(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110991928 A(43)申请公布日 2020.04.10
(21)申请号 201911307582.7(22)申请日 2019.12.18
(71)申请人 华北电力大学
地址 102200 北京市昌平区北农路2号(72)发明人 刘念 潘明夷
(74)专利代理机构 北京高沃律师事务所 11569
代理人 韩雪梅(51)Int.Cl.
G06Q 10/06(2012.01)G06Q 50/06(2012.01)G06Q 50/26(2012.01)
权利要求书3页 说明书10页 附图3页
(54)发明名称
一种多微能源网的综合能源系统能量管理方法及系统(57)摘要
本发明公开了一种多微能源网的综合能源系统能量管理方法及系统。所述方法首先获取综合能源系统中各微网的运行参数；根据所述运行参数建立合作模式以及独立模式下联盟的运行成本模型，并进一步建立效用函数；通过优化模型参数使效用函数达到最大，得到优化后的参数；根据优化后的参数控制联盟中各微网的运行；并根据效用函数分配联盟中各微网所得收益。所述方法结合用户侧的电热需求响应，综合考虑用户舒适度、优化成本等因素，构建了多微能源网综合能源系统中由各微网构成的合作博弈模型，在实现收益最大化的同时，采用shapley值法根据各个成员的贡献度对收益进行分配，有效地提高联盟内各个成员的收益，保证了分配的公平性，降低了系统的运行成本。
CN 110991928 ACN 110991928 A
权 利 要 求 书
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1.一种多微能源网的综合能源系统能量管理方法，其特征在于，所述方法包括：获取所述综合能源系统中各微网的运行参数；所述综合能源系统中包括多个微网；所述综合能源系统中所有微网的集合为η＝{1,2,...,i,...,M}，其中i表示所述综合能源系统中的第i个微网，M为所述综合能源系统中的微网数量；各所述微网中均具有热电联产CHP微燃机组和热储能装置；所述微网的运行参数包括所述微网中CHP微燃机组的燃料成本、CHP的发热功率、CHP的发电功率、所述微网与大电网交互的成本或收益、所述微网的用电效用参数、所述微网的用户用电量、所述微网的用热效用参数、所述微网的用户用热量、所述微网的成本系数、所述微网的期望交换电功率以及所述微网的期望交换热功率；
根据所述微网的运行参数建立合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)；所述联盟τ为所述集合η的一个子集，τ∈η；
根据所述微网的运行参数建立独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)；根据所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)以及所述独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)建立效用函数v(τ)；
优化所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)中的参数，使所述效用函数v(τ)达到最大，得到优化后的参数；
根据所述优化后的参数控制所述联盟τ中各所述微网的运行；根据所述效用函数v(τ)分配所述联盟τ中各所述微网所得收益。2.根据权利要求1所述的综合能源系统能量管理方法，其特征在于，所述根据所述微网的运行参数建立合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)，具体包括：
根据所述微网的运行参数，建立合作模式下联盟τ的运行成本模型
其中Cc(τ)为合作模式下联盟τ中所有微网的总运行成本；所述联盟τ中的第n个微网称为微网n；n＝1,2,...,N，N为联盟τ中微网的总数量；Cchp,n为微网n中CHP微燃机组的燃料成本；Phchp,n为微网n中CHP的发热功率；Pechp,n为微网n中CHP的发电功率；Cgrid,n为微网n与大电网交互的成本或收益；kn为微网n的用电效用参数；xn为微网n的用户用电量；Ln(1+xn)表示(1+xn)的对数函数；αn为微网n的用热效用参数；hn为微网n的用户用热量；Ln(1+hn)表示(1+hn)的对数函数；α表示微网的成本系数；
表示微网n的期望交换电功率；
表示微网n
的期望交换热功率。
3.根据权利要求2所述的综合能源系统能量管理方法，其特征在于，所述根据所述微网的运行参数建立独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)，具体包括：
根据所述微网的运行参数，建立独立模式下联盟τ的运行成本模型
其中Ci(τ)
为独立模式下联盟τ中所有微网的总运行成本。
4.根据权利要求3所述的综合能源系统能量管理方法，其特征在于，所述根据所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)以及所述独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)建立效
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权 利 要 求 书
