一种基于综合能源系统节点能价策略的综合需求响应方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于综合能源系统节点能价策略的综合需求响应方法，构建电‑气‑热综合能源系统运营框架；提出一种含风机出力的电‑气‑热耦合多能流网络节点能价计算方法；获取节点能源价格，搭建计及用户综合需求响应的负荷变动的用能成本模型，分析各类柔性负荷在综合能源系统能源定价机制引导下的响应行为。本发明专利技术提供的一种基于综合能源系统节点能价策略的综合需求响应方法，通过节点能价引导多能用户综合用能行为，能够进一步挖掘多能用户的响应潜力，使得用户用能更加经济和灵活，实现了能源网与用户的双赢。

【技术实现步骤摘要】
一种基于综合能源系统节点能价策略的综合需求响应方法
本专利技术涉及一种基于综合能源系统节点能价策略的综合需求响应方法，属于综合能源系统调度方法

技术介绍
随着电、气和热等多种能源间的耦合程度日益增加，多能源系统背景下的需求侧资源愈加丰富，用户的可调控能力已经不再局限为传统需求响应的电负荷调控方式，更包括电、气、热等多种能源负荷的需求转移能力以及能源转换能力。综合需求响应方式，可以进一步充分挖掘多能用户的需求响应潜力，使得用户用能更加经济和灵活，实现能源网与用户的双赢。因此，考虑用户不同类型能源之间的响应潜力，研究综合需求响应对保障综合能源系统的经济高效运行具有重要意义。目前，已经有大量学者进行了综合需求响应的研究。主要集中在系统层面和用户层面。在系统层面，现有研究能够将电、气、热负荷用能特性及不同的需求响应实施机制作为多能源系统优化运行的约束条件，提出微网层面的考虑综合需求响应资源的气-电协同优化运行策略；在用户层面，现有研究能够从工业用户的角度出发，分析需求响应互动模式，提出面向多主体的工业园区综合能源系统互动机制，建立基于热电多能互补的需求响应互动优化模型，也能够建立多能流多形态多响应类型的负荷侧模型。现有研究大多仍是考虑综合需求侧资源对系统综合能效和最优经济运行成本的影响，抑或是分析能源价格条件下需求侧资源如何响应及各需求主体的响应行为，是在已知能源价格的情况下研究综合能源系统的运营优化问题，较少研究基于综合能源系统节点能价的多能源协同响应，多能用户仅仅是能源价格的被动接受者。而部分研究虽已有对综合能源节点能价进行研究，但也仅局限于研究节点能价，或者缺乏节点热价的计算，并未考虑到节点能源价格对需求侧多类型负荷在横向时间上的转移引导情况。针对上述问题，本专利技术提供的一种基于综合能源系统节点能价策略的综合需求响应方法，考虑了节点能源价格，包括电价、气价和热价，通过计算不同时刻、不同地点的价格，降低了用能成本，促进了供需互动；考虑多负荷需求响应，基于综合需求响应资源在日前时间尺度上的响应特性，分析各类柔性负荷在综合能源系统能源定价机制引导下的响应行为，利用节点能源价格改变用户用能习惯或优化能源匹配来减少用能成本，有利于提升响应资源能力，优化多能用户的用能结构。
技术实现思路
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于综合能源系统节点能价策略的综合需求响应方法。为了进一步挖掘多能用户的响应潜力，解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于综合能源系统节点能价策略的综合需求响应方法，通过节点能源价格引导多能用户综合用能行为，研究综合能源系统中多能柔性负荷资源的可调节性，分析用户侧参与需求响应的用能行为。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于综合能源系统节点能价策略的综合需求响应方法，包括如下步骤：步骤一：以最小化电-气-热综合能源系统总运行成本为目标，构建电-气-热综合能源系统优化调度模型，结合电力、天然气、热力系统节点能量平衡方程，组成电-气-热综合能源系统最优多能流模型，对综合能源系统最优多能流模型综合求解，确定综合能源系统中各种能源形式的节点边际价格作为节点能源价格。步骤二：获取节点能源价格，综合考虑电、气和热柔性负荷，以及各类柔性负荷可平移、可转移、可削减的需求响应特性，建立计及用户综合需求响应的负荷变动的用能成本模型，以用户用能成本最小为优化目标，对用能成本模型进行求解，得到节点能源价格引导下用户侧柔性电、气、热负荷参与需求响应的负荷。作为优选方案，电-气-热综合能源系统运营框架，包括能量流动系统和综合需求响应系统；能量流动系统包括：电、天然气、热三种类型负荷，电负荷由电网、风电机组、CHP设备和燃气轮机供应，天然气负荷由P2G与气源供应，热负荷由CHP设备、热泵或热网供应；综合需求响应系统通过能价信息改变用户用能方式实施综合需求响应，用能方式包括多能负荷的削减、转移和替代。