一种能源系统多时间尺度互动优化运行方法及系统与流程

本发明涉及能源领域，特别是涉及一种能源系统多时间尺度互动优化运行方法及系统。

背景技术：

综合能源系统能实现系统内多种能源的科学调度，实现能源的高效利用，有效缓解目前面临的能源问题，缓解能源危机。但是系统内电、热能源子系统的动态过程时间尺度相差较大，无法实现在同一时间尺度内进行优化调度。若仅仅将热能传输理想化为不含热延迟，则与实际情况存在差距。另外，工业园区包含多种用能主体，负荷需求量大，但能源利用效率低，导致对用能主体的供电不足。所以，需要对工业园区的综合能源系统进行互动优化，不仅能够提升各参与主体的需求响应的积极性，还能够为用户提供更好的能源供应服务。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够实现同一时间尺度优化调度的能源系统多时间尺度互动优化运行方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种能源系统多时间尺度互动优化运行方法，所述优化运行方法包括：

采集能源系统的供热数据和供电数据；

根据所述供热数据建立实际供热系统中的供热管网的供热模型；

根据所述供热模型确定传输热量比同期传输电量的延迟时间；

根据所述供热数据和所述供电数据建立负荷侧用户的电负荷模型和热负荷模型；

根据所述能源系统的运行状态建立运营商的模型，获得运营商模型；

根据所述用户的电负荷模型、所述热负荷模型确定所述用户的效益函数，根据所述运营商模型确定所述运营商的效益函数，获得用户效益函数和运营商效益函数；

根据所述用户效益函数、所述运营商效益函数和所述延迟时间采用博弈理论建立博弈模型，根据所述博弈模型获取所述用户和所述运营商最大的效益对应的博弈策略。

可选的，所述根据所述供热数据建立实际供热系统中的供热管网的供热模型具体包括：

获取运营商侧与用户侧的温度差，获取所述供热管的母管处压力和用户侧压力；

根据所述母管处压力和所述用户侧压力计算比摩阻；

其中，pope为所述母管处压力，puser为所述用户侧压力，l为管长，αj为蒸汽管道局部阻力与沿程阻力的比值；

根据所述运营商侧和所述用户侧的压力值查表得到蒸汽出口处和用户入口处的比体积；

根据所述比体积计算蒸汽平均密度：

其中，ρope为母管处密度，ρuser为用户侧密度；

将所述比摩阻标准化，获得标准比摩阻

根据所述标准比摩阻查表确定管道直径d；

蒸汽质量流量：

其中，u为热媒流速，m/s；ρ为热媒密度，kg/m³；d为管道直径；

蒸汽从出口处到用户入口处的溫降：

其中，qspl为单位长度供热管道热损，l为管长，c为热媒热容；

其中，tw为保温管外表面温度，ts为管道周边土壤环境温度，λg为土的导热系数，hl为管道当量埋深，disl,out为保温层外径，

其中，tw为保温管外表面温度，ts为管道周边土壤环境温，t0为工作管外表面温度，λg为土的导热系数，λisl为保温层材料的导热系数，d0为工作管外径，hl(m)为管道当量埋深；

