一种基于主从博弈的电热联合供给策略优化方法与系统技术方案

本发明专利技术涉及综合能源系统优化运行技术领域，更具体的，涉及一种基于主从博弈的电热联合供给策略优化方法与系统。本发明专利技术通过构建以能源系统服务商效益最大化为目标的上层优化模型；构建以电、热能源的用户侧的消费者剩余最大为目标的下层优化模型；构建能源系统服务商与用户侧的主从博弈模型；对所构建的主从博弈模型进行求解，得出的结果即电、热能源的最优联合供给策略。本发明专利技术在保障能源系统服务商与用户侧的利益的前提下，能够适用于热电联供型能源系统的电、热能源联合供给策略制定，设备及负荷调度策略优化。备及负荷调度策略优化。备及负荷调度策略优化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于主从博弈的电热联合供给策略优化方法与系统


[0001]本专利技术属于综合能源系统优化运行
，更具体的，涉及一种基于主从博弈的电热联合供给策略优化方法与系统。

技术介绍

[0002]随着科学技术的进步与生产力的提高，能源系统已经成为居民正常生活以及企业生产发展中不可或缺的一部分，优秀的能源系统可实现多种能源的协调互补和供给优化，构建优化的多种能源供给策略可以有效地促进我国能源协调发展，有助于工业企业扩大生产规模，如何有效地构建多种能源的供给策略是未来能源系统发展的关键着眼点。
[0003]能源系统服务商与用户之间的良性互动被认为是能够有提升双方效益的方式。然而当前研究多围绕电能的供给策略展开，对于热能等其他能源的供给策略却鲜有涉及。因此，在用能需求日益多元化及能源系统耦合多种异质能源的水平日益提升的背景下，亟需一种电热联合供给策略优化方法。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种基于主从博弈的电热联合供给策略优化方法，使能源系统服务商与用户侧电、热负荷在主从博弈过程中，不断优化自身运行方案，最终实现最优电热联合供给策略的制定、各设备及用户侧电、热负荷运行方案的优化。
[0005]本专利技术提供一种基于主从博弈的电热联合供给策略优化方法，其具体步骤如下所示：
[0006]步骤1，基于能源系统中各设备的运行原理，构建以能源系统服务商效益最大化为目标的上层优化模型；
[0007]步骤2，构建以电、热能源的用户侧的消费者剩余最大为目标的下层优化模型；
[0008]步骤3，基于所述上层优化模型与下层优化模型，构建能源系统服务商与用户侧的主从博弈模型；
[0009]步骤4，对所构建的主从博弈模型进行求解，得出的结果即电、热能源的最优供给方案。
[0010]优选地，步骤1中所述上层优化模型的目标函数为：
[0011][0012]式中，表示第t时段，综合能源服务商向需求侧的售能收入，表示与电力市场的交互成本，当其大于0时表示向电力市场购电，否则表示向电力市场售电，表示设备运维成本，表示热电联产机组的燃料成本，E为上层综合能源服务的最大利用率。
[0013]优选地，步骤1中，所述上层优化模型的约束是:
[0014][0015]式中，为电储能在t时段的的荷电状态，和分别为电储能荷电状态的下限与上限，以kWh为单位；分别为电储能的充、放电功率，以kW为单位；η
bt.chr
、η
bt.dis
分别为电储能的充、放电效率；U为电储能的充放电二进制状态标志，取1时，两者分别表示充电、放电，取0时，分别表示不充电、不放电，电储能不得在同一时段内充放电；
[0016]为避免电储能频繁充放电导致运行寿命损伤，充放电频次约束，即：
[0017][0018]式中，NT为一个调度周期内所允许的最大充放电频次。
[0019]优选地，步骤2中，所述下层优化模型的目标函数为：
[0020][0021]式中，表示用户的福利值，表示用户购买电能和热能所获得的满意程度，通常是非递减且凸的，有二次型、对数型等几种形式，这里采用二次函数来表示：
[0022][0023]式中，v
e
、α
e
、v
h
、α
h
分别表示对消费电能和热能的偏好系数，可以反映出用户对能源的需求偏好并影响需求量的大小。
[0024]优选地，步骤2中，所述下层优化模型的约束为：
[0025][0026]式中，表示初始电负荷；表示可转移电负荷，以移入t时段的电负荷为正，移出t时段的电负荷为负，在一个调度周期内，总时移电负荷代数和为0，即需求响应前后的电负荷总量保持不变；μ
se
表示用户可转移电负荷占比的上限值；和分别表示初始热负荷和可转移热负荷，可转移热负荷可以根据用户的舒适度和供能充裕度进行一定比例的转
移；表示可转移热负荷，以移入t时段的热负荷为正，移出t时段的热负荷为负，在一个调度周期内，总时移热负荷代数和为0，即需求响应前后的热负荷总量保持不变；μ
sh
表示用户可转移电负荷占比的上限值。
[0027]优选地，步骤3中，所述综合能源服务商作为领导者，其策略集为各时段售电、售热价格，即：
[0028][0029]所述需求侧作为跟随者，其策略集为各时段电、热负荷参与需求响应的功率，即：
[0030][0031]优选地，步骤4中，对所构建的主从博弈模型进行求解，其具体步骤如下：
