[发明专利]基于非合作博弈的多能互补系统能量管理与优化运行

说明书

本发明针对能源互联网背景下的多功能互补系统，将系统运营商和用户视为两种不同的行为主体，基于集中互连的能量枢纽搭建热电联供多功能互补系统的架构。对园区内多种供能、储能、用能设备进行分析，建立各类设备的精细化能量流动模型，并计及用户舒适度对电动汽车、家用电器、热水负荷、空气热负荷制定详细的调度运行策略。建立了多功能互补系统的主从博弈模型，模型以最小用户用能成本、最大化运营商收益为目标，综合考虑上述供、蓄、用能设备的相互协调。通过仿真验证，本发明所建模型可达到充分挖掘用户自主性、有效兼顾双方利益需求、实现能源网络互联互济的目的。

技术领域

本发明属于多能互补系统运行领域，涉及运营商及用户的运行控制策略。

背景技术

愈加严重的气候恶化和能源危机对推动能源革命、提高能源利用效率提出了新的要求。据统计，目前我国拥有国家级、省级等各类开发区近2000个，园区内用能需求空间巨大，负荷的调控和管理具有更大的灵活性和可控性，结合园区当地资源以及负荷的实际情况，以园区为单位建设的园区型基础能源互联网，为实现多种能源的高效互补利用提供了途径。

今年来国内外学者对以微型燃气轮机为核心设备的热电联供系统进行了广泛研究，主要存在两个问题：

（1）欠缺对电、热负荷调度细节的考虑，不利于后续推广。

（2）目前，关于由单一主体主导的集中式优化研究成果较多，而在竞争、开放开的市场环境下，电力系统中涌现出多种运营主体，包括售电公司、代理、微网运营商、用户等。由于各利益主体的效益需求不同，集中式优化难以兼顾多主体的利益，而分散式优化从满足多元主体利益动态均衡的角度出发，以其更高的灵活性和适应性，成为解决此类问题的有效方法。但现有研究成果侧重于站在运营商的角度进行优化，忽略了用户的利益需求，导致其参与度较低。然而随着电力市场的完善与通讯、计量技术的发展，用户个体更具智能性和自主性，不再单纯是运营商的策略接受者，用户亦可作为主体之一参与到系统的优化运行中。运营商和用户作为不同的决策主体，利益竞争关系更为复杂，研究其中的相互作用机理以实现能源侧与负荷侧的积极互动，是实现能源效率、环境效益优化的一条有效途径。

发明内容

在能源需求侧，家庭耗能占有相当大的比重，本发明针对能源互联网背景下的多能互补系统，将系统运营商和用户视为两种不同的行为主体，基于集中互连的能量枢纽搭建热电联供多能互补系统的架构。围绕该架构，对园区内多种供能、储能、用能设备进行分析，建立各类设备的精细化能量流动模型，并计及用户舒适度对电动汽车、家用电器、热水负荷、空气热负荷制定详细的调度运行策略。建立了多能互补系统的主从博弈模型，模型以最小化用户用能成本、最大化运营商收益为目标，综合考虑上述供、蓄、用能设备的相互协调。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，基于非合作博弈的家居型多能互补系统能量管理与优化运行，其特征在于它包括以下几个步骤：

步骤1：基于集中互连的能量枢纽搭建热电联供家居型多能互补系统的架构，并分析了该系统的运营模式：

（1）运营商预测中心在日前预测得到次日各时段的气温、光伏机组出力。

（2）在日前，运营商根据用户的热负荷需求，预安排燃气轮机和燃气锅炉出力。对于电负荷，优先由光伏、燃气轮机组满足，并与上级电网签订购电合同，确定每个时段的购电量，且向用户发布次日各时段的实时电价。实时运行中，在系统电力供应富余（不足）时，运营商也可向实时市场出售（购买）电能。

（3）在日内，安装在用户家庭内部的家居能量管理系统(home energy managementsystem，HEMS)一方面根据运营商发布的电价信息，计及用户的舒适度，自动选择各类家用电器的最优用电策略，控制各类可平移负荷的开断；另一方面，在满足温度舒适度的前提下，优化各时段热负荷。

步骤2：建立以相关设备运行要求为约束条件的微型燃气轮机的出力模型和成本模型；