一种用户群新能源共享的运行方法与流程

本发明涉及新能源共享领域，尤其涉及一种用户群新能源共享的运行方法。

背景技术：

1、世界能源正朝着低碳化发展，我国在“双碳”战略的背景下大力探索高效利用新能源的方式。随着风电、光伏等新能源的不断发展，新能源的渗透率也随之提高。风电、光伏出力的不确定性，给区域微电网安全稳定以及满足负荷需求提出了难题。在风电、光伏发电中配合使用储能，可以对出力波动进行弥补，促使新能源出力的消纳。

2、传统的消纳新能源方式单单依靠储能的配置来对新能源发电进行吞吐，这种方式的应用常常还需解决储能高成本的难题。为了促进光储系统的推广，诞生了自发自用、余电上网的模式，该模式虽然在一定程度上促进了清洁能源消纳，但主要依赖政府铺贴，同时对电网的冲击也较大。因此，探索并设计一种新能源就近消纳、减少对城市电网冲击的模式至关重要，一方面需要提高新能源的利用率，另一方面也需要使系统具有较强的可持续性。近年来共享模式兴起，可再生能源的充分利用提供参考，共享模式在电力系统及其自动化中的应用，提高电力系统对资源的利用能力。

技术实现思路

1、本发明提供了一种用户群新能源共享的运行方法，实现用户之间共享电能和新能源，提高用电的灵活性，提升整体的经济性，减少储能容量配置要求。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用户群新能源共享的运行方法，包括：

3、在所构建的用户群区域的新能源共享互联结构下，通过用户群区域的区域代理中心构建运行模式、运行成本模型和运行约束条件；

4、根据运行模式、运行成本模型和运行约束条件进行电能共享求解，得到用户群区域的新能源运行共享信息，通过用户群区域的区域代理中心将新能源运行共享信息在用户群区域之间进行共享，并控制用户群区域的区内供能设备运行和区内用户的能源供给。

5、实施本发明实施例，在所构建的用户群区域的新能源共享互联结构下，通过用户群区域的区域代理中心构建运行模式、运行成本模型和运行约束条件；根据运行模式、运行成本模型和运行约束条件进行电能共享求解，得到用户群区域的新能源运行共享信息，通过用户群区域的区域代理中心将新能源运行共享信息在用户群区域之间进行共享，并控制用户群区域的区内供能设备运行和区内用户的能源供给。通过用户群区域的区域代理中心实现用户之间共享电能，与临近用户共享新能源所产生的多余电能，让新能源就近消纳，提升了系统用电的灵活性，也提升了整体的经济性，同时也减少了储能容量配置的要求。

6、作为优选方案，用户群区域的新能源共享互联结构包括区域间新能源共享与互动结构和区域内电能转换结构；

7、其中，用户群区域包括工业区、商业区和居民区；

8、区域间新能源共享与互动结构具体为：用户群区域由区域代理中心对区域内的余电进行共享，用户群区域中的配置电源、储能设备和电能转换装置，在用户群区域中设置与区域相匹配的柔性负荷，工业区中设置水源热泵用于将工业污水转化为冷能和热能，居民区设置空气热泵用于夏季供冷，商业区设置地源热泵用于承担供热过度任务；其中，电能转换装置包括电锅炉、电制冷机、水源热泵、空气热泵和地源热泵；

9、区域内电能转换结构具体为：用户群区域的区域代理中心在区域内通过电能转换装置将电能转化为冷热能供给冷热负荷，电锅炉用于供热季把电能转化为热能进行供应，电制冷机用于供冷季把电能转化为冷能进行供应。

10、实施本发明实施例，在区域内电能转换结构中水源热泵可以利用污水中所蕴含的低品位热能，通过少量电能，提供冷能热能；空气源热泵安全性高，节能环保，能在夏季作为供冷的主要设备，地源热泵应用范围广维护费用低。

