CN115860406A - 基于内部电价激励的园区综合能源系统能量调度方法 - Google Patents

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CN115860406A
CN115860406A CN202211629287.5A CN202211629287A CN115860406A CN 115860406 A CN115860406 A CN 115860406A CN 202211629287 A CN202211629287 A CN 202211629287A CN 115860406 A CN115860406 A CN 115860406A
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李玲玲
李浩源
张政林
李家荣
杨海跃
曲立楠
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Hebei University of Technology
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Abstract

本发明为基于内部电价激励的园区综合能源系统能量调度方法，将园区综合能源系统分为上、下两层，上层为能源管理商，下层为由多个综合能源系统构成的综合能源系统集群；能源管理商根据自身产能和各个综合能源系统的电能需求制定各个时刻的内部电价；各个综合能源系统根据内部电价通过转移和/或削减的方式柔性负荷进行能量优化，得到需从能源管理商处购买的电量；当供需不平衡时，能源管理商与配电网交易以补充电力缺口或消纳冗余；该方法首先构建园区总体收益的目标函数，计及目标函数的线性和非线性约束条件，对目标函数进行求解；在求解设备出力的同时求解目标函数的最优解，实现能源管理商以及各个综合能源系统的收益最大化。通过内部电价激励使得能量优先在园区内部交易，在节约综合能源系统集群购电成本的同时减少能源管理商入网的电能，实现园区总体收益的最大化。

Description

基于内部电价激励的园区综合能源系统能量调度方法
技术领域
本发明属于电力系统能量调度技术领域，具体地说是一种基于内部电价激励的园区综合能源系统能量调度方法。
背景技术
随着新能源发电技术愈发成熟，微电网通过安装新能源发电设备来减少从上层配电网购电消耗的成本，其中新能源发电设备以风力发电和光伏发电尤为显著，微电网仅仅考虑园区负荷用户的电需求，但是单一的电能已经不能满足负荷需求。综合能源系统是指一定区域内利用先进的物理信息技术和创新管理模式，通过调度区域内的天然气、电能、热能等多种能源，实现多种异质能源子系统之间的协调规划、优化运行和互补互济，在满足系统内多元化用能需求的同时，提升能源利用率，减小能源消耗，促进能源可持续发展的新型一体化能源系统。电负荷依据类型可分为工业用电负荷(一级负荷)、住宅用电负荷(二级负荷)以及商业用电负荷(三级负荷)，商业用电负荷中的柔性负荷可参与能量调动，实现用户的用能优化，尽可能节约成本。
园区综合能源系统是将园区内的多类型的利益主体进行统一集中调度的组织结构，通过调度园区内的发电设备、能量转换设备以及负荷用户的用能需求，在保证负荷用户用能需求的前提下节约成本，实现系统经济效益最大化。现有的园区综合能源系统调度方式过于单一，负荷用户从上层配电网购电，能源管理商向上层配电网售电，导致能源消费结构不合理，无法实现各利益主体的经济效益最大化。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于内部电价激励的园区综合能源系统能量调度方法，将园区综合能源系统的利益主体划分为能源管理商和综合能源系统集群，能源管理商引入内部电价激励机制，优先实现园区内部的能量交易，在节约综合能源系统集群购电成本的同时减少能源管理商入网的电能，实现整个系统经济效益的最大化。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案如下：
一种基于内部电价激励的园区综合能源系统能量调度方法，园区综合能源系统分为上、下两层，上层为能源管理商，下层为由多个综合能源系统构成的综合能源系统集群；能源管理商根据自身产能和各个综合能源系统的电能需求制定各个时刻的内部电价；各个综合能源系统根据内部电价通过转移和/或削减的方式柔性负荷进行能量优化，得到需从能源管理商处购买的电量；当供需不平衡时，能源管理商与配电网交易以补充电力缺口或消纳冗余；包含以下步骤：
步骤一，构建园区综合能源系统总体收益的目标函数，表达式为：
