一种园区综合能源系统配置方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于自适应双变异粒子群迭代算法的园区综合能源系统双层博弈方法及装置，应用自适应的双变异粒子群迭代算法，在惯性权重加入自适应算子改变其对不同模型求解适应度；同时加入双层变异算子，其中，第一层算子加入非均匀变异算子在粒子群的搜索过程中进行初次变异操作，扩大粒子群的搜索范围；第二层通过加入柯西变异算子对本次迭代的最优解进行变异，使该粒子可逃离局部最优的困境，从而最大程度上提升算法在高维空间内的全局搜索能力。本发明专利技术针对传统求解双层优化模型使用的粒子群算法进行优化，可以很大程度上避免粒子群早熟收敛的情况，提高了算法的可移植性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种园区综合能源系统配置方法


[0001]本专利技术属于电力
，具体涉及一种园区综合能源系统配置方法。

技术介绍

[0002]由于传统化石能源如煤、石油、天然气等的过度使用所引起的二氧化碳过度排放所引起的环境问题也被世界各国所重视，各国都致力于碳排放问题的解决。为提高多能源耦合，以及提高可再生能源的使用率，减少碳排放量，综合能源系统应运而生，综合能源系统通过将电力、热能、天然气等能源耦合在一起，构建“清洁低碳、安全高效”的现代能源体系。综合能源系统和综合能源系统运营商作为一对互利互惠的整体，综合能源系统运营商为领导者，综合能源系统为跟随者，以提高其双方的利益，已经成为能源市场的一大趋势。
[0003]目前，对于园区综合能源系统配置方法多是考虑整个系统的经济成本、可靠性和环境成本等因素，实现系统整体配置优化。其中，有以年能源利用率，年二氧化碳排放量和年设备运行成本为优化调度模型进行系统配置；有考虑多综合能源系统的电能交互问题，以系统总成本和运行成本最低为目标函数求解设备容量配置问题。然而这些方法虽然可以实现系统经济性和可靠性等目标的最优，但都是单主体问题，不适于解决园区综合能源系统运营商和多园区综合能源系统构成的多主体问题，无法对多主体双层模型进行有效求解。
[0004]专利技术目的
[0005]本专利技术的目的即在于应对现有技术中所存在的难题，提供一种园区综合能源系统配置方法，通过基于自适应的双变异粒子群迭代算法求解主从博弈双层模型，最大程度上提升算法在高维空间内的全局搜索能力，大程度避免粒子群早熟收敛，提高算法的可移植性。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种园区综合能源系统配置方法，包括以下步骤：
[0007]步骤A.建立以综合能源运营商IESO为领导者，单园区综合能源系统IES为跟随者的含主从博弈的双层优化调度模型，其中，运营商IESO和综合能源系统分别考虑其自身的经济效益，运营商IESO通过园区综合能源系统的功率制定电、气、热四种能源价格来保证自己的经济效益，园区综合能源系统通过自身新能源发电及从园区综合能源系统运营商购买能源，来提高自己的收益；
[0008]步骤B.基于单园区综合能源系统IES，考虑碳交易成本模型和阶梯式碳交易机制和电转气P2G及碳捕集、封存及再利用技术CCUS进行碳减排；以园区综合能源系统IES和园区综合能源系统运营商IESO各自的收益函数最大为目标函数构建主从博弈双层低碳调度模型；
[0009]建立园区综合能源系统运营商IESO的上层模型，上层领导者的目标函数为最大经济收益，其中收益主要来源于与电网和IES之间的购/售能收益；根据下层跟随者的运行方
案和购/售能信息，制定能源交易价格；IESO经济收益最大化的利润函数，即目标函数被表示为如式(1)
‑
(2)所示：
[0010][0011][0012]式中，F
IESO
、分别为IESO总收益、电交易收益、售气收益和购热成本；为t时刻IESO向IES购电/售电功率、售气功率和购热功率；为t时刻IESO从IES购电、售电、售气和购热价格；与为t时刻配电网向运营商售电的优惠电价和上网电价；为t时刻IESO从天然气网的购气价格；
[0013]上层领导者的约束条件包括能源交易价格的阈值约束；将IESO的电交易价格设置在上网电价与分时电价之间，具体约束条件如式(3)所示；
[0014][0015]式中，为分时电价，是配电网按照系统运行状况，将每个时段按照平均边际成本收取电费，作为售电价格的上限；为市场上天然气价格的上限；和分别为市场上热能价格的上/下限。
[0016]优选地，所述步骤B给出园区综合能源系统低碳运行模型建模过程，总成本包括系统运行成本、机组建设及维护成本燃料成本、购电购气成本、碳交易成本、综合需求响应成本以及P2G设备成本，其目标函数的计算表达式如式(4)所示：
[0017][0018]式中，F
PIES
、分别为PIES总成本、运行成本、碳捕集成本、碳交易成本、综合需求响应运行成本；
[0019]约束条件为园区综合能源系统低碳经济优化模型的约束条件需要考虑电、热、热功率平衡约束和园区中各设备的运行约束。
