一种电热协同能源网络优化控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电热协同能源网络优化控制方法及系统，所述电热协同能源网络优化控制方法包括以下步骤：基于电热协同能源网络的能源关系构建获取三层式博弈架构；将获取的所述三层式博弈架构划分为两级主从博弈；根据博弈参与者各自的目标函数以及博弈约束条件，进行优化求解并输出结果，基于输出结果实现电热协同能源网络优化控制。本发明专利技术提供的技术方案中，基于多能源多主体网络构建了电热协同网络的多层博弈架构，并建立了两级主从博弈的模型，可解决电热协同网络用户侧、分布式新能源、低品位热能转化设备及储能设备等多主体多能源的协同调度问题，可提升电热协同网络经济性指标。指标。指标。

【技术实现步骤摘要】
一种电热协同能源网络优化控制方法及系统


[0001]本专利技术属于能源系统优化控制
，特别涉及一种电热协同能源网络优化控制方法及系统。

技术介绍

[0002]在碳中和目标与电力系统双高挑战下，构建清洁供能的电热协同网络以实现电热协同、跨网络互济，成为电力系统及高能量消耗工业园区低碳能源的首要发展之路；与现有的综合能源系统相比，清洁供能的电热协同网络基于热泵电热转化技术，将工业低温余热等低品位热能转变成可用资源，以数字化、智慧化手段实现电热之间的协同互补。
[0003]随着电热协同网络的不断建设，需求侧的地位日益凸显，市场交易不再只由源侧决定，而是需求侧与源侧等多方共同参与；需求侧选择多样化，源侧各主体互动竞争关系复杂化，同时电力、热力系统耦合集成；低品位热能整合到系统中，柔性储热设备的大量使用增加了系统灵活性，电热协同调度难度提高；综上，用于现有综合能源系统的优化控制方法，并不适用于电热协同能源网络的优化控制方法，如何协调多主体多能源建设，降低整个电热协同网络综合能耗，提升电热协同网络经济性指标，成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种电热协同能源网络优化控制方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术提供的技术方案中，基于多能源多主体网络构建了电热协同网络的多层博弈架构，并建立了两级主从博弈的模型，可解决电热协同网络用户侧、分布式新能源、低品位热能转化设备及储能设备等多主体多能源的协同调度问题，可提升电热协同网络经济性指标。
>[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术公开的一种电热协同能源网络优化控制方法，包括以下步骤：
[0007]基于电热协同能源网络的能源关系构建获取三层式博弈架构；其中，所述三层式博弈架构的博弈参与者包括用户聚集商、新能源运营商、热泵运营商、电池储能运营商与水箱储能运营商；所述三层式博弈架构的底层为新能源运营商，顶层为用户聚集商，中间层为热泵运营商、新能源运营商、电池储能运营商与水箱储能运营商；
[0008]将获取的所述三层式博弈架构划分为两级主从博弈；其中，第一级主从博弈针对电热协同能源网络生产者与生产消费者的博弈，上层为所述三层式博弈架构的中间层中的热泵运营商，下层为所述三层式博弈架构的底层的新能源运营商；所述热泵运营商根据所述新能源运营商的售电价调整向新能源购买的电功率或热功率，所述新能源运营商接收到调整后的电功率或热功率再次调整定价，以此构成博弈关系；第二级主从博弈针对用户用能中生产者与消费者的博弈，上层为所述三层式博弈架构的顶层的用户聚集商，下层为所述三层式博弈架构的中间层中为用户供能的所有运营商；所述用户聚集商根据所述新能源运营商的售电价调整向新能源购买的电功率，根据电池储能运营商的售电价调整向电池购
买的电功率，根据热泵运营商与水箱储能运营商的热价分别调整购买的热功率；新能源运营商、电池储能运营商、热泵运营商与水箱储能运营商接收到用户调整的电功率或热功率再次调整定价，以此构成博弈关系；
[0009]基于划分获取的两级主从博弈，根据博弈参与者各自的目标函数以及博弈约束条件，进行优化求解，博弈均衡与求解优化收敛时输出结果，基于所述输出结果实现电热协同能源网络优化控制。
[0010]本专利技术的进一步改进在于，所述三层式博弈架构中，所述新能源运营商、所述电池储能运营商分别制定各自的电价，所述热泵运营商与所述水箱储能运营商分别制定各自的热价。
