CN115456395A - 一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，包括以下步骤：建立基于光热电站供热的综合能源交互结构；建立基于主从博弈的能源运营商冬季运行模型G；能源运营商和用户聚合商彼此交互。本发明使用风电优先为电加热装置进行供能，避免了将电加热装置用于新能源消纳时，电加热装置寿命的缩短和后期运维费用的升高；使光热电站在冬季的热能来源更加多样和丰富的同时，开发光热电站供热的能力；并建立考虑到用户侧的电制暖设备，光伏装置，以及用户侧主动对各类负荷的削减，提出一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，有效克服了现有技术中含光热电站综合能源系统所存在的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，更具体的说是涉及一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法。
背景技术
光热(concentrating solar power，CSP)是新发展起来的一种太阳利用方式，由于我国自然地理条件和自然资源的分布情况，决定了目前我国光热电站多建于我国的西北地区，该地区亦属于我国冬季进行集中供热的地区，在冬季供热季节会产生大量碳排放，不符合当前的“双碳”时代背景。
若开发光热电站的储热系统(thermal energy storage，TES)，使得光热电站具有带热负荷的能力，则在承担热负荷的同时，大大降低了因冬季集中供热造成的碳排放，但需要指出的是，在我国西北地区的冬季，光照强度较其他季节而言相对较低且光照时间较短，难以产生大量的热能用于承担热负荷，但此季节的风能资源非常丰富，若将风能引入能源系统，则有望解决热量不足的问题，但需要设置合理的能源定价机制。
现有的关于含光热电站能源运营，存在着以下几点不足：(1)含光热和风电的综合能源系统，多基于以年为周期的典型自然资源分布情况来进行配置，未对自然资源在不同季节的特性进行专门的考虑；(2)带电加热装置的光热电站，其电加热装置多用于消纳新能源，由于新能源间歇性的特点，导致电加热装置寿命缩短和后期运维成本上升；(3)含光热电站的综合能源系统，定价仅考虑自身运行成本，未对用户侧进行考虑。
因此，如何提供一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，其目的在于克服目前含光热电站综合能源系统所存在的问题的基础上，该方法可以在含光热电站的综合能源系统在冬季的运行中，考虑到冬季丰富的风能资源和匮乏的太阳能资源，使用风电对光热电站的电加热装置优先进行电能供给，补强光热电站承担热负荷的能力。考虑用户侧电加热装置和光伏装置，进而建立基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，采用差分进化算法联合Gurobi求解器，求解得到在各时段最优的各类负荷的承担情况以及各类能源的定价；各时段用户聚合商最优的负荷需求；整个周期能源运营商的最大总收益和用户聚合商最低的能源采购成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，包括以下步骤：
S1.建立基于光热电站供热的综合能源交互结构，所述综合能源交互结构包括能源运营商、电网和用户聚合商，所述能源运营商包括风电机组和设有电加热装置的光热电站，所述风电机组优先向所述光热电站供电，盈余风电向用户侧供电，所述光热电站向所述用户聚合商供电并供热，所述能源运营商在自身产能不足时作为中介引入所述电网电能；
S2.建立基于主从博弈的能源运营商冬季运行模型G，其中上层领导者为能源运营商IES，以各类能源的功能价格作为决策变量，以最大收益作为目标函数，记作EIES；下层跟随者为用户聚合商l，以能源的采购量作为决策变量，以能源采购最低成本作为目标函数，记作El：
式中，
为调整后的柔性负荷策略集合；ΔLl,h为削减热能的策略集合；λIES,b和λIES,s则分别为综合能源供应商在一个周期内的购电策略集合和售电策略集合；
