一种考虑节点负荷收益率的综合能源服务商动态聚合方法与流程

1.本发明属于综合能源技术领域，尤其涉及一种考虑节点负荷收益率的综合能源服务商动态聚合方法。


背景技术：

2.随着可再生能源在电网中的渗透率的逐步提升，随着分布式能源以及热电联产等技术的成熟，传统电网正向集成分布式能源和多类能流的局域综合能源系统演变。在配网范围内，称这种局域综合能源系统为综合能源配网(integrated energy distribution network，iedn)，受分布式能源的地域分散性和不同能流系统的独立性影响，iedn呈现出多类能源资源丰富但难以集中调控的特点。随着能源互联网的开展建设，综合能源系统(integrated energy system，ies)作为能源互联网的一种特殊形式逐步发展，综合能源服务商(integrated energy system provider，iesp)作为区域和局域综合能源系统的管理者，可以统领ies中的设备和负荷，并对其做出适当的调整已满足系统优化运行。对于iesp，由于用户存在部分柔性负荷，其在原有单纯购能的基础上，可以灵活调整自身用能策略，以获得较高的收益或者降低自身购能成本，而iesp也可通过聚合用户的柔性负荷参与综合能源市场交易，将自身价格接受者的身份转变为市场价格主导者，因此，提升自身对所在区域内可调节资源的聚合能力是提升运营收益的关键。
3.近年来，针对iesp的聚合优化方面的研究取得了诸多进展，但是传统研究一般集中在电力系统范畴，主要是针对其在电力系统上的聚合优化，然而在多能源融合的综合能源系统环境下，尤其是分布式资源丰富的iedn环境下，缺乏iesp对关键节点用户资源的聚合优化研究，在不同节点资源实时贡献度进行动态聚合方面也鲜有涉及。
4.因此，如何在复杂的iedn环境下，筛选具有聚合价值的用户侧可调节资源，依据其参与聚合后为综合能源服务商交易利润作出的贡献，选择优质负荷用户，为其提供有吸引力的聚合激励，更大限度地挖掘用户潜力，提高聚合能力，是iesp参与市场交易运行过程中亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种考虑节点负荷收益率的综合能源服务商动态聚合方法，量化了聚合电、气、热资源过程中的实时贡献度，辨识了不同能源系统最具聚合价值的节点负荷，有效提高了聚合收益。
6.本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
7.一种考虑节点负荷收益率的综合能源服务商动态聚合方法，包括如下步骤：
8.步骤1：构建基于iedn的iesp运行结构，包括服务商管辖范围内的网络基础和eh，网络基础是以配电网为核心，通过eh耦合配气网与配热网的iedn；
9.步骤2：构建eh基本结构，eh内部通过热电联产实现天然气向电能和热能的转换，并通过电母线、天然气母线、热母线与配电网、配气网、配热网进行能量交互；构建eh的输入
输出模型；
10.步骤3：按照基于节点收益率的iesp聚合原理进行聚合；
11.步骤4：根据步骤3聚合过程中的初始聚合激励获取节点资源的聚合收益，构建节点收益率计算模型，建立聚合激励动态修正模型，对步骤3聚合过程中的聚合激励进行修正；
12.步骤5：结合聚合激励动态修正模型，建立节点负荷聚合潜力计算模型，获取能够提升效益的关键节点；
13.步骤6：以聚合周期内iesp的聚合收益最大为目标，建立iesp聚合收益最大化模型；
14.步骤7：进行聚合模拟，分析聚合效果。
15.进一步地，所述步骤2中，eh的输入输出模型如下：
16.p
eh,t
＝f
eh,thvg
λe17.q
eh,t
＝f
eh,thvg
λh18.其中，p
eh,t
表示输出电功率；f
eh,
t表示输入能量，包括电能、热能、天然气流量；h
vg
表示天然气低位热值；λe表示电力转换系数；q
eh,t
表示输出热能；λh表示热力转换系数。
19.进一步地，所述步骤3中，按照基于节点收益率的iesp聚合原理进行聚合时，基于iesp聚合的电、气、热资源分别为p
re
、p
rg
、p
rh
，结合iesp对所在iedn内电、气、热资源的初始聚合激励分别为i
re,0
、i
rg,0
、i
rh,0
，获取的电、气、热资源的聚合收益分别为w
re
、w
rg
、w
rh
