考虑综合能源系统灵活性的市场互动收益模型计算装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种考虑综合能源系统灵活性的市场互动收益模型计算装置，基于计算机系统构建，包括园区综合能源系统供应商、运营商、用户收益模型，基于上述模型，进一步构建园区综合能源系统供应商收益模型，第一层以最大化园区综合能源系统供应商盈利为目标函数，第二层以运营商盈利最大为目标函数，将用户收益转化为约束，求解能源定价策略和购售能方案；使用Matlab对双层优化配置数学模型进行求解，为园区综合能源系统提供考虑综合能源系统灵活性的能源定价策略和购售能方案；将该定价策略用于实际园区运行调控中，以实现园区综合能源系统各主体对购售能策略的合理制定，保障用户用能需求，提升园区运行经济性。提升园区运行经济性。提升园区运行经济性。

【技术实现步骤摘要】
考虑综合能源系统灵活性的市场互动收益模型计算装置


[0001]本专利技术属于电力系统及其自动化，考虑综合能源系统优化配置
，尤其涉及一 种考虑综合能源系统灵活性的市场互动收益模型计算装置。

技术介绍

[0002]能源是人类赖以生存和发展的基础，是国民经济的命脉。为此“开源”和“节流”已 成为人类未来能源发展的两大重要趋势：“开源”在于开发各类清洁能源，如电力系统中 天然气、风、光等清洁能源发电比例不断提高；“节流”在于利用多能协同互补，提高能 源综合利用效率。电力系统是能源清洁高效利用的最重要载体之一，其燃气、新能源发电 等装机容量近年来获得迅猛发展，系统低碳化水平不断提高。然而，随着具有极强波动性 和随机性的可再生电源以及数量日益增加的电力电子设备接入电网，其低抗扰、弱支撑、 低惯量特性将使电网频率、电压等安全稳定问题日益突出，同时也限制了可再生能源在电 网中能源利用水平的提升。
[0003]为解决上述问题，世界各国开展了大量学术研究和工程示范，如增加清洁电源选址多 样性，降低网络中清洁能源发电总值的波动幅度；建立跨区域特高压互联大电网，使得新 能源发电充足的区域能够及时向高负荷区域输电；增加网络中储能(抽蓄，压缩空气，电 池等)，实现过剩电能的存储和转移利用；在一定范围内实施需求侧管理，如基于分时电 价引导用户改变其用电时间分布等，进而提升电网中功率平衡调节水平。归纳来看，上述 手段均从不同侧面提升了电力系统的设备可控性或配置冗余性，使电力系统运行更为灵活， 有助于系统应对各类不确定性扰动，维持稳定运行。然而，随着电力系统的发展，系统复 杂度逐渐提升，其源、荷两端的功率波动水平将持续增加，一味加大投入、增加冗余的解 决方案将难以为继。如何进一步经济高效地开发系统中可调控灵活性资源，有待实现进一 步突破。
[0004]近年来，随着能源互联网及综合能源利用理念的发展，电力与燃气、供热乃至供水、 交通系统等的耦合水平不断增强，由此产生的新形态特征一方面给电力系统引入了更高的 运行复杂度，另一方面多种能源系统之间横向的互补协同也可转化为一类新型可调控灵活 性资源。综合能源系统灵活性是电力系统灵活性在综合能源系统(Integrated EnergySystem,综合能源系统)中发展出的一种新形式，目前已有大量相关研究。经过国内外文 献调研，本节将综合能源系统灵活性与电力系统灵活性做一简要对比，如表1所示。可见， 综合能源系统灵活性不仅可为功率实时平衡强刚性电网提供“能量缓冲”、提升电力系统 应对随机扰动的能力，还可为综合能源系统灵活调度提供支撑，有助于提升综合能源系统 运行经济性。
[0005]表1电力系统灵活性与综合能源系统灵活性的对比
[0006][0007]欧盟已在其“Horizon 2020project:Tools and Technolog综合能源系统forCoordination and Integration of The European Energy System”项目中，明确提出“要 通过电力与燃气、供热系统的协同运行，为欧洲电网提供灵活性调控潜力，并建立相应市 场机制”。中国国家能源局与德国联邦经济能源部联合开展的“中德能源转型研究