S3.能源运营商和用户聚合商彼此交互，对EIES和El重复寻优，直至得到在各时段最优的各类负荷的承担情况以及各类能源的定价、各时段用户聚合商最优的负荷需求、整个周期能源运营商的最大总收益和用户聚合商最低的能源采购成本。
优选的，在S2中，将一天分为T个时段，目标函数EIES为：
式中：
和
分别表示能源运营商一天内与电网交互所获收益、在与用户聚合商交互时电能所带来的收益和热能所带来的收益，Ecost表示能源运营商进行交互时所要投入的成本，其中：
式中：λt EG，b、λt EG，s、λt IES，s分别为第t时段的电网购电价格、电网售电价格、能源运营商售电价格；
为能源运营商售热价格；
分别为能源商所配置装置电出力和热出力；
为用户聚合商在各时间段的净电负荷；
分别为综合能源商所配置装置电出力和热出力；
和
分别为光热电站运维成本和风电场运维成本。
优选的，能源运营商的售电价λt IES，s和售热价
满足以下约束条件：
式中，
为热网售热价格。
优选的，在S2中，将一天分为T个时段，目标函数El为：
式中：
表示用户聚合商与能源运营商电能交易的费用；
表示向能源运营商购买热能所需缴纳的费用；
因热负荷的削减导致舒适度降低所产生的惩罚费用；其中：
式中：λt EG，b、λt IES，s分别为第t时段的电网购电价格、能源运营商售电价格；
为用户聚合商在各时间段的净电负荷；
为t时刻用户聚合商所需要的热负荷；
为t时刻能源运营商所提供的热能出力；
为能源运营商电制热设备在t时段内所提供的热能；
和
分别为用户聚合商在t时段内实际所削减的热负荷和最大所能允许削减的热负荷。
优选的，用户聚合商在t时段内的净电负荷
为：
式中，
表示用户聚合商在t时段内刚性负荷的总负荷；
为电制热设备消耗的电能；
为t时段内调整后的柔性负荷；
为用户聚合商光伏装置预测出力；
柔性负荷的调整过程为：
用户聚合商在t时段内所需要的电能
表示为：
式中，
为柔性负荷的总负荷；
柔性负荷调整约束为：
式中，
为不考虑电加热设备时用户聚合商在t时段内的电负荷调整量，ε为t时段内电负荷所能允许调整的最大比例；k为一个周期内用户聚合商所能调整电负荷的最大比例。
优选的，能源运营商电制热设备在t时段内所提供的热能
的约束条件为：
式中，
为电制热设备的电转热效率；
为电制热设备最大所能允许的发热功率。
优选的，S3中对最大收益EIES进行寻优的方法为：
S311.输入初始数据并设置参数，包括：用户的典型日电、热、负荷功率，预测的风机、光伏出力和t时刻光照直接辐射指数DNI值，各设备运行参数以及能源价格的上下限约束；
S312.初始化种群a，令迭代次数g＝0；
S313.能源运营商将优化后的售能源价格下发给下层用户聚合商；
S314.用户计算用户聚合商能源采购最低成本El；
S315.能源运营商计算目标函数：最大收益EIES；
S316.对种群a进行交叉、变异操作，得到新的种群b；
S317.再次对能源采购最低成本El进行寻优求解，并将优化结果发送给所述能源运营商，所述能源运营商计算当前最大收益eIES；
S318.选择操作，若eIES>EIES，则a＝b，EIES＝eIES，若eIES<EIES，则保持不变；
S319.判断是否满足迭代次数，若满足，则输出最优结果，否则跳转至S33。
优选的，S3中对能源采购最低成本El进行寻优的方法为：
S321.用户调用Gurobi求解器计算用户电、热可调节负荷；
S322.将S321所求得的优化结果发送给上层用户聚合商。
优选的，在所述光热电站中：
以导热工质作为节点列写光热电站的能量平衡约束：
式中，ηSF光热电站光—热转换系数；SSF为光热电站镜场面积；Rt为t时刻光照直接辐射指数DNI；
为t时刻光热电站所转化的光能，
为光热电站所损失的光能；
为t时刻流入导致工质的热能；
为t时刻流入由导热工质流入储热系统的热能；
为t时刻由储热系统流入导热工质的热能；
为热力循环系统所消耗的热能；
为机组启停变量，为1时表示在t时刻启动机组；为0时表示在t时刻机组处于运行状态；
为机组启动所需功率；
