考虑能量共享的多综合能源微网优化调度方法和系统与流程

1.本发明涉及综合能源系统优化运行领域，尤其涉及一种考虑能量共享的多综合能源微网优化调度方法和系统。


背景技术：

2.随着化石能源日益枯竭、可再生能源大规模开发以及自然环境逐渐恶化，多综合能源微网(microgrid，mg)即并网型mg已成为分布式能源领域的重要研究方向之一。相比于传统多种能源系统的独立运行，mg能实现多种能源的协调调度，在提高配电网能源利用率、改善系统运行灵活性以及减少环境污染等方面发挥了显著作用。
3.mg考虑电热气能源之间的生产、转换以及存储。可再生能源部分包括风机发电以及光伏发电，将风能和太阳能转化为电能。能量转换部分一般包括chp机组、燃气锅炉等。该部分将不同形式的能量进行转换，使不同能流相互衔接，满足用户的多元能源需求。能量转换一般遵循从高品位能向低品位能转变的规律，气、电、热三种能量的品味逐次降低。所以，能量转换单元的输入一般为气和电，而输出一般为电和热。能量存储单元一般包括蓄电池和蓄水罐等，分别储电和储热。该单元充分消纳系统产能，实现能量的跨时段转移，平衡负荷，削峰填谷。现有的多个mg运行时协调性差，系统能源利用率较低。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了提供一种考虑能量共享的多综合能源微网优化调度方法和系统，提高系统能源利用率。
5.为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
6.第一方面，本发明提供一种考虑能量共享的多综合能源微网优化调度方法，包括以下步骤：
7.步骤1：采集各微网运行数据；
8.步骤2：以微网运行成本最小建立目标函数；
9.步骤3：建立约束条件，所述约束条件包括：设备运行约束条件、传输功率约束条件和供需能量平衡约束条件；
10.步骤4：求解模型并采用shapley值法对涌现收益进行分配，实现微网优化调度。
11.第二方面，本发明提供一种考虑能量共享的多综合能源微网优化调度系统，包括：
12.数据输入模块，用于获取各微网运行数据；
13.目标函数模块，用于以微网运行成本最小建立目标函数；
14.约束条件模块，用于建立约束条件，所述约束条件包括：设备运行约束条件、传输功率约束条件和供需能量平衡约束条件；
15.求解模块，求解模型并采用shapley值法对收益进行分配，输出优化结果。
16.本发明具有如下有益效果：本发明首先以购电购气成本以及设备运行维护成本之和最小建立目标函数；然后，设定设备运行约束条件、传输功率约束条件以及供需能量平衡
约束条件；最后，对模型进行求解并采用shapley值法对涌现收益进行分配；本发明考虑到不同的mg的可再生能源出力、负荷需求以及设备参数具有异质性，将多个mg协调运行，提高系统能源利用率。
附图说明
17.图1为本发明方法流程图；
18.图2为本发明实施例中mg结构图
19.图3为本实施例中预测光伏和风电功率曲线图；
20.图4为本实施例中mg中电负荷功率曲线图；
21.图5为本实施例中mg中热负荷功率曲线图。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
23.请参考图1，本发明提供一种考虑能量共享的多综合能源微网优化调度系统，包括：
24.数据输入模块，用于获取各微网运行数据；
25.目标函数模块，用于以微网运行成本最小建立目标函数；
26.约束条件模块，用于建立约束条件，所述约束条件包括：设备运行约束条件、传输功率约束条件和供需能量平衡约束条件；
27.求解模块，求解模型并采用shapley值法对收益进行分配，输出优化结果。
28.本发明还提供一种考虑能量共享的多综合能源微网优化调度方法，采用上述优化调度系统，包括以下步骤：
29.步骤1：数据输入模块采集各微网运行数据；
30.步骤2：目标函数模块以微网运行成本最小建立目标函数；
