一种计及用户用能行为及满意度的电-气综合能源优化调度方法与流程

本发明涉及一种电-气综合能源系统优化调度方法，具体为一种计及用户用能行为及满意度的电-气综合能源优化调度方法。

背景技术：

综合能源系统是能源互联网的重要组成部分，其中电-气综合能源系统耦合了电力和天然气两种能源形式，实现二者的互补互济。若用户可在满足用能需求的前提下，主动调整用能量，将可以提高清洁能源的消纳水平、平抑系统负荷波动，对于提高综合能源系统的经济性、稳定性和能效水平具有重要意义。

随着电-气综合能源系统建设和能源市场化进程推进，电-气可替代负荷比例增大，可通过分时能源价格机制，引导价格敏感型用户进行用能行为调整以优化负荷曲线；同时通过电力和天然气等不同能源价格的差异、电-气耦合系统能量的交互性、电转气装置和用户电-气多能源的需求响应特性等，兼顾用户用能满意度，对电-气综合能源系统进行优化调度，将可以实现新能源的消纳最大化和能源利用效率最大化。

目前对于考虑用户行为的相关研究大多只针对同种能源之间的转移或削减，但对于电-气综合能源系统，由于两个子系统的互补共济特性，两种能源间的相互替代引起的需求侧负荷波动也加大了系统运行和管理的难度。有文献从电网调度降低系统运行成本为目标，提出考虑两种能源间的相互替代作用，但主要从系统运行角度，没有考虑用户根据电/气价格的相对关系进行主观用能种类的调整，也没有考虑用户在用能调整之后的用能满意水平，随着电力市场的发展，其优化调度方法的可推广和实用性较差。

因此，在考虑用户用能行为时，以价格作为引导，调动用户进行主观上的用能转移、削减和种类替换时，兼顾用户的用能体验，对于实现电-气综合能源系统的多能源综合利用和协同优化具有重要意义。

技术实现要素：

本发明通过引入分时电价和分时气价机制，建立了分时能源价格引导下，价格敏感型用户的三种调整行为模型，即用能时段转移模型、用能削减模型和用能种类替换模型；建立多种用能综合响应的用户满意度模型描述用户用能体验，计及用户用能满意度等约束，以电-气综合能源系统综合运行成本最小为决策目标，确定综合能源系统优化调度方法，从而在保证用户用能体验水平的同时提升系统能效水平和经济性。

该发明采用如下技术方案实现的：一种计及用户用能行为及满意度的电-气综合能源优化调度方法，包括以下步骤：

步骤1：确定价格敏感型用户用能调整行为，该行为包括用能时段转移、用能削减和用能种类替换；

步骤2：确定多种用能综合响应的用户满意度，包括用能方式满意度和用能费用支出满意度；

步骤3：建立以电-气综合能源系统综合运行成本最小为决策目标的优化调度模型，且该模型中负荷采用计及价格敏感型用户用能调整行为后的负荷调整模型，并将多种用能综合响应的用户满意度作为约束条件，确定最优运行调度方法。

上述的一种计及用户用能行为及满意度的电-气综合能源优化调度方法，用能时段转移模型为：对于可转移负荷，用户根据分时电价，将峰时段用能负荷转移至其他相邻时段，能源供应商通过能量-价格弹性矩阵e和能源价格变化率，确定电力和天然气在各用能时段的转移量；

用能削减模型为：用户会削减一部分负荷，但是削减的负荷可能会在之后的时间段里出现负荷反弹，计及负荷削减和反弹行为后，可确定对应的负荷变化量；

用能种类替换模型为：计及动态电价与天然气价格之间的相对关系，以及电-气热值转换率、利用率，确定用户电-气可替代负荷的替代量；

其中，分别为电、气负荷增量(也即替代量)；η为电-气热值转换率；qe和qg分别为单位电力和天然气热值；λe和λg分别为电力和天然气的利用效率。

经过用户对峰值负荷的时段转移、用能削减和用能种类替换，达到对负荷的“削峰填谷”，使得各发电机组在峰值出力降低，即机组运行成本降低，此外，转移到负荷“谷”时段的负荷，可充分提高风电利用率，降低了系统的弃风成本，进而提升了系统经济性。