为保证光热电站稳定运行和方便调度，光热电站有储热的最小热量限制和一个周期始末的容量限制约束条件：
式中：
为TES最小储热量，ξTS为以FLH表示的TES最大储热量，
和
分别表示储热系统在一个周期起始时刻和终止时刻的储热热量；
带电加热装置的含储热光热电站需要考虑电加热装置的出力以及充放热功率的约束：
式中
分别为t时刻TES的充热功率和放热功率；
分别为最大充放热功率；ηin和ηout分别为充放热效率；
为电加热装置电功率；ηEH为电转热效率；
电加热装置在t时段的功率约束为：
式中：
为其最大功率；
光热电站储热环节中储热系统热能平衡约束为：
Qt TS＝(1-γTES)Qt-1 TS+(Pt cha-Pt dis)Δt
式中，Qt TS为t时刻储热系统储热容量；Qt-1 TS为t-1时刻储热系统储热容量；γTES为热耗散系数；Δt为时间间隔；
光热电站出力约束为：
式中，
分别为光热电站的最大、最小出力；
光热机组的爬坡速率约束为：
式中，
分别为光热机组最大向上、向下爬坡速率。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，该方法构建了一种新型的光热电站的运行模式，利用光热电站位于西北地区的分布特性，针对西北地区在冬季太阳能资源较为匮乏、风能资源较为丰富，有冬季供热的客观需要，本发明使用风电优先为电加热装置进行供能，避免了将电加热装置用于新能源消纳时，电加热装置寿命的缩短和后期运维费用的升高；使光热电站在冬季的热能来源更加多样和丰富的同时，开发光热电站供热的能力；并建立考虑到用户侧的电制暖设备，光伏装置，以及用户侧主动对各类负荷的削减，提出一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，并获取目标函数最优解，得到在各时段最优的各类负荷的承担情况以及各类能源的定价；各时段用户聚合商最优的负荷需求；整个周期能源运营商的最大总收益和用户聚合商最低的能源采购成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的基于光热电站供热的综合能源交互结构示意图；
图3为本发明实施例提供的含有电加热装置并具有供热能力的光热电站模型结构图；
图4为本发明实施例提供的差分进化算法联合Gurobi求解器求解过程示意图；
图5为本发明实施例提供的自然资源以及各类负荷数据示意图；
图6为本发明实施例提供的所需购买电负荷优化情况示意图；
图7为本发明实施例提供的所需购买热负荷优化示意图；
图8为本发明实施例提供的电负荷承担情况示意图；
图9为本发明实施例提供的热电负荷承担情况示意图；
图10为本发明实施例提供的各时段电价示意图；
图11为本发明实施例提供的各时段热价示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
本发明实施例公开了一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，如图1所示，具体方法如下：
S1.考虑到社会发展，在用户侧考虑电制热设备和光伏装置的加入，进而建立基于光热电站供热的综合能源交互结构，综合能源交互结构包括能源运营商、电网和用户聚合商，能源运营商包括风电机组和设有电加热装置的光热电站，风电机组优先向光热电站供电，盈余风电向用户侧供电，光热电站向用户聚合商供电并供热，能源运营商在自身产能不足时作为中介引入电网电能；如图2所示；
S2.建立基于主从博弈的能源运营商冬季运行模型G，其中上层领导者为能源运营商IES，以各类能源的功能价格作为决策变量，以最大收益作为目标函数，记作EIES；下层跟随者为用户聚合商l，以能源的采购量作为决策变量，以能源采购最低成本作为目标函数，记作El：
式中，
为调整后的柔性负荷策略集合；ΔLl,h为削减热能的策略集合；λIES,b和λIES,s则分别为综合能源供应商在一个周期内的购电策略集合和售电策略集合；
S3.能源运营商和用户聚合商彼此交互，对EIES和El重复寻优，直至得到在各时段最优的各类负荷的承担情况以及各类能源的定价、各时段用户聚合商最优的负荷需求、整个周期能源运营商的最大总收益和用户聚合商最低的能源采购成本。