Figure BDA0004005107000000011
式中，Ftotal为园区综合能源系统的总体收益，Fadm为能源管理商的收益，
Figure BDA0004005107000000012
为第i个综合能源系统的收益，n为综合能源系统的数量；
步骤二，建立目标函数的线性和非线性约束条件；线性约束条件为综合能源系统内部的电/热负荷平衡以及能源管理商的新能源发电设备功率平衡约束；非线性约束条件为设备的出力约束、运行及状态约束；
步骤三，对目标函数进行求解；采用Cplex求解器计算设备出力，同时根据设备出力，利用智能算法对目标函数进行迭代求解，得到园区综合能源系统总体收益的最优解，实现能源管理商以及各个综合能源系统的收益最大化。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：
1、本发明将园区综合能源系统的利益主体划分为上层的能源管理商和下层的IES集群；能源管理商根据供需关系制定内部电价，对IES集群进行统一调度，使得能量优先在园区内部实现交易，在节约综合能源系统集群购电成本的同时减少能源管理商入网的电能，实现园区总体经济效益的最大化；将三级负荷中的柔性负荷纳入能量调度范围，负荷用户的用能量进行优化，充分考虑了各个利益主体的自我调节能力，以实现自身利益的最大化。
2、本发明通过内部电价激励机制，将内部电价作为优化目标，由于能源管理商制定的内部电价低于配电网的分时电价，因此IES集群优先从能源管理商处购电，减少了能源管理商入网的电量，不仅节约了IES集群购电成本，而且显著提高了能源管理商的收益，调动了园区内优先进行能量交易双方的积极性，增加了各利益主体的收益，并使园区综合能源系统的总收益大幅度提升。
3、本发明通过Cplex求解器计算能源管理商和IES集群的设备出力，在根据设备出力采用遗传算法求得目标函数的最优解，同时能源管理商根据求解结果对内部电价进行修正，实现各个利益主体收益最大化的同时园区综合能源系统总体经济效益的最大化。
4、本发明方法为园区综合能源系统的能量调度及管理提供参考，不仅适用于园区场景，还可以进一步推广到智慧城市等区域场景。
附图说明
图1是园区综合能源系统的结构图；
图2是综合能源系统的结构图；
图3是本发明的调度策略流程图；
图4是本实施例中IES1的发电功率和负荷预测曲线；
图5是本实施例中IES2的发电功率和负荷预测曲线；
图6是本实施例中IES3的发电功率和负荷预测曲线；
图7是本实施例中IES1的柔性电负荷工作曲线；
图8是本实施例中IES1的柔性热负荷工作曲线；
图9是本实施例中各个时刻的内部电价图；
图10是本实施例中IES1供电设备的运行情况图；
图11是本实施例中ISE1供热设备的运行情况图；
图12是本实施例中ISE2供电设备的运行情况图；
图13是本实施例中IES3供电设备的运行情况图；
图14是本实施例中ISE2供热设备的运行情况图；
图15是本实施例中IES3供热设备的运行情况图；
图16是本实施例中能源管理商的设备运行情况图；
图17是本实施例中各个利益主体的收益曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细描述，但并不以此限定本申请的保护范围。
图1为园区综合能源系统的结构示意图；园区综合能源系统分为上、下两层，上层为能源管理商，包括能量统一调度系统、大规模的新能源发电与储电设备；下层为多个综合能源系统，每个综合能源系统均包括新能源发电设备、能量转化设备和负荷用户。
图2为综合能源系统(IES)的构成图；IES内的新能源发电设备包括光伏发电机组和风力发电机组，能量转化设备包括热电联产机组、燃气锅炉以及储电、储热装置，热电联产机组包括燃气轮机和余热锅炉，燃气轮机利用天然气进行发电，燃气轮机的余热供给预热锅炉；热交换器将燃气锅炉和余热锅炉产生的热量传递至负荷用户；按供电可靠性要求将各个综合能源系统的负荷分为一级负荷、二级负荷、三级负荷，将三级负荷中可参与能量调度的柔性负荷纳入能量调度系统的调度范围，综合能源系统根据其自身内部新能源发电设备的发电量以及负荷需求削减或转移部分柔性负荷，以实现供需功率平衡；柔性负荷分为柔性电负荷和柔性热负荷，柔性电负荷是指园区内的中央空调等，柔性电负荷既能转移又能削减；柔性热负荷是指园区内因用户追求高舒适度产生的供暖热负荷，柔性热负荷只能削减。
图3为园区综合能源系统经济调度策略流程图，能源管理商首先根据天气条件和自身内部的新能源发电设备的负荷数据预测产能，并统计各个IES所需的电能，制定各个时刻的内部电价；IES依据内部电价对其所能调度的柔性负荷通过削减或者转移方式的进行能量优化，得到各个时刻的购电量，并反馈给能源管理商；能源管理商向各个IES出售电能，当供需不平衡时，能源管理商采用向配电网购电或售电的方式补充电力缺口或者消纳冗余电能。