11、作为优选方案，运行模式具体为：

12、根据不同季节对用户群区域的运行模式进行构建，在运行模式中用户群区域中的新能源转化产生电能，并根据区域间新能源共享互动模型将区域内的余电基于实时电价出售给其他区域，通过不同季节电能共享模型将不同季节分为不同的冷热能供应模式，通过区域内电能热能冷能转换模型提供区域内的电负荷、热负荷和冷负荷，在区域内使用电能时，通过不同区域柔性负荷的调节模型将区域内柔性负荷进行电能供需；

13、其中，运行模式包括供冷季模式、冷热过度模式、供热季模式和热冷过度模式；

14、区域间新能源共享互动模型通过用户群区域的区域代理中心进行电能和信息的互动，对用户群区域的区域内的资源进行聚合，并对区域内外新能源所产生的电能进行共享，并根据冷热能需求确定实时电价，通过实时电价向外部电网或区域购买电能或出售余电；

15、区域内电能热能冷能转换模型通过用户群区域的区域代理中心配置电能转换装置将电能转化为冷能或者热能；

16、不同区域柔性负荷的调节模型根据不同区域对柔性负荷进行差异化建模，通过用户群区域的区域代理中心调节区域内柔性负荷，工业区的柔性负荷运行保持时间连续，居民区具有可削减负荷，商业区具有可转移负荷；

17、不同季节电能共享模型根据不同季节调整供冷供热的重点，利用电能对冷能热能补充，并根据不同季节设定不同区域的电能转换装置的供能状态。

18、实施本发明实施例，根据季节的不同，把该系统的运行模式分为供冷季模式、冷热过度模式、供热季模式和热冷过度模式，不同季节冷热负荷需求不同，系统电能利用重点也不同，通过设计不同运行模式，将冷能热能设备的运行模式确定，避免了部分设备出现既供冷又供热或同一设备在供冷与供热两种运行中频繁切换，通过针对季节设定运行模式，避免了通过设置0-1变量进行运行模式约束的情况，减少计算的复杂性。柔性负荷常见为可平移负荷、可削减负荷和可转移负荷，近年来还出现了空调、电动汽车等柔性负荷，用户通过调整这几类柔性性负荷的使用，获得经济激励的同时，也协助了电网缓解用电压力或消纳新能源。

19、作为优选方案，根据冷热能需求确定实时电价，具体为：

20、根据用户群区域的区域内的电能转换装置的效率系数进行加权平均，计算区域等效冷能需求；其中，区域等效冷能需求包括居民区等效的冷负荷、居民区等效的热负荷、商业区等效的冷负荷、商业区等效的热负荷、工业区等效的冷负荷和工业区等效的热负荷；

21、将区域等效冷能需求与所有区域的电能负荷进行求和，计算总需求量；

22、根据总需求量和所有区域的总供电量，计算电价供需比，公式如下：

23、

24、其中，γ为电价供需比，pprovision为所有区域总供电量，pneed为总需求量；

25、根据电价供需比、电网购电价格、电网售电价格和中间电价，计算实时电价，公式如下：

26、

27、

28、

29、其中，为每个区域向外部区域或者电网购电的实时电价，为每个区域向外部区域或者电网售电的实时电价，为t时段向电网购电价格、为t时段向电网售电价格，ptmid为t时段中间电价，为t时段电价供需比，为的倒数，为标记量。

30、实施本发明实施例，根据冷热能需求确定实时电价，是采用考虑冷热能需求的实时电价，将冷能与热能需求通过效率系数转化为等效电能需求，形成考虑了冷能热能需求的供需比，并以此推导出考虑冷能热能需求的实时电价，区域间的售电价格购电价格是根据各区域用能需求确定的实时电价，使得实时电价更加有效合理，提高各区域运行经济性。

31、作为优选方案，运行成本模型，具体为：

32、用户群区域的区域代理中心以总运行成本达到最小值作为目标函数，构建运行成本模型；

33、其中，总运行成本是工业区总运行成本、居民区总运行成本和商业区总运行成本的总和。

34、作为优选方案，工业区总运行成本具体为：

35、工业成本包括工业区燃气轮机天然气消耗成本、工业区风电机运行维护成本、工业区总光伏运行维护成本、工业区储能成本、工业区可平移负荷的补偿成本、工业区电能转换装置运行维护成本、工业区购电成本和工业区售电收益；