需要说明的是：
在本实施例中，在建立基于光热电站供热的综合能源交互结构之前，首先针对我国光热电站的所处位置冬季的能源需求情况及自然资源分布特性，建立含有电加热装置并具有供热能力的光热电站模型。光热电站模型结构，其结构如图3所示，该系统主要由电加热子系统、集热子系统、储热子系统、发电子系统和供热子系统构成。
其中，含有电加热装置并具有供热能力的光热系统主要由电加热子系统、集热子系统、储热子系统、发电子系统和供热子系统构成。
光热电站使用导热工质作为热能传输的介质，进而完成整个运行过程。
能源运营商根据自然资源情况制定一天内的所供的能源价格，用户聚合商再根据能源运营商的所制定的能源价格调整电、热负荷的使用。综合能源供应商与用户聚合商之间的交互变量为电价、热价、所需电能和所需热能，当综合能源供应商所制定的价格过高或过低时，用户聚合商将动态调整其所需购买的能源；综合能源运营商也会基于用户聚合商所购买的能源数量对所售能源的价格进行调整，直到能源价格达到最优。能源运营商与用户聚合商之间有着明显的利益冲突的同时，双方的决策也有先后顺序，因此能源运营商和用户聚合商可构成一个主从博弈模型。
为了进一步实施上述技术方案，在S2中，将一天分为T个时段，目标函数EIES为：
式中：
和
分别表示能源运营商一天内与电网交互所获收益、在与用户聚合商交互时电能所带来的收益和热能所带来的收益，Ecost表示能源运营商进行交互时所要投入的成本，其中：
式中：λt EG，b、λt EG，s、λt IES，s分别为第t时段的电网购电价格、电网售电价格、能源运营商售电价格；
为能源运营商售热价格；
分别为能源商所配置装置电出力和热出力；
为用户聚合商在各时间段的净电负荷；
分别为综合能源商所配置装置电出力和热出力；
和
分别为光热电站运维成本和风电场运维成本。
为了进一步实施上述技术方案，能源运营商的售电价λt IES，s和售热价
满足以下约束条件：
式中，
为热网售热价格。
为了进一步实施上述技术方案，在S2中，将一天分为T个时段，目标函数El为：
式中：
表示用户聚合商与能源运营商电能交易的费用；
表示向能源运营商购买热能所需缴纳的费用；
因热负荷的削减导致舒适度降低所产生的惩罚费用；其中：
式中：λt EG，b、λt IES，s分别为第t时段的电网购电价格、能源运营商售电价格；
为用户聚合商在各时间段的净电负荷；
为t时刻用户聚合商所需要的热负荷；
为t时刻能源运营商所提供的热能出力；
为能源运营商电制热设备在t时段内所提供的热能；
和
分别为用户聚合商在t时段内实际所削减的热负荷和最大所能允许削减的热负荷。
需要说明的是：
热负荷方面，随着电制热设备的推广，其热出力成为对综合能源供应商热出力的补充和替代，热能供应不再仅由能源供应商来提供，因此用户聚合商所需的部分热负荷可转换为电负荷。用户聚合商在电价较低时，使用电加热承担一部分热负荷。
为了进一步实施上述技术方案，用户聚合商在t时段内的净电负荷
为：
式中，
表示用户聚合商在t时段内刚性负荷的总负荷；
为电制热设备消耗的电能；
为t时段内调整后的柔性负荷；
为用户聚合商光伏装置预测出力；
柔性负荷的调整过程为：
用户聚合商在t时段内所需要的电能
表示为：
式中，
为柔性负荷的总负荷；
柔性负荷调整约束为：
式中，
为不考虑电加热设备时用户聚合商在t时段内的电负荷调整量，ε为t时段内电负荷所能允许调整的最大比例；k为一个周期内用户聚合商所能调整电负荷的最大比例。
需要说明的是：用户聚合商的电负荷可分为刚性负荷和柔性负荷，刚性负荷在用户聚合商的电负荷中所占比例较大且对供电的及时性要求极高，柔性负荷在用户聚合商的电负荷中所占比例较小但对供电的及时性要求较低，因此用户可以根据各时段能源运营商所报电价灵活决定柔性负荷的使用时段，进而完成需求侧的电能响应。
考虑到用户侧的电制热设备的使用需要消耗电能。为了进一步描述用户聚合商需求侧响应能力，所有用户柔性电负荷的自动需求响应能力用每时段可调整比例与电量调整总占比衡量，柔性负荷调整作上述约束。