本发明提供一种基于内部电价激励的园区综合能源系统能量调度方法，具体步骤如下：
步骤一，园区综合能源系统的利益主体包括能源管理商以及下层综合能源系统集群，因此园区综合能源系统的收益为各个利益主体的经济效益之和，因此根据各个利益主体的经济效益，构建园区综合能源系统总体收益的目标函数，其表达式为：
Figure BDA0004005107000000031
式中，Ftotal为园区综合能源系统的总体收益，Fadm为能源管理商的收益，
Figure BDA0004005107000000034
为第i个综合能源系统的收益，n为综合能源系统的数量；
能源管理商在各时刻电能平衡的基础上通过制定合理的内部电价来提高自身收益，能源管理商的收益包含向下层综合能源系统集群出售电能的收益以及将多余电能出售给配电网的收益，能源管理商收益的表达式如下：
Figure BDA0004005107000000032
Figure BDA0004005107000000033
式中，ce,adm(t)为t时刻能源管理商的内部电价，内部电价低于配电网的分时电价；Pies(t)为t时刻能源管理商出售给下层综合能源系统集群的电量；ce,sw(t)为t时刻的入网电价；Psw(t)为t时刻能源管理商出售给配电网的电量；
Figure BDA0004005107000000041
为t时刻第i个综合能源系统从能源管理商购买的电量；T为调度周期；
各个综合能源系统的热电联产机组和燃气锅炉独立运行，热电联产机组产生满足负荷需求的电能和热能，燃气锅炉产生热能，负荷用户在消耗电能和热能的同时产生经济效益；因此，综合能源系统的收益表示为：
Figure BDA0004005107000000042
Figure BDA0004005107000000043
其中，
Figure BDA0004005107000000044
分别为第i个综合能源系统的用户消耗电负荷和热负荷产生的经济效益；au,e、bu,e分别为第i个综合能源系统中用户消耗电负荷产生经济效益的系数；au,h、bu,h分别为第i个综合能源系统中用户消耗热负荷产生经济效益的系数；/>
Figure BDA0004005107000000045
为第i个综合能源系统购买天然气的费用；cgas为天然气单价；/>
Figure BDA0004005107000000046
为第i个综合能源系统从能源管理商购买电能的费用；/>
Figure BDA0004005107000000047
分别为柔性负荷参与能量调度后第i个综合能源系统t时刻的剩余电负荷和热负荷；/>
Figure BDA0004005107000000048
为第i个综合能源系统的柔性负荷响应调度费用；ccut(t)、cmov(t)分别为t时刻削减柔性负荷的单价和转移柔性电负荷的单价；/>
Figure BDA0004005107000000049
分别为第i个综合能源系统t时刻削减的柔性热负荷和柔性电负荷；/>
Figure BDA00040051070000000410
为第i个综合能源系统t时刻转移的柔性电负荷；
步骤二，建立目标函数的线性和非线性约束条件；其中，线性约束条件为各个综合能源系统内部的电/热负荷平衡以及能源管理商的新能源发电设备功率平衡约束；非线性约束条件为设备的出力约束、运行及状态约束；
综合能源系统内部的电/热负荷平衡约束为：
Figure BDA00040051070000000411
Figure BDA00040051070000000412
/>
式中，
Figure BDA00040051070000000413
分别为第i个综合能源系统内部产生的电负荷和热负荷；
Figure BDA00040051070000000414
分别为第i个综合能源系统的风力发电机组和光伏发电机组t时刻的输出功率；/>
Figure BDA0004005107000000051
为第i个热电联产机组t时刻输出的电功率；/>
Figure BDA0004005107000000052
分别为第i个综合能源系统的储电装置t时刻的充、放电功率；/>
Figure BDA0004005107000000053
分别为第i个综合能源系统的储热装置t时刻的储、放热功率；/>
Figure BDA0004005107000000054
为第i个热电联产机组的热交换器t时刻的输出热量，即燃气锅炉和余热锅炉的输出热量经热交换器传递之后可供热负荷使用的热量；
能源管理商的新能源发电设备功率平衡约束为：
Figure BDA0004005107000000055