36、根据工业区各成本的实际消耗，计算工业成本，公式如下：

37、

38、其中，cgb,gy为工业区燃气轮机天然气消耗成本，pgb为天然气单位消耗成本,ggb,gy(t)为t时刻天然气消耗量，t1、t2、t3、t4分别为不同运行模式下的运行周期；

39、

40、其中，cwt,gy为工业区风电机运行维护成本，pwt为风电机单位功率运行维护成本，pwt,gy(t)为工业区风电机组t时刻功率；

41、

42、其中，cpv,gy为工业区总光伏运行维护成本，ppv为光伏单位功率运行维护成本，ppv,gy(t)为工业区光伏t时刻功率；

43、

44、其中，ces,gy为工业区储能成本，pes为储能单位损耗成本，pes,gy(t)为储能充放电功率；

45、

46、其中，cl,gy为工业区可平移负荷的补偿成本，pl,gy,i为单位可平移负荷功率的补偿价格，psum,gy,i为第i个可平移负荷的功率之和，yi,τ为第i个可平移负荷的状态，yi,τ＝1表示第i个可平移负荷从τ时段开始，为工业区第i个可平移负荷原始起始时间段，可接受平移时间段为tdi为第i个可平移负荷所持续的时间段，τ为确定柔性负荷起始的时间；

47、

48、其中，为工业区电能转换装置运行维护成本，er,为电制冷机单位功率运行维护成本，为电制冷机输出功率，peb,为电锅炉单位功率运行维护成本，为电锅炉功率,pwp为水源热泵运行维护成本，为水源热泵功率，tm，m＝1，2，3，4为不同运行模式下的运行周期；

49、

50、其中，为工业区购电成本，为工业区向区外或电网所购买的电功率，为每个区域向外部区域或者电网购电的实时电价；

51、

52、其中，为工业区售电收益，为工业区向区外或电网所出售的电功率，为每个区域向外部区域或者电网售电的实时电价；

53、根据工业成本，计算工业区总运行成本，公式如下：

54、

55、其中，cgy为工业区总运行成本。

56、作为优选方案，居民区总运行成本具体为：

57、居民成本包括居民区燃气轮机天然气消耗成本、居民区风电机运行维护成本、居民区总光伏运行维护成本、居民区储能成本、居民区可削减负荷的补偿成本、居民区电动汽车补偿成本、居民区电能转换装置运行维护成本、居民区购电成本和居民区售电收益；

58、根据居民区各成本的实际消耗，计算居民成本，公式如下：

59、

60、其中，cgb,jm为居民区燃气轮机天然气消耗成本，pgb为天然气单位消耗成本,ggb,jm(t)为t时刻天然气消耗量；

61、

62、其中，cwt,jm为居民区风电机运行维护成本，pwt为风电机单位功率运行维护成本，pwt,jm(t)为风电机t时刻功率；

63、

64、其中，cpv,jm为居民区总光伏运行维护成本，ppv为光伏单位功率运行维护成本，ppv,jm(t)为光伏t时刻功率；

65、

66、其中，ces,jm为居民区储能成本，pes为储能单位损耗成本，pes,jm(t)为储能充放电功率；

67、

68、其中，cl,jm为居民区可削减负荷的补偿成本，pl,jm,i为单位可削减负荷功率的补偿价格，pl,jm,i为第i个可削减负荷的功率，cfixl,jm,i,t为t时段削减负荷的固定补偿，ui,τ为第i个可削减负荷的状态，ui,t＝1表示第i个可削减负荷在t时段被削减；

69、

70、其中，cev,jm为居民区电动汽车补偿成本，pev为电动汽车放电时单位功率补偿成本，nev,jm为居民区电动汽车数量，pev,jm,i(t)为t时刻电动汽车i放电功率。