ε和k代表了用户聚合商电负荷的可调能力，考虑到实际情况ε和k的取值不应过大。
为了进一步实施上述技术方案，能源运营商电制热设备在t时段内所提供的热能
的约束条件为：
式中，
为电制热设备的电转热效率；
为电制热设备最大所能允许的发热功率。
为了进一步实施上述技术方案，S3中对最大收益EIES进行寻优的方法为：
S311.输入初始数据并设置参数，包括：用户的典型日电、热、负荷功率，预测的风机、光伏出力和t时刻光照直接辐射指数DNI值，各设备运行参数以及能源价格的上下限约束；
S312.初始化种群a，令迭代次数g＝0；
S313.能源运营商将优化后的售能源价格下发给下层用户聚合商；
S314.用户计算用户聚合商能源采购最低成本El；
S315.能源运营商计算目标函数：最大收益EIES；
S316.对种群a进行交叉、变异操作，得到新的种群b；
S317.再次对能源采购最低成本El进行寻优求解，并将优化结果发送给能源运营商，能源运营商计算当前最大收益eIES；
S318.选择操作，若eIES>EIES，则a＝b，EIES＝eIES，若eIES<EIES，则保持不变；
S319.判断是否满足迭代次数，若满足，则输出最优结果，否则跳转至S33。
为了进一步实施上述技术方案，S3中对能源采购最低成本El进行寻优的方法为：
S321.用户调用Gurobi求解器计算用户电、热可调节负荷；
S322.将S321所求得的优化结果发送给上层用户聚合商。
为了进一步实施上述技术方案，在光热电站中：
以导热工质作为节点列写光热电站的能量平衡约束：
式中，ηSF光热电站光—热转换系数；SSF为光热电站镜场面积；Rt为t时刻光照直接辐射指数DNI；
为t时刻光热电站所转化的光能，
为光热电站所损失的光能；
为t时刻流入导致工质的热能；
为t时刻流入由导热工质流入储热系统的热能；
为t时刻由储热系统流入导热工质的热能；
为热力循环系统所消耗的热能；
为机组启停变量，为1时表示在t时刻启动机组；为0时表示在t时刻机组处于运行状态；
为机组启动所需功率；
为保证光热电站稳定运行和方便调度，光热电站有储热的最小热量限制和一个周期始末的容量限制约束条件：
式中：
为TES最小储热量，ξTS为以FLH表示的TES最大储热量，
和
分别表示储热系统在一个周期起始时刻和终止时刻的储热热量；
带电加热装置的含储热光热电站需要考虑电加热装置的出力以及充放热功率的约束：
式中
分别为t时刻TES的充热功率和放热功率；
分别为最大充放热功率；ηin和ηout分别为充放热效率；
为电加热装置电功率；ηEH为电转热效率；
电加热装置在t时段的功率约束为：
式中：
为其最大功率；
光热电站储热环节中储热系统热能平衡约束为：
Qt TS＝(1-γTES)Qt-1 TS+(Pt cha-Pt dis)Δt
式中，Qt TS为t时刻储热系统储热容量；Qt-1 TS为t-1时刻储热系统储热容量；γTES为热耗散系数；Δt为时间间隔；
光热电站出力约束为：
式中，
分别为光热电站的最大、最小出力；
光热机组的爬坡速率约束为：
式中，
分别为光热机组最大向上、向下爬坡速率。
需要说明的是：TES是光热电站至关重要的部分，其容量与光热电站的优化调度息息相关。通常情况下，用“满负荷小时数(full-load hour，FLH)”表示最大储热能力，如：15FLH表示此光热电站在无光照的情况下，能够以最大功率发电功率运行15h。
在本实施例中ηEH电转热效率取值0.985。
下面以装机总容量为50MW的用户侧光伏装置、装机容量为100MW的光热电站和装机容量为140MW的风电场为例对本发明方法进行说明。
光热电站各项运行参数如表1所示。
表1光热电站运行参数
以一天为一个周期T，一个周期均分为24个时间段，电、热负荷数据为我国西北某城市冬季典型数据。负荷、风电、光伏出力和DNI为当地冬季实测数据，如图5所示。
本发明提出的一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，使用差分进化算法联合Gurobi求解器求解能源运营商和用户聚合商可构成的主从博弈模型，流程图如图4所示。得到在各时段最优的各类负荷的承担情况以及各类能源的定价；各时段用户聚合商最优的负荷需求；整个周期能源运营商的最大总收益和用户聚合商最低的能源采购成本。
