一种面向多微网协调交易的多方共治决策方法与流程

1.本发明涉及多微网能源协调交易技术领域，具体是一种面向多微网协调交易的多方共治决策方法。


背景技术：

2.近年来，随着分布式发电的快速发展以及能源市场改革的不断深化，分布式能源交易方式受到了广大关注。微网具备灵活性高，自治能力强的特点，是分布式能源参与市场交易的主要应用场景。同一区域的多个微网接入配电网构成多微网系统。由于不同微网负荷特性和能源出力存在差异，各微网间的能量交易既可以降低多微网系统对配电网的依赖，也可以促进新能源的就地消纳，提高各微网的经济效益。多微网系统间的能量交易存在多个利益主体，各主体间复杂的利益交互关系和自主行为会对能源协调交易带来巨大的挑战。能源交易机制的研究可以分为是否存在能源协调中心。协调中心拥有用户的设备信息和交易记录，信息一旦泄露，将造成严重后果；并且各主体不能获取其他主体的交易信息，仅掌握自己的数据信息，因此难以建立互信的交易市场。此外，能源协调中心的建立与运行需要投资成本和雇佣人力成本，导致运行成本高，不合理的交易策略也会影响各主体的效益。因此，构建一种能满足多微网系统能源协调交易的分散式决策和分布式能量管理架构具有重要意义。


技术实现要素：

3.鉴于上述技术缺点，本发明提供了一种面向多微网协调交易的多方共治决策方法。
4.为解决背景技术所提出的问题，本发明的技术方案如下：
5.一种面向多微网协调交易的多方共治决策方法，包括如下步骤：
6.s1，获取多微网系统备选能源交易方案，并对多微网系统备选能源交易方案进行初步评估，判断多微网系统备选能源交易方案是否达到设定评分分数，若是，则进入步骤s2；若否，则重新获取多微网系统备选能源交易方案，其中，多微网系统由多个子微网所组成；
7.s2，对多微网系统备选能源交易方案进行计算，并将计算结果反馈至各个子微网，各个子微网根据多元评分指标对计算结果进行评分，其中，多元评分指标包括经济性评分指标、公平性评分指标、环保性评分指标和安全性评分指标，进入步骤s3；
8.s3，汇总各个子微网的评分结果，并选取最高的评分结果作为多维网系统能源交易方案。
9.作为优选的，所述步骤s2中，各个子微网对计算结果进行评分，具体为采用组合赋权法进行评分，其计算公式如下：
10.w＝(w1 w2)/2
[0011][0012]
其中，w1为主观权重，w2为客观权重；
[0013][0014]
其中，hj为熵值，ej为第j个指标的贡献度总量，p
ij
为第i个对象关于第j个指标的贡献度的值；m为评价对象的个数；
[0015][0016]
其中，score为综合评估得分，x为评估指标集合，w为指标对应权重。
[0017]
作为优选的，步骤s2中所述的公平性评分指标，其数学表达式如下：
[0018][0019]
其中，m为微网，fi为公平性指数，g(m)为微网提升的运行效益。
[0020]
作为优选的，步骤s2中所述的安全性评分指标，其数学表达式如下：
[0021][0022]
其中，x
i,j
表示表示第i个方案第j个指标中的实际值，和分别表示第i个方案第j个指标中的最大值和最小值。
[0023]
作为优选的，步骤s2中所述的经济性评分指标和环保性评分指标，其数学表达式如下：
[0024][0025]
其中，x
i,j
表示表示第i个方案第j个指标中的实际值，和分别表示第i个指标中的最大值和最小值。
[0026]
本发明的有益效果是：本发明将多微网系统中的各个子微网看作对等的能量管理实体，各子微网主体可承担相应计算任务，部分微网利用闲置计算资源可搭建小型交易平台，并提出相应交易方案，保障了各微网主体在能源交易过程中的共治决策权和自主选择权，具有实用性。
附图说明
[0027]
图1为本发明提供的：多面向多微网能源协调交易的共治决策方法流程示意图；
[0028]
图2为本发明提供的：共治模式下多微网运行框架示意图；
[0029]
图3为本发明提供的：综合能源微网框架示意图；
[0030]
图4为本发明提供的：共治模式下多微网交易流程示意图；
[0031]
图5为本发明提供的：不同模式下微网购售电价示意图；
[0032]
图6为本发明提供的：多微网系统与电网的电能交互量示意图；
[0033]
图7为本发明提供的：各微网间电能交互量示意图；
