CN117875599A - 一种集成报量报价机制的园区级ems系统运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种集成报量报价机制的园区级EMS系统运行方法，涉及智能电力技术系统领域，可以应用于工厂、商业、等峰谷差较大、用电负荷不稳定的场所。本发明包括：建立园区用能网络的系统架构和数学模型；建立柔性负荷优化机制；引入用户满意度衡量准则；设计ESS储能电站的调度方法；设计基于负荷平抑的报量报价机制；确定园区用能系统在报量报价机制下日运行最大收益和最小用户日成本为目标函数；优化园区在达到一定用户满意度前提下的容量配置和用户最小综合运行成本；能够实现在EMS控制系统及决策机制中集成报量报价机制，从而提高园区级EMS系统的整体智能化程度。
Description
技术领域
本发明涉及智能电力技术系统，尤其涉及一种集成报量报价机制的园区级EMS系统运行方法。
背景技术
随着智能电网、智能制造技术的发展，在大力推广新技术、新装备，倡导能源管理智能化的过程中，大量企业开始通过物联网、大数据、云计算等应用先进过程管理技术。对于公司企业，EMS控制下的需求响应能提高园区综合能源利用率、降低运行成本、削峰填谷。对于国家电网，可以降低负荷峰谷差、缓解电压频率波动，从而维护网侧的安全稳定运行。
当代能源互联网仍然是电力系统的核心。随着基础建设的不断加快，部分地区也出现一定程度的用电问题：城市用电紧张，大规模停电缺电；计划用电与发电不匹配，用电负荷时段不均匀，导致供需矛盾和资源浪费。能源互联网的典型代表是多能源互联的智慧园区。
因此，需要针对园区场景的多种能源和负荷的统一规划调度需求，改进EMS控制系统及决策机制，实现在EMS控制系统及决策机制中集成报量报价机制，从而提高园区级EMS系统的整体智能化程度。
发明内容
本发明的实施例提供一种集成报量报价机制的园区级EMS系统运行方法，能够实现在EMS控制系统及决策机制中集成报量报价机制，从而提高园区级EMS系统的整体智能化程度。
所述方法用于一种园区级EMS系统，所述园区级EMS系统包括：分布式电源、电网、负荷、部署在各分布式电源上的智能终端和智慧园区EMS主机；
所述方法包括：S01，建立针对所述分布式电源的功率约束模型；S02，根据所建立的功率约束模型，在分时电价的基础上，建立柔性负荷优化模型；S03，建立针对用户的优化调控模型，并在进行柔性负荷优化后针对用户进行进一步的优化调控；S04，建立所述分布式电源的出力模型，并实时计算所述分布式电源的充放电功率。S05，建立面向负荷高峰平抑服务的报量报价机制模型，并将实时更新的交易电价向智慧园区内的用户发布。
本发明实施例提供的一种集成报量报价机制的园区级EMS系统运行方法，可以应用于工厂、商业、等峰谷差较大、用电负荷不稳定的场所。本发明包括：建立园区用能网络的系统架构和数学模型；建立柔性负荷优化机制；引入用户满意度衡量准则；设计ESS储能电站的调度方法；设计基于负荷平抑的报量报价机制；确定园区用能系统在报量报价机制下日运行最大收益和最小用户日成本为目标函数；优化园区在达到一定用户满意度前提下的容量配置和用户最小综合运行成本；能够实现在EMS控制系统及决策机制中集成报量报价机制，从而提高园区级EMS系统的整体智能化程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例集成报量报价机制的园区级EMS系统架构框图；
图2是本发明实施例EMS系统的报量报价机制的运行流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的实例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征，步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本实施例的设计目的，主要在于实现对园区多种能源和负荷的统一规划调度，提出了一种园区级EMS控制系统运行方法，实现企业能源管理数字化和精细化，促使用电客户根据电网侧激励信号积极、有效的参与到需求响应中。针对传统的园区能量管理系统数据采集和处理不及时、考虑用户层面过于单一、只针对特定领域的负荷或系统进行能源管理等问题。提供了一种集成报量报价机制的园区EMS系统架构运行方法。
本发明实施例提供一种集成报量报价机制的园区级EMS系统运行方法，所述方法用于一种园区级EMS系统，如图1所示的所述园区级EMS系统包括：分布式电源、电网、负荷、部署在各分布式电源上的智能终端和智慧园区EMS主机；
如图2所示的，所述方法包括：