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用函数v(τ)，具体包括：
根据所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)以及所述独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)建立效用函数v(τ)＝Ci(τ)-min Cc(τ),
5.根据权利要求4所述的综合能源系统能量管理方法，其特征在于，所述优化所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)中的参数，使所述效用函数v(τ)达到最大，得到优化后的参数，具体包括：
优化所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)中各微网n的CHP发热功率Phchp,n、CHP发电功率Pechp,n、与大电网交互的电量、用户用电量xn、用户用热量hn、期望交换电功率以及期望交换热功率
使所述效用函数v(τ)＝Ci(τ)-min Cc(τ),
达到最大，得
到优化后的参数；所述优化后的参数包括优化后的CHP发热功率、优化后的CHP发电功率、优化后微网与大电网交互的电量、优化后的用户用电量、优化后的用户用热量、优化后的期望交换电量以及优化后的期望交换热量。
6.根据权利要求5所述的综合能源系统能量管理方法，其特征在于，所述根据所述效用函数v(τ)分配所述联盟τ中各所述微网所得收益，具体包括：
根据所述效用函数v(τ)，采用公式
n∈τ
确定所述联盟τ中的微网n所得收益φn(v)；其中联盟S为所述联盟τ中所有包含微网n的子集；W(|S|)为所述联盟S出现的概率；v(S)为所述联盟S中所有微网的效用函数；v(S-n)为所述联盟S中除微网n以外的所有微网的效用函数；
根据所述微网n所得收益φn(v)分配所述联盟τ中各所述微网所得收益。7.一种多微能源网的综合能源系统能量管理系统，其特征在于，所述系统包括：微网运行参数获取模块，用于获取所述综合能源系统中各微网的运行参数；所述综合能源系统中包括多个微网；所述综合能源系统中所有微网的集合为η＝{1,2,...,i,...,M}，其中i表示所述综合能源系统中的第i个微网，M为所述综合能源系统中的微网数量；各所述微网中均具有热电联产CHP微燃机组和热储能装置；所述微网的运行参数包括所述微网中CHP微燃机组的燃料成本、CHP的发热功率、CHP的发电功率、所述微网与大电网交互的成本或收益、所述微网的用电效用参数、所述微网的用户用电量、所述微网的用热效用参数、所述微网的用户用热量、所述微网的成本系数、所述微网的期望交换电功率以及所述微网的期望交换热功率；
合作模式下的运行成本模型建立模块，用于根据所述微网的运行参数建立合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)；所述联盟τ为所述集合η的一个子集，τ∈η；
独立模式下的运行成本模型建立模块，用于根据所述微网的运行参数建立独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)；
效用函数建立模块，用于根据所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)以及所述独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)建立效用函数v(τ)；
参数优化模块，用于优化所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)中的参数，使所述效用函数v(τ)达到最大，得到优化后的参数；
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权 利 要 求 书
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微网运行管理模块，用于根据所述优化后的参数控制所述联盟τ中各所述微网的运行；微网收益分配模块，用于根据所述效用函数v(τ)分配所述联盟τ中各所述微网所得收益。
8.根据权利要求7所述的综合能源系统能量管理系统，其特征在于，所述合作模式下的运行成本模型建立模块具体包括：
合作模式下的运行成本模型建立单元，用于根据所述微网的运行参数，建立合作模式下联盟τ的运行成本模型
其中Cc(τ)为合作模式下联盟τ中所有微网的总运行成本；所述联盟τ中的第n个微网称为微网n；n＝1,2,...,N，N为联盟τ中微网的总数量；Cchp,n为微网n中CHP微燃机组的燃料成本；Phchp,n为微网n中CHP的发热功率；Pechp,n为微网n中CHP的发电功率；Cgrid,n为微网n与大电网交互的成本或收益；kn为微网n的用电效用参数；xn为微网n的用户用电量；Ln(1+xn)表示(1+xn)的对数函数；αhn为微网n的用户用热量；Ln(1+hn)表示(1+hn)n为微网n的用热效用参数；的对数函数；α表示微网的成本系数；
表示微网n的期望交换电功率；
表示微网n的
期望交换热功率。
9.根据权利要求8所述的综合能源系统能量管理系统，其特征在于，所述独立模式下的运行成本模型建立模块具体包括：
独立模式下的运行成本模型建立单元，用于根据所述微网的运行参数，建立独立模式下联盟τ的运行成本模型
其中Ci(τ)为独立模式下联盟τ中所有微网的总运行成本。10.根据权利要求9所述的综合能源系统能量管理系统，其特征在于，所述效用函数建立模块具体包括：