式中，Pwt,adm(t)、Ppv,adm(t)分别为能源管理商内部的风力发电机组和光伏发电机组t时刻的输出功率；Pdisc,adm(t)、Pch,adm(t)分别为能源管理商内部配备的储能装置在t时刻的充、放电功率；Psell(t)为t时刻能源管理商出售的电量；
其中，光伏发电主要受光照辐射强度和温度影响，则第i个综合能源系统中光伏发电机组的输出功率为：
Figure BDA0004005107000000056
式中，
Figure BDA0004005107000000057
为第i个综合能源系统中光伏发电机组t时刻的输出功率，单位为kW；
Figure BDA0004005107000000058
为第i个综合能源系统中光伏发电机组在标准环境下的输出功率；k为辐射温度影响系数；T(t)为环境温度，单位为℃；TSTC为标准环境温度；G(t)为光照辐射强度，单位为W/m2；GSTC为标准光照辐射强度；
本发明将风力发电简化为其主要受风速影响，则第i个综合能源系统的风力发电机组的输出功率为：
Figure BDA0004005107000000059
Figure BDA00040051070000000510
式中，
Figure BDA00040051070000000511
为第i个综合能源系统的风力发电机组的额定输出功率；kwt为风速对发电量的影响系数；vin为切入风速；vN为额定风速；vout为切出风速；v(t)为t时刻的风速；
热电联产机组的电、热出力功率的表达式为：
Figure BDA00040051070000000512
式中，
Figure BDA00040051070000000513
为第i个热电联产机组t时刻消耗的天然气量，单位为m3；/>
Figure BDA00040051070000000514
为第i个热电联产机组t时刻输出的电功率；agt、bgt、cgt均为燃料成本系数；/>
Figure BDA00040051070000000515
为第i个热电联产机组t时刻的的输出余热；λgt为热电联产机组输出的电功率与输出余热之比；/>
Figure BDA0004005107000000061
为第i个热电联产机组的余热锅炉t时刻的输出热功率；ηhe为余热锅炉的转化效率；
第i个综合能源系统的燃气锅炉的输出功率为：
Figure BDA0004005107000000062
式中，
Figure BDA0004005107000000063
为第i个综合能源系统的燃气锅炉t时刻的输出功率，/>
Figure BDA0004005107000000064
为第i个综合能源系统的燃气锅炉t时刻消耗的天然气量，ηgb为燃气锅炉的转化效率；
第i个综合能源系统的热交换器的输出热量为：
Figure BDA0004005107000000065
式中，ηex为热交换器的热传递效率；
储电装置的充、放电功率满足下式：
Figure BDA0004005107000000066
式中，
Figure BDA0004005107000000067
分别为第i个综合能源系统的储电装置t和t-1时刻的存储电量，εe为储电装置的自消耗率，ηe,c、ηe,disc分别为储电装置的充、放电效率；
储热装置的储、放热功率满足下式：
Figure BDA0004005107000000068
式中，
Figure BDA0004005107000000069
分别为第i个综合能源系统的储热装置t和t-1时刻的存储热量，εh为储热装置的自消耗率，ηh,c、ηh,disc分别为储热装置的储、放热效率；
热电联产机组的出力约束：
Figure BDA00040051070000000610
式中，Pgt,max为热电联产机组的极限输出电功率；
Figure BDA00040051070000000611
为t-1时刻热电联产机组的输出电功率；Pgt,pu为热电联产机组的极限爬坡功率；
燃气锅炉的出力约束：
Figure BDA00040051070000000612
式中，Hgb,max为燃气锅炉的极限输出功率；
Figure BDA00040051070000000613
为t和t-1时刻燃气锅炉的输出功率；Hgb,pu为燃气锅炉的极限爬坡功率；
储电装置的运行及状态约束：
Figure BDA0004005107000000071
/>
式中，E(t)为t时刻储电装置的剩余电量；Emin和Emax分别为储电装置剩余电量的上、下限；Pe,max为储电装置充、放电功率的上限；Pe,pu为储电装置的极限爬坡功率；
储热装置的运行及状态约束：
Figure BDA0004005107000000072