”ꢀ
(2017
‑
2022年)中，也将多能协同背景下能源灵活性的提升作为主要研究内容之一。然而， 目前综合能源系统灵活性概念尚缺乏学术界公认的定义，相关研究的思路和方法亟待系统 性的梳理和归纳。
[0008]要挖掘综合能源系统中的综合能源系统灵活性潜力，首先应明确综合能源系统灵活性 的概念。综合能源系统灵活性作为综合能源系统灵活性中的一类，其概念由电力系统灵活 性发展而来，因此本节首先对电力系统灵活性的定义做一综述，并指出其对综合能源系统 灵活性概念的支撑作用。国内外已有诸多学者从不同角度给对电力系统灵活性进行了定义， 表1归纳了其中具有代表性的定义。
[0009]表1电力系统灵活性定义归纳
[0010][0011]由表1可见，在电力系统发展的不同阶段，灵活性的定义和内涵各有不同的侧重，总 结如下：
[0012]1)强调平抑电力系统源、荷两端功率波动的电力系统灵活性定义。这一类是较为基 础的电力系统灵活性定义，强调电力系统通过冗余配置维持源
‑
荷间功率平衡的能力，侧 重于电力系统对自身备用资源的调控。
[0013]2)在电力系统灵活性定义中考虑不同时间尺度。随着电力系统灵活性外延逐渐扩大、 相关辅助服务市场不断发展，电力系统灵活性的研究已涉及日前、小时级、分钟级等不同 时间尺度。为此，一些学者在提出电力系统灵活性的定义时，对灵活性的时间尺度做出了 进一步界定。
[0014]3)在电力系统灵活性定义中精细化考虑可调控资源的运行约束。随着电力系统的发 展，柔性开关、负荷管理、电动汽车充电规划等技术为电力系统提供了更丰富的可调控灵 活性资源。然而这些灵活性资源的调控方式较通过冗余配置获得的灵活性更为复杂，在调 控中需更精细化地考虑这些可调控资源的运行约束。
[0015]将上述分析推广到综合能源系统灵活性中，可见其概念应包含以下几项要点：
[0016]1)综合能源系统灵活性是一种促进综合能源系统中电能与其他能源形式分别实现
ꢀ“
源
‑
荷”能量平衡的可调控的资源，可响应系统中的波动或不确定性，在系统“源
‑
荷
”ꢀ
间起到“能量缓冲”的作用；
[0017]2)综合能源系统灵活性应包含不同的时间尺度；
灵活性的能源定价策略和购售能方案；将该定价策略用于实际园区运行调控中，以实现园 区综合能源系统各主体对购售能策略的合理制定，保障用户用能需求，提升园区运行经济 性。
[0026]其具体采用以下技术方案：
[0027]一种考虑综合能源系统灵活性的市场互动收益模型计算装置，基于计算机系统，包括：
[0028]园区综合能源系统供应商收益模型、园区综合能源系统运营商收益模型和园区综合能 源系统用户收益模型；
[0029]以及关联以上三个模型的园区综合能源系统灵活性的市场互动收益优化模型，其第一 层以最大化园区综合能源系统供应商盈利为目标函数，第二层以运营商盈利最大为目标函 数，将用户收益转化为约束；通过求解园区综合能源系统灵活性的市场互动收益优化模型， 输出能源定价策略和购售能方案。
[0030]进一步地，在所述园区综合能源系统供应商收益模型中，同时考虑上级配电网和上级 配气网，收益模型为盈利最大；对所述上级配电网中配电网主体的网络节点功率平衡通过 DistFlow模型进行刻画，对配电线路的电流上下界进行节点电压上下界的约束，对配电 网运营商面向电力用户的电力价格进行约束；对所述上级配气网进行节点能量平衡约束、 配气网潮流约束和天然气价格约束；其中，在配气网潮流约束中，使用Weymouth方程对 天然气潮流进行近似化出力；