效用函数建立单元，用于根据所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)以及所述独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)建立效用函数v(τ)＝Ci(τ)-min Cc(τ),
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说 明 书
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一种多微能源网的综合能源系统能量管理方法及系统
技术领域
[0001]本发明涉及综合能源系统的能量管理技术领域，特别是涉及一种多微能源网的综合能源系统能量管理方法及系统。
背景技术
[0002]作为经济社会持续发展的支柱产业，能源产业不仅是人类生存、生活得以发展和提高的重要物质基础，也关系到国民经济命脉和人类社会的福祉。但与此同时，人类的大规模开采和利用，使得以传统化石能源为核心的能源消费体系给地球环境造成了日益严重且无法逆转的破坏。在此背景下，综合能源系统应运而生，其有助于可持续能源规模化开发，有助于传统一次能源利用效率提升，有助于实现社会能源可持续发展。因此，综合能源系统将成为未来能源领域研究发展的重要方向之一。
[0003]目前对包含热电联产和可再生能源的综合能源系统研究，国内外学者已取得一定成果。然而随着能源互联网中参与决策的主体规模急剧增加，同时，各决策主体之间存在相互博弈特性，由于各决策主体均有自身不同的独立特性，且分属不同的利益主体，如何协调能源互联网中各决策主体，从而平衡和优化有关各方利益是一项亟待解决的问题。发明内容
[0004]本发明的目的是提供一种多微能源网的综合能源系统能量管理方法及系统，以在实现综合能源系统内各微网收益最大化的同时保证收益分配的公平性，降低系统的运行成本。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0006]一种多微能源网的综合能源系统能量管理方法，所述方法包括：[0007]获取所述综合能源系统中各微网的运行参数；所述综合能源系统中包括多个微网；所述综合能源系统中所有微网的集合为η＝{1,2,...,i,...,M}，其中i表示所述综合能源系统中的第i个微网，M为所述综合能源系统中的微网数量；各所述微网中均具有热电联产CHP微燃机组和热储能装置；所述微网的运行参数包括所述微网中CHP微燃机组的燃料成本、CHP的发热功率、CHP的发电功率、所述微网与大电网交互的成本或收益、所述微网的用电效用参数、所述微网的用户用电量、所述微网的用热效用参数、所述微网的用户用热量、所述微网的成本系数、所述微网的期望交换电功率以及所述微网的期望交换热功率；[0008]根据所述微网的运行参数建立合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)；所述联盟τ为所述集合η的一个子集，τ∈η；
[0009]根据所述微网的运行参数建立独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)；[0010]根据所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)以及所述独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)建立效用函数v(τ)；[0011]优化所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)中的参数，使所述效用函数v(τ)达到最大，得到优化后的参数；
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说 明 书
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根据所述优化后的参数控制所述联盟τ中各所述微网的运行；
[0013]根据所述效用函数v(τ)分配所述联盟τ中各所述微网所得收益。[0014]可选的，所述根据所述微网的运行参数建立合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)，具体包括：
[0015]根据所述微网的运行参数，建立合作模式下联盟τ的运行成本模型
其中Cc(τ)
为合作模式下联盟τ中所有微网的总运行成本；所述联盟τ中的第n个微网称为微网n；n＝1,2,...,N，N为联盟τ中微网的总数量；Cchp,n为微网n中CHP微燃机组的燃料成本；Phchp,n为微网n中CHP的发热功率；Pechp,n为微网n中CHP的发电功率；Cgrid,n为微网n与大电网交互的成本或收益；kn为微网n的用电效用参数；xn为微网n的用户用电量；Ln(1+xn)表示(1+xn)的对数函数；αhn为微网n的用户用热量；Ln(1+hn)表示(1+hn)的对数函数；αn为微网n的用热效用参数；表示微网的成本系数；率。
[0016]
表示微网n的期望交换电功率；表示微网n的期望交换热功
可选的，所述根据所述微网的运行参数建立独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)，具体包括：
[0017]根据所述微网的运行参数，建立独立模式下联盟τ的运行成本模型
其中Ci(τ)