S01，建立针对所述分布式电源的功率约束模型；
S02，根据所建立的功率约束模型，在分时电价的基础上，建立柔性负荷优化模型；
S03，建立针对用户的优化调控模型，并在进行柔性负荷优化后针对用户进行进一步的优化调控；
S04，建立所述分布式电源的出力模型，并实时计算所述分布式电源的充放电功率。
S05，为鼓励用户在负荷偏差较大时实现需求侧响应，平抑负荷波动，建立面向负荷高峰平抑服务的报量报价机制模型，并将实时更新的交易电价向智慧园区内的用户发布。其中，集成报量报价机制的园区级EMS决策方法，包括柔性负荷的优化机制、用户满意度衡量准则计算方法、ESS储能电站的调度方法、动态电价的计算和优化方法、一种面向负荷高峰平抑服务的园区报量报价机制、园区在EMS控制下的日运行最大收益、用户最小日成本。
本实施例中，所述分布式电源的类型包括：冷热电联供系统(CCHP)、ESS储能电站；所述负荷的类型包括：刚性负荷和柔性负荷；所述智能终端的类型包括：光伏逆变器终端、冷热电联供终端、PCS功率控制终端、外网功率交换终端、需求侧计量终端和需求侧响应终端；所述EMS主机通过通讯线缆相连于智慧园区中的各个智能终端，并由所述EMS主机向各个终端发送控制信号以实现调控。
所述ESS储能电站采用磷酸铁锂电芯，组合大容量电池簇，储能电站通过直流电缆与PCS功率控制终端相连，再分别与国家电网和用电负荷相连；所述智能终端用于实时检测和上传电压、电流、功率、负荷和温度信息，在新能源电站、ESS储能电站、冷热电联供CCHP系统、国家电网和园区用电负荷都部署有所述智能终端。
具体的，EMS主机适用于室内环境，支持Linux与windows操作系统，内含分时电价数据采集系统、光伏出力预测系统、负荷检测数据系统、负荷预测系统、ESS监测系统、负荷调度系统、工作模式决策系统、环境检测系统、EMS主机负责与园区内各设备的智能终端交互，负责信息的传输、无线通讯、网络交替等以实现削峰填谷，协调调度，负荷管理，计划曲线等功能。以通讯电缆为总线，相连于EMS主机、远动系统、新能源电站、ESS储能电站、冷热电联供系统、国家电网、环境监测系统、园区用电负荷。由智能终端上传实时设备的电压、电流、SOC和功率数据，实时监控光伏阵列的出力大小、储能单元的充放功率和容量、园区内各设备的温度湿度、预判预警，保证各设备的安全稳定运行，分布在园区各地的智能终端通过物联网通信技术与EMS主机相连，不同的终端设备采用多样化的通信方式，如宽带光纤、MODBUS、MCWILL、IEC01～104、IEC61850、ZigBee短距离无线网络等。进一步的，环境监测系统，由智能终端上传实时设备的电压、电流、SOC和功率数据，实时监控光伏阵列的出力大小、储能单元的充放功率和容量、园区内各设备的温度湿度、预判预警，保证各设备的安全稳定运行。
所述分布式电源还包括新能源电站，所述的新能源电站，包括：屋顶光伏发电阵列、幕墙光伏发电阵列、车棚光伏发电阵列、直流功率交换电缆，其中光伏发电阵列与光伏逆变器终端通过直流电缆相连，光伏逆变器通过通讯光纤与智能终端相连。
本实施例中，以所述ESS储能电站采用磷酸铁锂电芯、组合大容量电池簇为例，ESS储能电站通过PCS功率控制终端分别与国家电网和用电负荷相连。在S01中，所述分布式电源中，ESS储能电站的功率约束模型包括：
其中，/>表示储能电站量状态，为避免过充过放加快设备储能衰减，设置了储能系统的电量上下界/>与 与/>分别代表储能电站的充电功率和放电功率，ηess为ESS的充放电效率，为ESS的最大容量；/>和/>代表了充电功率边界；/>和/>表示了放电功率边界；
冷热电联供系统(CCHP)通常使用燃气发电机或蒸汽涡轮发电机等设备，以燃烧燃料来产生电力，其控制开关主要为燃气进气阀门，同时利用发电过程中产生的废热来供热或制冷。其数学模型及功率约束为： 其中，/>为冷热电连供系统在t时刻发出的功率，ft为燃气轮机在t时刻的燃料消耗，Ktur表示燃气轮机在单位燃料耗量中的等效能量系数，ηtur为燃气轮机的发电效率，/>与/>分别代表冷热电联供系统的边界运行功率。
