一种面向综合能源系统的需求响应协同方法及系统

本发明属于综合能源系统协同优化，尤其涉及一种面向综合能源系统的需求响应协同方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、随着可再生能源(res)的广泛应用，综合能源系统(ies)正成为提高能源利用效率的有效途径；综合需求响应(idr)由于其在缓解峰值需求增长、增强ies经济和可靠运行以及降低能源费用方面的作用，引起了广泛关注。

3、现有研究中，对客户的消费行为采用了多种方式进行建模，举例来说，一种基于斯塔克尔贝格博弈的优化框架，其中综合能源运营商ieo充当领导者，通过设定能源价格追求利润最大化，而用户则是追随者，通过调整能源消费计划以最小化能源成本；一个双层最优调度模型，促进需求侧资源参与调节孤立微电网的经济运行；一个三层两阶段基于价格的综合需求响应idr框架，以实现综合能源运营商ieo和综合负荷聚合商(ila，聚合特定区域内的个体能量客户)之间的利益平衡；一种采用强化学习和神经网络的新型实时需求响应(dr)算法，旨在为不同客户获得最佳激励率。

4、然而，在上述研究工作中存在三个关键缺陷：

5、计算负担：无论客户的消费行为是通过博弈理论、双层规划还是数据驱动方法建模，都存在高计算复杂性的问题。

6、客户利益不足：客户主要根据价格或激励信号提供需求响应dr资源，缺乏实质性的定价权；因此，这种综合需求响应idr计划可能无法充分保护客户的利益并促使其积极参与。

7、集中式综合需求响应idr模式：综合需求响应idr的获取受限于中央集权模式，系统操作员或零售商是主要买家；遗憾的是，这种方法通常忽视了作为需求响应dr买家的客户的意愿。因此，这种集中式模式妨碍了综合需求响应idr资源的最优利用。

8、为解决第一个问题，弹性矩阵提供了一种可行的方法，然而，现有的ies调度研究仅采用单一能源的弹性矩阵来建模消费者行为，因此忽略了耦合弹性效应，未能充分发挥需求侧资源的潜力。

9、对于第二个问题，需求响应交换(需求响应drx)是一个显著的解决方案；然而，对于需求响应dr资源的获取仍然局限于中央集权模式，买家要么是系统运营商，要么是零售商，忽略了客户作为需求响应dr买家的意愿。

10、作为在分散的方式中促进能源共享的创新机制，点对点(p2p)能源交易为解决第三个问题提供了新思路；然而，点对点(p2p)在利用需求侧资源方面存在两个缺点：首先，由于缺乏分布式能源资源(ders)，通常将消费者排除在p2p交易之外，然而，由于消费者可以根据价格或激励调整其消费行为，他们有潜力在p2p交易中提供需求灵活性；此外，通过促进消费者之间的交易，可以实现需求响应dr资源的分散利用，从而维持本地的供需平衡。因此，在开发需求侧潜力时，考虑需求响应dr交易是必要的。其次，需求响应dr的价值成本属性和利益分配机制未得到充分考虑。需求响应dr是通过能源交易或灵活性市场利用的，但在p2p交易环境中并未被视为独立的产品。因此，缺乏适当的需求响应dr资源交易市场机制，妨碍了需求响应dr资源的高效利用和保护所有参与者的利益。

11、综上所述，在点对点交易、需求响应drx机制和能源定价方案领域已经取得了显著的进展，但对每个主题的研究仍然是零碎的，缺乏全面整合，因此无法在供需不平衡得到缓解的同时，实现所有参与者的运营成本降低的双赢局面。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种面向综合能源系统的需求响应协同方法及系统，提出了需求响应交换drx的p2p市场机制，以激励综合负荷聚合商ila之间进行需求响应dr资源的交易，综合能源运营商ieo和综合负荷聚合商ila以协同的方式充分利用综合需求响应idr资源，在供需不平衡得到缓解的同时，实现所有参与者的运营成本降低的双赢局面。

2、为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

3、本发明第一方面提供了一种面向综合能源系统的需求响应协同方法。

4、一种面向综合能源系统的需求响应协同方法，包括：

5、获取综合能源系统的拓扑结构和运行数据，所述综合能源系统运行过程中涉及批发市场、平衡市场、零售市场和需求响应交换上的p2p市场；

6、基于拓扑结构和运行数据，构建综合能源运营商和综合负荷聚合商的协同调度模型；

7、以降低运营成本并平衡供需关系为目标，对协同调度模型进行求解，得到最优的需求响应协同调度方案；

8、其中，所述运营成本包括从批发市场购买能源的成本、从平衡市场购买平衡功率的成本、从p2p市场购买综合需求响应资源的成本，所述协同调度模型分为日前调度模型和日内调度模型，所述日前调度模型是基于批发市场和零售市场，从综合负荷聚合商的用能需求出发，以最小化从批发市场购买能源的成本为目标，确定综合能源运营商和综合负荷聚合商的最优能源承诺；所述日内调度模型是基于平衡市场和p2p市场，使日内的实际用能与日前的最优能源承诺保持一致，并以最小化从平衡市场购买平衡功率的成本、从p2p市场购买综合需求响应资源的成本为目标，得到综合能源运营商和综合负荷聚合商之间最优的需求响应协同调度方案。