为独立模式下联盟τ中所有微网的总运行成本。[0018]可选的，所述根据所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)以及所述独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)建立效用函数v(τ)，具体包括：[0019]根据所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)以及所述独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)建立效用函数v(τ)＝Ci(τ)-minCc(τ),
可选的，所述优化所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)中的参数，使所述效用函数v(τ)达到最大，得到优化后的参数，具体包括：[0021]优化所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)中各微网n的CHP发热功率Phchp,n、CHP发电功率Pechp,n、与大电网交互的电量、用户用电量xn、用户用热量hn、期望交换电功率
以及期望交换热功率
使所述效用函数v(τ)＝Ci(τ)-minCc(τ),
达到
[0020]
最大，得到优化后的参数；所述优化后的参数包括优化后的CHP发热功率、优化后的CHP发电功率、优化后微网与大电网交互的电量、优化后的用户用电量、优化后的用户用热量、优化后的期望交换电量以及优化后的期望交换热量。[0022]可选的，所述根据所述效用函数v(τ)分配所述联盟τ中各所述微网所得收益，具体包括：
[0023]
根据所述效用函数v(τ)，采用公式n∈τ确定
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所述联盟τ中的微网n所得收益φn(v)；其中联盟S为所述联盟τ中所有包含微网n的子集；W(|S|)为所述联盟S出现的概率；v(S)为所述联盟S中所有微网的效用函数；v(S-n)为所述联盟S中除微网n以外的所有微网的效用函数；
[0024]根据所述微网n所得收益φn(v)分配所述联盟τ中各所述微网所得收益。[0025]一种多微能源网的综合能源系统能量管理系统，所述系统包括：[0026]微网运行参数获取模块，用于获取所述综合能源系统中各微网的运行参数；所述综合能源系统中包括多个微网；所述综合能源系统中所有微网的集合为η＝{1,2,...,i,...,M}，其中i表示所述综合能源系统中的第i个微网，M为所述综合能源系统中的微网数量；各所述微网中均具有热电联产CHP微燃机组和热储能装置；所述微网的运行参数包括所述微网中CHP微燃机组的燃料成本、CHP的发热功率、CHP的发电功率、所述微网与大电网交互的成本或收益、所述微网的用电效用参数、所述微网的用户用电量、所述微网的用热效用参数、所述微网的用户用热量、所述微网的成本系数、所述微网的期望交换电功率以及所述微网的期望交换热功率；
[0027]合作模式下的运行成本模型建立模块，用于根据所述微网的运行参数建立合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)；所述联盟τ为所述集合η的一个子集，τ∈η；[0028]独立模式下的运行成本模型建立模块，用于根据所述微网的运行参数建立独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)；[0029]效用函数建立模块，用于根据所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)以及所述独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)建立效用函数v(τ)；[0030]参数优化模块，用于优化所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)中的参数，使所述效用函数v(τ)达到最大，得到优化后的参数；[0031]微网运行管理模块，用于根据所述优化后的参数控制所述联盟τ中各所述微网的运行；
[0032]微网收益分配模块，用于根据所述效用函数v(τ)分配所述联盟τ中各所述微网所得收益。
[0033]可选的，所述合作模式下的运行成本模型建立模块具体包括：[0034]合作模式下的运行成本模型建立单元，用于根据所述微网的运行参数，建立合作模式下联盟τ的运行成本模型
其中Cc(τ)为合作模式下联盟τ中所有微网的总运行成本；所述联盟τ中的第n个微网称为微网n；n＝1,2,...,N，N为联盟τ中微网的总数量；Cchp,n为微网n中CHP微燃机组的燃料成本；Phchp,n为微网n中CHP的发热功率；Pechp,n为微网n中CHP的发电功率；Cgrid,n为微网n与大电网交互的成本或收益；kn为微网n的用电效用参数；xn为微网n的用户用电量；Ln(1+xn)表示(1+xn)的对数函数；αhn为微网n的用户用热量；Ln(1+hn)表示(1+hn)n为微网n的用热效用参数；的对数函数；α表示微网的成本系数；
表示微网n的期望交换电功率；
表示微网n的
期望交换热功率。[0035]可选的，所述独立模式下的运行成本模型建立模块具体包括：
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独立模式下的运行成本模型建立单元，用于根据所述微网的运行参数，建立独立模式下
