基于综合需求响应和奖惩阶梯碳交易的能源枢纽主从博弈优化调度方法技术

基于综合需求响应和奖惩阶梯碳交易的能源枢纽主从博弈优化调度方法，包括：对能源枢纽结构所包含的燃气轮机、燃气锅炉、电制冷机与吸收式制冷机、蓄电池进行建模，反应输入功率与输出功率的关系；建立综合需求响应模型，包括用户冷负荷需求建模、用户热负荷需求建模和用户电负荷需求响应；建立主从博弈低碳模型，使参与该博弈互动的EHO和用户在各自运行约束条件下追求自身利益最优；通过差分进化算法和CPLEX求解器，对主从博弈低碳模型进行求解。本发明专利技术能够有效兼顾双方利益，充分发挥用户的需求响应潜力，实现EH经济、低碳运行。低碳运行。低碳运行。

【技术实现步骤摘要】
基于综合需求响应和奖惩阶梯碳交易的能源枢纽主从博弈优化调度方法


[0001]本专利技术涉及综合能源系统调度
，具体涉及一种基于综合需求响应和奖惩阶梯碳交易的能源枢纽主从博弈优化调度方法。

技术介绍

[0002]随着国家能源市场逐步改革开放，寻求安全高效、低碳清洁的能源运营模式已成为当前研究的热点。综合能源系统是一种高效清洁、多能耦合的能源管理系统。而能源枢纽作为未来的高效能源形式，在综合能源系统IES的研究中扮演着重要角色。综合需求响应是传统电力需求响应的拓展和延伸，在能源枢纽EH优化运行中起关键作用。建立能考虑各种环境扰动因素且能反映实际用能需求的IDR模型是目前亟需解决的难题。
[0003]能源市场的改革使大量新兴主体涌入市场展开激烈竞争，博弈论的应用能很好的处理不同主体间的利益冲突。碳交易被认为是提升系统环境效益并兼顾经济性的有效手段之一。目前，大多数研究只在IES运行成本中引入碳交易成本，充分发挥需求侧资源的节能减排能力是需要解决的关键问题之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于综合需求响应和奖惩阶梯碳交易的能源枢纽主从博弈优化调度方法，能够有效兼顾双方利益，充分发挥用户的需求响应潜力，实现EH经济、低碳运行。
[0005]本专利技术采取的技术方案为：
[0006]基于综合需求响应和奖惩阶梯碳交易的能源枢纽主从博弈优化调度方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：对能源枢纽结构所包含的燃气轮机、燃气锅炉、电制冷机与吸收式制冷机、蓄电池进行建模，反应输入功率与输出功率的关系；
[0008]步骤2：建立综合需求响应模型，包括用户冷负荷需求建模、用户热负荷需求建模和用户电负荷需求响应。
[0009]步骤3：建立主从博弈低碳模型，使参与该博弈互动的能源枢纽运营商和用户在各自运行约束条件下追求自身利益最优。
[0010]步骤4：通过差分进化算法和CPLEX求解器，对主从博弈低碳模型进行求解。
[0011]所述步骤1中，
[0012]1)、燃气轮机模型如下：
[0013]燃气轮机GT输出的电功率与所消耗的气功率关系如下所示：
[0014][0015]式中：为GT的启停状态标记位；a、b为燃耗系数，c为GT启停成本系数。
[0016]为了精确反映GT的实际运行工况，便于快速计算，对式(1)进行三分段线性化处
理，分段后的3段斜率分别为：
[0017][0018]式中：、、、表示分段后的GT电功率曲线参数，、为GT输出电功率的上、下限，故式(1)可以改写为：
[0019][0020]GT运行时，排出的高温烟气通过余热锅炉WHB产热，其制热特性模型为：
[0021][0022][0023]式中：和分别表示GT和WHB输出的热功率；λ
GT
和λ
WHB
分别表示燃气轮机输出的电热功率比和热回收效率。
[0024]2)、燃气锅炉模型如下：
[0025]燃气锅炉GB通过燃烧天然气产热，其输出热功率H
tGB
与输入的气功率G
tGB
的关系为：
[0026][0027]式中：η
GB
为GB的产热效率。
[0028]3)、电制冷机与吸收式制冷机模型如下：
[0029]电制冷机AC(Air Conditioner)、吸收式制冷机AR(Air Refrigerator)的输出冷功率Q