[0020]传统的粒子群算法是模拟的鸟群觅食行为，从算法本质上看是一种随机并行搜索算法，也是一种概率搜索技术。在搜索过程中，每个粒子基于当前速度、自身历史经验和其
他粒子的经验调整其位置，从而逐渐找到最佳位置(最优解)。粒子类似于遗传算法中的个体，粒子群类似于遗传算法中的种群。
[0021]传统的惯性权重法的更新规则表示为如式(5)和式(6)所示：
[0022][0023][0024]式中，V
ik
和x
ik
分别是第i个粒子中第k个变量的速度和位置；Pb
ik
是第i个粒子中第k个变量的最佳位置，这里的“最佳”指该位置具有最佳目标函数值；Gb
k
是所有粒子中第k个变量的最佳位置；和是两个加速因子；α1和α2是[0,1]区间的两个均匀分布随机数；w是惯性加权因子，反映了上一次迭代时速度的影响；上标(t)或(t+1)表示迭代代数；在粒子群每次迭代后，每个粒子乃至整个粒子群都会产生本次迭代过程内的最优结果，根据和的结果引导粒子群朝最优解的方向搜索，直到搜索到全局最优解；
[0025]构建自适应的双变异粒子群迭代算法求解双层模型，具体是对于惯性权重通过加入自适应算子改变其适应度，表示为如式(7)所示：
[0026][0027]式中，ω
max
和ω
min
分别为惯性权重的最大值和最小值；iter为当前的迭代次数；iter
max
为最大迭代次数；
[0028]在式(7)的基础上同时加入双层变异算子，第一层算子加入非均匀变异算子在粒子群的搜索过程中进行初次变异操作，通过变异扩大了粒子群的搜索范围，表示为如式(8)所示：
[0029][0030]式中，t为代表循环次数的变量；T
max
为最大迭代次数；b代表算法的收敛压力；
[0031]第二层的变异算子表示为如式(9)所示：
[0032][0033]式中，M
k
为柯西分布密度函数，同时变异的维数由轮盘赌的方式选择。
[0034]优选地，式(8)中，b＝5；rand为[0,1]间的随机数。
附图说明：
[0035]图1为本专利技术求解双层模型流程图；
[0036]图2为园区综合能源系统能量流图；
[0037]图3为双层博弈模型框架图；
[0038]图4为自适应的双变异粒子群迭代算法流程图。
具体实施方式
[0039]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种园区综合能源系统配置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A.建立以综合能源运营商IESO为领导者，单园区综合能源系统IES为跟随者的含主从博弈的双层优化调度模型，其中，运营商IESO和综合能源系统分别考虑其自身的经济效益，运营商IESO通过园区综合能源系统的功率制定电、气、热四种能源价格来保证自己的经济效益，园区综合能源系统通过自身新能源发电及从园区综合能源系统运营商购买能源，来提高自己的收益；步骤B.基于单园区综合能源系统IES，考虑碳交易成本模型和阶梯式碳交易机制和电转气P2G及碳捕集、封存及再利用技术CCUS进行碳减排；以园区综合能源系统IES和园区综合能源系统运营商IESO各自的收益函数最大为目标函数构建主从博弈双层低碳调度模型；建立园区综合能源系统运营商IESO的上层模型，上层领导者的目标函数为最大经济收益，其中收益主要来源于与电网和IES之间的购/售能收益；根据下层跟随者的运行方案和购/售能信息，制定能源交易价格；IESO经济收益最大化的利润函数，即目标函数被表示为如式(1)
‑
(2)所示：(2)所示：式中，F
IESO
、分别为IESO总收益、电交易收益、售气收益和购热成本；为t时刻IESO向IES购电/售电功率、售气功率和购热功率；为t时刻IESO从IES购电、售电、售气和购热价格；与为t时刻配电网向运营商售电的优惠电价和上网电价；为t时刻IESO从天然气网的购气价格；上层领导者的约束条件包括能源交易价格的阈值约束；将IESO的电交易价格设置在上网电价与分时电价之间，具体约束条件如式(3)所示；式中，为分时电价，是配电网按照系统运行状况，将每个时段按照平均边际成本收取电费，作为售电价格的上限；为市场上天然气价格的上限；和分别为市场上
热能价格的上/下限。2.根据权利要求1所述的一种园区综合能源系统配置方法，其特征在于，所述步骤B给出园区综合能源系统低碳运行模型建模过程，总成本包括系统运行成本、机组建设及维护成本燃料成本、购电购气成本、碳交易成本、综合需求响应成本以及P2G设备成本，其目标函数的计算表达式如式(4)所示：式中，F
PIES
、分别为PIES总成本、运行成本、碳捕集成本、碳交易成本、综合需求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艳波，方哲，李嘉祺，司杨，李春来，梅生伟，陈来军，孙雪婷，张宁，田昊欣，陈晓弢，王德帅，杜钦涛，杨军，刘志慧，刘宇翔，吴适存，李晓雪，周万鹏，
申请(专利权)人：青海大学国网青海省电力公司，
类型：发明
国别省市：