[发明专利]含共享储能系统的微能源网群优化运行及成本分配方法

权利要求书

1.一种含共享储能系统的微能源网群优化运行及成本分配方法，包括以下步骤：

S1、搭建系统架构，所述系统架构包括含共享储能系统的微能源网群架构、各微能源网的架构以及共享储能系统的架构；

所述系统架构的搭建方法为：

S11、搭建含共享储能系统的微能源网群架构

各微能源网通过变压器和联络线接入外部电网，通过天然气管网接入燃气公司，并通过电力线路和热力传输管道接入共享储能系统，各微能源网向外部电网购/售电能，向燃气公司购置天然气，向共享储能系统存/取电能和热能，以及通过共享储能系统内的直流母线和热母线实现与其他微能源网之间电能和热能的交互；

S12、搭建各微能源网的架构

微能源网内部包含电、热、冷、气四种形式的能源，其包括电母线、热母线和冷母线，各微能源网内含有分布式可再生能源，用户负荷包括电负荷、热负荷和冷负荷，微能源网内的多能协同设备分为联供设备、辅助设备和储能设备，联供设备包括燃气轮机、余热锅炉，辅助设备包括燃气锅炉、电制热锅炉、电制冷机、吸收式制冷机、热交换器，储能设备包括蓄电池、蓄热槽和蓄冷槽；

微能源网与外部电网双向电能交互、与共享储能系统双向电能和热能交互、向燃气公司的单向天然气购置；

S13、搭建共享储能系统的架构

共享储能系统内部含有蓄电池和蓄热槽，各微能源网的电母线通过电力传输线路连接到共享储能系统的AC/DC模块，且AC/DC模块的直流端连接到共享储能系统的直流母线，蓄电池通过DC/DC模块和DC隔离器与直流母线相连，当微能源网内可再生能源发电设备发出的电能不能被用户负荷消耗，则不能被用户负荷消耗的电能被储存到共享储能系统的蓄电池中，以供用电高峰期使用，除非蓄电池处于满荷电状态；

各微能源网的热母线通过热力传输管道连接到共享储能系统的热母线，且蓄热槽与热母线相连，当微能源网内可再生能源发热设备发出的热能不能被用户负荷消耗，则不能被用户负荷消耗的热能被储存到共享储能系统的蓄热槽中，以供用热高峰期使用，除非蓄热槽处于充满状态；

S2、对微能源网群内的联供设备、辅助设备、储能设备建立运行模型，并建立共享储能系统的运行模型；

所述运行模型的建立方法为：

S21、建立联供设备的运行模型

S211、燃气轮机供电和供热的运行模型如式(1)-(2)所示：

式中，表示燃气轮机的发电效率，表示热电比，表示燃气轮机的输入电，表示燃气轮机的输出电，表示燃气轮机的输出热功率；

S212、余热锅炉的运行模型如式(3)所示：

式中，表示余热锅炉的制热效率，表示余热锅炉的输入功率，表示余热锅炉的输出功率；

S22、建立辅助设备的运行模型

S221、燃气锅炉的运行模型如式(4)所示：

式中，表示燃气锅炉的制热效率；

S222、电制热锅炉的运行模型如式(5)所示：

式中，表示电制热锅炉的制热效率；

S223、电制冷机的运行模型如式(6)所示：

式中，表示电制冷机的制冷效率；

S224、吸收式制冷机的运行模型如式(7)所示：

式中，表示吸收式制冷机的制冷效率；

S225、热交换器的运行模型如式(8)所示：

式中，表示热交换器的能量转换效率；

S23、建立储能设备的运行模型

S231、蓄电池的运行模型如式(9)所示：

式中，表示蓄电池的能量自损耗率；

S232、蓄热槽的运行模型如式(10)所示：

式中，表示蓄热槽的能量自损耗率；

S233、蓄冷槽的运行模型如式(11)所示：

式中，表示蓄冷槽的能量自损耗率；

S24、建立共享储能系统的运行模型

共享储能系统内部含有蓄电池和蓄热槽，其运行模型采用差分方程的形式，如式(12)-(13)所示：

式中，σ_ESS,BT表示共享储能系统中蓄电池的能量自损耗率，σ_ESS,HC表示共享储能系统中蓄热槽的能量自损耗率；

S3、基于步骤S1提出的系统架构以及步骤S2建立的运行模型，考虑运行约束条件，以微能源网群的总用能成本最低为目标，建立含共享储能系统的微能源网群日前优化运行模型；