式中，Q(t)为t时刻储热装置的剩余热量；Qmin、Qmax分别为储热装置剩余热量的上、下限；Hch,max为储热装置充、放热功率的上限；Hh,pu为储热装置的极限爬坡功率；
柔性负荷约束：
Figure BDA0004005107000000073
Figure BDA0004005107000000074
Figure BDA0004005107000000075
式中，ke,mov、ke,cut分别为极限转移柔性电负荷和极限削减柔性电负荷占电负荷总量的比例；kh,cut为极限转移柔性热负荷占热负荷总量的比例；Pe,mov(t)为极限转移柔性电负荷；
能源管理商与配电网以及下层各个综合能源系统与之间通过联络线传输功率，因此联络线也需满足功率约束：
Figure BDA0004005107000000076
式中，Pcom,i,max为第i个综合能源系统与能源管理商之间的联络线的极限传输功率；Pnet,max为能源管理商与配电网之间的联络线的极限传输功率；
步骤三，采用内外双层迭代循环方式对园区综合能源系统总体收益的目标函数进行求解；即根据步骤二的约束条件，采用Cplex求解器计算内层各个综合能源系统和能源管理商的设备出力；与此同时，根据设备出力和目标函数，采用智能算法计算外层的园区综合能源系统总体收益的最优解，实现各个利益主体收益的最大化。
上述方法中，园区综合能源系统中不同用户的需求响应、IES内部的定价策略、智能算法、Cplex求解器以及IES系统中各个设备的功率、负荷等是为本技术领域的技术人员所熟知的；智能算法可以为遗传算法、群智能算法。
实施例
本实施例的基于双层循环迭代的园区综合能源系统能量调度方法，采用PC机作为平台进行模型搭建，其中CPU为i5-1135G7 2.4GHz，安装内存为16G，操作系统为Windows10-64位，使用MATLAB R2016a版本，园区综合能源系统的结构如图1所示，其中，下层综合能源系统集群包含三个综合能源系统，分别记为IES1、IES2和IES3，单个IES的结构如图2所示；园区综合能源系统能量调度策略如图3所示。
能源管理商根据某地区的天气条件、负荷数据预测新能源出力和热电负荷，并统计IES1、IES2、IES3所需的电能，制定各个时刻的内部电价；各个IES系统依据内部电价对其所能调度的柔性负荷进行能量优化，将优化后的电能需求反馈给能源管理商；配电网的分时电价以及能源管理商的入网电价如表1所示；
表1电价表
Figure BDA0004005107000000081
图4、图5和图6分别为IES1、IES2以及IES3的发电功率和负荷预测曲线，在三个IES中，电负荷和热负荷需求均较大，其中新能源发电量远小于电能需求量；在IES1中，电负荷需求在11:00-22:00均超过1200kW，峰值时刻出现19:00时，电负荷达到1600kW；光伏发电时间集中在7:00-19:00，发电高峰时间在11:00-15:00，发电量约为400kW；风力发电时间集中在傍晚和夜间，发电峰值为550kW；在IES2中，光伏和风力发电总量远小于各时刻的电量需求；IES3代表消耗大量负荷的工业园区，其用电高峰时刻的用电需求超过2600kW，与用电需求相比，光伏和风力发电量峰值仅为400kW和800kW，通过对各个IES用电量和发电量的对比分析可知，各个IES在各时刻均需从上层能源管理商购买电能满足自身需求；各个IES根据其自身内部新能源发电设备的发电量以及负荷需求削减和转移部分柔性负荷。
本实施例主要以IES1中的柔性负荷调度情况进行分析；图7为IES1的柔性电负荷工作图，对各个时刻的柔性电负荷均进行了削减，削减量根据各时刻的电负荷量有明显差异，在11:00-12:00和16:00-22:00时刻的削减量明显增加；对可进行转移的电负荷依据分时电价和此时电负荷需求量进行异时刻运行，将11:00-12:00和18:00-22:00等用电高峰和峰值电价时刻的一部分电负荷转移到其他时刻，进而减少高峰时刻的用电压力并实现柔性电负荷的削峰填谷；相比于分时电价，能源管理商采用内部电价机制效果显著；图8为本实施例中IES1的柔性热负荷工作曲线，热负荷削减措施主要应用在IES内部供热设备中，用户的热需求控制住舒适度区间内，将消耗热量多的高舒适度需求降低为中舒适度和低舒适度需求，因此在各个时刻均存在热负荷的削减。
图9为本实施例中各个时刻的内部电价图，内部电价在各时刻都大于入网电价，即增大了能源管理商优先向各个IES供电的积极性；内部电价在各时刻都小于入网电价，因此提高了能源管理商发电量相比配电网的竞争优势，使负荷用户优先从园区内的能源管理商处买电；在用电高峰时刻，13:00-14:00和21:00-22:00的内部电价分别为0.35和0.41，明显低于配电网的分时电价；在电价平时，9:00-10:00、17:00-18:00、23:00-24:00的电价分别为0.38、0.41、0.49，相比于分时电价，采用内部电价机制效果显著。
