基于多智能体建模的能量路由器及其能量调度方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于能源技术领域，具体涉及基于多智能体建模的能量路由器及其能量调 度方法。
【背景技术】
[0002] 现如今能源需求的快速增长、化石燃料等资源过分依赖、不可再生资源不均匀分 布和日益增长的环境问题已逐渐成为全人类共同面对的话题。
[0003] 当今世界主要能源的原料仍然是化石燃料，根据国际能源机构统计的世界能源分 类表显示在1973年86. 6%的能源是由化石燃料供给的，到2009年仅下降至80. 9%。其中， 核能和氢能由1973年的2. 7%上升至8. 1% ;太阳能、风能、地热由1973年的0. 1%上升至 0. 8%。虽然我们对化石燃料的使用呈现下降的趋势，但是化石燃料仍然是当今世界主要的 能源原料。
[0004] 同时，化石燃料的不均匀分布也加重了局势的严重性。国际能源机构指出：由于化 石燃料的集中分布可能会导致长期的能源安全风险。由于对化石燃料的使用量逐年增加， 可能会导致化石燃料价格的大幅度提升。这也就意味着国际局势在未来几年内会变得更加 紧张。
[0005] 全球变暖的问题逐渐成为当今世界共同关注的话题。气候变化委员会二十一世纪 全球的平均气温增长了 〇.6°C。他们认为温度的增长与温室气体的排放有关。并且他们暗 示已经有足够多的证据证明气候变暖的问题受人类活动影响的。
[0006] 由于分布式能源是最早由美国公共事业管理政策法提出，而后逐渐成为世界能源 工业发展中的一个重要方向，并在发达国家技术已较成熟并得到了大力推广应用。分布式 能源的种类繁多，不仅包括以燃气轮机或内燃机为核心的冷热电联产系统，还包括太阳能、 风能、生物能等可再生能源综合利用系统，以及由具有极高效率的新型燃料电池组成的能 源综合利用系统。分布式能源是利用小型设备向用户提供能源供应的新的能源利用方式。 分布式能源是利用小型设备向用户提供能源供应的新的能源利用方式。与传统的集中式能 源相比，分布式能源接近负荷，不需要建设大电网，进行远距离高压或超高压输送，从而大 大减少线损，节省输配电建设投资和运行费用；由于兼备发电、供热、制冷、生活热水供应等 多种能源服务功能，分布式能源可以有效的实现能源的梯级利用，达到更高的能源综合利 用率，对能源供应的安全性、可靠性、节能性，具有较好的保障和提升。
[0007] 传统的分布式能源系统在能源供给方面仍然存在着许多亟待解决的问题与不足。 由于太阳能、风能等可再生能源的间歇性和不稳定性和当前电网运营还保持二元结构的特 点，生产、配送与消费相互割裂，分布式能源系统是不能很好地支持个性化消费的需求。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术的不足，本发明提出基于多智能体建模的能量路由器及其能量调度 方法。
[0009] 本发明技术方案如下：
[0010] 基于多智能体建模的能量路由器，包括能量控制单元、能量传输单元、能量转换单 元、能量存储单元和通讯接口单元；
[0011] 所述的能量控制单元，通过中心计算机实现，包括调度优化模块、预测模块、数据 存储模块和输入接口模块，用于根据用户需要对电能负荷、热能负荷和石油负荷进行预测， 并进行能量调度优化，得到选择输入的能量的类型及其分配方式，根据选择输入的能量的 类型及其分配方式得到能量传输单元需要的能量和能量转换单元需要转换的能量的类型 及功率，即输入能量的调度优化信息，并传输至通讯接口单元；
[0012] 所述的能量传输单元，用于将所述输入能量的调度优化信息中的选择输入的能量 传输至用户负载、能量转换单元或能量存储单元；
[0013] 所述的能量转换单元，用于将输入的能量转换成所需的另一种形式的能量传输至 用户负载；
[0014] 所述的能量存储单元，用于存储电能和热能；
[0015] 所述的通讯接口单元，用于实现能量控制单元、能量传输单元、能量转换单元和能 量存储单元之间的通讯，将能量控制单元的输入能量的调度优化信息传输至能量传输单 元、能量转换单元和能量存储单元；
[0016] 所述的调度优化模块，用于根据输入能量与用户能量负荷之间的关系建立能量路 由器模型，根据能量路由器模型建立其多智能体系统，以能量路由器的经济调度模型作为 目标函数，以能量路由器模型的多智能体系统的约束条件作为智能体，采用多智能体粒子 群算法对能量路由器模型进行优化，得到能量路由器模型的输入能量的最优解，即选择输 入的能量的类型及其分配方式，将选择输入的能量的类型及其分配方式传送至输入接口模 块；