所述温降

可选的，所述根据所述供热模型确定传输热量比同期传输电量的延迟时间具体包括：

热延迟时间

其中，kdelay为热延迟系数；

其中，λisl为保温层热导率，λprt为保护层热导率，disl,in为保温层内径，dprt为保护层外径；

可选的，所述根据所述供热数据和所述供电数据建立负荷侧用户的电负荷模型和热负荷模型具体包括：

电负荷模型

计算所有用户在h时刻的系统净负荷为所有用户的净负荷之和：

其中，为所述用户i在时刻h的负荷，pi^h为所述第i户的光伏预测值，n为用户总数，为所述用户i在时刻h的净负荷，nli为所述用户i在全时段各时刻的净负荷集合；

根据用电量是否处于削峰时段，所述用户i在时刻h的电负荷模型定义如下：

其中，hex为越限的时段的集合，为所述用户i在时刻h的固定电负荷，为所述用户i在时刻h的可平移负荷增加量，为所述用户i在时刻h的可削减负荷量。

热负荷模型

所述用户i在时刻h的总体热负荷：

其中，为所述用户i在所述时刻h的固定热负荷，为所述用户i在所述时刻h的可增加负荷。

可选的，所述根据所述能源系统的运行状态建立运营商的模型，获得运营商模型具体包括：

在时刻h总热负荷等于所述能源系统在h-tdelay时的总产热量

所述时刻h的所述能源系统的发电量：

其中，ηchp为发电效率，ηloss为热损失系数，δheat为热系数，θ为热电比，l为天然气低热值。

可选的，所述根据所述用户的电负荷模型、所述热负荷模型确定所述用户的效益函数，根据所述运营商模型确定所述运营商的效益函数具体包括：

用户的效用模型为用户的净收益模型：

为用能效用函数

其中，ki为偏好系数；

为用户i在时刻h的用能成本

其中，为运营商的售电电价，γ为单位热力价格；

为用户i在h时刻的参与削峰时获得的经济补偿

其中，表示运营商给予用户参与互动的削峰补偿电价，d表示运营商给予用户的热负荷折扣；

lsi为可平移负荷，lci为可削减负荷，δhi为可增加热负荷；

运营商效用函数模型：

prom＝em-cm

为运营商收益

其中，为在时刻h运营商向电网的售电价，为在时刻h运营商向电网的购电价，γ为单位热力价格，为运营商的售电电价，l^h为在时刻h的用户总负荷，为所述能源系统在时刻h的总发电量；

cm为运营商收益

其中，pgas为天然气价格，为越限时段可平移负荷，为越限时段可削减负荷，为削峰补偿价格，为越限时可增加热负荷，为削峰补偿电价。

可选的，所述根据所述用户效益函数、所述运营商效益函数和所述延迟时间采用博弈理论建立博弈模型，所述根据所述博弈模型获取所述用户和所述运营商最大的效益对应的博弈策略具体包括：

将所述运营商作为主导者，所述用户作为跟从者；

所述运营商的博弈策略为削峰补偿电价，所述用户的博弈策略为可平移电负荷、直接削减电负荷和增加热负荷；

所述运营商将初始削峰补偿电价发送至所述用户；

所述用户根据所述初始削峰补偿电价和所述效益函数制定所述用户博弈策略，并将所述用户博弈策略发送至所述运营商；

所述运营商根据所述用户博弈策略和所述效益函数计算运营商效益值；

判断所述运营商效益值和所述用户效益值是否达到最大值，如果是，博弈达到均衡，所述初始削峰补偿电价为最优博弈策略；否则，所述运营商重新制定削峰补偿电价。

为了实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种能源系统多时间尺度互动优化运行系统，所述运行系统包括：

数据采集模块，用于采集能源系统的供热数据和供电数据；

供热模型建立模块，用于根据所述供热数据建立实际供热系统中的供热管网的供热模型；

延迟时间确定模块，用于根据所述供热模型确定传输热量比同期传输电量的延迟时间；

负荷侧模型建立模块，用于根据所述供热数据和所述供电数据建立负荷侧用户的电负荷模型和热负荷模型；

运营商模型建立模块，用于根据所述能源系统的运行状态建立运营商的模型，获得运营商模型；

效益函数确定模块，用于根据所述用户的电负荷模型、所述热负荷模型确定所述用户的效益函数，根据所述运营商模型确定所述运营商的效益函数，获得用户效益函数和运营商效益函数；

博弈策略获取模块，用于根据所述用户效益函数、所述运营商效益函数和所述延迟时间采用博弈理论建立博弈模型，根据所述博弈模型获取所述用户和所述运营商最大的效益对应的博弈策略。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种能源系统多时间尺度互动优化运行方法及系统，通过计算热延迟时间，并将其融入到运营商基本模型和效益函数模型的建立中，建立了多时间尺度能量运输过程的模型，实现了将热延迟考虑进用户及运营商之间的优化运行互动过程中。本发明应用主从博弈框架解决含热延迟的互动优化运行问题，能保证运营商和用户各自收益最大化的前提下，达到博弈均衡，求得均衡解，在博弈过程中，运营商和用户之间不断进行互动，动态产生当前阶段的最优策略，使得优化求解效率更高，可行性更强，收敛结果更符合实际。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的能源系统多时间尺度互动优化运行方法的流程图；