本实施例中，所述园区用电负荷，可分为基础负荷和柔性负荷。基础负荷通常是稳定、持续且难以调整的负荷，其用电需求不容易在短时间内发生明显变化，本发明专利将其定义为Pfix。如办公区、生产车间的基本照明和供电负荷；一些需要持续运行的大型生产线、机械设备；常规生产生活所必须的电炉、反应器等。而柔性负荷是指的是能够根据需要在一定范围内调整用电需求的负荷。这些负荷能够在分时电价机制下灵活适应电力系统的供需变化，如非重要照明负荷、空调、洗衣机、烘干机、电动汽车充电桩等。这些负荷又可以归类为可平移负荷、可转移负荷、可消减负荷；本发明专利将他们分别定义为Ppar、Ptra、Pcut。因此，合理优化柔性负荷可提高系统的运行效率，节能减排，实现削峰填谷。对于园区用户，由于电力市场化改革后的电价由时段较为固定的峰平谷电价变为灵活性很大的实时电价，故用户的柔性负荷可在满足用户需求的前提下，以经济性最优为目标完成日前的优化调度，确定柔性负荷第二天的运行曲线。具体的，在S02中，所建立的柔性负荷优化模型中，对于可平移负荷，受生产流程约束，只能在可平移时段区间内平移，平移前后总用电量不变，但总用电成本发生变化。可平移负荷调度前后的功率模型包括：
Tpar.i＝[tpar-.i，tpar+.i]，τi∈[tpar-.i,tpar+.i-Dpar.i]，i∈(1、2、3、…),其中，/>表示某第i个可平移负荷在调度前的功率分布向量，/>为首启动时段的功率；sti表示第i个可平移负荷在调度前的启动时段；/>表示调度后第i个负荷的功率分布向量；Tpar.i为第i个可平移负荷的可调度时段，tpar-.i与tpar+.i分别表示第i个可平移负荷的可调度时段始末；τi表示调度后第i个可平移负荷的首启动时段；Dpar.i为第i个负荷调度前的持续时间；
可平移负荷受在平移前后消耗的总能量是不变的，因此可平移负荷调度前后的约束条件包括：
对于洗衣机、洗碗机等可转移负荷：
Ttra.j＝[ttra-.j,ttra+.j]，j∈(1、2、3、…),其中，/>表示第j个可转移负荷优化前在一个周期内的功率向量；/>为调度后第j个可转移负荷在t时刻的负荷；的值若为1表示第j个设备在t时刻的功率发生了转移，若为0则表示这个设备在t时刻的功率为0；/>与/>表征了第j个设备的可转移功率的功率边界；Ttra.j为第j个设备可接受的转移时段；ttra-.j与ttra+.j分别代表第j个设备的转移时段始末；
可转移负荷在转移前后所消耗的总能量是不变的，因此受制于以下约束：
表示第j个可转移负荷在一个周期内的总功率；
对于空调，照明等在一定程度上可以消减的负荷：
其中表示调度前第k个可消减负荷在一个周期内的功率分布向量；/>与分别代表第k个设备在t时段的调度前和调度后的功率；μk为第k个设备的消减度，随设备的重要程度不同而变化；引入变量/>若/>取1则表示第k个可消减设备在t时段被消减，反之第k个设备在t时段不参与调度。
在实际应用中，可消减负荷应受制于以下约束： 为第k个可消减负荷的最低消减次数；/>表示第k个可消减负荷的最大消减次数；
所述柔性负荷在EMS优化配置前应满足的日时段功率约束：
所述柔性负荷在EMS优化配置后应满足的日时段功率约束：
本实施例中，在S03中所述用户满意度衡量准则如下：本发明假定所需优化调控的可平移负荷的数量为Ni，可转移负荷的数量为Nj，可消减负荷的数量为Nk。基于用户满意度衡量准则建立针对用户的优化调控模型，包括：
其中，αi、βj、γk分别为优化后各柔性负荷的满意系数；/>表示第j个可转移负荷向量内元素在调度前的非零元素的数量；/>表示第k个可消减负荷向量在调度前的非零元素的数量；/>与分别表示了园区对于第k个可消减负荷中的消减度和消减量的权重大小；SATn表示了在园区在EMS控制下的第n个用户的综合用户满意度，其值愈趋近于1，则代表用户满意度提高的同时柔性负荷成本也提高了，因此要权衡两者的利弊。
本实施例中，ESS储能电站的优化调度方法：锂电池以其具有较高的能量密度、良好的充放电效能、受温度影响小、正常使用基本不会对环境造成影响，能够提高可再生能源利用，满足园区对能量储存的要求。因此本发明专利采用锂电池作为ESS的储能介质。依照部署在园区各地的负荷终端所采集的负荷历史数据，由EMS调用预测系统预测次日的负荷曲线和分时电价。进一步的，依预测数据合理规划ESS储能电站的出力，从而提高园区的经济效益，同时也给电网的安全运行带来保障。设计ESS储能电站在较低电价时段从电网吸收能量，在负荷峰值较高时释放能量。所述分布式电源的出力模型，包括：
在一个EMS调度周期内，储能单元的充电应满足的条件如下：
ESS的充电速率为：
在一个EMS调度周期内，储能单元的放电应满足的条件如下：
ESS的放电速率为：
其中，/>与/>分别为储能单元的额定充放电功率；/>为当日的预测负荷；/>表示储能系统对峰谷电价的敏感程度系数，/>表示储能系统对峰谷负荷的敏感程度系数，/>为电网分时电价，/>分别为电网分时电价的最小值和最大值。
本实施例中，所述的基于负荷平抑的报量报价机制提供电价参考，设计并优化了动态电价模型：园区EMS根据日前净负荷功率预测曲线，结合当前的供需关系和各能源发电报价给出园区内用户的动态用电电价。鼓励用户在负荷偏差较大时实现需求侧响应，平抑负荷波动，促进削峰填谷。所述面向负荷高峰平抑服务的报量报价机制模型，包括：