作为优选方案，所述电-气-热综合能源系统优化调度模型，计算公式如下：其中，F为综合能源系统的总运行成本；T为运营周期；ΩG，ΩG2P，ΩN，ΩCHP分别为火电机组、燃气轮机、气源和CHP机组的集合；为火电发电机组g在t时刻的有功出力；为燃气轮机k在t时刻的有功出力；为天然气源点n在t时刻的出力；和为CHP设备m在t时刻发出的电功率和热功率，γP和γH分别为CHP机组发出单位电功率和单位热功率所消耗的燃料；ag、bg、cg为燃煤机组的发电成本系数；为t时刻燃气轮机k除去燃气费用的运行成本，为t时刻天然气源点n的天然气价格，kchp为燃料成本系数。作为优选方案，所述电力、天然气、热力系统节点能量平衡方程，计算公式如下：其中，和分别为发电机组g、风电p、燃气轮机k和CHP设备m的发电功率，为P2G设备z在t时刻消耗的电功率，Pij,t为t时刻支路i-j的有功潮流，Ωi为节点i的邻接母线集合，为t时刻节点i的电力负荷；为t时刻气源n的供气流量，Qij,t表示t时段管道首末节点i,j中的天然气流量，为t时刻P2G设备z的电转气供气流量，为t时刻燃气轮机k消耗的天然气流量，为t时刻CHP设备m消耗的天然气流量，为t时刻节点i上的天然气负荷,Ωj为节点j的邻接管道集合；CP为热水的比热容，mj,t为t时段供热网络管道j中水流质量流量，φi,t表示t时段节点i处的热负荷，为节点i处供水温度，为节点i处回水温度。作为优选方案，各种能源形式的节点边际价格计算步骤如下：分别为节点i对应电力负荷、天然气负荷和热负荷增加1单位；综合能源系统的总运行成本F产生一个与节点i对应的边际值，边际值分别为作为节点电价、节点天然气价格和节点热价。作为优选方案，各类柔性负荷可平移、可转移、可削减的需求响应特性，计算公式如下：可平移负荷表示为：其中，为原时段t可平移负荷r的平移量；为可平移负荷r平移至时段t+Nx后的负荷增量；可转移负荷表示为：其中，为调度后的可转移负荷r负荷功率；ΔT为负荷单位调度时段；为转移型负荷时段τ内消耗的总电量，调度周期内可转移时段区间为[ttr-，ttr+]；可调节负荷表示为：其中，和分别为可削减负荷r在调度前/后时段τ的负荷功率；λr为负荷削减系数；βr,τ为0-1变量，表示削减状态；T为削减时段；为最大削减次数。作为优选方案，计及用户综合需求响应的负荷变动的用能成本模型，计算公式如下：其中，C为用户不同能源类型r使用成本总和，表示t时段对应不同类型节点能源价格；为r类刚性负荷，为r类可平移负荷，为r类可转负荷，为r类可削减负荷；Pr,t表示需求响应后的t时段r类负荷；Np表示能源类型合集，包括电力e、天然气g和热能h。作为优选方案，利用GAMS软件调用CPLEX求解器对用能成本模型进行求解。有益效果：本专利技术提供的一种基于综合能源系统节点能价策略的综合需求响应方法，构建考本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于综合能源系统节点能价策略的综合需求响应方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤一：以最小化电-气-热综合能源系统总运行成本为目标，构建电-气-热综合能源系统优化调度模型，结合电力、天然气、热力系统节点能量平衡方程，组成电-气-热综合能源系统最优多能流模型，对综合能源系统最优多能流模型综合求解，确定综合能源系统中各种能源形式的节点边际价格作为节点能源价格；/n步骤二：获取节点能源价格，综合考虑电、气和热柔性负荷，以及各类柔性负荷可平移、可转移、可削减的需求响应特性，建立计及用户综合需求响应的负荷变动的用能成本模型，以用户用能成本最小为优化目标，对用能成本模型进行求解，得到节点能源价格引导下用户侧柔性电、气、热负荷参与需求响应的负荷。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于综合能源系统节点能价策略的综合需求响应方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：以最小化电-气-热综合能源系统总运行成本为目标，构建电-气-热综合能源系统优化调度模型，结合电力、天然气、热力系统节点能量平衡方程，组成电-气-热综合能源系统最优多能流模型，对综合能源系统最优多能流模型综合求解，确定综合能源系统中各种能源形式的节点边际价格作为节点能源价格；
步骤二：获取节点能源价格，综合考虑电、气和热柔性负荷，以及各类柔性负荷可平移、可转移、可削减的需求响应特性，建立计及用户综合需求响应的负荷变动的用能成本模型，以用户用能成本最小为优化目标，对用能成本模型进行求解，得到节点能源价格引导下用户侧柔性电、气、热负荷参与需求响应的负荷。