，进而计算得到电、气、热资源的节点收益率分别为r
ie
、r
ig
、r
ih
；
20.iesp依据计算得到的节点收益率修改电、气、热资源的聚合激励，并发布给iedn内的用户，修改后的电、气、热资源的聚合激励分别为i
re
、i
rg
、i
rh
；用户接收到修改后的聚合激励信号后，产生响应的电、气、热资源的聚合潜力分别为p
re,max
、p
rg,max
、p
rh,max
；再结合电、气、热资源对应的原始负荷le、lg、lh，形成聚合参与iesp的功率。
21.进一步地，所述步骤4中，节点收益率计算模型的构建方法如下：
22.将被聚合单元的单次聚合收益与区域整体聚合收益的比值定义为被聚合单元的节点收益率，基于配电网、配气网、配热网的节点收益率的计算公式(即节点收益率计算模型)如下：
[0023][0024][0025][0026]
其中，r
ie,i,t
、w
re,i,t
分别表示位于配电网节点i处的电力被聚合单元在t时段的节点收益率、聚合收益；r
ig,k,t
、w
rg,k,t
分别表示位于配气网节点k处的天然气被聚合单元在t时段的节点收益率、聚合收益；r
ih,m,t
、w
rh,m,t
分别表示位于配热网节点m处的热力被聚合单元
在t时段的节点收益率和聚合收益；w
r,t
表示t时段区域内的整体聚合收益。
[0027]
进一步地，所述w
r,t
的计算公式如下：
[0028][0029]
其中，w
re,i,t
、w
rg,k,t
、w
rh,m,t
的具体计算公式如下：
[0030]wre,i,t
＝p
re,i,t
(p
sle,t-i
re,i,t
)
[0031]wrg,k,t
＝p
rg,k,t
(p
slg,t-i
rg,k,t
)
[0032]wrh,m,t
＝p
rh,m,t
(p
slh,t-i
rh,m,t
)
[0033]
其中，p
re,i,t
、i
re,i,t
分别表示配电网节点i上被聚合单元在t时段被聚合的电功率、聚合激励；p
rg,k,t
、i
rg,k,t
分别表示配气网节点k上被聚合单元在t时段被聚合的天然气流量、聚合激励；p
rh,m,t
、i
rh,m,t
分别表示配热网节点m上被聚合单元在t时段被聚合的热功率、聚合激励；p
sle,t
、p
slg,t
、p
slh,t
分别表示iesp参与市场交易的电价、气价、热价。
[0034]
进一步地，所述步骤4中，聚合激励动态修正模型如下：
[0035]ire,i,t
＝i
re,i,t-1
(1+r
ie,i,t-1
)
[0036]irg,k,t
＝i
rg,k,t-1
(1+r
ig,k,t-1
)
[0037]irh,m,t
＝i
rh,m,t-1
(1+r
ih,m,t-1
)
[0038]
其中，表示配电网节点i上被聚合单元在t-1时段的聚合激励；i
rg,k,t-1
表示配气网节点k上被聚合单元在t-1时段的聚合激励；i
rh,m,t-1
表示配热网节点m上被聚合单元在t-1时段的聚合激励；r
ie,i,t-1
表示位于配电网节点i处的电力被聚合单元在t-1时段的节点收益率；r
ig,k,t-1
表示位于配气网节点k处的天然气被聚合单元在t-1时段的节点收益率；r
ih,m,t-1
表示位于配热网节点m处的热力被聚合单元在t-1时段的节点收益率。
[0039]
进一步地，所述步骤5中节点负荷聚合潜力计算模型如下：
[0040]
聚合激励将直接对被聚合单元的可聚合潜力产生影响，考虑到被聚合单元聚合意愿的影响，将聚合潜力表达如下：
[0041]
p
re,i,t,max
＝αei
re,i,t
l
e,i,t
[0042]
p
rg,k,t,max
＝αgi
rg,k,t
l
g,k,t
[0043]
p
rh,m,t,max
＝αhi
rh,m,t
l
h,m,t
[0044]
其中，p
re,i,t,max
表示配电网节点i处被聚合单元在t时段可被聚合电功率的最大值；p
rg,k,t,max
表示配气网节点k处被聚合单元在t时段可被聚合天然气流量的最大值；p
rh,m,t,max
表示配热网节点m处被聚合单元在t时段可被聚合热功率的最大值；αe、αg、αh分别表示电、气、热资源聚合潜力计算系数；l
e,i,t
表示t时段在节点i处的电负荷；l
g,k,t
表示t时段在节点k处的气负荷；l
h,m,t
