具有分层分布式结构的能源互联网能量管理系统技术方案

本发明专利技术涉及一种具有分层分布式结构的能源互联网能量管理系统，具有与实际电网物理结构相对应的分层分布式结构，在该结构中，最底层为设备代理，中间层为区域市场代理，最顶层为市场代理；具有两种运行流程：正常周期性运行和需求响应事件触发运行，前者实现了能源互联网内部的协调控制与能源优化利用；后者将其视为一个虚拟电厂，作为整体参与电网运行、向电网提供辅助服务。与现有技术相比，本发明专利技术具有适应电网分层分区的物理结构特点、能够实现阻塞管理、良好的标准性、开放性与可扩展性等优点。

Energy Internet energy management system with layered and distributed structure

The present invention relates to a layered structure of energy Internet energy management system, and has a layered structure corresponding to the actual network physical structure, in this structure, the bottom for the equipment agent, the middle layer is the regional market agents, the top of the market agent; with two operation process: the normal cycle of operation and demand response event triggered operation, the former to realize the coordinated control and optimization of energy utilization of energy within the Internet; the latter will be regarded as a virtual power plant, as a whole to participate in the network operation and provide auxiliary services to the grid. Compared with the prior art, the invention has the advantages that the physical structure of the network is suitable for the hierarchical division of the power network, the congestion management can be realized, and the advantages of good standards, openness and expandability are realized.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种能源互联网能量管理系统，尤其是涉及一种具有分层分布式结构的能源互联网能量管理系统。
技术介绍
能源互联网可以看作是能源和互联网深度融合的产物，是能源行业继智能电网后又一前沿发展方向。2008年美国国家科学基金资助了FREEDM项目，提出建设EnergyInternet，并成立了研究中心。同年德国联邦经济技术部与环境部发起了E-Energy项目，提出建设InternetofEnergy，并实施了示范项目。2012年起，国内开始开展关于能源互联网的讨论和初步研究，中国工程科技发展战略研究院将能源互联网列入中国战略性新兴产业，国家电网提出了全球能源互联网构想，清华大学成立了能源互联网创新研究院。正如互联网的发展过程，能源互联网的发展也不可能一蹴而就，而是先从微能源网逐渐发展为局域能源互联网、地区能源互联网，最终形成广域能源互联网。能源互联网的发展需要与之适应的能量管理方法。对该方法的功能性要求是：首先，能满足最基本的需求，如能量的就地平衡以及网络阻塞管理；其次，能适应电网分层分区的物理结构特点；第三，能够实现能源互联网内部的协调控制，实现能源优化利用。对该能量管理方法还存在若干非功能性要求：首先，该方法要足够的简单，以易于利用简单的代理控制器实施；其次，要适应能源互联网开放的理念，以适应各类分布式能源资源(distributedenergyresource，DER)的接入；最后，要具有足够的可扩展性，以适应采用自底而上的方式建立不同规模的能源互联网。目前，多数面向能源互联网的能量管理方法主要沿袭传统电网，采用集中式控制，并做了一定的改进。如现有技术将能量管理在时间尺度上分为两层：上层控制中心在长时间尺度上(如1h)制定调度策略，实现全局优化；下层局域电网在短时间尺度上(如5min)进行局部调度，实现局部短时最优。集中式控制满足上述的功能性要求，具有信息集中且透明、便于得到最优解的优点，但随着能源互联网理念的发展，如下共性的缺点逐渐显现出来：(1)难以适应能源互联网以用户为中心的理念。这体现在：各DER需要向控制中心提供自身的重要参数、动态模型等信息，从而无法保护用户隐私；控制中心要求较为固定的和模型化的用电策略，这与用电行为的时变性、模糊性以及个性化表达冲突，导致很差的用户体验。