[0032]步骤(1)：输入能源系统中各设备初始数据，设定种群个体数目为N，最大迭代次数Itmax，每个个体x的维度为2T，x为所述综合能源服务商的售电和售热价格，T为调度周期内的时段数，初始迭代次数It＝0，停滞计数器α＝0,在约束范围内生成随机数以初始化x；
[0033]步骤(2)：计算个体的适应度值，即上层净收益，选出最优时的个体步骤(2)：计算个体的适应度值，即上层净收益，选出最优时的个体令初始记忆单元
[0034]步骤(3)：将作为传递参数，输入至所述下层优化模型，调用CPLEX求解器，获得需求侧经过需求响应后的各时段电、热负荷量；
[0035]步骤(4)：将步骤(3)所得电、热负荷量作为传递参数，输入至上层优化模型；
[0036]步骤(5)：对上层个体,分别执行N次变异操作，变异函数为：
[0037][0038]其中，F为偏差放大系数，
[0039]步骤(6)：将与交叉生成试验个体，交叉函数为；
[0040][0041]其中，C
R
为交叉因子，rand()为(0，1)范围内的随机数，t＝1，2，
…
，2T，rand()对每维分量采样一次，t
r
为{1，2，
…
，2T}内的随机自然数，若生成试验个体任意维数越限，则将该个体对应维数上的变量就近置于上下限，计算各试验个体的适应度值；
[0042]步骤(7)：对父代个体x
(It)
和试验个体z
(It)
执行贪婪选择，从而获得子代x
(It+1)
，计算每个个体对应的适应度值，获得子代最优个体
[0043]步骤(8)：若则否则否则
[0044]步骤(9)：若ε为正数，取值范围可根据实际情况进行确定，则令α＝α+1，否则α＝0；
[0045]步骤(10)：若全局最优个体连续3代进化停滞，则生成新个体，取代邻域
内的个体，同时将及其适应度信息清空后重置，令α＝0；
[0046]步骤(11)：令It＝It+1，若It＝Itmax，则优化终止，否则转步骤(3)。
[0047]本专利技术提供的一种基于主从博弈的电热联合供给策略优化系统，具体包括：
[0048]模型构建模块，用于构建上层优化模型、下层优化模型和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于主从博弈的电热联合供给策略优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，基于能源系统中各设备的运行原理，构建以能源系统服务商效益最大化为目标的上层优化模型；步骤2，构建以电、热能源的用户侧的消费者剩余最大为目标的下层优化模型；步骤3，基于所述上层优化模型与下层优化模型，构建能源系统服务商与用户侧的主从博弈模型；步骤4，对所构建的主从博弈模型进行求解，得出的结果即电、热能源的最优联合供给策略。2.如权利要求1所述的一种基于主从博弈的电热联合供给策略优化方法，其特征在于：步骤1中，所述上层优化模型的目标函数为：式中，表示第t时段，综合能源服务商向需求侧的售能收入，表示与电力市场的交互成本，当其大于0时表示向电力市场购电，否则表示向电力市场售电，表示设备运维成本，表示热电联产机组的燃料成本，E为上层综合能源服务的最大利用率。3.如权利要求1或2所述的一种基于主从博弈的电热联合供给策略优化方法，其特征在于：步骤1中，所述上层优化模型的约束是:式中，为电储能在t时段的的荷电状态，和分别为电储能荷电状态的下限与上限，以kWh为单位；分别为电储能的充、放电功率，以kW为单位；η
bt.chr
、η
bt.dis
分别为电储能的充、放电效率；U为电储能的充放电二进制状态标志，取1时，两者分别表示充电、放电，取0时，分别表示不充电、不放电，电储能不得在同一时段内充放电；为避免电储能频繁充放电导致运行寿命损伤，充放电频次约束，即：式中，NT为一个调度周期内所允许的最大充放电频次。4.如权利要求1所述的一种基于主从博弈的电热联合供给策略优化方法，其特征在于：步骤2中，所述下层优化模型的目标函数为：式中，表示用户的福利值，表示用户购买电能和热能所获得的满意程度，通常是非递减且凸的，有二次型、对数型等几种形式，这里采用二次函数来表示：
式中，v
e
、α
e
、v
h
、α
h
分别表示对消费电能和热能的偏好系数，可以反映出用户对能源的需求偏好并影响需求量的大小。5.如权利要求1或4所述的一种基于主从博弈的电热联合供给策略优化方法，其特征在于：步骤2中，所述下层优化模型的约束为：式中，表示初始电负荷；表示可转移电负荷，以移入t时段的电负荷为正，移出t时段的电负荷为负，在一个调度周期内，总时移电负荷代数和为0，即需求响应前后的电负荷总量保持不变；μ
se
表示用户可转移电负荷占比的上限值；和分别表示初始热负荷和可转移热负荷，可转移热负荷可以根据用户的舒适度和供能充裕度进行一定比例的转移；表示可转移热负荷，以移入t时段的热负荷为正，移出t时段的热负荷为负，在一个调度周期内，总时移热负荷代数和为0，即需求响应前后的热负荷总量保持不变；μ
sh
表示用户可转移电负荷占比的上限值。6.如权利要求1所述的一种基于主从博弈的电热联合供给策略优化方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓栋，吴锡斌，费科，王彦虹，沙宇晨，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司，
类型：发明
国别省市：