[0011]本专利技术的进一步改进在于，所述电热协同能源网络中，
[0012]用户耗能包括电负荷与热负荷；
[0013]电源包括电网、分布式新能源发电设备；
[0014]热源包括热泵；所述热泵为电热耦合设备，用于将电能转化热能，其电负荷随着用户热负荷的变化而变化；
[0015]储能装置包括电池储能与水箱储能装置；
[0016]其中，电热协同能源网络中所有设备与用户耗能的能量优先由分布式新能源发电设备直接或间接提供，不足时则从电网取电，过剩时则电力并网；对于电热协同能源网络而言，用户为能源消费者，分布式新能源发电设备为能源生产者，热泵为能源产消者，储能装置为能源储存者；对于用户而言，分布式新能源发电设备、热泵以及储能装置均为能源生产者。
[0017]本专利技术的进一步改进在于，所述博弈参与者各自的目标函数包括：
[0018]新能源运营商目标函数为maxC
ne
、热泵运营商收益目标函数为maxC
hp
、电池储能运营商目标函数为maxC
bt
、水箱储能运营商目标函数为maxC
tk
、水箱储能运营商目标函数为maxC
tk
和用户聚集商目标函数为minC
u
，表达式分别为，
[0019][0020][0021][0022][0023][0024]式中，分别为新能源、电池储能运营商的售电价；分别为热泵、水箱储能运营商的售热价；分别为并网电价、电网电价；分别为向电网售
电功率、向电网买电功率；为新能源运营商向能源网络节点内部售电功率；为新能源向热泵运营商售电功率；为新能源向电池储能运营商充电功率；为电池储能运营商放电功率；为热泵运营商售热功率；为热泵向水箱储能运营商蓄热功率；为水箱储能运营商放热功率；为用户热负荷；为用户电负荷；为电池储能运营商向用户供电功率；COP为热泵能效比。
[0025]本专利技术的进一步改进在于，所述博弈约束条件包括：
[0026]价格约束，表达式为，
[0027]式中，为热价下限，为热价上限；
[0028]储能装置约束，表达式为，
[0029][0030]式中，i属于水箱与电池，为储能装置放能功率；为储能装置最大放能功率；储能装置充能功率；为储能装置最大充能功率；E
i,t+1
、E
i,t
分别为储能装置的t+1时刻、t时刻容量状态；分别为储能装置充、放能效率；分别为储能装置的最小容量与最大容量；
[0031]热泵功率约束，表达式为，
[0032][0033]式中，分别为热泵功率上限、下限；
[0034]电能平衡与热能平衡约束，表达式为，
[0035][0036][0037]式中，为风力发电功率；为光伏发电功率。
[0038]本专利技术的进一步改进在于，所述基于划分获取的两级主从博弈，根据博弈参与者各自的目标函数以及博弈约束条件，进行优化求解的优化求解步骤包括：
[0039]系统参数初始化；
[0040]利用遗传算法随机生成初始的价格种群；所述价格种群包括各运营商的售电价与售热价；
[0041]第一级主从博弈下层的新能源运营商接收价格，混合整数线性规划求解器根据新
能源运营商收益在约束条件下求解能量分配优化策略，并保留优化收益；
[0042]遗传算法种群进化生成新的售电价与售热价，计算适应度函数；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电热协同能源网络优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：基于电热协同能源网络的能源关系构建获取三层式博弈架构；其中，所述三层式博弈架构的博弈参与者包括用户聚集商、新能源运营商、热泵运营商、电池储能运营商与水箱储能运营商；所述三层式博弈架构的底层为新能源运营商，顶层为用户聚集商，中间层为热泵运营商、新能源运营商、电池储能运营商与水箱储能运营商；将获取的所述三层式博弈架构划分为两级主从博弈；其中，第一级主从博弈针对电热协同能源网络生产者与生产消费者的博弈，上层为所述三层式博弈架构的中间层中的热泵运营商，下层为所述三层式博弈架构的底层的新能源运营商；所述热泵运营商根据所述新能源运营商的售电价调整向新能源购买的电功率或热功率，所述新能源运营商接收到调整后的电功率或热功率再次调整定价，以此构成博弈关系；第二级主从博弈针对用户用能中生产者与消费者的博弈，上层为所述三层式博弈架构的顶层的用户聚集商，下层为所述三层式博弈架构的中间层中为用户供能的所有运营商；所述用户聚集商根据所述新能源运营商的售电价调整向新能源购买的电功率，根据电池储能运营商的售电价调整向电池购买的电功率，根据热泵运营商与水箱储能运营商的热价分别调整购买的热功率；新能源运营商、电池储能运营商、热泵运营商与水箱储能运营商接收到用户调整的电功率或热功率再次调整定价，以此构成博弈关系；基于划分获取的两级主从博弈，根据博弈参与者各自的目标函数以及博弈约束条件，进行优化求解，博弈均衡与求解优化收敛时输出结果，基于所述输出结果实现电热协同能源网络优化控制。