图2为本发明提供的能源系统多时间尺度互动优化运行系统的组成框图。

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。

本发明的目的是提供一种能够实现同一时间尺度优化调度的能源系统多时间尺度互动优化运行方法及系统。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种能源系统多时间尺度互动优化运行方法，所述优化运行方法包括：

步骤100：采集能源系统的供热数据和供电数据；

步骤200：根据所述供热数据建立实际供热系统中的供热管网的供热模型；

步骤300：根据所述供热模型确定传输热量比同期传输电量的延迟时间；

步骤400：根据所述供热数据和所述供电数据建立负荷侧用户的电负荷模型和热负荷模型；

步骤500：根据所述能源系统的运行状态建立运营商的模型，获得运营商模型；

步骤600：根据所述用户的电负荷模型、所述热负荷模型确定所述用户的效益函数，根据所述运营商模型确定所述运营商的效益函数，获得用户效益函数和运营商效益函数；

步骤700：根据所述用户效益函数、所述运营商效益函数和所述延迟时间采用博弈理论建立博弈模型，根据所述博弈模型获取所述用户和所述运营商最大的效益对应的博弈策略。

所述步骤200：根据所述供热数据建立实际供热系统中的供热管网的供热模型具体包括：

获取运营商侧与用户侧的温度差，获取所述供热管的母管处压力和用户侧压力；

根据所述母管处压力和所述用户侧压力计算比摩阻；

其中，pope为所述母管处压力，puser为所述用户侧压力，l为管长，αj为蒸汽管道局部阻力与沿程阻力的比值；

根据所述运营商侧和所述用户侧的压力值查表得到蒸汽出口处和用户入口处的比体积；

根据所述比体积计算蒸汽平均密度：

其中，ρope为母管处密度，ρuser为用户侧密度；

将所述比摩阻标准化，获得标准比摩阻

根据所述标准比摩阻查表确定管道直径d；

蒸汽质量流量：

其中，u为热媒流速，m/s；ρ为热媒密度，kg/m³；d为管道直径；

蒸汽从出口处到用户入口处的溫降：

其中，qspl为单位长度供热管道热损，l为管长，c为热媒热容；

其中，tw为保温管外表面温度，ts为管道周边土壤环境温度，λg为土的导热系数，hl为管道当量埋深，disl,out为保温层外径，

其中，tw为保温管外表面温度，ts为管道周边土壤环境温，t0为工作管外表面温度，λg为土的导热系数，λisl为保温层材料的导热系数，d0为工作管外径，hl(m)为管道当量埋深；