图10为本实施例中IES1供电设备运行情况图，在IES1中电负荷优先使用内部新能源发电设备产生的电能，其中光伏发电时间集中在7:00-19:00时，发出电量从0到350kW，发电量高峰期集中在10时到15时；风力发电集中在夜间，从7时到15时，风力发电较少，之后逐渐增加，在21:00时达到发电高峰，发电量为516kW；热电联产设备输出电能和热量相互耦合，在各时刻的出力比较稳定；在7:00-24:00时负荷用电量明显增加，此时IES1需要从能源管理商购买电能，其中在11时和19时的购电量超过负荷需求的50％。
图11为本实施例中ISE1供热设备运行情况图，在热平衡过程中，图中显示热量均为经中间转换设备之后可供负荷直接使用的热量；在满足热负荷需求时，优先使用热电联产机组发出的热量，然后燃气锅炉承担剩余的负荷热需求，并起到主要供热源的作用，储热装置储存热负荷需求低时制热设备发出的多余热量，在热负荷高峰时放出热量，灵活实现制热设备跨时空运行，变相地增加负荷高峰时刻设备的容量。
图12、图13分别为本实施例中ISE2与ISE3供电设备运行情况图，其中IES3作为工业型负荷，其在各时刻的剩余电能需求功率均超过1000kW。图14、15分别为ISE2与ISE3供热设备运行情况图。
图16为本实施例中能源管理商设备运行情况图，能源管理商的光伏发电集中在8:00-14:00时刻，其中10:00-13:00时刻的发电量超过了1000kW，峰值时刻达到2000kW；风力发电占主导，并且发电时间分布在各个时刻，其中，在夜间和傍晚时刻，风力发电效果显著，最高峰时刻能达到2400kW。
图17为本实施例中各相关方收益的收敛曲线，能源管理商制定的内部电价，不仅影响能源管理商一方的价值，同时影响IES1、IES2、IES1三方的收益；由图所示，在前10次迭代时，算法不断探索内部电价，找到使园区各利益主体收益之和增加的平衡解，由此使得园区综合收益增加，在第11次迭代之后达到稳定；图中，IES3的收益波动情况与能源管理商收益波动情况显著，IES2次之、IES1最小，原因是IES3的购电量相比于IES2、IES1较大，所以当能源管理商收益随内部电价的差异波动时，IES3的波动情况比购电较少的IES1和IES2更为显著；在11次迭代时，算法达到最优解，各利益主体均达到在均衡解下的最大收益，园区综合收益达到全局最优解。
IES的收益为热电负荷产生的经济效益FU减去从上层购电的费用、柔性负荷的响应调度费用、购买天然气的费用，综合能源商的综合收益为其向IES群和配电网售电的收益，园区综合收益为各利益主体的收益之和，各利益主体的收益组成如表2所示；
表2各利益主体的收益组成
Figure BDA0004005107000000091
Figure BDA0004005107000000101
如表2所示，IES1、IES2、IES3的综合收益分别为25805.8、28760.8、23219.8，分别占各自负荷产生的效用价值的70.62％、85.57％、56.35％。由此说明，在IES2中，综合收益占热电负荷产生的效用价值的比例最大，为满足负荷要求消耗的费用最少。IES3通过自身新能源发电系统满足自身负荷所花费的费用最小，在IES3中，从能源管理商购能的费用、柔性负荷的激励费用、消耗的天然气费用分别占热电负荷产生的效用价值的23.99％、2.35％、22.02％，说明IES3通过购能和热电机组、燃气轮机产出的能量在满足负荷需求中占重要组成部分。各IES1、IES2、IES3的购电费用与负荷效用价值之比分别为3.71％、0.95％、23.99％，由此可知，在三个IES中，IES3对能源管理商的依赖性最大，IES1和IES2对购电的依赖性相对较小；
表3模型对比
Figure BDA0004005107000000102
如表3所示，通过与传统模型(各IES从配电网购买电能，能源管理商的新能源发电量向上层配电网卖电)比较，本发明方法采用内部电价策略，IES1、IES2、IES3的购电成本分别节约了112.86％、74.38％、59.23％，能源管理商的收益增加了10.13％，园区内利益主体的收益总和增加了10.71％；
