化学储能；电储能为磷酸铁锂电池，通过电缆与园区电网连接；热储能为固体蓄热器，通过供热管道与园区热网连接；可控负荷指的是用户负荷中可调节电负荷、可调节冷热负荷和冷热电耦合负荷，即用户因改变冷热负荷从而导致电负荷的变化。
4.根据权利要求1所述园区智慧能源系统动态用能优化提升方法，其特征在于：园区智慧能源系统中的冷热电负荷通过激励响应的方式参与需求响应，通过改变需求响应时段的用能量参与响应获得补贴收益；储能通过价格响应和激励响应的方式参与响应，根据电价、热价的高低调整充放能策略，从而利用价格差获得收益，或者直接在需求响应时段充放能获得补贴收益，并且实现削峰填谷的目的。
5.根据权利要求1所述园区智慧能源系统动态用能优化提升方法，其特征在于：在日前响应中考虑可控负荷会受生产活动、次日突发状况等多种客观因素的影响产生的响应偏差；当可控负荷过响应时，园区则按照响应策略规定可控负荷变化量给予用户补偿，防止用户过度响应以获取高补偿；当用户实际可控负荷响应量低于规定响应量并高于0.75倍的规定响应量时，园区按照实际可控负荷响应量给予用户补偿；当用户实际可控负荷响应量低于0.75倍的规定响应量时，不对用户进行补偿。
6.根据权利要求1所述园区智慧能源系统动态用能优化提升方法，其特征在于：日前响应中上级电网根据与园区签订的需求响应合同给园区分配的需求响应任务，需求响应任务量是确定的，园区制定的运行策略中所有可控负荷响应量总和必须满足需求响应任务量；日内响应中上级电网采用日内滚动的方法，日内滚动调度周期为4h，每1h滚动更新功率偏差；上级电网给园区运营商发送需求响应邀约，包括响应时间、响应功率；园区运营商接到响应邀约后与用户互动优化制定响应策略，响应量不固定，但不应超过上级电网规定的响应功率。
7.根据权利要求1所述园区智慧能源系统动态用能优化提升方法，其特征在于：采用了日前日内多时间尺度响应策略实现园区协调优化控制，包括以下步骤：
步骤1：在日前上级电网根据负荷需求及发电计划确定需求响应时段和响应功率；
步骤2：上级电网根据与园区签订的需求响应合同给园区分配需求响应任务；
步骤3：园区接到任务后以自身效益最大制定运行策略，向内部用户下达可控负荷最佳响应功率；
步骤4：用户以自身效益最大，向园区申报最佳可控负荷响应功率；
步骤5：通过上下层不断优化，判断园区运营商与用户是否达到迭代精度，达到双方收益最大的Pareto解。若否，则返回步骤3，园区重新制定响应策略；若是，则将最佳需按照制定响应策略运行；
步骤6：在日内上级电网日内滚动调度周期为4h，每1h滚动更新功率偏差后向园区响应邀约；
步骤7：园区接受邀约，以自身收益最大制定补偿电价、冷热价并下发给内部用户；
步骤8：内部用户根据自身效益最大申报可控负荷响应功率；
步骤9：判断能否单独改变策略增加收益，若是，则返回步骤7重新制定补贴价格，若否，则将响应策略上报给上级电网；
步骤10：上级电网判断所有响应能否满足功率偏差，若能则需求响应结束，若否，则启动系统备用响应资源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211122246.7A CN115438981A (zh) | 2022-09-15 | 2022-09-15 | 一种园区智慧能源系统动态用能优化提升方法 |
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| CN202211122246.7A CN115438981A (zh) | 2022-09-15 | 2022-09-15 | 一种园区智慧能源系统动态用能优化提升方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115954895A (zh) * | 2023-01-05 | 2023-04-11 | 广东顺德电力设计院有限公司 | 一种用于智慧园区能源管理的功率控制方法和系统 |
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2022
- 2022-09-15 CN CN202211122246.7A patent/CN115438981A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115954895A (zh) * | 2023-01-05 | 2023-04-11 | 广东顺德电力设计院有限公司 | 一种用于智慧园区能源管理的功率控制方法和系统 |
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