[0031]在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑综合能源系统灵活性的市场互动收益模型计算装置，基于计算机系统，其特征在于，包括：园区综合能源系统供应商收益计算模块，用于获取园区内部供能价格、网损、供应商购能策略，构建园区综合能源系统供应商收益模型，确定供应商售能收益；园区综合能源系统运营商收益计算模块，用于获取外部供能价格、设备容量、输出功率、用户负荷数据，构建园区综合能源系统运营商收益模型，确定运营商定价策略及购电策略；园区综合能源系统用户收益计算模块，用于获取园区综合能源系统能源价格、设备容量、输出功率、用户负荷数据，构建园区综合能源系统用户收益模型，确定用户用能策略；园区综合能源系统灵活性的市场互动收益优化模块，用于集成园区综合能源系统供应商收益计算模块、园区综合能源系统运营商收益计算模块、园区综合能源系统用户收益计算模块，构建园区综合能源系统灵活性的市场互动收益优化模型，通过计算使各主体收益最大化；所述园区综合能源系统灵活性的市场互动收益优化模型的上层为园区综合能源系统供应商，以一定的能源价格向能源运营商提供能源；中间层以最大化园区综合能源系统运营商净收益为目标函数，求解能源运营商售能价格及总成本；下层以最小化园区综合能源系统用户成本为目标函数，求解能源用户用能策略。2.根据权利要求1所述的考虑综合能源系统灵活性的市场互动收益模型计算装置，其特征在于：所述园区综合能源系统供应商收益模型具体包括：上级配电网模型：上级配电网主体的收益模型为盈利最大，包括售电利润和网损费用，其目标函数可表示为：其中，第一项为配电网运营商向终端园区综合能源系统售电利润，第二项为配电网网损费用；为t时刻配电网电价，P
te,g
为上级配电网t时刻售卖给能源运营商的电能，P
te,loss
为配电网的网损，r
te
为能源运营商制定的t时刻电价；配电网主体的网络节点功率平衡通过DistFlow模型进行刻画，如(2)
‑
(3)所示，节点降落方程如(4)所示，支路电流与功率关系如(5)所示：支路电流与功率关系如(5)所示：支路电流与功率关系如(5)所示：支路电流与功率关系如(5)所示：式中，Δ
j
为配电网中以j为末端节点的支路首端节点集合；Ω
j
为配电网中以j为首端节点的支路末端节点集合；r
ij
、x
ij
分别为线路ij的电阻、电抗值；I
ij,t
为t时刻线路ij电流；V
i,t
为t时刻节点i的电压；和分别为t时刻上级电网通过节点j向配电网输送的有功功
率和无功功率；P
ij,t
和Q
ij,t
分别为t时刻配电网线路ij的有功功率和无功功率；和分别为t时刻节点j的有功负荷和无功负荷；P
jk,t
和Q
jk,t
分别为t时刻配电网线路jk的有功功率和无功功率；由于配电线路的传输容量有一定的上限，故对配电线路的电流上下界进行如(6)所示的约束；配电网节点电压其上下界的约束如(7)所示：V
imin
≤V
i,t
≤V
imax (7)式中，为配电线路ij能够传输的最大电流；V
imin
和V
imax
分别为配电网节点i电压的最小值和最大值；配电网运营商以批发电价从上级电网购买电能，并向配电网区域内的电力用户出售电力；为保证配电网区域内电力用户的利益，对配电网运营商面向电力用户的电力价格进行约束：约束：式中，和α分别为配电网运营商售电价格和购电价格比值的上限和下限；式(8)给出了配电网运营商售电价格上下限约束；式(9)使得优化时段T内配电网区域电力用户的平均购电价格低于直接从外网的购电价格；为t时刻配电网电价，上标min和max分别代表最大值和最小值；上级配气网模型：配气网运营商参与园区级市场目标为盈利最大为目标，其目标函数表达为：其中，为配气网运营商t时刻售卖给园区能源运营商的天然气价格，P
tg
为配气网运营商t时刻售卖给园区能源运营商的天然气量；配气网主要是由天然气传输管道和天然气负荷组成，在运行过程中存在以下几类约束：1)节点能量平衡约束配气网的运行必须满足能量的节点平衡守恒规律，配气网的节点平衡代表了流入天然气节点的气量等于流出节点的气量，如(11)所示：式中，Δ