综上分析，本发明中的改进模型采用内部电价激励机制不仅能大幅度节约各IES的购电成本，还能明显增加能源管理商和各利益主体的收益。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种基于内部电价激励的园区综合能源系统能量调度方法，将园区综合能源系统分为上、下两层，上层为能源管理商，下层为由多个综合能源系统构成的综合能源系统集群；其特征在于，能源管理商根据自身产能和各个综合能源系统的电能需求制定各个时刻的内部电价；各个综合能源系统根据内部电价通过转移和/或削减的方式柔性负荷进行能量优化，得到需从能源管理商处购买的电量；当供需不平衡时，能源管理商与配电网交易以补充电力缺口或消纳冗余；包含以下步骤：
步骤一，构建园区综合能源系统总体收益的目标函数，表达式为：
Figure FDA0004005106990000011
式中，Ftotal为园区综合能源系统的总体收益，Fadm为能源管理商的收益，
Figure FDA0004005106990000012
为第i个综合能源系统的收益，n为综合能源系统的数量；
步骤二，建立目标函数的线性和非线性约束条件；线性约束条件为综合能源系统内部的电/热负荷平衡以及能源管理商的新能源发电设备功率平衡约束；非线性约束条件为设备的出力约束、运行及状态约束；
步骤三，对目标函数进行求解；采用Cplex求解器计算设备出力，同时根据设备出力，利用智能算法对目标函数进行迭代求解，得到园区综合能源系统总体收益的最优解，实现能源管理商以及各个综合能源系统的收益最大化。
2.根据权利要求1所述的基于内部电价激励的园区综合能源系统能量调度方法，其特征在于，步骤一中，能源管理商的收益表示为：
Figure FDA0004005106990000013
Figure FDA0004005106990000014
式中，ce,adm(t)为t时刻能源管理商的内部电价，内部电价小于配电网的分时电价；Pies(t)为t时刻能源管理商出售给综合能源系统集群的电量；ce,sw(t)为t时刻的入网电价；Psw(t)为t时刻能源管理商出售给配电网的电量；
Figure FDA0004005106990000015
为t时刻第i个综合能源系统从能源管理商购买的电量；T为调度周期；
综合能源系统的收益表示为：
Figure FDA0004005106990000016
Figure FDA0004005106990000017
其中，
Figure FDA0004005106990000018
分别为第i个综合能源系统的用户消耗电负荷和热负荷产生的经济效益；au,e、bu,e分别为第i个综合能源系统中用户消耗电负荷产生经济效益的系数；au,h、bu,h分别为第i个综合能源系统中用户消耗热负荷产生经济效益的系数；/>
Figure FDA0004005106990000021
为第i个综合能源系统购买天然气的费用；cgas为天然气单价；/>
Figure FDA00040051069900000218
为第i个综合能源系统从能源管理商购买电能的费用；/>
Figure FDA0004005106990000022
分别为柔性负荷参与能量调度后第i个综合能源系统t时刻的剩余电负荷和热负荷；/>
Figure FDA0004005106990000023
为第i个综合能源系统的柔性负荷响应调度费用；ccut(t)、cmov(t)分别为t时刻削减柔性负荷的单价和转移柔性电负荷的单价；/>
Figure FDA0004005106990000024
分别为第i个综合能源系统t时刻削减的柔性热负荷和柔性电负荷；/>
Figure FDA0004005106990000025
为第i个综合能源系统t时刻转移的柔性电负荷。
3.根据权利要求1所述的基于内部电价激励的园区综合能源系统能量调度方法，其特征在于，步骤二中，综合能源系统内部的电/热负荷平衡约束为：
Figure FDA0004005106990000026
Figure FDA0004005106990000027
式中，
Figure FDA0004005106990000028
分别为第i个综合能源系统内部产生的电负荷和热负荷；
Figure FDA0004005106990000029
分别为第i个综合能源系统的风力发电机组和光伏发电机组t时刻的输出功率；/>
Figure FDA00040051069900000219
为第i个热电联产机组t时刻输出的电功率；/>
Figure FDA00040051069900000210
分别为第i个综合能源系统的储电装置t时刻的充、放电功率；/>
Figure FDA00040051069900000211
分别为第i个综合能源系统的储热装置t时刻的储、放热功率；/>
Figure FDA00040051069900000212
为第i个热电联产机组的热交换器t时刻的输出热量，即燃气锅炉和余热锅炉的输出热量经热交换器传递之后可供热负荷使用的热量；
能源管理商的新能源发电设备功率平衡约束为：