[0017] 所述的预测模块，用于根据用户需要预测电能负荷、热能负荷和石油负荷，并传送 至调度优化模块；
[0018] 所述的数据存储模块，用于存储调度优化模块、预测模块、以及输入接口模块的数 据信息；
[0019] 所述的输入接口模块，用于根据调度优化模块获得的选择输入的能量的类型及其 分配方式得到能量传输单元需要的能量和能量转换单元需要转换的能量的类型及功率，BP 输入能量的调度优化信息，并传送至通讯接口单元。
[0020] 所述的选择输入的能量包括电能、风能、太阳能、天然气和石油。
[0021] 所述的能量传输单元包括：输油管道、天然气管道和输电网络。
[0022] 所述的能量转换单元包括：风力发电机组、光伏阵列、热电联产设备、加热装置、变 压器、AC/AC转换器和DC/AC转换器。
[0023] 所述的能量存储单元包括：电能存储装置和热能存储装置。
[0024] 所述的根据输入能量与用户能量负荷之间的关系建立能量路由器模型如下所 示：
[0026] 其中，U为能量路由器的电能负荷功率，Lh为能量路由器的热能负荷功率，1^_为 能量路由器的石油负荷功率，匕为公共电网输入电功率，Pw为风力发电输入电功率，Ps为光 伏发电输入电功率，Pg为天然气输入功率，P。为石油输入功率，_为能量路由器存储的电功 率，为能量路由器存储的热功率，％为电能存储效率，eh为热能存储效率，C为输入能量 功率与输出能量功率转换关系的耦合矩阵。
[0027] 所述的根据能量路由器模型建立的多智能体系统包括：电能Agent、风力发电 Agent、光伏发电Agent、石油Agent、热电联产设备Agent、加热装置Agent、电能存储装置 Agent、热能存储装置Agent、可靠性管理Agent、负荷管理Agent和负荷平衡Agent。
[0028] 所述的能量路由器的经济调度模型为：
[0029]
[0030] 其中，Totalcost为总费用，ae(t)为实时的电费用，Pe(t)为t时刻公共电网输 入电功率，ag为天然气费用，Pg(t)为t时刻天然气输入功率，a。为石油费用，Pjt)为t 时刻石油输入功率，if(0为t时刻电能存储装置的充电功率，为t时刻电能存储装 置的放电功率，为电能存储装置操作费用，为热能存储装置操作费用，EENS°为能量 路由器的电能负荷损失能量，P°为惩罚成本系数，aDR为用电补偿费用，/f(/)为t时刻内 增加的电能负荷功率，为t时刻内中断的电能负荷功率，T为总时间。
[0031] 所述的能量路由器模型的多智能体系统的约束条件分别为：
[0032] 电能Agent的约束条件为：当前时刻公共电网输入电功率在允许公共电网输入电 功率的最小值和最大值之间；当前时刻公共电网输出的电能负荷功率为输电网稳定性概 率、变压器转换效率和当前时刻公共电网输入电功率的乘积；
[0033] 风力发电Agent的约束条件为：当前时刻风力发电输入电功率在允许风力发电输 入电功率的最小值和最大值之间；当前时刻风力发电输出的电能负荷功率为风力发电机组 稳定性概率、AC/AC转换器的转换效率和当前时刻风力发电输入电功率的乘积；
[0034] 光伏发电Agent的约束条件为：当前时刻光伏发电输入电功率在允许光伏发电输 入电功率的最小值和最大值之间；当前时刻光伏发电输出的电能负荷功率为光伏列阵发电 稳定性概率、DC/AC转换器转换效率和当前时刻光伏发电输入电功率的乘积；
[0035] 石油Agent的约束条件为：当前时刻石油输入功率在允许石油输入功率的最小值 和最大值之间；当前时刻石油输出的负荷功率为输油管道稳定性概率、当前时刻石油用于 石油用户负载的调度参数和当前时刻石油输入功率的乘积；当前时刻石油用于石油用户负 载的调度参数和当前时刻石油转换为热能的调度参数之和为1 ;当前时刻石油用于石油用 户负载的调度参数大于等于〇且小于等于1 ;
[0036] 热电联产设备Agent的约束条件为：当前时刻热电联产设备电输出功率在允许热 电联产设备电输出功率的最大值之下；当前时刻天然气输入功率在允许天然气输入功率的 最小值和最大值之间；当前时刻热电联产设备输出的电能负荷功率为热电联产设备运行稳 定性概率、热电联产设备的天然气转换为电能的转换效率、当前时刻天然气转换为电能的 调度参数和当前时刻天然气输入功率的乘积；当前时刻热电联产设备输出的热能负荷功率 为热电联产设备运行稳定性概率、热电联产设备的天然气转换为热能的转换效率、当前时 刻天然气转换为电能的调度参数和当前时刻天然气输入功率的乘积；当前时刻天然气转换 为电能的调度