其中，表示价格机制优化前的园区分时电价；cpv、cess、ccchp依次为光伏发电报价、储能放电和冷热电联供系统的发电报价；Ks为园区与外部电网的不平衡功率交换成本系数；
其中，ρt表示价格机制优化后的园区分时电价；为引导用户需求侧响应平抑负荷引入供需关系作用系数当园区处于供不应求时段取较高值，当供大于求时段，取较小值使电价下降，鼓励用户在电价谷期用电；Kflu为负荷变化导致的价格波动系数。
进一步的，为步骤5中所述的报量报价机制，具体为园区EMS系统代理用户向电网提供负荷平抑服务，使得满足用户用电需求的同时限制负荷的上下限水平从而平抑负荷曲线。通过报量报价机制实现需求侧响应，用户受价格激励参与负荷条件响应，根据EMS系统报价而调节原始的用电行为，再次上报电量，以此循环，直到双方达成均衡。在此期间，用户通过优化自身的功率分布从而实现最低用电成本；EMS通过各交易时段报价从而实现负荷平抑，获得负荷平抑服务收益。用户的博弈策略为各交易时段报量，EMS系统的博弈策略为各交易时段电价。
(1)、园区通过EMS系统接收并处理上级电网的调度指令，进行报量报价预处理。定义(t,t+1)为预交易时段(当前时段)，(t+1,t+2)为结算交易时段；
(1.1)、电网根据该园区的历史数据和当前电力系统的电压、频率、源荷关系等信息向该园区发布(t+1,t+2)时段的园区预完成收益和削峰填谷需求，具体为/>和
(1.1.2)、考虑到负荷和各分布式电源出力预测的误差，上级电网发布的削峰填谷需求应留有一定的响应裕度，则优化和/>为/>和/>
(1.1.3)、EMS系统根据园区的容量大小，和当前时段的供需关系制定合适的下一时段的功率裕度系数Km，使得
(1.1.4)、EMS系统根据步骤(1.1.3)确定优化后的功率上下限，具体为和/>
(1.2)、EMS系统结合当前的供需关系和各能源发电报价向园区内各用户发布(t+1,t+2)时段的预交易电价其中/>
(1.3)、EMS系统通过历史数据和当前光伏阵列的光照、温度以及各智能终端实时检测的电压、电流、功率、负荷等数据预测(t+1,t+2)时段的各分布式电源出力。具体包括，
(1.3.1)、园区内各用户依据步骤(1.2)所给出的预交易电价，向EMS系统上报(t+1,t+2)时段的预交易电量(用户n＝1,2,…N)，；
(1.3.2)、EMS系统依据和步骤(1.3.1)中用户上报的预交易电量聚合出(t+1,t+2)时段的与外网交换的不平衡功率，记为
(1.4)、EMS系统衡量步骤(1.3.2)中聚合出的不平衡功率与电网发布的削峰填谷需求；
(2)、园区用户通过时前交易与EMS系统确定计划交易关系；
(2.1)、若EMS系统判断为真，则跳转至步骤(3.1)；
(2.2.1)、若系统判断为真，则EMS系统向各用户下发新一轮的(t+1,t+2)时段的预交易电价，具体调整为/>其中Δρ＝0.01；
(2.2.2)、各用电用户通过步骤(2.1.2)中的新一轮报价，为满足最小用电成本，优化自身的用电行为，再次向EMS系统上报第二轮的(t+1,t+2)时段的预交易电量；(2.2.3)、EMS系统通过步骤(2.2.2)中用户上报的预交易电量和步骤(1.3)的各分布式电源出力聚合出新一轮的与外网交换的不平衡功率，更新为
(2.2.4)、EMS系统根据步骤(2.2.3)的与外网交换的不平衡功率判断若判别式为真，重复步骤(2.2.1)～步骤(2.2.4)，直至判别式为假并跳转到步骤(3.1)；
(2.3.1)、如系统判断为真，则EMS系统向各用户下发新一轮的(t+1,t+2)时段的预交易电价，具体调整为/>
(2.3.2)、各用电用户通过步骤(2.3.1)中的新一轮报价，为满足最小用电成本，优化自身的用电行为，再次向EMS系统上报第二轮的(t+1,t+2)时段的预交易电量；(2.3.3)、EMS系统通过步骤(2.3.2)中用户上报的预交易电量和步骤(1.3)的的各分布式电源出力聚合出新一轮的与外网交换的不平衡功率，更新为
(2.3.4)、EMS系统根据步骤(2.3.3)的与外网交换的不平衡功率判断若判别式为真，则重复步骤(2.3.1)～步骤(2.3.4)，直至判别式为假并跳转到步骤(3.1)；
(3.1)、用户与EMS系统达成时前交易，成交(t+1,t+2)时段的电价记为
(4.1)、在进入时段(t+1,t+2)时段后，结算(t,t+1)时段的电能交易，并按照步骤(1)～步骤(3.1)的次序进行(t+2,t+3)时段的电能交易，以此循环。
(5)、在每个交易时段结束时刻，出清用电用户对园区的差额补偿成本和EMS系统的削峰填谷收益。