所述温降

所述300：根据所述供热模型确定传输热量比同期传输电量的延迟时间具体包括：

热延迟时间

其中，kdelay为热延迟系数；

其中，λisl为保温层热导率，λprt为保护层热导率，disl,in为保温层内径，dprt为保护层外径；

所述步骤400：根据所述供热数据和所述供电数据建立负荷侧用户的电负荷模型和热负荷模型具体包括：

电负荷模型

计算所有用户在h时刻的系统净负荷为所有用户的净负荷之和：

其中，为所述用户i在时刻h的负荷，pi^h为所述第i户的光伏预测值，n为用户总数，为所述用户i在时刻h的净负荷，nli为所述用户i在全时段各时刻的净负荷集合；

根据用电量是否处于削峰时段，所述用户i在时刻h的电负荷模型定义如下：

其中，hex为越限的时段的集合，为所述用户i在时刻h的固定电负荷，为所述用户i在时刻h的可平移负荷增加量，为所述用户i在时刻h的可削减负荷量；

热负荷模型

所述用户i在时刻h的总体热负荷：

其中，为所述用户i在所述时刻h的固定热负荷，为所述用户i在所述时刻h的可增加负荷。

所述步骤500：根据所述能源系统的运行状态建立运营商的模型，获得运营商模型具体包括：

在时刻h总热负荷等于所述能源系统在h-tdelay时的总产热量

所述时刻h的所述能源系统的发电量：

其中，ηchp为发电效率，ηloss为热损失系数，δheat为热系数，θ为热电比，l为天然气低热值。

所述步骤600：根据所述用户的电负荷模型、所述热负荷模型确定所述用户的效益函数，根据所述运营商模型确定所述运营商的效益函数具体包括：

用户的效用模型为用户的净收益模型：

为用能效用函数

其中，ki为偏好系数；

为用户i在时刻h的用能成本

其中，为运营商的售电电价，γ为单位热力价格；

为用户i在h时刻的参与削峰时获得的经济补偿

其中，表示运营商给予用户参与互动的削峰补偿电价，d表示运营商给予用户的热负荷折扣；

lsi为可平移负荷，lci为可削减负荷，δhi为可增加热负荷；

运营商效用函数模型：

prom＝em-cm

为运营商收益

其中，为在时刻h运营商向电网的售电价，为在时刻h运营商向电网的购电价，γ为单位热力价格，为运营商的售电电价，l^h为在时刻h的用户总负荷，为所述能源系统在时刻h的总发电量；

cm为运营商收益

其中，pgas为天然气价格，为越限时段可平移负荷，为越限时段可削减负荷，为削峰补偿价格，为越限时可增加热负荷，为削峰补偿电价。

所述步骤700：根据所述用户效益函数、所述运营商效益函数和所述延迟时间采用博弈理论建立博弈模型，所述根据所述博弈模型获取所述用户和所述运营商最大的效益对应的博弈策略具体包括：

将所述运营商作为主导者，所述用户作为跟从者；

所述运营商的博弈策略为削峰补偿电价，所述用户的博弈策略为可平移电负荷、直接削减电负荷和增加热负荷；

所述运营商将初始削峰补偿电价发送至所述用户；

所述用户根据所述初始削峰补偿电价和所述效益函数制定所述用户博弈策略，并将所述用户博弈策略发送至所述运营商；

所述运营商根据所述用户博弈策略和所述效益函数计算运营商效益值；

判断所述运营商效益值和所述用户效益值是否达到最大值，如果是，博弈达到均衡，所述初始削峰补偿电价为最优博弈策略；否则，所述运营商重新制定削峰补偿电价。

如图2所示，本发明还提供了一种能源系统多时间尺度互动优化运行系统，所述运行系统包括：

数据采集模块1，用于采集能源系统的供热数据和供电数据；

供热模型建立模块2，用于根据所述供热数据建立实际供热系统中的供热管网的供热模型；

延迟时间确定模块3，用于根据所述供热模型确定传输热量比同期传输电量的延迟时间；

负荷侧模型建立模块4，用于根据所述供热数据和所述供电数据建立负荷侧用户的电负荷模型和热负荷模型；

运营商模型建立模块5，用于根据所述能源系统的运行状态建立运营商的模型，获得运营商模型；

效益函数确定模块6，用于根据所述用户的电负荷模型、所述热负荷模型确定所述用户的效益函数，根据所述运营商模型确定所述运营商的效益函数，获得用户效益函数和运营商效益函数；

博弈策略获取模块7，用于根据所述用户效益函数、所述运营商效益函数和所述延迟时间采用博弈理论建立博弈模型，根据所述博弈模型获取所述用户和所述运营商最大的效益对应的博弈策略。

本发明的有益效果：

通过采用本发明所述的互动优化运行方法，可将其优化后的结果应用到实际工业园区综合能源系统考虑热延迟效应的日前优化调度中。本发明中的互动优化方法所依据的基础负荷数据包括电负荷、热负荷(蒸汽负荷)，满足工业园区对于负荷种类的要求；参与优化过程的互动双方为园区运营商和用户，符合工业园区的发展实际情况；考虑热能在传输过程中由于传热介质的特性导致传输时间慢于同时间传输的电能，从而造成的热延迟效应，即热能和电能传输不同步，优化结果更符合实际生产要求。互动优化的目标是针对一天中，用户负荷超出电网所规定的最大负荷限制，用户接收运营商的削峰补偿，通过调整可平移负荷，可削减负荷和增加热负荷实现对于越限时段峰值负荷的削减。通过使用本发明所述优化方法，将优化结果应用到考虑热延迟效应的工业园区综合能源系统日前优化调度中，能在保证满足用户负荷要求的前提下，根据负荷历史数据提前进行能源规划，合理安排用户用能，并保证负荷在电网设定的最大限制值之内，提前规避负荷月线的风险，有利于电网安全可靠地运行。

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。对于实施例公开的系统而言，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。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。