联盟τ的运行成本模型
其中Ci(τ)为独立模式下联盟τ中所有微网的总运行成本。
[0037]可选的，所述效用函数建立模块具体包括：[0038]效用函数建立单元，用于根据所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)以及所述独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)建立效用函数v(τ)＝Ci(τ)-minCc(τ),
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0040]本发明提供一种多微能源网的综合能源系统能量管理方法及系统，所述方法首先获取综合能源系统中各微网的运行参数；根据所述微网的运行参数建立合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)以及独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)；并根据所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)以及所述独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)建立效用函数v(τ)；优化所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)中的参数，使所述效用函数v(τ)达到最大，得到优化后的参数；根据所述优化后的参数控制所述联盟τ中各所述微网的运行；根据所述效用函数v(τ)分配所述联盟τ中各所述微网所得收益。所述方法结合用户侧的电热需求响应，综合考虑用户舒适度、优化成本等因素，构建了多微能源网综合能源系统中由各成员(微网)构成的合作博弈模型，在实现收益最大化的同时，采用shapley值法根据各个成员的贡献度对收益进行分配，有效地提高联盟内各个成员的收益，保证了分配的公平性，降低了综合能源系统的运行成本。
附图说明
[0041]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]图1为本发明提供的多微能源网的综合能源系统能量管理方法的流程图；[0043]图2为本发明提供的多微能源网的综合能源系统能量管理方法的原理图；[0044]图3为本发明提供的多微能源网的综合能源系统的组成框架图；
[0045]图4为本发明提供的多微能源网的综合能源系统能量管理系统的结构图。具体实施方式
[0046]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047]本发明的目的是提供一种多微能源网的综合能源系统能量管理方法及系统，以在实现综合能源系统内各微网收益最大化的同时保证收益分配的公平性，降低系统的运行成本。
[0048]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实
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[0039]
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施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0049]图1为本发明提供的多微能源网的综合能源系统能量管理方法的流程图。图2为本发明提供的多微能源网的综合能源系统能量管理方法的原理图。参见图1和图2，本发明提供的多微能源网的综合能源系统能量管理方法具体包括：[0050]步骤101：获取所述综合能源系统中各微网的运行参数。
[0051]本发明含多微能源网(简称微网)的综合能源系统的具体框架如图3所示。所述综合能源系统中包括多个微网。在系统中，各微网同时拥有热电联产微燃机组和热储能装置，承担起系统电能和热能的能源供应角色。微网中各用户均具有一定比例的可控负荷，具备需求响应能力。用户侧分布式可再生能源发电单元多以光伏发电为主，因此各用户均装有光伏发电装置。所有的微网用户通过运营商实现综合能源系统内部各微网用户之间的信息交互以及能量共享。运营商侧通常装有能量管理系统(user energy management systems，UEMS)，用于决策每个调度周期内CHP(combined heat and power，热电联产)的发电量、供热量及TES(Thermal energy storage system，热储能系统)的储热、放热功率，用户的用电量、耗热量以及与其他互联微网的电热交换量，实现综合能源系统的优化调度。[0052]所述综合能源系统中所有微网的集合为η＝{1,2,...,i,...,M}，其中i表示所述综合能源系统中的第i个微网，M为所述综合能源系统中的微网数量。各所述微网中均具有热电联产CHP微燃机组和热储能装置。所述微网的运行参数包括所述微网中CHP微燃机组的燃料成本、CHP的发热功率、CHP的发电功率、所述微网与大电网交互的成本或收益、所述微网的用电效用参数、所述微网的用户用电量、所述微网的用热效用参数、所述微网的用户用热量、所述微网的成本系数、所述微网的期望交换电功率以及所述微网的期望交换热功率。[0053]步骤102：根据所述微网的运行参数建立合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)。