m
为配气网中以m为末端节点的支路首端节点集合；Ω
m
为配气网中以m为首端节点的支路末端节点集合；G
mn,t
为t时刻配气网传输管道mn段的流量；G
rm,t
为t时刻配气网传输管道rm段的流量；为t时刻注入m节点的天然气量；为t时刻m节点的天然气负荷；2)配气网潮流约束
在考虑配电网系统的日前优化运行，其调度时间时间尺度较长的情况下，可忽略天然气的传输慢惯性；对天然气配气系统采用天然气系统稳态模型，管道中的天然气潮流可以利用节点气压和管道特性的非线性关系来表示：在一定供气压力要求下，使用Weymouth方程对天然气潮流进行近似化出力，如所示(12)所示；天然气管道的传输容量将收到其上下界的限制，如(13)所示；配气网的节点气压将受到其上下界的限制，如(14)所示；并忽略压缩机的影响：缩机的影响：缩机的影响：式中，G
mn,t
为t时刻配气网管道的流量；π
m,t
和π
n,t
分别为t时刻配气网节点m和n的气压；和分别为配气网节点m最小和最大压强；K
mn
为配气网管道的Weymouth特性参数；3)天然气价格约束配气网运营商以批发天然气价格从上级输气网购买天然气，并以天然气零售价格出售给配气网区域内的天然气用户；为保证配气网区域内燃气用户的利益，需要对配气网面向燃气用户的零售气价进行约束：燃气用户的零售气价进行约束：式中，和β分别为配气网运营商售气价格和购气价格比值上下限；式(15)给出了配气网运营商售气价格的上下限约束；式(16)使得优化时段T内配气网区域内燃气用户的平均购气价格低于直接从外部气网购得的燃气价格；r
tg
为t时刻燃气网气价，上标min和max分别代表最大值和最小值。3.根据权利要求2所述的考虑综合能源系统灵活性的市场互动收益模型计算装置，其特征在于：所述园区综合能源系统运营商收益模型具体包括：园区能源运营商在园区级综合能源系统中的角色为能源供应商和能源用户的中间商；通过从能源供应商，即上级配电网和上级配气网处购买电力、天然气，园区能源运营商能够经由园区综合能源系统中的能源转换设备，在满足园区能源用户的电、热或冷、气的负荷需求的前提下获取合理的收益和投资回报；设园区综合能源运营商的收益目标为盈利最大，其目标函数为：max C
Pro
‑
C
OM
(17)其中，C
Pro
为售能收益；C
OM
为运行维护成本；C
Pro
具体可表示为：其中，r
te
和r
th
分别为能源运营商制定的t时刻电价和热价；和分别为园区能源用户t时刻的电、热负荷；T为总优化时长；
运行维护成本由三部分组成：配电网购电费用，配气网购气费用和设备维护费用，C
OM
具体可表示为：其中，和分别为t时刻能源运营商从能源供应商处的购电价格和购气价格；f
te
和f
tg
为t时刻能源运营商从能源供应商处的购电量和购气量；P
i,t
为t时刻设备i的出力；v
i
为设备i的单位维护成本；能源运营商的约束条件由能源设备约束、能量平衡约束和能源价格约束三部分构成；典型园区能源运营商能源设备包括热电联产机组，光伏、燃气锅炉、电热锅炉和储能设备：1)热电联产机组约束热电联产CHP机组通过消耗天然气产生电能和热能，其运行约束为：其运行约束为：其运行约束为：式中：P
tCHP
和分别为t时刻CHP机组电出力和热出力；和P
CHP
分别为CHP机组出力上下限；f
tCHP
为d日t时刻CHP机组消耗的天然气；为CHP机组天然气发电效率；为天然气机组热电比；Cap
CHP
为CH...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晚晴，林晓凡，陈思敏，陈晗，陈津莼，陈柯任，杜翼，项康利，李益楠，蔡期塬，郑楠，林昶咏，李源非，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：