表示t时段在节点m处的热负荷；i
re,i,t
表示配电网节点i上被聚合单元在t时段被聚合的聚合激励；i
rg,k,t
表示配气网节点k上被聚合单元在t时段被聚合的聚合激励；i
rh,m,t
表示配热网节点m上被聚合单元在t时段被聚合的聚合激励。
[0045]
进一步地，所述步骤6中，以聚合周期内iesp的聚合收益f最大为目标，建立的目标函数如下：
[0046]
[0047]
其中，w
r,t
表示t时段区域内的整体聚合收益。
[0048]
进一步地，所述配电网考虑节点功率平衡、机组出力约束、爬坡约束以及支路潮流约束；配气网考虑管道流量约束、气源点约束、流量平衡约束、压缩机约束以及节点压力约束；配热网考虑节点流量平衡、节点功率融合、负荷取用特性、供回水温度约束以及管段传热特性；所述网络基础下的iesp是在满足iedn运行约束的条件下，对iedn范围内不同节点的电、气、热可调控资源进行聚合，聚合起来的能量参与能源市场进行交易
[0049]
本发明具有如下有益效果：
[0050]
本发明能够充分聚合iedn内的电、气、热资源，量化聚合电、气、热资源过程中的实时贡献度，识别出iedn内电、气、热系统更有利于提升效益的关键节点，有效提高聚合收益，同时为资源配置与分配提供依据。
附图说明
[0051]
图1为本发明所述基于iedn的iesp运行结构示意图；
[0052]
图2为本发明所述eh基本结构示意图；
[0053]
图3为本发明所述基于节点收益率的iesp聚合原理示意图。
具体实施方式
[0054]
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
[0055]
本发明所述的考虑实时贡献度的虚拟电厂动态聚合方法，包括如下步骤：
[0056]
步骤1：构建如图1所示基于iedn的iesp运行结构，包括服务商管辖范围内的网络基础和能源枢纽(energy hub，eh)，网络基础是以配电网(electric distribution network，edn)为核心，通过eh耦合配气网(natural gas distribution network，ngdn)与配热网(heat distribution network，hdn)的iedn，该网络基础下的iesp主要是在满足iedn运行约束的条件下，对iedn范围内不同节点的电、气、热可调控资源进行聚合，聚合起来的能量参与能源市场进行交易。
[0057]
其中，配电网考虑节点功率平衡、机组出力约束、爬坡约束以及支路潮流约束；配气网考虑管道流量约束、气源点约束、流量平衡约束、压缩机约束以及节点压力约束；配热网考虑节点流量平衡、节点功率融合、负荷取用特性、供回水温度约束以及管段传热特性。
[0058]
步骤2：构建如图2所示的eh基本结构，eh是iedn的重要支撑，eh内部主要通过热电联产(combined heat and power，chp)实现天然气向电能和热能的转换，并通过电母线(electrical bus，eb)、天然气母线(gas bus，gb)、热母线(heat bus，hb)与配电网、配气网、配热网进行能量交互；eh一方面供给了所在节点的电负荷(electric load，el)、气负荷(gas load，gl)、热负荷(heat load，hl)，另一方面支撑了配电网、配气网、配热网之间的能量交互。
[0059]
构建eh的输入输出模型，具体表示如下：
[0060]
p
eh,t
＝f
eh,thvg
λe[0061]qeh,t
＝f
eh,thvg
λh[0062]
其中，p
eh,t
表示输出电功率；f
eh,t
表示输入能量，包括电能、热能、天然气流量；h
vg
表示天然气低位热值；λe表示电力转换系数；q
eh,t
表示输出热能；λh表示热力转换系数。
[0063]
步骤3：按照如图3所示的基于节点收益率的iesp聚合原理进行聚合，基于iesp聚合的电、气、热资源分别为p
re
、p
rg
、p
rh
，结合iesp对所在iedn内电、气、热资源的初始聚合激励分别为i
re,0
、i
rg,0
、i
rh,0
，分别获取电、气、热资源的聚合收益w
re
、w
rg
、w
rh
，进而计算得到电、气、热资源的节点负荷收益率分别为r
ie
、r
ig
、r
ih
；
[0064]