31.步骤3：约束条件模块建立约束条件，所述约束条件包括：设备运行约束条件、传输功率约束条件和供需能量平衡约束条件；
32.步骤4：求解模块对目标函数及约束条件构成的模型进行求解并采用shapley值法对涌现收益进行分配，实现微网优化调度。
33.在步骤1中，微网运行数据包括24小时电、热负荷功率、预测风电功率和光伏功率，时间间隔为1小时。
34.在步骤2中，以mg购电成本、购气成本、chp机组运行维护成本、燃气锅炉运行维护成本、电储能运行维护成本以及热储能运行维护成本之和最小建立目标函数，建立的综合能源系统运行成本目标函数即总运行成本目标函数表示为：
[0035][0036]
式中：fi表示第i个微网mg的运行成本；c
grid,t
表示t时刻从上级电网购电的单位购电成本；c
gas,t
表示t时刻的单位购气成本；c
chp,t
表示t时刻的热电联产chp机组产生单位电
功率的运行维护成本；c
gf,t
表示t时刻的燃气锅炉产生单位热功率的运行维护成本；c
ees,t
表示t时刻的电储能充电功率和放电功率的单位运行维护成本；c
hes,t
表示t时刻的热储能储热功率和放热功率的单位运行维护成本；表示第i个mg在t时刻的购电功率；表示第i个mg在t时刻的购气功率；表示第i个mg中的chp机组在t时刻产生的电功率；表示第i个mg中的燃气锅炉在t时刻产生的电功率；和分别表示第i个mg中的电储能在t时刻充电功率和放电功率；和分别表示第i个mg中的热储能在t时刻储热功率和放热功率。
[0037]
在步骤3中，设备运行约束条件包括chp机组运行约束条件、燃气锅炉运行约束条件、电储能运行约束条件以及热储能运行约束条件，具体表示为：
[0038]
chp机组运行约束条件：
[0039][0040][0041][0042]
式中：表示第i个mg中的chp机组在t时刻消耗的气功率；表示第i个mg中的chp机组在t时刻产生的热功率；表示chp机组消耗气功率产生电功率的效率；表示chp机组消耗气功率产生热功率的效率；表示第i个mg中的chp机组在t+1时刻产生的电功率；和分别表示第i个mg中的chp机组的上爬坡速率和下爬坡速率；δt表示调度间隔，取1小时；
[0043]
燃气锅炉运行约束条件：
[0044][0045][0046][0047]
式中：表示第i个mg中的燃气锅炉在t时刻消耗的气功率；表示燃气锅炉消耗气功率产生热功率的效率；表示第i个mg中的燃气锅炉在t+1时刻产生的热功率；和分别表示第i个mg中的燃气锅炉的上爬坡速率和下爬坡速率；
[0048]
电储能运行约束条件：
[0049][0050][0051][0052][0053]
[0054]
式中：和分别表示第i个mg中的电储能在t+1时刻和t时刻的容量；和分别表示电储能的充电效率和放电效率；和分别表示第i个mg中的电储能在初始时刻和周期结束时刻的容量；和分别表示电储能的最大容量和最小容量；和分别表示电储能的最大充电功率和最小放电功率；
[0055]
热储能运行约束条件：
[0056][0057][0058][0059][0060][0061]
式中：和分别表示第i个mg中的热储能在t+1时刻和t时刻的容量；和分别表示热储能的储热效率和放热效率；和分别表示第i个mg中的热储能在初始时刻和周期结束时刻的容量；和分别表示热储能的最大容量和最小容量；和分别表示热储能的最大储热功率和最小放热功率。
[0062]
在步骤3中，传输功率约束条件表示为：
[0063][0064][0065][0066]
式中：表示第i个mg的最大购电功率；表示第i个mg的最大购气功率；表示第i个mg在t时刻的共享电功率；表示第i个mg的最大共享电功率。
[0067]
在步骤3中，供需能量平衡约束条件表示为：
[0068][0069][0070][0071]
式中：表示第i个mg在t时刻消耗的可再生能源的电功率；l
e,i,t