为了所提方法的有效性，引入两种场景进行比较，两种场景如下：
场景一：不引入基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法
场景二：引入基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法
经计算两种场景下整个周期能源运营商的最大总收益和用户聚合商最低的能源采购成本如表2所示，各时段用户聚合商最优的负荷需求如图6和图7所示，各时段最优的各类负荷的承担情况以及各类能源的定价如图8、图9、图10和图11所示。
表2能源运营商的最大总收益和用户聚合商最低的能源采购成本
从表2可知，当使用本发明时，用户所需供应的电负荷较场景一上升了91MW，所需供应热负荷较场景一下降了218MW,所需供应的电负荷上升和所需供应热负荷下降，是因为电制热设备将一部分热负荷转换为电负荷；场景一因为没有含有电加热装置并具有供热能力的光热电站和风电场，电能和热能由热网提供，无法获得收益；用户聚合商所需用能成本较场景一降低了95万元，是因为含光热电站的能源运营商的参与，提供了价格更为低廉的能源，并且用户聚合商在场景二使用了更优的负荷分布。
从图5可以看出，在冬季仅有8：00至18：00时有太阳光照，光照时长仅为10h，光伏出力和DNI值也较低；但在冬季的风电资源丰富，全天24h有风电出力，出力最高数值为135MW，最低为85MW。由此可知，使用风电带动光热电站的电加热装置，增强光热电站的热能来源，具有一定的合理性。
从图6和图7可以看出，由于用户聚合商在场景二考虑到电制热设备，使得场景2所需供给的电能增加；由于使用了更优的负荷分布、更优的能源价格和电制热设备，使得场景2所需供给的热能减少。
从图8和图9可以看出，在电价较低或者用户侧光伏装置大发的时段，由电加热装置进行热出力，将热能需求转化为电能需求，而电价较高的时刻，由光热电站进行热出力。在风能资源较为丰富的时段，在进行电能供给的同时，光热电站获得的热能补充也较为丰富，光热电站电出力也随之增强；在有太阳能资源的时段，用户聚合商所拥有的光伏装置也承担部分电能供给；其余不足的电负荷由从外部电网购入的电功率进行补充。
从图10和图11可以看出，由于引入本发明后电价的变化情况，可以看到在引入本发明之后，在用电的高峰时期，用户购电的成本均有不同程度的降低，而在用电的低谷时期，用户购电成本相较于直接从电网供电也没有升高，至于热价变化情况，在引入本发明之后用户在全天均使用到了低于热网热价的供热。
本发明提供的一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，利用光热电站位于西北地区的分布特性，针对西北地区在冬季太阳能资源较为匮乏、风能资源较为丰富，有冬季供热的客观需要，本发明使用风电优先为电加热装置进行供能，避免了将电加热装置用于新能源消纳时，电加热装置寿命的缩短和后期运维费用的升高；使光热电站在冬季的热能来源更加多样和丰富的同时，开发光热电站供热的能力；并建立考虑到用户侧的电制暖设备，光伏装置，以及用户侧主动对各类负荷的削减，提出了基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，采用差分进化算法联合Gurobi求解器进行求解，得到在各时段最优的各类负荷的承担情况以及各类能源的定价；各时段用户聚合商最优的负荷需求；整个周期能源运营商的最大总收益和用户聚合商最低的能源采购成本。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.建立基于光热电站供热的综合能源交互结构，所述综合能源交互结构包括能源运营商、电网和用户聚合商，所述能源运营商包括风电机组和设有电加热装置的光热电站，所述风电机组优先向所述光热电站供电，盈余风电向用户侧供电，所述光热电站向所述用户聚合商供电并供热，所述能源运营商在自身产能不足时作为中介引入所述电网电能；