[0054]系统内各微网之间的能量流动机制分为合作模式与独立模式。当其运行于独立模式时，系统内各用户优先考虑最大化消纳自身光伏发电量。当光伏不足时，与电网进行电能交互以满足自身的电力负荷需求；当光伏过剩时，可将多余电能返送至大电网。在热需求方面，每个用户只能利用所处微网内的CHP或热储能装置供热。[0055]除了依靠大电网，微网之间还可以形成合作联盟实现能量共享。在系统供电方面，各用户都优先考虑最大化消纳自身光伏发电量。当光伏不足时，可由CHP供电、向大电网购电或与其他微网交换电能；当光伏过剩时，可将多余的电能送至其他微网或售给大电网。在供热方面，用户的热能需求通过CHP系统协同热储能装置以及与其他微网的热能共享实现。当CHP提供的热能不足时，可由其他微网供热或储热装置放热满足；当CHP提供的热能过剩时，可将多余的热能送至其他微网或由储热装置存储。[0056]合作博弈是指一些参与者以同盟、合作的方式进行的博弈，合作之所以能够增进双方的利益，就是因为合作博弈能够产生一种合作剩余。本发明将所述综合能源系统中所有微网的集合η＝{1,2,...,i,...,M}作为博弈者集合。一般来说，合作博弈包括博弈者集合η＝{1,2,...,i,...,M}，其中i∈η代表博弈者i(即微网i)，M为所述综合能源系统中的微网数量。τ表示集合η的一个子集，即τ∈η，τ代表M个博弈者中一个可能的联盟。联盟τ＝{1,2,...,n,...,N}，其中n∈τ代表所述联盟τ中的第n个微网，称为微网n；N为联盟τ中微网的总数量。定义
为该博弈的特征函数，其中
表示实数集合，v:2M表示博弈者
存在2M种可能的合作方式。特征函数v给出任一联盟τ所能获得的最大总效用v(τ)。
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合作模式下，联盟τ的运行成本模型为：
[0058]
其中Cc(τ)为合作模式下联盟τ中所有微网的总运行成本。所述联盟τ中的第n个微
网称为微网n；n＝1,2,...,N，N为联盟τ中微网的总数量。Cn为合作模式下微网n的运行成本。式中，kn为用电效用参数，其值根据用户在各时间段内的用电习惯进行调整；xn为用户的用电量；α其值根据用户的用热特点进行调整；hn为用户的用热量；n为用热效用参数，微网n的期望交换电功率；
为
[0059]
为微网n的期望交换热功率。Cchp,n、Pechp，Phchp,n分别指CHPn、
微燃机的燃料成本、发电功率、发热功率；Cgrid表示与大电网交互的成本/收益；Ln表示对数函数；α表示成本系数。[0060]具体的，Cchp,n为微网n中CHP微燃机组的燃料成本；Phchp,n为微网n中CHP的发热功率；Pechp,n为微网n中CHP的发电功率。Cgrid,n为微网n与大电网交互的成本或收益。kn为微网n的用电效用参数，其值根据用户在各时间段内的用电习惯进行调整。xn为微网n的用户用电量；Ln(1+xn)表示(1+xn)的对数函数。αhn为微网n的用户用热量；n为微网n的用热效用参数；Ln(1+hn)表示(1+hn)的对数函数。α表示微网的成本系数；率；
[0061][0062]
表示微网n的期望交换电功
表示微网n的期望交换热功率。
所述合作模式下联盟τ的运行成本模型(1)中包含如下部分：1)CHP的发电成本
4)用热效用
2)与大电网交互的成本/收益
5)电过网费
6)热
3)用电效用过网费
[0063][0064][0065]
其中微燃机机组的运行费用主要为燃气成本，其燃料成本与机组的出力关系为：
式中，Cchp为微燃机的燃料成本；pCH4为天然气价格；ηLHVNGchp为微燃机的发电效率；为天然气低热值；Pechp为微燃机发电功率，Δt为时间段长度。
[0066]微网与大电网交互的电力费用(成本/收益)Cgrid可表示为：
[0067]
[0068]
式中，xgrid是微网中用户与电网交互的电量，当xgrid≥0，用户向大电网购电；当
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xgrid＜0，多余电量上网；Pb是从大电网的购电电价；Ps是向大电网的售电电价。[0069]在合作模式下，各微网之间交换电功率、热功率，由于大电网的购电电价一般高于上网电价，因此各微网之间倾向于进行合作，以降低系统总运行成本。[0070]步骤103：根据所述微网的运行参数建立独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)。[0071]独立模式下，联盟τ的运行成本模型Ci(τ)为：
[0072]
其中Ci(τ)为独立模式下联盟τ中所有微网的总运行成本。Cchp,n为微网n中CHP微燃机组的燃料成本；Phchp,n为微网n中CHP的发热功率；Pechp,n为微网n中CHP的发电功率。Cgrid,n为微网n与大电网交互的成本或收益。kn为微网n的用电效用参数，其值根据用户在各时间段内的用电习惯进行调整。xn为微网n的用户用电量；Ln(1+xn)表示(1+xn)的对数函数。αn为微网n的用热效用参数；hn为微网n的用户用热量；Ln(1+hn)表示(1+hn)的对数函数。[0074]步骤104：根据所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)以及所述独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)建立效用函数v(τ)。[0075]根据所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)建立综合能源系统的优化目标函数：