和l
h,i,t
分别表示第i个mg在t时刻的电负荷功率和热负荷功率。
[0072]
在步骤4中，多个mg之间进行合作博弈形成合作联盟，收益分配机制决定不同运营主体间合作的意愿程度，本发明采用shapely值法对每个mg的收益进行分配，同时提高了每个mg与mg联盟的收益。
[0073]
shapely值法具体为：
[0074]
[0075][0076][0077][0078][0079]
式中：表示参与合作博弈后mg联盟的运行成本；f
system
表示独立运行时系统整体的运行成本；δf
system
表示系统整体的涌现收益；|s|表示集合s中mg的数量；δfi为第i个mg的最终的涌现收益；δfs表示集合s中所有mg的涌现收益；δf
s\{i}
表示集合s中除去第i个mg后其余成员的涌现收益；δf
s-δf
s\{i}
表示集合s中第i个mg的涌现收益；(|s|-1)！(m-|s|)！/m为加权因子，即每个联合形成的概率；表示第i个mg的实际运行成本；di表示第i个mg的贡献度。
[0080]
shapley值法主要有两个特点：(1)强调公平性，即联盟效用贡献越多的mg应分配越多的收益；(2)可以反映出某些mg对联盟形成的重要性。如果没有特定的mg，就很难形成许多联盟。因此，能够帮助组建联盟的mg该被分配更多的收益。
[0081]
下面给出具体算例：
[0082]
本实施例中将4个mg结合起来，建立了一个仿真系统。每个mg中都包含可再生能源机组、chp机组、燃气锅炉、电储能、以及热储能，如附图2所示。不同的是，mg1和mg2中配置光伏，mg3和mg4中配置风电，光伏及风电预测功率如附图3所示。4个mg中电负荷功率如附图4所示。4个mg中热负荷功率如附图5所示。
[0083]
各mg最大购电功率为500kw，最大购气功率为450kw。chp机组消耗气功率转化为电功率的效率为35％，消耗气功率转化为热功率的效率为45.5％，最大上爬坡速率为100kw/h，最大下爬坡速率为100kw/h。燃气锅炉消耗气功率转化为热功率的效率为90％，最大上爬坡速率为100kw/h，最大下爬坡速率为100kw/h。电储能的初始容量为100kwh，最大容量和最小容量为180kwh和40kwh，最大充电功率和最大放电功率为50kw和50kw，充电效率和放电效率为95％和95％。电储能的初始容量为50wh，最大容量和最小容量为90kwh和20kwh，最大充电功率和最大放电功率为30kw和30kw，充电效率和放电效率为95％和95％。
[0084]
本发明将考虑能量共享的合作模式和独立模式进行对比分析。mg参与的各联盟运行成本如表1所示。4个mg可以组成16种联盟形式，联盟1为空联盟，成本值为0；联盟2-联盟5中只有一个mg参与，其运行成本为独立模式下的成本；联盟6-联盟11中有两个不同的mg参与能量共享；联盟12-联盟15中有三个不同的mg参与能量共享；联盟16中全部mg组成合作联盟。
[0085]
表1：不同mg联盟的运行成本
[0086][0087][0088]
表2：独立模式和合作模式成本比较
[0089][0090]
独立模式和合作模式运行成本如表2所示。相比独立模式，不同mg组成的联盟进行合作博弈之后，运行成本都有所降低，4个mg都参与能量共享之后，联盟涌现收益为61.214元，整体运行成本降低了6.64％。同时，根据shapley值进行计算，各mg根据在联盟中不同的贡献度获得了不同的涌现收益。联盟整体运行成本和各mg运行成本降低，这也验证了能量共享能够提高综合能源微网联盟以及各综合能源微网mg运行的经济性，提高系统能源利用率。
[0091]
本发明未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
[0092]
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。