Figure FDA00040051069900000213
式中，Pwt,adm(t)、Ppv,adm(t)分别为能源管理商内部的风力发电机组和光伏发电机组t时刻的输出功率；Pdisc,adm(t)、Pch,adm(t)分别为能源管理商内部配备的储能装置在t时刻的充、放电功率；Psell(t)为t时刻能源管理商出售的电量；
热电联产机组的电、热出力功率的表达式为：
Figure FDA00040051069900000214
式中，
Figure FDA00040051069900000215
为第i个热电联产机组t时刻消耗的天然气量，单位为/>
Figure FDA00040051069900000216
为第i个热电联产机组t时刻输出的电功率；agt、bgt、cgt均为燃料成本系数；/>
Figure FDA00040051069900000217
为第i个热电联产机组t时刻的的输出余热；λgt为热电联产机组输出的电功率与输出余热之比；/>
Figure FDA0004005106990000031
为第i个热电联产机组的余热锅炉t时刻的输出热功率；ηhe为余热锅炉的转化效率；/>
综合能源系统的燃气锅炉的输出功率为：
Figure FDA0004005106990000032
式中，
Figure FDA0004005106990000033
为第i个综合能源系统的燃气锅炉t时刻的输出功率，/>
Figure FDA0004005106990000034
为第i个综合能源系统的燃气锅炉t时刻消耗的天然气量，ηgb为燃气锅炉的转化效率；
综合能源系统的热交换器的输出热量为：
Figure FDA0004005106990000035
式中，ηex为热交换器的热传递效率；
储电装置的充、放电功率满足下式：
Figure FDA0004005106990000036
式中，
Figure FDA0004005106990000037
分别为第i个综合能源系统的储电装置t和t-1时刻的存储电量，εe为储电装置的自消耗率，ηe,c、ηe,disc分别为储电装置的充、放电效率；
储热装置的储、放热功率满足下式：
Figure FDA0004005106990000038
式中，
Figure FDA00040051069900000313
分别为第i个综合能源系统的储热装置t和t-1时刻的存储热量，εh为储热装置的自消耗率，ηh,c、ηh,disc分别为储热装置的储、放热效率；
热电联产机组的出力约束：
Figure FDA0004005106990000039
式中，Pgt,max为热电联产机组的极限输出电功率；
Figure FDA00040051069900000310
为t-1时刻热电联产机组的输出电功率；Pgt,pu为热电联产机组的极限爬坡功率；
燃气锅炉的出力约束：
Figure FDA00040051069900000311
式中，Hgb,max为燃气锅炉的极限输出功率；
Figure FDA00040051069900000312
为t和t-1时刻燃气锅炉的输出功率；Hgb,pu为燃气锅炉的极限爬坡功率；
储电装置的运行及状态约束：
Figure FDA0004005106990000041
式中，E(t)为t时刻储电装置的剩余电量；Emin和Emax分别为储电装置剩余电量的上、下限；Pe,max为储电装置充、放电功率的上限；Pe,pu为储电装置的极限爬坡功率；
储热装置的运行及状态约束：
Figure FDA0004005106990000042
式中，Q(t)为t时刻储热装置的剩余热量；Qmin、Qmax分别为储热装置剩余热量的上、下限；Hch,max为储热装置充、放热功率的上限；Hh,pu为储热装置的极限爬坡功率；
柔性负荷约束：
Figure FDA0004005106990000043
Figure FDA0004005106990000044
Figure FDA0004005106990000045
式中，ke,mov、ke,cut分别为极限转移柔性电负荷和极限削减柔性电负荷占电负荷总量的比例；kh,cut为极限转移柔性热负荷占热负荷总量的比例；Pe,mov(t)为极限转移柔性电负荷；
能源管理商与配电网以及各个综合能源系统与之间通过联络线传输功率，联络线的功率约束为：
Figure FDA0004005106990000046
式中，Pcom,i,max为第i个综合能源系统与能源管理商之间的联络线的极限传输功率；Pnet,max为能源管理商与配电网之间的联络线的极限传输功率。
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