71、

72、其中，为居民区电能转换装置的运行维护成本，per,jm为电制冷机单位功率运行维护成本，为电制冷机输出功率，peb,jm为电锅炉单位功率运行维护成本,电锅炉的功率，pwp,jm为水源热泵单位功率运行维护成本,水源热泵的功率，pap,jm为空气热泵单位功率运行维护成本,为空气热泵的功率；

73、

74、其中，为居民区购电成本，为居民区向区外或电网所购的电功率，为每个区域向外部区域或者电网购电的实时电价；

75、

76、其中，为居民区售电收益，为居民区向区外或电网所出售的电功率，为每个区域向外部区域或者电网售电的实时电价；

77、根据居民成本，计算居民区总运行成本，公式如下：

78、

79、其中，cjm为居民区总运行成本。

80、作为优选方案，商业区总运行成本具体为：

81、商业成本包括商业区燃气轮机天然气消耗成本、商业区风电机运行维护成本、商业区总光伏运行维护成本、商业区储能成本、商业区可削减负荷的补偿成本、商业区电动汽车补偿成本、商业区电能转换装置运行维护成本、商业区购电成本和商业区售电收益；

82、根据商业区各成本的实际消耗，计算商业成本，公式如下：

83、

84、其中，cgb,sy为商业区燃气轮机天然气消耗成本，pgb为天然气单位消耗成本,ggb,sy(t)为t时刻天然气消耗量；

85、

86、其中，cwt,sy为商业区风电机运行维护成本，pwt为风电机单位功率运行维护成本，pwt,sy(t)为风电机t时刻功率；

87、

88、其中，cpv,sy为商业区总光伏运行维护成本，ppv为光伏单位功率运行维护成本，ppv,sy(t)为光伏t时刻功率；

89、

90、其中，ces,sy为商业区储能成本，pes为储能单位损耗成本，pes,sy(t)为储能充放电功率。

91、

92、其中，cl,sy为商业区可转移负荷的补偿成本，pl,sy,i为第i个可转移负荷的功率，vi,τ为第i个可转移负荷的状态，vi,t＝1为第i个可转移负荷在t时段运行。

93、

94、其中，cev,sy为商业区电动汽车补偿成本，pev为电动汽车放电时单位功率补偿成本，nev,sy为商业区电动汽车数量，pev,sy,i(t)为t时刻电动汽车i放电功率。

95、

96、其中，为商业区电能转换装置运行维护成本，per,sy为电制冷机单位功率运行维护成本，为电制冷机输出功率，peb,sy为电锅炉单位功率运行维护成本，为电锅炉功率,pgp,sy为地源热泵单位功率运行维护成本,地源热泵的功率，pap,sy为空气热泵单位功率运行维护成本,为空气热泵的功率；

97、

98、其中，为商业区购电成本，为商业区向区外或电网所购的电功率，为每个区域向外部区域或者电网购电的实时电价；

99、

100、其中，为商业区售电收益，为商业区向区外或电网所出售的电功率，为每个区域向外部区域或者电网售电的实时电价；

101、根据商业成本，计算商业区总运行成本，公式如下：

102、

103、其中，cjm为商业区总运行成本。

104、作为优选方案，运行约束条件包括工业区代理中心能量约束条件、居民区代理中心能量约束条件、商业区代理中心能量约束条件和柔性负荷约束条件；

105、其中，工业区代理中心能量约束条件是根据运行模式和工业区各设备功率建立，公式如下：

106、

107、

108、

109、其中，pgb,gy(t)为工业区燃气轮机发电功率，pwt,gy(t)为工业区风力发电功率，ppv,gy(t)为工业区总光伏发电功率，pdes,gy(t)为工业区储能放电功率，为工业区向外部电网或区域购电的功率，pl,gy(t)为工业区柔性负荷功率，pbl,gy,i(t)、ppv,gy,i(t)、ngy分别为工业区第i个用户的基础负荷、工业区第i个用户的光伏输出功率和工业区用户数量，pces,gy(t)为工业区储能充电功率，为工业区向外部电网或区域售电的功率，为工业区电能向冷能热能转换的设备消耗电能的总功率；

