发明专利｜含多主体的多能互补微电网能量管理方法-第4页-北极星输配电网

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具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

附图1为微电网系统能量管理方法流程图，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：建立包含热电联产系统、储热系统和同时具备电需求响应及热需求响应的

光伏用户的微电网结构;

步骤2：确定运营商和用户的电能交易模式;

步骤3：分别对热电联产系统、储热系统、电力负荷、供热负荷及热的不舒适度进行建模;

步骤4：确定系统目标函数、决策变量以及约束条件;

步骤5：建立微电网中由各成员构成的合作博弈及其效用函数;

步骤6：获取当前调度周期的光伏出力、电价、电力负荷及温度数据;

步骤7：对当前调度周期的优化问题进行集中求解，得到当前调度周期的各决策变量;

步骤8：更新时间到下一调度周期，返回步骤6，直到整个优化时间区间结束;

步骤9：根据Shapley值法对联盟中各成员进行收益分配。

进一步的，所述微电网的运营商管控热电联产微燃机组和储热装置，负责为微电网内的光伏用户提供热力供应，并与大电网或微电网中的光伏用户进行电能交易。每个用户具有不同的电力负荷特性，均具有一定比例的可控负荷，且均安装光伏发电装置。此外，每个用户对温度变化造成的舒适度变化敏感程度不同，均具备热的需求响应能力以及电的需求响应能力。由于该微电网结构具备高效的能量梯级利用的热电联供系统，并配置储热装置，因此热电联产系统可运行于“ 以热定电”模式或者“ 以电定热”模式。

进一步的，所述步骤2中确定运营商和用户的交易模式。运营商和光伏用户的电能交易模式分为合作模式与独立模式;所谓合作模式，即运营商和光伏用户形成联盟，通过优化调度使联盟总收益最大化。所谓独立模式，即光伏用户的电能只能与电网进行交易，热电联产系统产生的电能只能出售给电网。由于合作模式下的电力网络和供热网络相互集成和协调，可使得热电联产系统运营商和光伏用户均能受益，因此将用户和运营商的交易模式确定为合作模式。热电联产系统为光伏用户提供热力供应，剩余的热能由储热装置储存起来，在余下的调度时段内，用户的热负荷可由运营商产热或者储热装置放热来满足。

进一步的，所述步骤3中对热的不舒适度进行建模，由于用户对于室内温度的调节可等效为对热负荷的调节，因此对热的不舒适度进行建模，可等效为对不舒适成本进行建

模，即等效不舒适成本为：

式中：incn为用户n的等效不舒适度成本; 为用户n调节室内温度Tn时的等效热负荷; 为用户n调节室内温度为舒适温度Tset时的等效热负荷;αn为用户n的灵敏系数。

αn用于量化用户调整温度的意愿程度，对任意的αn(αn>0)，αn值越大，表明用户对温度变化造成的不舒适更为敏感，做出调节温度的决策的意愿更小。

进一步的，所述步骤4中确定系统目标函数、决策变量以及约束条件，由于该微电网中用户的电能需求由光伏发电、热电联产系统发电来满足，不足的电能可向大电网购买，产生的多余电能可售给大电网。为降低总的运行成本，将系统目标函数定为最小化系统运行成本，该目标函数综合考虑了经济性与用户的舒适度，可通过调节温度来改变热负荷，因此将室内温度偏差造成的用户不舒适等效为不舒适成本。所述目标函数包含热电联产系统发电成本、与电网的交易成本和由室内温度偏差造成的用户不舒适度等效成本;所述决策变量包含用户的用电量、耗热量、与电网交易量、热电联产系统的产电量、产热量、与电网交易量和储热系统的充放热功率。所述约束条件包含电能平衡约束、热能平衡约束、储热装置的充放热功率限制及容量约束。在合作模式下对于包含运营商和N个用户组成的微电网，其优化问题可描述为：

其中，

式中：Ccoa为系统运行成本;Pb为大电网的购电电价;Ps为大电网的售电电价;xn为用户n的用电量;N为用户个数;PPV，n为用户n的光伏输出功率;Cchp(Pchp，Hchp)为热电联产系