iesp依据计算得到的节点收益率修改电、气、热资源的聚合激励，并发布给iedn内的用户，修改后的电、气、热资源的聚合激励分别为i
re
、i
rg
、i
rh
；用户接收到修改后的聚合激励信号后，产生响应的电、气、热资源的聚合潜力分别为p
re,max
、p
rg,max
、p
rh,max
；再结合电、气、热资源对应的原始负荷le、lg、lh，形成聚合参与iesp的功率；上述过程需满足iedn的运行约束。
[0065]
步骤4：根据初始聚合激励获取节点资源的聚合收益，构建节点收益率计算模型，建立聚合激励动态修正模型，具体过程如下：
[0066]
将被聚合单元的单次聚合收益与区域整体聚合收益的比值定义为被聚合单元的节点负荷收益率，基于配电网、配气网、配热网的节点负荷收益率的计算公式(即节点收益率计算模型)如下：
[0067][0068][0069][0070]
其中，r
ie,i,t
、w
re,i,t
分别表示位于配电网节点i处的电力被聚合单元在t时段的节点收益率、聚合收益；r
ig,k,t
、w
rg,k,t
分别表示位于配气网节点k处的天然气被聚合单元在t时段的节点收益率、聚合收益；r
ih,m,t
、w
rh,m,t
分别表示位于配热网节点m处的热力被聚合单元在t时段的节点收益率、聚合收益；w
r,t
表示t时段区域内的整体聚合收益。
[0071]
所述w
r,t
的计算公式如下：
[0072][0073]
其中，w
re,i,t
、w
rg,k,t
、w
rh,m,t
的具体计算公式如下：
[0074]wre,i,t
＝p
re,i,t
(p
sle,t-i
re,i,t
)
[0075]wrg,k,t
＝p
rg,k,t
(p
slg,t-i
rg,k,t
)
[0076]wrh,m,t
＝p
rh,m,t
(p
slh,t-i
rh,m,t
)
[0077]
其中，p
re,i,t
、i
re,i,t
分别表示配电网节点i上被聚合单元在t时段被聚合的电功率、聚合激励；p
rg,k,t
、i
rg,k,t
分别表示配气网节点k上被聚合单元在t时段被聚合的天然气流量、聚合激励；p
rh,m,t
、i
rh,m,t
分别表示配热网节点m上被聚合单元在t时段被聚合的热功率、聚合
激励；p
sle,t
、p
slg,t
、p
slh,t
分别表示iesp参与市场交易的电价、气价、热价；
[0078]
在配电网、配气网、配热网网络基础上，基于节点收益率的聚合激励的计算公式(即聚合激励动态修正模型)如下：
[0079]ire,i,t
＝i
re,i,t-1
(1+r
ie,i,t-1
)
[0080]irg,k,t
＝i
rg,k,t-1
(1+r
ig,k,t-1
)
[0081]irh,m,t
＝i
rh,m,t-1
(1+r
ih,m,t-1
)。
[0082]
步骤5：结合聚合激励动态修正模型，建立节点负荷聚合潜力计算模型，具体过程如下：
[0083]
聚合激励将直接对被聚合单元的可聚合潜力产生影响，考虑到被聚合单元聚合意愿的影响，本技术对聚合潜力表达如下：
[0084]
p
re,i,t,max
＝αei
re,i,t
l
e,i,t
[0085]
p
rg,k,t,max
＝αgi
rg,k,t
l
g,k,t
[0086]
p
rh,m,t,max
＝αhi
rh,m,t
l
h,m,t
[0087]
其中，p
re,i,t,max
表示配电网节点i处被聚合单元在t时段可被聚合电功率的最大值；p
rg,k,t,max
表示配气网节点k处被聚合单元在t时段可被聚合天然气流量的最大值；p
rh,m,t,max
表示配热网节点m处被聚合单元在t时段可被聚合热功率的最大值；αe、αg、αh分别表示电、气、热资源聚合潜力计算系数；l
e,i,t
表示t时段在节点i处的电负荷；l
g,k,t
表示t时段在节点k处的气负荷；l
h,m,t
表示t时段在节点m处的热负荷。
[0088]
步骤6：建立iesp聚合收益最大化模型，得到节点的负荷动态聚合方法，其中，以聚合周期内iesp的聚合收益f最大为目标，建立的目标函数如下：
[0089][0090]
步骤7：对考虑节点负荷收益率的综合能源服务商动态聚合方法进行聚合模拟，对聚合效果进行分析。
[0091]
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。