所述含共享储能系统的微能源网群日前优化运行模型包括目标函数和约束条件两个方面，建立过程如下：

S31、建立优化运行模型的目标函数

含共享储能系统的微能源网群日前优化运行模型的目标函数是使微能源网群的总用能成本最小，其包括设备的运行维护费用、燃气购置费用、从外部电网的购电费用、从共享储能系统的购电和购热费用，如式(14)所示：

式中，Cost表示微能源网群的总用能成本，Cⁱ表示微能源网i的用能成本；表示微能源网i的设备运行维护费用，表示微能源网i的燃气购置费用，表示微能源网i向外部电网/共享储能系统的购能费用；

S311、微能源网i的设备运行维护费用如式(15)所示：

式中，表示光伏/风机/燃气轮机/蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽的运行维护费用，表示光伏/风机/燃气轮机/蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽的运行维护成本系数；

S312、微能源网i的燃气购置费用如式(16)所示：

式中，表示天然气的价格，表示天然气的热值；

S313、微能源网i向外部电网的购电费用如式(17)所示：

式中，表示微能源网i在t时刻向外部电网的购电/售电电价；

S314、微能源网i向共享储能系统的购能费用如式(18)所示：

式中，表示微能源网i在t时刻向共享储能系统的购电/购热费用，表示微能源网i在t时刻向共享储能系统购电/售电/购热/售热的价格；

S32、建立优化运行模型的约束条件

所述约束条件包括功率平衡约束、与外部电网交互的电功率约束、共享储能系统约束、联供设备和辅助设备约束以及储能设备约束；

S321、功率平衡约束

S3211、微能源网的电功率平衡约束

各微能源网内部的电母线须满足电功率的平衡，如式(19)所示：

S3212、微能源网的热功率平衡约束

各微能源网内部的热母线须满足热功率的平衡，如式(20)所示：

S3213、微能源网的冷功率平衡约束

各微能源网内部的冷母线须满足冷功率的平衡，如式(21)所示：

S3214、共享储能系统中直流母线的电功率平衡约束

共享储能系统中的直流母线须满足电功率的平衡，如式(22)所示：

S3215、共享储能系统中热母线的热功率平衡约束

共享储能系统中的热母线须满足热功率的平衡，如式(23)所示：

S3216、其他功率平衡约束

由于燃气轮机的输出热功率即余热锅炉的输入功率，而热负荷连接到热交换器的输出，因此有式(24)-(25)所示的功率平衡关系：

S322、与外部电网交互的电功率约束

S3221、从外部电网的购售电功率上限、下限约束

由于电力线路和变压器的容量限制，各微能源网与外部电网之间的交互功率存在上限、下限约束，如式(26)-(27)所示：

式中，表示微能源网向外部电网购电/售电的功率下限/上限，在每个时刻，各微能源网向外部电网的购电和售电行为不能同时发生，如式(28)所示：

S3222、避免外部电网和共享储能系统之间通过微能源网的功率交互

出于安全性和经济性的考虑，微能源网不允许在同一时刻将从外部电网购入的电能出售给共享储能系统，或将从共享储能系统购入的电能出售给外部电网，如式(29)-(30)所示：

S323、共享储能系统约束

S3231、向共享储能系统购电/售电的功率上限、下限约束

由于传输线路和AC/DC转换器的容量限制，微能源网和共享储能系统之间交互的电功率存在上限、下限约束，如式(31)-(32)所示：

式中，表示微能源网向共享储能系统的购电/售电功率下限/上限，在每个时刻，微能源网向共享储能系统的购电和售电行为不能同时发生，如式(33)所示：

S3232、向共享储能系统购热/售热的功率上限、下限约束

由于传输管道的容量限制，微能源网和共享储能系统之间交互的热功率存在上限、下限约束，如式(34)-(35)所示：

式中，表示微能源网向共享储能系统的购热/售热功率下限/上限，在每个时刻，微能源网向共享储能系统的购热和售热行为不能同时发生，如式(36)所示：

S3233、共享储能系统内蓄电池的充放电功率约束

由于蓄电池和DC/DC转换器的容量限制，共享储能系统内蓄电池的充放电功率有上限约束，同时，为了避免不必要的电池损耗，共享储能系统内蓄电池的充放电功率有下限约束，如式(37)-(38)所示：