[0034]
图8为本发明提供的：不同模式下co2排放量及成本示意图。
具体实施方式
[0035]
下面结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。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。
[0036]
实施例
[0037]
如图1所示，将多微网系统中的各微网看作对等的能量管理实体，各微网均可提出能源交易方案或对方案进行打分评估，由此构建不含中央管理单元的分散式决策和分布式能量管理架构。设计了共治模式下的多微网交易机制与流程：多微网系统执行提出相应方案的微网将得到一定报酬，各微网为获取相应报酬需根据多微网系统特点提出协调优化方案进行竞争，其余微网打分评估，决策出执行方案，从而实现多方共治决策。多微网系统中各微网在共治决策中担任重要角色，在此对综合能源微网进行一般性建模。对于共治模式下多微网协调交易方案进行设计，包括合约、价格和点对点三种模式供参考分析。针对提出的不同协调优化方案，由其余微网以经济性、公平性、环保性和安全性为评估指标，采用组合赋权法优化结果进行评估打分。算例仿真展示了共治模式下各优化方案的结果，通过综合评估选出本次交易执行方案，验证了所提机制的有效性。
[0038]
如图2所示，各微网间的能源信息交互以及调度任务的下达皆通过各自的能量管理系统进行。各微网通过能量管理系统进行信息的采集和交互，根据所提交易机制对能源交易进行计算和分配。各微网既可以从配电网进行购售电交易，也可以从其他微网购售电，同时各微网可以购买天然气进行能量转换与生产。
[0039]
如图3所示，综合能源微网将传统发电与新能源发电进行优势互补，实现能量的梯级利用，同时又满足不同用户的能源需求。本文所提出的综合能源系统包括光伏、风电、储能、以及燃气轮机和燃气锅炉等设备构成的热电联产系统。燃气轮机在发电时，其缸套水中产生的热量和烟气中所携带热量被余热回收锅炉吸收，再与gb中产生的热量一起回收再利用。回收的这部分热能，在冬季时经过换热装置向用户供热，在夏季时则通过吸收式制冷机供冷。
[0040]
所述综合能源微网进行一般性建模：
[0041]
所述目标函数为：
[0042][0043]
其中，f
mg
表示微网运行的总成本；f
basic
表示购售电成本，包括与配电网和其他微网进行购售电的成本；fb gas表示购气成本；f
rm
表示设备运行维护成本；f
env
表示环境成本；f
sub
表示新能源发电补贴；f
dr
表示需求响应调度成本。
[0044][0045]
其中，ω
t
表示从气网购买燃气的价格；f
gt,t
和f
gb,t
分别表示燃气轮机，燃气锅炉所购燃气量；km表示能源设备输出单位能量的运行维护成本；pm表示能源设备的输出功率，包括电功率和热功率；m表示能源设备种类，包括燃气轮机、余热回收锅炉、换热装置、燃气锅炉、风电、光伏、储能；f
poc
表示排放so2和no
x
所需缴纳的罚金；f
co2
表示在碳配额机制下的收益/支出；pg表示新能源单位发电量补贴价格；cin dr、cde dr表示负荷调整的单位成本系数；pin dr,t、pde dr,t表示参与需求响应的负荷调整量。
[0046]
如图4所示，共治模式下多微网交易流程为：(1)提交多微网系统日前能源交易方案；(2)对所提方案进行初步评估，判断其是否具备参与竞争的资格；(3)与具备参与竞争资格的微网签订合约；(4)各个微网根据所提方案进行信息交互；(5)具备竞争资格的微网根据其自身所提优化方案进行计算，并将计算结果返回给各微网。(6)多微网系统内各微网下载计算结果，对于不同方案结果按照本文所提评估指标进行评分。(7)综合所有微网评分结果，选择出评分最高的方案进行执行。
[0047]
所述共治模式下多微网协调优化方案设计：
[0048]
所述合约模式下的多微网能源协调交易：
[0049]
多微网各主体签订内部交易价格和能量分配合约，基于配电网交易价格以及内部交易价格，得到各微电网购售电量。
[0050]
多微网间交易价格设定为配电网购售电价格的平均价格,如下式：
[0051][0052]
表示配电网购售电价格；表示微网购售电价格。