tAC
、Q
tAR
分别如下：
[0030][0031]式中：η
AR
、η
AC
表示AR、AC制冷效率；P
tAC
和H
tAR
分别表示AC的输入电功率和AR 的输入热功率。
[0032]4)、蓄电池模型如下：
[0033]蓄电池BT充放电前后的储能容量需满足以下约束：
[0034][0035]式中：表示BT的t时刻容量状态；h
BT.chr
、h
BT.dis
分别为BT的充、放电效率。
[0036]表示BT的t
‑
1时刻容量状态、表示t时刻的充电功率、表示t时刻的放电功率、
△
t表示时间间隔，表示BT的容量状态下限、表示t时刻的容量状态、表示BT的容量状态上限。
[0037]此外，BT还需满足充放电频率约束和互斥约束：
[0038][0039]表示t时刻的BT放电功率标志位、表示t时刻的BT充电功率标志位；
[0040][0041]t表示时间间隔；
[0042]所述步骤2中：
[0043]1)：用户冷负荷需求建模具体如下：
[0044]设楼宇制冷设备在使用时间内连续运行，根据能量守恒定理，t时段内室内热量变化量ΔL
c
等于制冷量L
tc
与建筑吸热量L
B
之差，由此得楼宇热平衡方程：
[0045][0046]式中：ρ
Air
为空气密度；C
Air
为空气比热容；为室内温度变化率；V
B
为建筑体积。
[0047]影响建筑吸热的主要因素有：建筑外墙、外窗传递的热量L
Wall
、L
Win
，建筑因吸收室内照明、人体散热等热量产生的室内热源L
In
以及太阳辐射所产生的热量L
S
，因此，L
B
可表示为：
[0048][0049]式中：L
B
表示建筑吸热量；分别为建筑朝向为j时的建筑外墙、外窗与室外的传热系数；分别为建筑朝向为j时建筑外墙、外窗面积；j表示建筑朝向；
[0050]分别为建筑外墙、外窗与室外的传热系数；分别为建筑外墙、外窗面积；T
In
、T
Out
分别为室内外温度；I为太阳辐射功率；S、C分别为外窗遮阳系数、得热因子；
[0051]联合式(11)和式(12)，并通过差分化处理，可以得到离散化的楼宇热平衡方程：
[0052][0053]由式(11)可得到室内温度与制冷功率之间的关系，为保障用户舒适度，室温应满足上下限和室温波动约束:
[0054][0055]表示t时刻的室内温度；
[0056][0057][0058]式中：分别为用户可接受的室内温度上限、下限，为设定的最适宜室温
[0059]分别表示室温波动相对值的上下限；
[0060]2)：用户热负荷需求建模具体如下：
[0061]通过热水储存模型描述供水温度与热负荷之间的关系：
[0062][0063]式中：C
h
为水的比热容；T
h
与T
C,h
分别表示储水温度和进入储水罐代替消耗热水的冷水温度；V
h...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于综合需求响应和奖惩阶梯碳交易的能源枢纽主从博弈优化调度方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：对能源枢纽结构所包含的燃气轮机、燃气锅炉、电制冷机与吸收式制冷机、蓄电池进行建模，反应输入功率与输出功率的关系；步骤2：建立综合需求响应模型，包括用户冷负荷需求建模、用户热负荷需求建模和用户电负荷需求响应；步骤3：建立主从博弈低碳模型，使参与该博弈互动的能源枢纽运营商和用户在各自运行约束条件下追求自身利益最优；步骤4：通过差分进化算法和CPLEX求解器，对主从博弈低碳模型进行求解。2.根据权利要求1所述基于综合需求响应和奖惩阶梯碳交易的能源枢纽主从博弈优化调度方法，其特征在于：所述步骤1中，1)、燃气轮机模型如下：燃气轮机GT输出的电功率与所消耗的气功率关系如下所示：式中：为GT的启停状态标记位；a、b为燃耗系数，c为GT启停成本系数；为了精确反映GT的实际运行工况，对式(1)进行三分段线性化处理，分段后的3段斜率分别为：式中：d1、d2、d3、d4表示分段后的GT电功率曲线参数，d1、d4为GT输出电功率的上、下限，故式(1)能够改写为：GT运行时，排出的高温烟气通过余热锅炉WHB产热，其制热特性模型为：GT运行时，排出的高温烟气通过余热锅炉WHB产热，其制热特性模型为：式中：和分别表示GT和WHB输出的热功率；λ