(5.1)、在t+2时刻，统计结算交易时段为(t+1,t+2)的与外网交换的不平衡功率和用电用户的实际用电量/>(用户n＝1,2,…N)；
(5.2)、根据步骤(5.1)中结算交易时段为(t+1,t+2)的外网交换的不平衡功率计算园区通过EMS系统获得的负荷平抑服务的收益It，具体为：
上式中，Kde为功率未达标收益扣除系数，由上级电网确定。
(5.3)、根据步骤(5.1)中的结算交易时段为(t+1,t+2)用电用户的实际用电量(用户n＝1,2,…N)计算用户在时前交易中的电能差额，并计算。记第n个用户在结算交易时段为(t+1,t+2)的对园区的差额补偿成本为/>其中/>
本实施例中，还包括：S06，确定园区在EMS控制下日运行的最大收益和最小用户成本为目标函数，优化在一定的用户满意度前提下的容量配置和最小综合运行成本。具体来说，园区用能系统在分时电价机制下的日运行最大收益目标函数的确定方法：
对于不同的主体目标，其利益需求不同。对于上层园区主体，需要保证园区运营收益。园区综合能源系统在分时电价机制下的总运行收益目标函数，其中主要包括园区卖电收益、为上级电网提供负荷平抑服务收益、维护成本、运行成本、与外部电网不平衡功率交换成本。维护成本包括新能源发电维护成本、ESS储能电站维护成本、冷热电联供系统维护成本；运行成本包括电网购电成本、冷热电联供系统燃料成本；所述智能园区在分时电价机制下日运行最大收益的目标函数为：
其中，Fems表示园区在EMS调度下的日运行总收益函数；Fess表示储能单元的充能成本；Fma为维护成本；Fgas为冷热电联供系统燃料成本；Fgrid为与外部电网不平衡功率交换成本；Kpv为光伏阵列维护成本系数；Kgas为冷热电联供系统维护成本系数；Kess.c与Kess.d分别代表储能单元折旧维护成本系数；ρt grid为电网分时电价；ρgas表示天然气价格。
对于下次用户而言，需要在一定程度上保障电能消费者的利益诉求。不同的用户按照自己的偏好，合理安排自身的能源消费策略，在满足一定程度的用户满意度前提下，实现日用电最低成本。
进一步的，S06中最小用户日成本目标函数：
s.t.
其中，/>为第n个用户在一个周期内的用电成本；/>为第i个用户在t时段的用电功率；/>和/>代表了第n个用户在一个时段内的负荷功率上下限；/>表示第n个用户在一个周期内的总负荷功率；ζn表示用户n设定的最小满意度。
与现有的技术相比，本发明所提供的一种集成报量报价机制的园区级EMS控制系统及决策方法具有以下特点和优点：
第一、智慧园区EMS控制系统能协助园区实现对能源的精细化管理，提高能源利用效率，降低能源成本，推动可持续发展和绿色能源的应用。基于实时数据和历史数据分析，EMS能够优化能源系统的运行调度，合理安排能源供应与需求，达到节能、降耗、提高能源利用率的目的。
第二、通过对园区内ESS储能电站的智能调度，最大程度地提高储能系统的效率和灵活性，通过智能调度，可以根据能源系统的实时运行状态、负荷需求、电价等因素，优化分配储能系统中的电能，以实现最佳能源利用效率。通过根据电价曲线合理选择充放电时机，智能调度能够降低电力购买成本，优化能源采购策略，减少能源消耗的费用。
第三、可再生能源的不可预测性和间歇性导致能源供应的波动。ESS储能电站可以存储多余的能量并在需要时释放，以平衡能源供需，确保稳定的电力输出。
第四、针对性的对不同的柔性负荷做出相应的优化调控以实现需求侧响应。通过平移负荷，实现负载均衡，避免高电价时段用电，降低用电成本。可转移负荷能够应对电力供应紧张时期，确保关键设备持续供电，同时最大程度利用备用能源，提高电力系统可靠性。可削减负荷则通过智能调整负荷水平，降低峰值负荷，进一步降低用电成本，支持可再生能源的集成。这些优化调控措施共同帮助电力系统负荷高峰期间降低电力需求，从而避免电力系统负荷过载，减少系统负荷峰值和谷值的差异，降低对传统发电设施的依赖支持可再生能源集成，同时为电力系统提供稳定、可靠的运行环境。
第五、引入用户满意度作为柔性负荷削减程度的评估指标，使得园区用户能够更科学、更人性化地制定和实施柔性负荷措施，促进用户参与，提高能源系统的智能化和效率。用户满意度可以量化用户对柔性负荷削减的接受度，这有助于工业园区更好地调整柔性负荷措施，以满足用户的需求和期望。
第六、通过园区向电网提供的负荷平抑服务，有助于平衡电力系统负荷曲线，降低负荷波动，提高电网稳定性。通过报量报价机制和调整用电行为，可以优化电力资源调度，支持可再生能源集成，降低电网压力，最终降低用户的用电成本。这种服务促进了电力系统的高效运行，优化了设备运行模式和能源供应链路，确保能源使用的经济性和效率可持续发展和用户的经济受益。