[0076]
[0073]
所述优化目标函数(5)表示通过优化式(5)中各微网chp发电量、chp产热量、与电
网交易电量、用户实际的用电量、耗热量、储热装置的充放电功率变量、期望交换电量、期望交换热量，在满足系统电能及热能需求的基础上使联盟τ的总运行成本最低。[0078]集合η中的各微网可形成任意联盟τ。相比独立模式，合作模式下联盟τ将降低成本，则效用函数v(τ)可定义为：
[0079][0080]
[0077]
式中，Ci(τ)是独立模式下综合能源系统联盟τ中各微网的总运行成本；Cc(τ)是合作模式下联盟τ中各微网的总运行成本。特征函数v(τ)表示的是联盟τ中参与者通过合作所带来的效益，在本发明中即合作模式相较于独立模式下降低的成本。[0081]步骤105：优化所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)中的参数，使所述效用函数v(τ)达到最大，得到优化后的参数。
[0082]以所述优化目标函数(5)为优化目标，优化所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)中各微网n的CHP发热功率Phchp,n、CHP发电功率Pechp,n、与大电网交互的电量、用户用电量xn、用户用热量hn、期望交换电功率
以及期望交换热功率
使合作模式下联盟τ的
达到最大，以得
运行成本Cc(τ)最小，从而使所述效用函数v(τ)＝Ci(τ)-minCc(τ),
到优化后的参数。所述优化后的参数包括优化后的CHP发热功率、优化后的CHP发电功率、优化后微网与大电网交互的电量、优化后的用户用电量、优化后的用户用热量、优化后的期望交换电量以及优化后的期望交换热量。[0083]步骤106：根据所述优化后的参数控制所述联盟τ中各所述微网的运行。
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控制所述联盟τ中的各微网n按照所述优化后的参数运行，即可保证联盟τ收益最
大化。
[0085]
步骤107：根据所述效用函数v(τ)分配所述联盟τ中各所述微网所得收益。
[0086]本发明通过优化合作模式下联盟τ的运行成本Cc(τ)，使所有N个个体的合作产生最大的效益，进一步需要研究各成员达成合作时如何分配收益，收益求解的经典方法有核心法、夏普利(Shapley)值法等。其中夏普利值法在求解多个个体合作收益分配问题中应用最广泛。当N个个体合作从事某项活动、个体之间的利益没有冲突时，合作中个体数的增加不会降低效益。对步骤105中得到的效用v(τ)，即合作模式相较于独立模式带来的收益v(τ)进行分配，最终可以得到各个成员分配所得收益，即φn(v)。[0087]在N个成员的合作中，各个成员n分配所得收益为φn(v)。博弈(M,v)的Shapley值将联盟τ的得益v(τ)按下式进行分摊：
[0088][0089][0090]
其中：
式中，φn(v)表示所述联盟τ中的微网n所得收益。S表示集合τ中所有包含第n个微网的子集；v(S)为所述联盟S中所有微网的效用函数；v(S-n)为所述联盟S中除微网n以外的所有微网的效用函数。[v(S)-v(S-n)]为第n个微网对联盟S的边际贡献。W(S)为所述联盟S出现的概率；|S|表示子集S中包含的微网个数。微网n在联盟S中的边际贡献的期望得益就是夏普利值。
[0092]根据所述微网n所得收益φn(v)分配所述联盟τ中各所述微网所得收益。[0093]本发明采用shapley值法根据各个成员的贡献度对收益进行分配，可有效地提高联盟τ内各个成员n的收益，保证了分配的公平性，有利于实现多微能源网的低成本运营。[0094]本发明确定了综合能源系统内多微网之间的能源流动机制，建立了含CHP及光伏用户的多微能源网综合能源系统合作博弈优化模型(6)，其中CHP可灵活地运行于以热定电或以电定热模式。本发明方法以最大化联盟收益为目标，采用Shapley值法根据各个成员的贡献度对收益进行分配，在实现收益最大化的同时保证了分配的公平性，可有效提高联盟内各个成员的收益，降低系统运营成本。
[0095]基于本发明提供的一种多微能源网的综合能源系统能量方法，本发明还提供一种多微能源网的综合能源系统能量管理系统。参见图4，所述系统包括：[0096]微网运行参数获取模块401，用于获取所述综合能源系统中各微网的运行参数；所述综合能源系统中包括多个微网；所述综合能源系统中所有微网的集合为η＝{1,2,...,i,...,M}，其中i表示所述综合能源系统中的第i个微网，M为所述综合能源系统中的微网数量；各所述微网中均具有热电联产CHP微燃机组和热储能装置；所述微网的运行参数包括所述微网中CHP微燃机组的燃料成本、CHP的发热功率、CHP的发电功率、所述微网与大电网交互的成本或收益、所述微网的用电效用参数、所述微网的用户用电量、所述微网的用热效用
[0091]
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参数、所述微网的用户用热量、所述微网的成本系数、所述微网的期望交换电功率以及所述微网的期望交换热功率；