[0053]
当供需不匹配时，微网间的能量匹配按照比例分配原则，如下式：
[0054]
1)当时
[0055][0056][0057]
2)当时
[0058][0059]
其中，为微网需求量；为微网供应量；分别表示总的功率供应量与需求量。
[0060]
合约机制下微网的购售电成本为：
[0061][0062]
所述价格模式下的多微网能源协调交易：
[0063]
价格模式下的多微网能源协调交易是根据整个多微网系统内部的供需比制定购售电价用来引导单个微网的发电出力和用能需求。
[0064]
参考供需关系，进行如下定价：
[0065]
1)当时：
[0066][0067]
2)当时：
[0068][0069]
3)当时：
[0070][0071]
其中，r
t
为多微网系统内的供需比；x
t
为r
t
的倒数。
[0072]
各微网的购售电成本为：
[0073][0074]
所述p2p交易模型：多微网系统内不同微电网主体间的交易电量应满足相应的耦合一致性关系，在同一运行时段，i从h买入电量与h卖给i的电量应相等，其中h≠i。一致性约束如下式为：
[0075][0076]
其中，表示微网i与微网h之间的购售电功率，限制条件为i≠h，该限制条件适用于下文。
[0077]
引入对应的拉格朗日乘子λh，可以得到带有全局拉格朗日乘子的局部拉格朗日函数为：
[0078][0079]
根据拉格朗日对偶分解原理将上式的优化问题解耦成多个子问题，可由参与的微网进行自主求解，其子优化目标形式为：
[0080][0081]
上式第三项为在t时段微网h从其他微网购买电能的总成本以及向其他微网售出电能获得的收益之差；λi表示与微网i的交易价格。
[0082]
本文采用基于次梯度法的分布式算法求解上述优化问题，即通过下式用于更新拉格朗日乘子，即
[0083][0084]
式中：k为迭代次数；αh为一个恒定的步长系数，取为正数，保证迭代过程可以收敛。收敛判据为:
[0085]
|λ
h,t
[k 1]-λ
h,t
[k]|≤εh[0086]
式中：εh为迭代收敛判据参数，其参数大小与步长大小αh的选取会影响迭代结果中产消者用户之间供需平衡误差的大小，其取值需要交互平台与产消者相互协商进行确定。εh和αh分别取值为1
×
10-3
和5
×
10-5
。
[0087]
所述共治模式下评估决策机制设计：
[0088]
多微网交易的经济性、公平性、环保性和安全性共同决定了多微网交易是否满足经济、安全、公平、低碳运行，为了综合评估多微网协调交易，将以上四个指标进行合理的加权组合，得到多微网交易的综合评估得分。综合评估计算模型为：
[0089][0090]
其中，score为综合评估得分，x为评估指标集合，w为指标对应权重。
[0091]
根据文献[23]提出的公平性评估方法，对不同机制下的能源交易结果进行公平性分析，得到公平性评估指标。
[0092][0093]
其中，fi为公平性指数，其值越接近与1，表示交易机制越公平；g(m)表示微网m提升的运行效益。
[0094]
经济性评估以各微网运行成本为基础，环保性指标以碳排放量为基础进行计算。对于运行成本和碳排放量等成本型指标，如下式：
[0095][0096]
出力具有不确定性的新能源上网会给电网带来一定的波动性，因此新能源的消纳水平可以作为评估交易结果的安全性指标。对于安全性指标，其值越大表示效果越好，如下式：
[0097][0098]
其中，x
i,j
表示表示第i个方案第j个指标中的实际值，和分别表示第i个指标中的最大值和最小值。
[0099]
本文采用组合赋权法确定各个指标的权重，将主观权重值和客观权重值的算术平均值作为综合评估的组合权重值，如下所示：
[0100]
w＝(w1 w2)/2
[0101]
其中，w1为主观权重；w2为客观权重，采用熵值法计算。
[0102][0103]
其中，hj为熵值，指标的熵值hj越大，说明这个指标提供的信息量就越少，指标的变异程度就越小，在综合评估中所起的作用也越小，因此其权值就较小,反之亦然
[24]
。ej表示第j个指标的贡献度总量；p
ij
为第i个对象关于第j个指标的贡献度的值；m为评价对象的个数。
[0104]
所述算例验证分析：
[0105]