上述的一种计及用户用能行为及满意度的电-气综合能源优化调度方法，步骤2中用户用能方式满意度式中，分别为用户t时段电、气负荷调整量；分别为用能调整前每一时段的总用电量和总用气量，用户在各时段的用能量改变越大，ms越小，用户用能方式满意度水平越低；一般ms∈[0,1]。用户用能费用支出满意度式中：分别为调整后用户t时段支出的电费、气费变化量；分别为用户用能调整前每一时段电费支出和气费支出。mp越大，表示用户费用支出低于原来越多，即用户用能支出费用满意度水平越高。

上述的一种计及用户用能行为及满意度的电-气综合能源优化调度方法，步骤3中优化目标函数为综合能源系统综合运行成本f最小，即minf＝cy+ccps，其中，cy为系统的运行成本，ccps为削减负荷补偿成本；系统的运行成本cy包括火电机组的运行成本、燃气机组的耗气成本、电转气装置的运行成本和弃风成本；削减负荷补偿成本ccps包括气负荷削减成本和电负荷削减成本。

上述的一种计及用户用能行为及满意度的电-气综合能源优化调度方法，综合能源系统综合运行成本约束条件还包括：电网运行约束、天然气网运行约束、电气耦合设备运行约束。

本发明提供了一种计及用户行为和用户满意度约束的电-气互联综合能源系统优化调度方法，将分时能源价格对于用户的用能行为的引导与用户的用能满意度相结合，在提升系统经济性的同时，兼顾了用户的用能体验。本方法对于改善电-气综合能源系统的用能效率、提高其对新能源的消纳量具有非常重要的作用，对于制定电-气综合能源系统运行方案、确定分时能源价格、保证电-气综合能源系统的安全稳定运行具有重要的参考价值。

具体实施方式

一种计及用户用能行为及满意度的电-气综合能源优化调度方法，包括以下步骤：

步骤1：建立价格敏感型用户用能调整行为模型。用户基于分时能源价格对负荷的调整行为主要是用能时段转移、用能削减和用能种类替换三个类型。

对于可转移负荷，用户根据分时电价，将峰时段用能负荷转移至其他相邻时段，可以通过能量-价格弹性矩阵e和能源价格变化率，确定电力和天然气在各用能时段的转移率。

当出现能源价格高峰时，用户通常会削减一部分负荷，但是削减的负荷可能会在之后的时间段里出现负荷反弹，计及负荷削减和反弹行为后，可确定对应的负荷变化量。

计及动态电价与天然气价格之间的相对关系，以及电-气热值转换率、利用率，确定用户电-气可替代负荷的替代量。

其中，分别为电、气负荷增量；η为电-气热值转换率；qe和qg分别为单位电力和天然气热值；λe和λg分别为电力和天然气的利用效率。

步骤2：确定多种用能综合响应的用户满意度。用户根据能源价格进行用能调整量及参与度，与用户的用能满意度密切相关，包括用能方式满意度指标和用能费用支出满意度。

1)用户用能方式满意度

式中，分别为用户t时段电、气负荷调整量；分别为用能调整前每一时段的总用电量和总用气量。用户在各时段的用能量改变越大，ms越小，用户用能方式满意度水平越低；一般ms∈[0,1]。

2)用户用能费用支出满意度

式中：分别为调整后用户t时段支出的电费、气费变化量；分别为用户用能调整前每一时段电费支出和气费支出。mp越大，表示用户费用支出低于原来越多，即用户用能支出费用满意度水平越高。

步骤3：考虑价格敏感型用户用能行为和满意度约束的优化调度。

优化目标函数为综合能源系统综合运行成本f最小，即

minf＝cy+ccps(5)

其中，cy为系统的运行成本，ccps为削减负荷补偿成本。

系统的运行成本cy包括火电机组的运行成本、燃气机组的耗气成本、电转气装置的运行成本和弃风成本。削减负荷补偿成本ccps包括气负荷削减成本和电负荷削减成本。

优化目标网络约束包括：1)电网运行约束:功率平衡约束、机组出力约束、机组爬坡约束、线路最大功率传输约束、电压相角约束等；2)天然气网运行约束：天然气流量平衡约束、气源点供气约束、储气罐约束和节点压力约束等；3)电气耦合设备运行约束：压缩机压缩比约束和p2g消耗功率约束；4)用户满意度约束：用能方式满意度约束和用能费用支出满意度约束。