2.根据权利要求1所述的一种电热协同能源网络优化控制方法，其特征在于，所述三层式博弈架构中，所述新能源运营商、所述电池储能运营商分别制定各自的电价，所述热泵运营商与所述水箱储能运营商分别制定各自的热价。3.根据权利要求1所述的一种电热协同能源网络优化控制方法，其特征在于，所述电热协同能源网络中，用户耗能包括电负荷与热负荷；电源包括电网、分布式新能源发电设备；热源包括热泵；所述热泵为电热耦合设备，用于将电能转化热能，其电负荷随着用户热负荷的变化而变化；储能装置包括电池储能与水箱储能装置；其中，电热协同能源网络中所有设备与用户耗能的能量优先由分布式新能源发电设备直接或间接提供，不足时则从电网取电，过剩时则电力并网；对于电热协同能源网络而言，用户为能源消费者，分布式新能源发电设备为能源生产者，热泵为能源产消者，储能装置为能源储存者；对于用户而言，分布式新能源发电设备、热泵以及储能装置均为能源生产者。4.根据权利要求1所述的一种电热协同能源网络优化控制方法，其特征在于，所述博弈参与者各自的目标函数包括：新能源运营商目标函数为maxC
ne
、热泵运营商收益目标函数为maxC
hp
、电池储能运营商目标函数为maxC
bt
、水箱储能运营商目标函数为maxC
tk
、水箱储能运营商目标函数为maxC
tk
和用户聚集商目标函数为minC
u
，表达式分别为，
式中，分别为新能源、电池储能运营商的售电价；分别为热泵、水箱储能运营商的售热价；分别为并网电价、电网电价；分别为向电网售电功率、向电网买电功率；为新能源运营商向能源网络节点内部售电功率；为新能源向热泵运营商售电功率；为新能源向电池储能运营商充电功率；为电池储能运营商放电功率；为热泵运营商售热功率；为热泵向水箱储能运营商蓄热功率；为水箱储能运营商放热功率；为用户热负荷；为用户电负荷；为电池储能运营商向用户供电功率；COP为热泵能效比。5.根据权利要求4所述的一种电热协同能源网络优化控制方法，其特征在于，所述博弈约束条件包括：价格约束，表达式为，式中，为热价下限，为热价上限；储能装置约束，表达式为，式中，i属于水箱与电池，为储能装置放能功率；为储能装置最大放能功率；储能装置充能功率；为储能装置最大充能功率；E
i,t+1
、E
i,t
分别为储能装置的t+1时刻、t时刻容量状态；分别为储能装置充、放能效率；分别为储能装置的最小容量与最大容量；热泵功率约束，表达式为，
式中，分别为热泵功率上限、下限；电能平衡与热能平衡约束，表达式为，式中，为风力发电功率；为光伏发电功率。6.根据权利要求5所述的一种电热协同能源网络优化控制方法，其特征在于，所述基于划分获取的两级主从博弈，根据博弈参与者各自的目标函数以及博弈约束条件，进行优化求解的优化求解步骤包括：系统参数初始化；利用遗传算法随机生成初始的价格种群；所述价格种群包括各运营商的售电价与售热价；第一级主从博弈下层的新能源运营商接收价格，混合整数线性规划求解器根据新能源运营商收益在约束条件下求解能量分配优化策略，并保留优化收益；遗传算法种群进化生成新的售电价与售热价，计算适应度函数；其中，第一级主从博弈上层热泵运营商的目标函数，根据种群进化前后的适应度函数，选择进化前或进化后的种群；将第一级主从博弈选择的种群传递给第二级主从博弈，对于第二级主从博弈的下层多个运营商的多目标函数通过熵权归一化方法进行变换，对变换后的目标函数采用求解器再次求解能量分配优化策略，并保留当前收益；利用遗传算法的种群进...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹锋，任佳航，宋昱龙，刘宇轩，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：