本文以配电网中3个相邻微电网构成的多微网系统作为研究对象，以某地冬季工况下的电能和热能对多微网系统内能源交易展开仿真分析。选取3类综合能源微网进行仿真，各微网内均包含光伏和风电资源，以及供给热能的热电联产系统，还装备了储能资源，用来跟踪可再生能源出力，以平滑负荷曲线，降低运营成本。设定光伏和风电均以最大功率跟踪模式运行，各微网均可在满足自身用电需求的情况下对外输送电能。
[0106]
本文所选取的3个微网均具备相应条件进行多微网系统能源协调优化，并分别提出方案一、方案二和方案三进行多微网间协调交易。各方案如下所示：
[0107]
方案一：根据本文所提合约模式下的多微网能源协调交易进行协调优化。
[0108]
方案二：根据本文所提价格模式下的多微网能源协调交易进行协调优化。
[0109]
方案三：根据本文所提p2p模式下的多微网能源协调交易进行协调优化。
[0110]
如图5所示,各个模式下的最外层包络线为电网公司制定的分时电价和上网电价；包络线内部为各个微网的交易电价。因此，内部价格始终处于分时电价和上网电价之间，满足价格模型约束。
[0111]
表1各微网总成本
[0112][0113][0114]
表2合约模式下各微网购售电效益
[0115][0116]
表3价格模式下各微网购售电效益
[0117][0118]
表4p2p模式下各微网购售电效益
[0119][0120]
从表1至表4中，可以看出方案一以确定的价格(电网售电价格和购电价格的算术
平均值)和按照比例进行能量的分配不能满足自由的市场交易，存在一定的弊端。方案二以整个多微网系统内部的供需比制定购售电价用来引导单个微网的发电出力和用能需求，来实现不同利益体间的柔性互动，具有一定的效果。方案三在微网之间可以通过p2p交易实现不同微网间的电能共享，初步研究结果表明p2p交易策略确保产消者主动参与市场运行，有效降低运行成本，具有一定的优越性。
[0121]
对于不同微网而言，不同交易模式所带来的效益提升是不同的。根据本发明所述公平性评估方法，对不同模式下的能源交易结果进行公平性分析。
[0122]
表6不同模式下公平性指数
[0123][0124]
从表6可知，p2p交易模式下公平性最高，这是由于各个微网可以充分考虑各自的机组出力以及发电情况，具有较高的灵活度；价格交易模式下公平性最低，原因是在时间尺度上各微网能源余缺量不同，导致各微网经济效益提升效果出现较大差异，因此根据供需比制定价格在某种程度上抑制了微网灵活交易的自由度。结果表明p2p交易模式公平的分配了各微网参与能源协调获得的利润，有利于交易的顺利进行。
[0125]
如图6-7所示，出力具有不确定性的新能源上网会给电网带来一定的波动性，新能源就地消纳可以缓解电网压力，因此新能源的消纳水平可以作为评估交易结果的安全性指标。新能源消纳水平可以用电能交互情况反映，多微网系统与电网的电能交互量与各微网间的电能交互量呈负相关。合约模式下从电网购售电量最多，导致微网间购售电量最少；p2p模式下从电网购电量最少，微网间电能交互量最多；价格模式下交互量居于两者之间。p2p交易模式下与电网的交互功率下降最多，新能源消纳水平最高，有利于电网的安全稳定运行。
[0126]
如图8所示，在碳减排的大背景下，co2的排放量对微网的运行效益有很大影响，将co2排放量作为多方共治的多微网系统的环境考核指标。不同模式下的co2排放量以及成本差别很小，以合约模式下的碳排放量为基准，价格模式下和p2p模式下的碳排放量以及相应的排放成本分别相差14.66kg、0.28元和56.46kg、1.07元。不同模式下燃气轮机与燃气锅炉出力不同，在p2p模式下内部购能较多，燃气轮机出力较少，因此p2p模式下co2排放量和成本降低最多。
[0127]
表8综合评价结果
[0128][0129]
从综合评价结果来看，方案三评分最高为75.80，方案二次之为57.00，方案一评分最低52.46。p2p交易模式从经济性、公平性、安全性和低碳性四方面均为三种方案中的第一。因此，本次多微网协调交易执行方案三，即p2p交易模式下的结果，一次多微网协调交易下的共治决策执行完毕。
[0130]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。