(2)难以适应能源互联网的开放、可扩展等核心特征。表现在：源、荷、储等各类DER存在异构性，故DER与控制中心之间交互的信息复杂多样，难以标准化；无法实现DER的“即插即用”；对大量DER实施集中式控制的代价过大。为了解决上述问题，有学者提出了市场控制(Market-basedControl，MBC)理论。MBC又被称为交易控制(TransactiveControl)，采用微观经济学的市场均衡机制，很早便被计算机领域采用，用于解决有限资源(如计算、通信资源)的最优分配问题。近年来，MBC被逐渐应用于大规模DER的协调控制上。而对于能量管理，采用MBC便于在空间尺度上对控制进行分层，更加符合电网分层分区的物理结构特点。如现有技术将控制分为两层，在下层局域电网中采用集中式优化确定对上级的投标曲线，而在上层采用MBC进行出清。此外，PowerMatchingCity示范项目则基于MBC建立了一种递归型的分层结构：底层为设备代理、顶层为市场代理、中间层为聚合代理，自下而上进行投标，由顶层唯一的市场代理负责出清，再自上而下传递价格。这种方法完全不依赖于集中式控制，更契合能源互联网的发展理念，但是仍然存在以下问题：(1)无法对各代理间的传输功率进行约束。该约束具有实际物理意义，且不能被忽略，例如某微网或配电网对外的联络线功率约束、某变电站的变压器容量约束等。(2)采用唯一的市场代理，本质上仍然是一种“单层”结构(后文统一称为单层分布式结构)，使其难以向上拓展。未来能源互联网的发展将采用向上逐级拓展的路径，例如“小区—微网—配电网—变电站—更高电压等级”，这将造成统一市场代理的频繁变更。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述现有技术存在的问题，而提供一种具有分层分布式结构的能源互联网能量管理系统，从而克服了单层分布式能量管理方法中所存在的无法实现传输功率约束、难以适应能源互联网向上逐级拓展的发展需求等缺点。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种具有分层分布式结构的能源互联网能量管理系统，具有与实际电网物理结构相对应的分层分布式结构，在该结构中，最底层为设备代理，中间层为区域市场代理，最顶层为市场代理，其中主电网代理是一种仅与市场代理交互的代理。所述的设备代理为位于分层分布式结构最底层的代理，对应设备；所述的设备代理根据预设的投标策略完成向上级代理的投标，在市场出清后，该代理根据接收到的价格信号，对设备实施控制。所述的市场代理为位于分层分布式结构顶层的代理，对应顶级配电网，用于聚合各下级代理的投标，进行市场出清，确定市场的出清价格。所述的区域市场代理为位于分层分布式结构中间层的代理，对应中间级配电网/微网，不仅具有设备代理向上级投标的功能，同时也具有市场代理决定出清价格的功能；此外，它还负责对应的配电网/微网对外联络线的功率约束。所述的主电网代理仅与市场代理交互，用于根据主电网信息形成向市场代理的投标。所述的具有分层分布式结构的能源互联网能量管理系统，具有以下两种运行流程：(1)正常周期性运行，用于实现能源互联网内部的协调控制与能源优化利用：在每个运行周期的初始时刻，先自下而上进行投标，再自上而下进行出清；(2)需求响应事件触发运行，将其视为一个虚拟电厂，作为整体参与电网运行、向电网提供辅助服务：如果调度向顶级配网下达削减负荷要求，或主电网电价发生变化，则通过主电网代理，向市场代理发出新的投标信息，则市场代理将立刻自上而下地发起市场重新出清，而无需等到下一个正常周期，其中顶级配电网视为一个虚拟电厂(VirtualPowerPlant,VPP)，其聚合所有下级DER设备，作为一个整体参与电网运行、向电网提供辅助服务。所述的正常周期性运行流程具体为：(1.1)设备代理形成投标，上传至上级代理；(1.2)区域市场代理接收到各下级代理的投标后，经过处理，形成新的投标，上传至上级代理；(1.3)市场代理接收到各下级代理的投标后，再向主电网代理请求投标信息，然后进行市场出清，得到出清价格，并将出清价格下发至下级代理；(1.4)区域市场代理接收到上级代理的价格后，经过处理，进行本地市场出清，得到出清价格，并将该价格下发至下级代理；(1.5)设备代理接收到上级代理的价格后，响应该出清价格，对相应的设备实施控制。所述的需求响应事件触发运行流程具体为：(2.1)主电网代理向市场代理更新投标；(2.2)市场代理重新进行市场出清，得到新的出清价格，并将新的出清价格下发至下级代理；(2.3)依次执行步骤(1.4)和(1.5)。所述的市场代理实现方法如下：a1)设电价变量为μ，聚合下级代理的投标，设接收到的下级代理1,2,...,y及主电网代理的投标分别为d1(μ),d2(μ),...,dy(μ),dgrid(μ)，则聚合投标曲线为：AT(μ)＝d1(μ)+d2(μ)+...+dy(μ)+dgrid(μ)a2)市场出清，求取出清价格μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有分层分布式结构的能源互联网能量管理系统，其特征在于，具有与实际电网物理结构相对应的分层分布式结构，在该结构中，最底层为设备代理，中间层为区域市场代理，最顶层为市场代理，其中主电网代理是一种仅与市场代理交互的代理。

