[发明专利]计及需求侧响应和共享储能的多微电网综合能源系统优化调度方法

权利要求书

1.计及需求侧响应和共享储能的多微电网综合能源系统优化调度方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：将共享储能系统加入到含电能交互的多微电网综合能源系统中，构成含共享储能和电力交互的多微电网综合能源系统模型；

步骤二：在含共享储能和电力交互的多微电网综合能源系统模型上加入微电网内用户的自主响应行为，考虑用户侧自主响应行为对含共享储能和电力交互的多微电网综合能源系统模型带来的影响；

所述步骤二中，用户的自主响应行为考虑可移动的电负荷、可移动的气负荷、灵活的热负荷和灵活的冷负荷四种负荷类型：

可移动的电负荷是指时间可进行平移的电负荷，可移动电负荷包括可移动可中断电负荷和可移动不可中断电负荷两类；可移动可中断电负荷指的是时间可平移且使用中途可中断电负荷；可移动不可中断电负荷指的是时间可平移而使用中途不可中断电负荷；

可移动可中断电负荷包括洗衣机、洗碗机电气设备；t时刻可移动不可中断电负荷的表达形式为式(5)所示：

式(5)中，L_EDR，s(t)表示t时刻可移动不可中断电负荷量；n表示微电网内用户户数；n_p表示微电网内参与可移动不可中断电负荷的响应的用户数；表示n_p户用户在t时刻使用第x种设备产生的负荷；X表示可用设备的集合；可表示为式(6)所示：

式(6)中，n_p表示微电网内参与可移动不可中断电负荷的响应的用户数；P_x,e表示设备x在调度周期内所使用的功率；

可移动可中断电负荷考虑微电网中的电动汽车充电负荷，设一个微电网中有电动汽车的用户数为n_c，其充电时长为T_sp,将其等效为用户数为充电时长为1小时的电动汽车负荷；t时刻可转移可中断负荷模型可表示为式(7)所示：

式(7)中L_EDR，d(t)表示t时刻可移动可中断电负荷量；P_x,e表示充电汽车在一个调度周期内的充电功率；n_c’(t)表示t时刻参与充电的电动汽车户数；

可转移不可中断气负荷考虑燃气壁挂炉、燃气热水器设备；t时刻可移动不可中断气负荷的表达形式为式(8)所示：

式(8)中，L_g，mob(t)表示t时刻可移动不可中断气负荷量；n表示微电网内用户户数；n_p1表示微电网内参与可移动不可中断气负荷的响应的用户数；表示n_p1户用户在t时刻使用第g种设备产生的负荷；G表示可用设备的集合；可表示为式(9)所示：

式(9)中，n_p1表示微电网内参与可移动不可中断电负荷的响应的用户数；P_g,e表示设备g在调度周期内所使用的功率；

灵活的热负荷考虑热水负荷，设微电网内用户对热水水温的接受范围为[T_h,min,T_h,max]，用H_h,min和H_h,max分别表示最小热水负荷功率和最大热水负荷功率，其表达式如式(10)和式(11)表示：

式(10)-(11)中，T_h,in表示t时刻加入水的温度；C_w和ρ_W分别表示水的比热容和水的密度；V_c(t)表示在t时刻加入冷水的体积；Δt表示时间步长；H_h(t)表示t时刻的热负荷；灵活的热负荷满足约束条件式(12)：

H_h,min(t)≤H_h(t)≤H_h,max(t) (12)

式(12)中，H_h,min和H_h,max分别表示最小热水负荷功率和最大热水负荷功率；H_h(t)表示t时刻灵活的热负荷值；

灵活的冷负荷考虑用户对室内供冷温度的可接受范围，设用户对室内温度的可接受范围表示为[T_c,min,T_c,max]，t时刻最小制冷负荷和最大制冷负荷分别表示为式(13)和式(14)：

式(13)-(14)中，C_c,min(t)和C_c,max(t)分别表示t时刻最小制冷负荷和最大制冷负荷；T_c,min和T_c,max分别为用户对室内温度的可接受范围上下限；R_is表示用户房屋热阻；T_o(t)表示t时刻用户房屋室外温度；灵活的冷负荷表示为：

C_c,min(t)≤C_c(t)≤C_c,max(t) (15)

式(15)中，C_c,min(t)和C_c,max(t)分别表示t时刻最小制冷负荷和最大制冷负荷；C_c(t)表示t时刻灵活的冷负荷；

步骤三：提出基于主从-合作博弈的两阶段优化模型，对整个优化过程及共享储能装置最佳容量进行求解，对联盟微电网贡献度的利润进行分配；

所述步骤三中，利用主从-合作博弈的两阶段优化模型对整个优化过程及共享储能装置最佳容量进行求解，第一阶段优化模型可以引入主从博弈模型对其进行求解，第一阶段优化模型求出各个微电网在与各微电网用户达成主从博弈均衡的情况下的能源转换情况及用户负荷使用情况，并将各个微电网的电能最佳产销情况传输给第二阶段优化模型；

各微电网综合能源系统的第一阶段目标函数表示为各微电网利润最大化函数，如式(23)所示：

式(23)中，Pr表示微电网日经营利润；L_j,e(t)表示微电网j在t时刻能源e的实际负荷量；γ_e(t)表示能源e在t时刻的价格；C_M表示微电网运行经营成本，可由式(24)表示：

C_M＝C_epe+C_eql (24)

式(24)中，C_epe表示微电网j全天从配电网和天然气网购买电能和天然气所花成本之和，其表达式为式(25)：

式(25)中，E’＝{ele,gas}；表示t时刻微电网从外界购买能源e的功率值；ζ_e(t)表示t时刻外界能源e的价格，由配电网和天然气网制定；

式(24)中，C_eqi表示微电网内所有设备的日维护成本，其表达式如式(26)所示：

式(24)中，表示t时刻设备b的输出功率；v_b表示设备b的损耗系数；B表示所有设备的集合；

由上述可知，由各微电网运营商组成联盟微电网并先向联盟微电网内用户公布能源价格，随后用户根据能源价格进行需求响应；在这个过程中，联盟微电网运营商为先决策方，微电网用户为后决策方，因此将联盟微电网运营商称为领导者，微电网用户称为跟随者；整个第一阶段优化模型可用两个步骤进行表示：

步骤1：跟随者根据领导者公布的能源价格进行需求响应，目标函数为式(22)；将跟随者负荷使用情况反馈给领导者；

步骤2：领导者根据跟随者所反馈的负荷使用情况，目标函数为式(23)；对微电网内设备的出力情况进行调整优化；

重复上述步骤，直到联盟微电网得到最优日利润，则认为达到博弈均衡；

通过第一阶段的求解，可得到各个微电网与微电网用户达到主从博弈均衡情况下的日电能产销情况；由于第二阶段中需要对共享储能装置容量进行求解，因此需对各微电网全年电能产销情况进行分析；此外，第二阶段优化模型中需考虑各微电网之间的电能交互以及各微电网对共享储能装置的出资建设情况，由于各个微电网属于不同的运营商所有，各微电网之间既有合作的关系也有竞争的关系，同时包含着复杂的利益交互关系，因此引入合作博弈对第二阶段优化模型进行求解；第二阶段目标函数可表示为式(27):

式(27)中，C_cost表示联盟微电网全年最低购电成本与共享储能年建设成本之和；M表示典型日个数；W表示典型日天数；J表示联盟微电网内微电网个数；P_j,w,m(t)表示t时刻联盟微电网向配电网购买的电功率；ζ_ele(t)表示t时刻配电网电价；C_inv,y表示共享储能建设成本。