在本实施例一种可能的实现方案中，柔性负荷的优化机制，包括：对可平移负荷、转移负荷、可消减负荷作出对应的优化方法。具体的，对于可平移负荷，受生产流程约束，只能在可平移时段区间内平移，平移前后总用电量不变，但总用电成本发生变化。可平移负荷调度前后其功率分别如下：
其中，/>表示某第i个可平移负荷在调度前的功率分布向量，/>为首启动时段的功率；sti表示第i个可平移负荷在调度前的启动时段；/>表示调度后第i个负荷的功率分布向量，；Tpar.i为第i个可平移负荷的可调度时段，tpar-.i与tpar+.i分别表示第i个可平移负荷的可调度时段始末；τi表示调度后第i个可平移负荷的首启动时段；Dpar.i为第i个负荷调度前的持续时间。
可平移负荷受在平移前后消耗的总能量是不变的，因此制于以下约束：
对于洗衣机、洗碗机等可转移负荷： 其中，/>表示第j个可转移负荷优化前在一个周期内的功率向量；/>为调度后第j个可转移负荷在t时刻的负荷；/>的值若为1表示第j个设备在t时刻的功率发生了转移，若为0则表示这个设备在t时刻的功率为0；/>与/>表征了第j个设备的可转移功率的功率边界；Ttra.j为第j个设备可接受的转移时段；ttra-.j与ttra+.j分别代表第j个设备的转移时段始末。
可转移负荷在转移前后所消耗的总能量是不变的，因此受制于以下约束：其中，/>表示第j个可转移负荷在一个周期内的总功率。
对于空调，照明等在一定程度上可以消减的负荷：
其中，表示调度前第k个可消减负荷在一个周期内的功率分布向量；/>与分别代表第k个设备在t时段的调度前和调度后的功率；μk为第k个设备的消减度，随设备的重要程度不同而变化；引入变量/>若/>取1则表示第k个可消减设备在t时段被消减，反之第k个设备在t时段不参与调度。
在实际应用中，可消减负荷应受制于以下约束：其中，/>为第k个可消减负荷的最低消减次数；/>表示第k个可消减负荷的最大消减次数；
所述柔性负荷在EMS优化配置前应满足的日时段功率约束，其特征在于：
所述柔性负荷在EMS优化配置后应满足的日时段功率约束，其特征在于：
本发明假定所需优化调控的可平移负荷的数量为Ni，可转移负荷的数量为Nj，可消减负荷的数量为Nk：
其中，αi、βj、γk分别为优化后各柔性负荷的满意系数；/>表示第j个可转移负荷向量内元素在调度前的非零元素的数量；/>表示第k个可消减负荷向量在调度前的非零元素的数量；/>与分别表示了园区对于第k个可消减负荷中的消减度和消减量的权重大小；SATn表示了在园区在EMS控制下的第n个用户的综合用户满意度，其值愈趋近于1，则代表用户满意度提高的同时柔性负荷成本也提高了，因此要权衡两者的利弊。
在一个EMS调度周期内，ESS储能电站的充电应满足的条件如下：
则ESS的充电速率为：
在一个EMS调度周期内，ESS储能电站的放电应满足的条件如下：
则ESS储能电站的放电速率为：
其中，/>与/>分别为储能单元的额定充放电功率；/>为当日的预测负荷；/>表示储能电站对峰谷电价的敏感程度系数，/>表示储能电站对峰谷负荷的敏感程度系数。
园区EMS根据日前净负荷功率预测曲线，结合当前的供需关系和各分布式能源发电报价给出园区内用户的动态用电电价。为报量报价机制提供电价参考，鼓励用户在负荷偏差较大时实现需求侧响应，平抑负荷波动，促进削峰填谷。
其中，表示价格机制优化前的园区分时电价；cpv、cess、ccchp依次为光伏发电报价、储能放电和冷热电联供系统的发电报价；Ks为园区与外部电网的不平衡功率交换成本系数；
其中，ρt表示价格机制优化后的园区分时电价；为引导用户需求侧响应平抑负荷引入供需关系作用系数当园区处于供不应求时段取较高值，当供大于求时段，取较小值使电价下降，鼓励用户在电价谷期用电；Kflu为负荷变化导致的价格波动系数；
园区EMS系统代理用户向电网提供负荷平抑服务，使得满足用户用电需求的同时限制负荷的上下限水平从而平抑负荷曲线。通过报量报价机制实现需求侧响应，用户受价格激励参与负荷条件响应，根据EMS系统报价而调节原始的用电行为，再次上报电量，以此循环，直到双方达成均衡。
园区在EMS控制下的日运行最大收益：对于不同的主体目标，其利益需求不同。对于上层园区主体，需要保证园区运营收益。园区综合能源系统在分时电价机制下的总运行收益目标函数，其中主要包括园区卖电收益、为上级电网提供负荷平抑服务收益、维护成本、运行成本、与外部电网不平衡功率交换成本。维护成本包括新能源发电维护成本、ESS储能电站维护成本、冷热电联供系统维护成本；运行成本包括电网购电成本、冷热电联供系统燃料成本；所述智能园区在分时电价机制下日运行最大收益的目标函数为：