【技术特征摘要】
1.一种具有分层分布式结构的能源互联网能量管理系统，其特征在于，具有与实际电网物理结构相对应的分层分布式结构，在该结构中，最底层为设备代理，中间层为区域市场代理，最顶层为市场代理，其中主电网代理是一种仅与市场代理交互的代理。2.根据权利要求1所述的一种具有分层分布式结构的能源互联网能量管理系统，其特征在于，所述的设备代理为位于分层分布式结构最底层的代理，对应设备；所述的设备代理根据预设的投标策略完成向上级代理的投标，在市场出清后，该代理根据接收到的价格信号，对设备实施控制。3.根据权利要求1所述的一种具有分层分布式结构的能源互联网能量管理系统，其特征在于，所述的市场代理为位于分层分布式结构顶层的代理，对应顶级配电网，用于聚合各下级代理的投标，进行市场出清，确定市场的出清价格。4.根据权利要求1所述的一种具有分层分布式结构的能源互联网能量管理系统，其特征在于，所述的区域市场代理为位于分层分布式结构中间层的代理，对应中间级配电网/微网，不仅具有设备代理向上级投标的功能，同时也具有市场代理决定出清价格的功能；此外，它还负责对应的配电网/微网对外联络线的功率约束。5.根据权利要求1所述的一种具有分层分布式结构的能源互联网能量管理系统，其特征在于，所述的主电网代理仅与市场代理交互，用于根据主电网信息形成向市场代理的投标。6.根据权利要求1所述的一种具有分层分布式结构的能源互联网能量管理系统，其特征在于，具有以下两种运行流程：(1)正常周期性运行：在每个运行周期的初始时刻，先自下而上进行投标，再自上而下进行出清；(2)需求响应事件触发运行：如果调度向顶级配网下达削减负荷要求，或主电网电价发生变化，则通过主电网代理，向市场代理发出新的投标信息，则市场代理将立刻自上而下地发起市场重新出清，而无需等到下一个正常周期，其中顶级配电网视为一个虚拟电厂，其聚合所有下级DER设备，作为一个整体参与电网运行、向电网提供辅助服务。7.根据权利要求5所述的一种具有分层分布式结构的能源互联网能量管理系统，其特征在于，所述的正常周期性运行流程具体为：(1.1)设备代理形成投标，上传至上级代理；(1.2)区域市场代理接收到各下级代理的投标后，经过处理，形成新的投标，上传至上级代理；(1.3)市场代理接收到各下级代理的投标后，再向主电网代理请求投标信息，然后进行市场出清，得到出清价格，并将出清价格下发至下级代理；(1.4)区域市场代理接收到上级代理的价格后，经过处理，进行本地市场出清，得到出清价格，并将该价格下发至下级代理；(1.5)设备代理接收到上级代理的价格后，响应该出清价格，对相应的设备实施控制。8.根据权利要求5所述的一种具有分层分布式结构的能源互联...

【专利技术属性】
技术研发人员：季珉杰，张沛超，黄宏声，
申请(专利权)人：上海中兴电力建设发展有限公司，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31