统的发电成本，Pchp为热电联产系统的电输出功率;Hchp为热电联产系统的热输出功率; 为室内温度Tn的等效热负荷;为室内舒适温度Tset的等效热负荷;

进一步的，所述步骤5中提及的微电网中的各成员构成的合作博弈及其效用函数，是基于合作博弈框架来研究联盟成员收益分配问题。合作博弈理论研究各成员达成合作时如何分配收益。将合作博弈定义为其中，是所有参与的用户和运营商的集合，v为效用函数。设集合中的用户和运营商构成任意联盟用可表示联盟的收益，则联盟的效用函数v(M)可表示为：

式中，是独立模式下联盟所有成员的总成本; 是合作模式下联盟所有成员的总成本。

进一步的，所述步骤5中提及的合作博弈是超可加的。其证明过程如下：

成本函数可表示为：

式中，Ccoa为系统运行成本;Pb为大电网的购电电价;Ps为大电网的售电电价;xn为用户n的用电量;N为用户个数;PPV，n为用户n的光伏输出功率;Pchp为热电联产系统的电输出功率;

由于成本函数的第一项为购电成本，首先对第一项进行分析：

假设：

∑n∈Nxn-∑n∈NPPV，n-Pchp=NL (7)

式中，xn为用户n的用电量;PPV，n为用户n的光伏输出功率;Pchp为热电联产系统的电输出功率;NL为联盟中所有成员与电网的交易量;

显然，购电成本为凹函数。对联盟中任意两个集合且设{CHP}∈S，∑n∈Sxn-∑n∈SPPV，n-Pchp=SL，∑n∈Txn-∑n∈TPPV，n=TL(SL>TL)。

其中，xn为用户n的用电量;PPV，n为用户n的光伏输出功率;Pchp为热电联产系统的电输出功率;SL为联盟S中所有成员与电网的交易量;TL为联盟T中所有成员与电网的交易量;

1)若SL>TL>0或TL

C(SL+TL)=C(SL)+C(TL) (8)

即：C(S)+C(T)=C(S∪T) (9)

2)若SL>0>TL

由于购电成本为凹函数，因此有：

由于购电成本为分段线性函数，因此上式可等价于：

因此：

C(SL+TL)

即：

C(S∪T)

综上：

C(S)+C(T)≥C(S∪T) (14)

购电成本的第二项为线性函数，第三项为分段线性函数，同样满足超可加的条件。因此本发明提出的合作博弈是超可加的。由于该合作博弈是超可加的，因此结成大联盟有利于最小化总体成本。即在合作模型下运营商和用户的成本小于独立模式下各成员的成本。每个参与者在联盟中分摊的成本小于离开联盟单独承担的成本。因此可推出，用户更愿意参与到大联盟中。

进一步的，所述步骤5中提及的合作博弈为核非空且核中包含夏普利值的凸博弈。其证明过程如下：

对联盟中的任意两个集合假设：∑n∈Uxn-∑n∈UPPV，n-PchpU=UL，∑n∈Vxn-∑n∈VPPV，n-PchpV=VL(UL>VL)，∑n∈{U∪V}xn-∑n∈{U∪V}PPV，n-PchpW=WL，∑n∈{U∩V}xn-∑n∈{U∩V}

PPV，n-PchpZ=ZL。

其中，xn为用户n的用电量;PPV，n为用户n的光伏输出功率;PchpU为联盟U中CHP产生的电能;PchpV为联盟V中CHP产生的电能;PchpW为联盟W中CHP产生的电能，PchpZ为联盟Z中CHP

产生的电能;UL为联盟U中所有成员与电网的交易量，VL为联盟V中所有成员与电网的交易量;WL为联盟W中所有成员与电网的交易量;ZL为联盟Z中所有成员与电网的交易量;

(1)若UL>VL>0或UL

C(UL+VL-ZL)+C(ZL)=C(UL)+C(VL) (15)

C(WL)+C(ZL)=C(UL)+C(VL) (16)

即：

C(S)+C(T)=C(S∪T) (17)

(2)若UL>0>VL

由于购电成本为凹函数，因此：

由于购电成本为分段线性函数，因此可等价于：

原标题：含多主体的多能互补微电网能量管理方法

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