/> 其中Fems表示园区在EMS调度下的日运行总收益函数；Fess表示储能单元的充能成本；Fma为维护成本；Fgas为冷热电联供系统燃料成本；Fgrid为与外部电网不平衡功率交换成本；Kpv为光伏阵列维护成本系数；Kgas为冷热电联供系统维护成本系数；Kess.c与Kess.d分别代表储能单元折旧维护成本系数；ρt grid为电网分时电价；ρgas表示天然气价格。
用户的最小日成本函数：
s.t.ζn≤SATn，其中，/>为第n个用户在一个周期内的用电成本；/>为第i个用户在t时段的用电功率；/>和/>代表了第n个用户在一个时段内的负荷功率上下限；/>表示第n个用户在一个周期内的总负荷功率；ζn表示用户n设定的最小满意度。
总的来说，基于本专利所提的一种集成电价机制的园区级EMS控制系统及决策方法，通过精细化能源管理和灵活调度，可优化能源利用效率、降低成本、推动绿色能源应用。储能系统能够平衡可再生能源波动，确保稳定电力输出。对不同柔性负荷进行针对性优化调控，降低峰谷差，支持可再生能源集成。引入用户满意度评估柔性负荷削减程度，促进用户参与和满意度。动态电价鼓励能源节约，提高电网负载均衡和稳定性。通过合理配置资源实现最大收益，同时用户能达到最小成本，确保园区经济效益和用户满意度。
本发明实施例提供的一种集成报量报价机制的园区级EMS系统运行方法，可以应用于工厂、商业、等峰谷差较大、用电负荷不稳定的场所。本发明包括下列步骤：1)建立园区用能网络的系统架构和数学模型；2)建立柔性负荷优化机制；3)引入用户满意度衡量准则；4)设计ESS储能电站的调度方法；5)设计基于负荷平抑的报量报价机制；6)确定园区用能系统在报量报价机制下日运行最大收益和最小用户日成本为目标函数；7)优化园区在达到一定用户满意度前提下的容量配置和用户最小综合运行成本；能够实现在EMS控制系统及决策机制中集成报量报价机制，从而提高园区级EMS系统的整体智能化程度。并且具体实现了柔性负荷的优化调度，采取报量报价机制激励用户节需求侧响应，减少负荷峰谷差，可以提升新能源自发自用率，也增强了系统的稳定性。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种集成报量报价机制的园区级EMS系统运行方法，其特征在于，所述方法用于一种园区级EMS系统，所述园区级EMS系统包括：分布式电源、电网、负荷、部署在各分布式电源上的智能终端和智慧园区EMS主机；
所述方法包括：
S01，建立针对所述分布式电源的功率约束模型；
S02，根据所建立的功率约束模型，在分时电价的基础上，建立柔性负荷优化模型；
S03，建立针对用户的优化调控模型，并在进行柔性负荷优化后针对用户进行进一步的优化调控；
S04，建立所述分布式电源的出力模型，并实时计算所述分布式电源的充放电功率。
S05，建立面向负荷高峰平抑服务的报量报价机制模型，并将实时更新的交易电价向智慧园区内的用户发布。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分布式电源的类型包括：冷热电联供系统(CCHP)、ESS储能电站；
所述负荷的类型包括：刚性负荷和柔性负荷；
所述智能终端的类型包括：光伏逆变器终端、冷热电联供终端、PCS功率控制终端、外网功率交换终端、需求侧计量终端和需求侧响应终端；
所述EMS主机通过通讯线缆相连于智慧园区中的各个智能终端，并由所述EMS主机向各个终端发送控制信号以实现调控。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述ESS储能电站采用磷酸铁锂电芯，组合大容量电池簇，储能电站通过直流电缆与PCS功率控制终端相连，再分别与国家电网和用电负荷相连；
所述智能终端用于实时检测和上传电压、电流、功率、负荷和温度信息，在新能源电站、ESS储能电站、冷热电联供CCHP系统、国家电网和园区用电负荷都部署有所述智能终端。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分布式电源还包括新能源电站，所述的新能源电站，包括：屋顶光伏发电阵列、幕墙光伏发电阵列、车棚光伏发电阵列、直流功率交换电缆，其中光伏发电阵列与光伏逆变器终端通过直流电缆相连，光伏逆变器通过通讯光纤与智能终端相连。
5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，在S01中，所述分布式电源中，ESS储能电站的功率约束模型包括： (Pt ess.c＝0)or(Pt ess.d＝0)，其中，/>表示储能电站量状态，为避免过充过放加快设备储能衰减，设置了储能系统的电量上下界/>与/>Pt ess.c与Pt ess.d分别代表储能电站的充电功率和放电功率，ηess为ESS的充放电效率，/>为ESS的最大容量；/>和/>代表了充电功率边界；/>和/>表示了放电功率边界；