2.根据权利要求1所述的一种基于综合能源系统节点能价策略的综合需求响应方法，其特征在于：电-气-热综合能源系统运营框架，包括能量流动系统和综合需求响应系统；能量流动系统包括：电、天然气、热三种类型负荷，电负荷由电网、风电机组、CHP设备和燃气轮机供应，天然气负荷由P2G与气源供应，热负荷由CHP设备、热泵或热网供应；综合需求响应系统通过能价信息改变用户用能方式实施综合需求响应，用能方式包括多能负荷的削减、转移和替代。


3.根据权利要求1所述的一种基于综合能源系统节点能价策略的综合需求响应方法，其特征在于：所述电-气-热综合能源系统优化调度模型，计算公式如下：



其中，F为综合能源系统的总运行成本；T为运营周期；ΩG，ΩG2P，ΩN，ΩCHP分别为火电机组、燃气轮机、气源和CHP机组的集合；为火电发电机组g在t时刻的有功出力；为燃气轮机k在t时刻的有功出力；为天然气源点n在t时刻的出力；和为CHP设备m在t时刻发出的电功率和热功率，γP和γH分别为CHP机组发出单位电功率和单位热功率所消耗的燃料；ag、bg、cg为燃煤机组的发电成本系数；为t时刻燃气轮机k除去燃气费用的运行成本，为t时刻天然气源点n的天然气价格，kchp为燃料成本系数。


4.根据权利要求3所述的一种基于综合能源系统节点能价策略的综合需求响应方法，其特征在于：所述电力、天然气、热力系统节点能量平衡方程，计算公式如下：









其中，和分别为发电机组g、风电p、燃气轮机k和CHP设备m的发电功率，为P2G设...

【专利技术属性】
技术研发人员：张盼，张庭玉，朱海东，赵竟，黄保乐，胡恩俊，沈炎，胡银华，张永涵，高波，赵航，惠明成，
申请(专利权)人：南京华盾电力信息安全测评有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32