[0097]合作模式下的运行成本模型建立模块402，用于根据所述微网的运行参数建立合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)；所述联盟τ为所述集合η的一个子集，τ∈η；[0098]独立模式下的运行成本模型建立模块403，用于根据所述微网的运行参数建立独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)；[0099]效用函数建立模块404，用于根据所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)以及所述独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)建立效用函数v(τ)；[0100]参数优化模块405，用于优化所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)中的参数，使所述效用函数v(τ)达到最大，得到优化后的参数；[0101]微网运行管理模块406，用于根据所述优化后的参数控制所述联盟τ中各所述微网的运行；
[0102]微网收益分配模块407，用于根据所述效用函数v(τ)分配所述联盟τ中各所述微网所得收益。[0103]其中，所述合作模式下的运行成本模型建立模块402具体包括：[0104]合作模式下的运行成本模型建立单元，用于根据所述微网的运行参数，建立合作模式下联盟τ的运行成本模型
其中Cc(τ)为合作模式下联盟τ中所有微网的总运行成本；所述联盟τ中的第n个微网称为微网n；n＝1,2,...,N，N为联盟τ中微网的总数量；Cchp,n为微网n中CHP微燃机组的燃料成本；Phchp,n为微网n中CHP的发热功率；Pechp,n为微网n中CHP的发电功率；Cgrid,n为微网n与大电网交互的成本或收益；kn为微网n的用电效用参数；xn为微网n的用户用电量；Ln(1+xn)表示(1+xn)的对数函数；αhn为微网n的用户用热量；Ln(1+hn)表示(1+hn)n为微网n的用热效用参数；的对数函数；α表示微网的成本系数；
表示微网n的期望交换电功率；
表示微网n的
期望交换热功率。
[0105]所述独立模式下的运行成本模型建立模块403具体包括：[0106]独立模式下的运行成本模型建立单元，用于根据所述微网的运行参数，建立独立模式下联盟τ的运行成本模型
其中Ci(τ)为独立模式下联盟τ中所有微网的总运行成本。[0107]所述效用函数建立模块404具体包括：[0108]效用函数建立单元，用于根据所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)以及所述独立模式下联盟τ的运行成本模型Ci(τ)建立效用函数v(τ)＝Ci(τ)-minCc(τ),
所述参数优化模块405具体包括：[0110]参数优化单元，运营优化所述合作模式下联盟τ的运行成本模型Cc(τ)中各微网n的CHP发热功率Phchp,n、CHP发电功率Pechp,n、与大电网交互的电量、用户用电量xn、用户用热量hn、期望交换电功率
以及期望交换热功率
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[0109]
使所述效用函数v(τ)＝Ci(τ)-minCc
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(τ),达到最大，得到优化后的参数；所述优化后的参数包括优化后的CHP发热功率、
优化后的CHP发电功率、优化后微网与大电网交互的电量、优化后的用户用电量、优化后的用户用热量、优化后的期望交换电量以及优化后的期望交换热量。[0111]所述微网收益分配模块407具体包括：
[0112]
收益计算单元，运营根据所述效用函数v(τ)，采用公式
n∈τ确定所述联盟τ中的微网n所得收益φn(v)；其中联盟S为所述联盟τ中所有包含微网n
的子集；W(|S|)为所述联盟S出现的概率；v(S)为所述联盟S中所有微网的效用函数；v(S-n)为所述联盟S中除微网n以外的所有微网的效用函数；[0113]收益分配单元，运营根据所述微网n所得收益φn(v)分配所述联盟τ中各所述微网所得收益。
[0114]随着能源结构转型，综合能源系统的快速发展，多能源的开放互联和能量自由传输使得各种参与者和大量用户开放进入，在实现能源资源的优化配置同时，系统中参与决策的主体规模相比传统电网急剧增加。各决策主体之间存在的相互博弈特性以及分属于不同的利益主体，导致多主体的混合能量管理存在困难。因此研究如何协调能源互联网中各决策主体，从而平衡和优化有关各方利益的综合能源系统能量管理方法十分必要。本发明提供的一种多微能源网的综合能源系统能量方法及系统综合考虑用户舒适度、优化成本等因素，构建了综合能源系统中由各成员(微网)构成的合作博弈模型(5)，为协调综合能源系统中各决策主体从而平衡和优化各方利益提供了一个新的思路。此外，本发明以联盟收益最大化为目标，利用shapley值法根据联盟内各成员的贡献度对收益进行分配，在实现联盟内各成员收益最大化的同时保证了收益分配的公平性，有利于降低系统的运行成本。[0115]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0116]本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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