S2.建立基于主从博弈的能源运营商冬季运行模型G，其中上层领导者为能源运营商IES，以各类能源的功能价格作为决策变量，以最大收益作为目标函数，记作EIES；下层跟随者为用户聚合商l，以能源的采购量作为决策变量，以能源采购最低成本作为目标函数，记作El：
式中，
为调整后的柔性负荷策略集合；ΔLl,h为削减热能的策略集合；λIES,b和λIES,s则分别为综合能源供应商在一个周期内的购电策略集合和售电策略集合；
S3.能源运营商和用户聚合商彼此交互，对EIES和El重复寻优，直至得到在各时段最优的各类负荷的承担情况以及各类能源的定价、各时段用户聚合商最优的负荷需求、整个周期能源运营商的最大总收益和用户聚合商最低的能源采购成本。
2.根据权利要求1所述的一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，其特征在于，在S2中，将一天分为T个时段，目标函数EIES为：
式中：
和
分别表示能源运营商一天内与电网交互所获收益、在与用户聚合商交互时电能所带来的收益和热能所带来的收益，Ecost表示能源运营商进行交互时所要投入的成本，其中：
式中：
分别为第t时段的电网购电价格、电网售电价格、能源运营商售电价格；
为能源运营商售热价格；
分别为能源商所配置装置电出力和热出力；
为用户聚合商在各时间段的净电负荷；
分别为综合能源商所配置装置电出力和热出力；
和
分别为光热电站运维成本和风电场运维成本。
3.根据权利要求2所述的一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，其特征在于，能源运营商的售电价
和售热价
满足以下约束条件：
式中，
为热网售热价格。
4.根据权利要求1所述的一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，其特征在于，在S2中，将一天分为T个时段，目标函数El为：
式中：
表示用户聚合商与能源运营商电能交易的费用；
表示向能源运营商购买热能所需缴纳的费用；
因热负荷的削减导致舒适度降低所产生的惩罚费用；其中：
式中：
分别为第t时段的电网购电价格、能源运营商售电价格；
为用户聚合商在各时间段的净电负荷；
为t时刻用户聚合商所需要的热负荷；
为t时刻能源运营商所提供的热能出力；
为能源运营商电制热设备在t时段内所提供的热能；
和
分别为用户聚合商在t时段内实际所削减的热负荷和最大所能允许削减的热负荷。
5.根据权利要求4所述的一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，其特征在于，用户聚合商在t时段内的净电负荷
为：
式中，
表示用户聚合商在t时段内刚性负荷的总负荷；
为电制热设备消耗的电能；
为t时段内调整后的柔性负荷；
为用户聚合商光伏装置预测出力；
柔性负荷的调整过程为：
用户聚合商在t时段内所需要的电能
表示为：
式中，
为柔性负荷的总负荷；
柔性负荷调整约束为：
式中，
为不考虑电加热设备时用户聚合商在t时段内的电负荷调整量，ε为t时段内电负荷所能允许调整的最大比例；k为一个周期内用户聚合商所能调整电负荷的最大比例。
6.根据权利要求4所述的一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，其特征在于，能源运营商电制热设备在t时段内所提供的热能
的约束条件为：
式中，
为电制热设备的电转热效率；
为电制热设备最大所能允许的发热功率。
7.根据权利要求1所述的一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，其特征在于，S3中对最大收益EIES进行寻优的方法为：
S311.输入初始数据并设置参数，包括：用户的典型日电、热、负荷功率，预测的风机、光伏出力和t时刻光照直接辐射指数DNI值，各设备运行参数以及能源价格的上下限约束；
S312.初始化种群a，令迭代次数g＝0；
S313.能源运营商将优化后的售能源价格下发给下层用户聚合商；
S314.用户计算用户聚合商能源采购最低成本El；