110、

111、其中，为工业区m运行模式下的热负荷，为工业区m运行模式下水源热泵产生的热功率，为工业区m运行模式下电锅炉产生的热功率；

112、

113、其中，为工业区m运行模式下的冷负荷，为工业区m运行模式下电制冷机所产生的冷功率；

114、居民区代理中心能量约束条件是根据运行模式和居民区各设备功率建立，公式如下：

115、

116、

117、

118、其中，pgb,jm(t)为居民区燃气轮机发电功率，pwt,jm(t)为居民区风力发电功率，ppv,jm(t)为居民区总光伏发电功率，pdev,jm(t)为居民区电动汽车放电功率，pdes,jm(t)为居民区储能放电功率，为居民区向外部电网或区域购电的功率，pl,jm(t)为居民区柔性负荷功率，pbl,jm,i(t)、ppv,jm,i(t)、njm分别为居民区第i个用户的基础负荷、居民区第i个用户的光伏输出功率和居民区用户数量，pcev,jm(t)为居民区电动汽车充电功率，pces,jm(t)为居民区储能充电功率，为居民区向外部电网或区域售电的功率，为居民区电能向冷能热能转换的设备消耗电能的总功率。

119、

120、其中，为居民区m运行模式下的热负荷，为居民区m运行模式下空气源热泵产生的热功率，为居民区m运行模式下水源热泵所产生的热功率，为居民区m运行模式下电锅炉所产生的热功率；

121、

122、其中，为居民区m运行模式下的冷负荷，为居民区m运行模式下电制冷机产生的冷功率，为居民区m运行模式下空气源热泵产生的冷功率，为居民区m运行模式下水源热泵产生的冷功率；

123、商业区代理中心能量约束条件是根据运行模式和商业区各设备功率建立，公式如下：

124、

125、

126、

127、其中，pl,sy(t)为商业区柔性负荷功率，pgb,sy(t)为商业区燃气轮机发电功率，pwt,sy(t)为商业区风力发电功率，ppv,sy(t)为商业区总光伏发电功率，pdev,sy(t)为商业区电动汽车放电功率，pdes,sy(t)为商业区储能放电功率，为商业区向外部电网或区域购电的功率，pl,sy(t)为商业区柔性负荷功率，pbl,sy,i(t)、ppv,sy,i(t)、nsy分别为商业区第i个用户的基础负荷、商业区第i个用户的光伏输出功率和商业区用户数量，pcev,sy(t)为商业区电动汽车充电功率，pces,sy(t)为商业区储能充电功率，为商业区向外部电网或区域售电的功率，为商业区电能向冷能热能转换的设备消耗电能的总功率；

128、

129、其中，为商业区m运行模式下的热负荷,为商业区空气源热泵的热功率，为商业区地源热泵的热功率，为电锅炉的热功率；

130、

131、其中，为商业区m运行模式下的冷负荷，为商业区电制冷机的冷功率，为商业区空气源热泵的冷功率，为商业区地源热泵的冷功率；

132、柔性负荷约束条件包括工业区柔性负荷约束条件、居民区柔性负荷约束条件、商业区柔性负荷约束条件、燃气轮机约束条件、工业区电能转换设备约束条件、居民区电能转换设备约束条件、商业区电能转换设备约束条件、储能约束条件和电动汽车约束条件。

133、作为优选方案，根据运行模式、运行成本模型和运行约束条件进行电能共享求解，得到用户群区域的新能源运行共享信息，具体为：

134、通过粒子群算法以约束条件作为约束对运行模式和运行成本模型寻求最优解，得到用户群区域的新能源运行共享信息。

135、实施本发明实施例，以运行约束条件作为模型的约束，使得目标函数在所构建的模型下，基于整个系统的运行约束条件寻求模型最优解，即在最小成本的目标函数下，优化每个区域之间的新能源共享，优化燃气轮机、风电、光伏、冷能热能供应设备等的运行出力，高效利用每个区域的新能源。