GT
和λ
WHB
分别表示燃气轮机输出的电热功率比和热回收效率；2)、燃气锅炉模型如下：燃气锅炉GB通过燃烧天然气产热，其输出热功率H
tGB
与输入的气功率G
tGB
的关系为：式中：η
GB
为GB的产热效率；
3)、电制冷机与吸收式制冷机模型如下：电制冷机AC、吸收式制冷机AR的输出冷功率Q
tAC
、Q
tAR
分别如下：式中：η
AR
、η
AC
表示AR、AC制冷效率；P
tAC
和H
tAR
分别表示AC的输入电功率和AR的输入热功率；4)、蓄电池模型如下：蓄电池BT充放电前后的储能容量需满足以下约束：式中：表示BT的t时刻容量状态；h
BT.chr
、h
BT.dis
分别为BT的充、放电效率；表示BT的t
‑
1时刻容量状态、表示t时刻的充电功率、表示t时刻的放电功率、
△
t表示时间间隔，表示BT的容量状态下限、表示t时刻的容量状态、表示BT的容量状态上限；此外，BT还满足充放电频率约束和互斥约束：此外，BT还满足充放电频率约束和互斥约束：表示t时刻的BT放电功率标志位、表示t时刻的BT充电功率标志位；t表示时间间隔。3.根据权利要求1所述基于综合需求响应和奖惩阶梯碳交易的能源枢纽主从博弈优化调度方法，其特征在于：所述步骤2中，1)：用户冷负荷需求建模具体如下：设楼宇制冷设备在使用时间内连续运行，根据能量守恒定理，t时段内室内热量变化量ΔL
c
等于制冷量L
tc
与建筑吸热量L
B
之差，由此得楼宇热平衡方程：式中：ρ
Air
为空气密度；C
Air
为空气比热容；为室内温度变化率；V
B
为建筑体积；影响建筑吸热的主要因素包括：建筑外墙、外窗传递的热量L
Wall
、L
Win
，建筑因吸收室内照明、人体散热等热量产生的室内热源L
In
以及太阳辐射所产生的热量L
S
，因此，L
B
可表示为：
式中：L
B
表示建筑吸热量；分别为建筑朝向为j时的建筑外墙、外窗与室外的传热系数；分别为建筑朝向为j时建筑外墙、外窗面积；j表示建筑朝向；k
Wall
、k
Win
分别为建筑外墙、外窗与室外的传热系数；f
Wall
、f
Win
分别为建筑外墙、外窗面积；T
In
、T
Out
分别为室内外温度；I为太阳辐射功率；S、C分别为外窗遮阳系数、得热因子；联合式(11)和式(12)，并通过差分化处理，得到离散化的楼宇热平衡方程：由式(11)可得到室内温度与制冷功率之间的关系，为保障用户舒适度，室温应满足上下限和室温波动约束:下限和室温波动约束:表示t时刻的室内温度；表示t时刻的室内温度；式中：分别为用户可接受的室内温度上限、下限，为设定的最适宜室温分别表示室温波动相对值的上下限；2)：用户热负荷需求建模具体如下：通过热水储存模型描述供水温度与热负荷之间的关系：式中：C
h
为水的比热容；T
h
与T
C,h
分别表示储水温度和进入储水罐代替消耗热水的冷水温度；V
h
与分别表示储水总量和替换消耗热水的冷水总量；表示供应热水所需要的能量；表示t+1时刻的室内温度；水温满足上下限约束和水温波动约束：
表示t时刻的水温；表示t时刻的水温；式中：分别为用户可接受的室内温度上限、下限，为设定的最适宜水温；分别表示水温波动相对值的上下限；3)：用户电负荷需求响应建模如下：用户电负荷包括固定电负荷和可转移电负荷，可转移电负荷指用户根据电价信息和用户需求进行转移，在不影响自身舒适度的情况下调整用电策略；设时段t内可转移负荷L
te,k
的表达式如式(21)
‑
(22)所示；(22)所示；式中：表示第i个用户未经过电价IDR调节前的可...

【专利技术属性】
技术研发人员：程杉，刘延光，王瑞，李沣洋，贺彩，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：