S315.能源运营商计算目标函数：最大收益EIES；
S316.对种群a进行交叉、变异操作，得到新的种群b；
S317.再次对能源采购最低成本El进行寻优求解，并将优化结果发送给所述能源运营商，所述能源运营商计算当前最大收益eIES；
S318.选择操作，若eIES>EIES，则a＝b，EIES＝eIES，若eIES<EIES，则保持不变；
S319.判断是否满足迭代次数，若满足，则输出最优结果，否则跳转至S33。
8.根据权利要求1所述的一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，其特征在于，S3中对能源采购最低成本El进行寻优的方法为：
S321.用户调用Gurobi求解器计算用户电、热可调节负荷；
S322.将S321所求得的优化结果发送给能源运营商。
9.根据权利要求1所述的一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法，其特征在于，在所述光热电站中：
以导热工质作为节点列写光热电站的能量平衡约束：
式中，ηSF光热电站光—热转换系数；SSF为光热电站镜场面积；Rt为t时刻光照直接辐射指数DNI；
为t时刻光热电站所转化的光能，
为光热电站所损失的光能；
为t时刻流入导致工质的热能；
为t时刻流入由导热工质流入储热系统的热能；
为t时刻由储热系统流入导热工质的热能；
为热力循环系统所消耗的热能；
为机组启停变量，为1时表示在t时刻启动机组；为0时表示在t时刻机组处于运行状态；
为机组启动所需功率；
为保证光热电站稳定运行和方便调度，光热电站有储热的最小热量限制和一个周期始末的容量限制约束条件：
式中：
为TES最小储热量，ξTS为以FLH表示的TES最大储热量，
和
分别表示储热系统在一个周期起始时刻和终止时刻的储热热量；
带电加热装置的含储热光热电站需要考虑电加热装置的出力以及充放热功率的约束：
式中
分别为t时刻TES的充热功率和放热功率；
分别为最大充放热功率；ηin和ηout分别为充放热效率；
为电加热装置电功率；ηEH为电转热效率；
电加热装置在t时段的功率约束为：
式中：
为其最大功率；
光热电站储热环节中储热系统热能平衡约束为：
Qt TS＝(1-γTES)Qt-1 TS+(Pt cha-Pt dis)Δt
式中，Qt TS为t时刻储热系统储热容量；Qt-1 TS为t-1时刻储热系统储热容量；γTES为热耗散系数；Δt为时间间隔；
光热电站出力约束为：
式中，
分别为光热电站的最大、最小出力；
光热机组的爬坡速率约束为：
式中，
分别为光热机组最大向上、向下爬坡速率。
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|---|---|---|---|
| CN202211098097.5A CN115456395A (zh) | 2022-09-08 | 2022-09-08 | 一种基于主从博弈的含光热能源运营商冬季运行方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117689189A (zh) * | 2024-02-04 | 2024-03-12 | 国网北京市电力公司 | 一种基于主从博弈的虚拟电厂能源调度方法及终端设备 |
-
2022
- 2022-09-08 CN CN202211098097.5A patent/CN115456395A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN117689189A (zh) * | 2024-02-04 | 2024-03-12 | 国网北京市电力公司 | 一种基于主从博弈的虚拟电厂能源调度方法及终端设备 |
| CN117689189B (zh) * | 2024-02-04 | 2024-05-07 | 国网北京市电力公司 | 一种基于主从博弈的虚拟电厂能源调度方法及终端设备 |
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