式中，表示共享储能系统中蓄电池的充电/放电功率下限/上限，蓄电池的充放电行为不能同时发生，如式(39)所示：

S3234、共享储能系统内蓄热槽的充放热功率约束

由于蓄热槽和传输管道的容量限制，共享储能系统内蓄热槽的充放热功率有上限、下限约束，如式(40)-(41)所示：

式中，表示共享储能系统中蓄热槽的蓄热/放热功率下限/上限，蓄热槽的充放热行为不能同时发生，如式(42)所示：

S3235、共享储能系统内蓄电池的循环功率约束

为降低共享储能系统内蓄电池的损耗，延长其工作年限，对蓄电池设置充放电循环功率上限约束，如式(43)所示：

式中，表示共享储能系统中蓄电池一个调度周期内的最大循环功率；

S3236、共享储能系统内蓄电池的能量约束

为保证蓄电池的正常运行，设置共享储能系统中蓄电池所储存能量的上限、下限，如式(44)所示：

式中，表示共享储能系统内蓄电池中储存能量的下限/上限；

共享储能系统内蓄电池在下一时刻储存的能量与当前储存的能量和充放电功率存在关系，为保证调度策略的可持续性，在每个调度周期的开始和结束，蓄电池储存的能量相等，如式(45)所示：

S3237、共享储能系统内蓄热槽的能量约束

为保证蓄热槽的正常运行，设置共享储能系统中蓄热槽所储存能量的上限、下限，如式(46)所示：

式中，表示共享储能系统内蓄热槽中储存能量的下限/上限；

共享储能系统内蓄热槽在下一时刻储存的能量与当前储存的能量和充放热功率存在关系，为保证调度策略的可持续性，在每个调度周期的开始和结束，蓄热槽储存的能量相等，如式(47)所示：

S3238、共享储能系统中电能的转换效率约束

由于共享储能系统中蓄电池和双向转换器的能量损失，设置电能转换效率约束，如式(48)-(49)所示：

式中，表示微能源网向共享储能系统购电/售电的功率传输到直流母线的效率，表示共享储能系统内蓄电池的充电/放电功率传输到直流母线的效率；

S3239、共享储能系统中热能的转换效率约束

由于共享储能系统中蓄热槽和传输管道的能量损失，设置热能转换效率约束，如式(50)-(51)所示：

式中，表示微能源网向共享储能系统购热/售热的功率传输到热母线的效率，表示共享储能系统内蓄热槽的蓄热/放热功率传输到热母线的效率；

S324、联供设备和辅助设备约束

S3241、联供设备和辅助设备的运行效率约束

联供设备和辅助设备存在能量转换效率，其运行模型如式(52)所示：

S3242、联供设备和辅助设备的运行边界约束

联供设备和辅助设备的运行功率上限、下限约束如式(53)所示：

式中，表示燃气轮机的输出电功率下限/上限，表示余热锅炉/燃气轮机/电制热锅炉/电制冷机/吸收式制冷机/热交换器的输出功率下限/上限；

S325、储能设备约束

微能源网内部的蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽有充放能的效率约束，如式(54)所示：

式中，表示蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽的蓄能/放能效率；

由于容量限制以及防止不必要的损耗，储能设备的充放能功率有上限、下限约束，如式(55)-(56)所示：

式中，表示蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽的蓄能/放能功率下限/上限；

在每个时刻，储能设备的蓄能和放能行为不能同时发生，如式(57)所示：

为保证储能设备的正常运行，其储存的能量设置上限、下限，如式(58)所示：

式中，表示蓄电池/蓄热槽/蓄冷槽中储存能量的下限/上限；

储能设备在下一时刻储存的能量与当前储存的能量和充放能功率存在关系，为保证调度策略的可持续性，在每个调度周期的开始和结束，在储能设备中储存的能量相等，如式(59)所示：

S4、基于步骤S3确定的微能源网群日前优化运行模型及总用能成本，基于多人合作博弈的微能源网多主体成本分配方法，分别采用最小核心法和夏普利值法，对各微能源网的用能成本进行重新分配。