冷热电联供系统(CCHP)的功率约束模型包括：Pt cchp＝Ktur·ft·ηtur，其中，Pt cchp为冷热电连供系统在t时刻发出的功率，ft为燃气轮机在t时刻的燃料消耗，Ktur表示燃气轮机在单位燃料耗量中的等效能量系数，ηtur为燃气轮机的发电效率，/>与/>分别代表冷热电联供系统的边界运行功率。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S02中，所建立的柔性负荷优化模型中，可平移负荷调度前后的功率模型包括：Tpar.i＝[tpar-.i,tpar+.i]，τi∈[tpar-.i,tpar+.i-Dpar.i]，i∈(1、2、3、…)，其中，/>表示某第i个可平移负荷在调度前的功率分布向量，/>为首启动时段的功率；sti表示第i个可平移负荷在调度前的启动时段；/>表示调度后第i个负荷的功率分布向量；Tpar.i为第i个可平移负荷的可调度时段，tpar-.i与tpar+.i分别表示第i个可平移负荷的可调度时段始末；τi表示调度后第i个可平移负荷的首启动时段；Dpar.i为第i个负荷调度前的持续时间；
可平移负荷调度前后的约束条件包括： Ttra.j＝[ttra-.j,ttra+.j]，j∈(1、2、3、…)，其中，/>表示第j个可转移负荷优化前在一个周期内的功率向量；Pt tra.j为调度后第j个可转移负荷在t时刻的负荷；/>的值若为1表示第j个设备在t时刻的功率发生了转移，若为0则表示这个设备在t时刻的功率为0；/>与/>表征了第j个设备的可转移功率的功率边界；Ttra.j为第j个设备可接受的转移时段；ttra-.j与ttra +.j分别代表第j个设备的转移时段始末；
表示第j个可转移负荷在一个周期内的总功率；
μk∈(0,1)其中，/>表示调度前第k个可消减负荷在一个周期内的功率分布向量；Pt cut.k*与Pt cut.k分别代表第k个设备在t时段的调度前和调度后的功率；μk为第k个设备的消减度，随设备的重要程度不同而变化；引入变量/>若/>取1则表示第k个可消减设备在t时段被消减，反之第k个设备在t时段不参与调度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S03中，基于用户满意度衡量准则建立针对用户的优化调控模型，包括： αi,βj,γk∈(0,1)，其中，αi、βj、γk分别为优化后各柔性负荷的满意系数；表示第j个可转移负荷向量内元素在调度前的非零元素的数量；/>表示第k个可消减负荷向量在调度前的非零元素的数量；/>与/>分别表示了园区对于第k个可消减负荷中的消减度和消减量的权重大小；SATn表示了在园区在EMS控制下的第n个用户的综合用户满意度，其值愈趋近于1，则代表用户满意度提高的同时柔性负荷成本也提高了。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分布式电源的出力模型，包括：
ESS的充电速率为：
ESS的放电速率为：
其中，/>与/>分别为储能单元的额定充放电功率；Pt load*为当日的预测负荷；/>表示储能系统对峰谷电价的敏感程度系数，表示储能系统对峰谷负荷的敏感程度系数，ρt grid为电网分时电价，/>分别为电网分时电价的最小值和最大值。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述面向负荷高峰平抑服务的报量报价机制模型，包括：
其中，表示价格机制优化前的园区分时电价；cpv、cess、ccchp依次为光伏发电报价、储能放电和冷热电联供系统的发电报价；Ks为园区与外部电网的不平衡功率交换成本系数；
其中，ρt表示价格机制优化后的园区分时电价；为引导用户需求侧响应平抑负荷引入供需关系作用系数当园区处于供不应求时段取较高值，当供大于求时段，取较小值使电价下降，鼓励用户在电价谷期用电；Kflu为负荷变化导致的价格波动系数。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：S06，确定园区在EMS控制下日运行的最大收益和最小用户成本为目标函数，优化在一定的用户满意度前提下的容量配置和最小综合运行成本。
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