9、进一步的，所述综合能源系统包括天然气网络和配电网；

10、所述拓扑结构和运行数据包括：

11、天然气网络和配电网的网络拓扑信息；

12、燃气轮机、风力发电机和无功补偿装置的运行参数；

13、各时段天然气批发市场价格和电能批发市场价格；

14、综合负荷聚合商的价格弹性矩阵数据；

15、综合负荷聚合商的需求响应交换参数。

16、进一步的，所述日前调度模型，以最小化从批发市场购买能源的成本为目标，用公式表示为：

17、

18、

19、其中，t表示调度时段，表示时段t的从批发市场购买能源的成本，表示综合能源运营商从批发市场购买电能和天然气的单价，表示综合负荷聚合商的原始电能和天然气负荷，表征综合负荷聚合商的用能需求；

20、所述最优能源承诺，用公式表示为：

21、

22、其中，表示综合负荷聚合商在零售市场的电能购入量，即综合负荷聚合商的日前用电计划，表示综合负荷聚合商原用电计划，表示综合负荷聚合商用电计划的改变量。

23、进一步的，所述日前调度模型，在基于价格的综合需求响应的约束条件中，引入电气和气电耦合弹性矩阵，描述电价对气体负荷的耦合影响以及气价对电力负荷的耦合影响。

24、进一步的，所述日内调度模型，使日内的实际用能与日前的最优能源承诺保持一致，具体为：

25、以最优能源承诺为日前用能计划，在日内实际用能的调度过程中，减少偏离日前用电计划导致的额外成本；

26、所述偏离日前用电计划导致的额外成本，包括从平衡市场购买平衡功率的成本、从p2p市场购买综合需求响应资源的成本，用公式表示为：

27、

28、其中，是从平衡市场购买平衡功率的成本，是从需求响应交换的p2p市场购买综合需求响应资源的成本，表示综合能源运营商实际运行阶段的电能消费，表示综合能源运营商ieo日前阶段电能消费计划，表示综合能源运营商从平衡市场购买平衡功率的单价，表示综合能源运营商支付给综合负荷聚合商的p2p市场费用。

29、进一步的，所述需求响应交换上的p2p市场，以综合需求响应资源为交易对象，通过综合能源运营商与综合负荷聚合商、综合负荷聚合商与综合负荷聚合商之间综合需求响应资源的p2p交易，减少偏离日前用电计划导致的额外成本。

30、进一步的，所述日内调度模型，采用合作博弈理论，执行需求响应交换上的p2p交易机制，并采用基于共识的交替方向乘子法以分布式方式求解模型。

31、本发明第二方面提供了一种面向综合能源系统的需求响应协同系统。

32、一种面向综合能源系统的需求响应协同系统，包括获取模块、构建模块和求解模块：

33、获取模块，被配置为：获取综合能源系统的拓扑结构和运行数据，所述综合能源系统运行过程中涉及批发市场、平衡市场、零售市场和需求响应交换上的p2p市场；

34、构建模块，被配置为：基于拓扑结构和运行数据，构建综合能源运营商和综合负荷聚合商的协同调度模型；

35、求解模块，被配置为：以降低运营成本并平衡供需关系为目标，对协同调度模型进行求解，得到最优的需求响应协同调度方案；

36、其中，所述运营成本包括从批发市场购买能源的成本、从平衡市场购买平衡功率的成本、从p2p市场购买综合需求响应资源的成本，所述协同调度模型分为日前调度模型和日内调度模型，所述日前调度模型是基于批发市场和零售市场，从综合负荷聚合商的用能需求出发，以最小化从批发市场购买能源的成本为目标，确定综合能源运营商和综合负荷聚合商的最优能源承诺；所述日内调度模型是基于平衡市场和p2p市场，使日内的实际用能与日前的最优能源承诺保持一致，并以最小化从平衡市场购买平衡功率的成本、从p2p市场购买综合需求响应资源的成本为目标，得到综合能源运营商和综合负荷聚合商之间最优的需求响应协同调度方案。

37、本发明第三方面提供了计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的一种面向综合能源系统的需求响应协同方法中的步骤。

38、本发明第四方面提供了电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的一种面向综合能源系统的需求响应协同方法中的步骤。

39、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

40、1)提出了需求响应交换drx的p2p市场机制，以激励综合负荷聚合商ila之间进行需求响应dr资源交易，与先前的需求响应交换drx机制不同，综合负荷聚合商ila可以与综合能源运营商ieo一起充当买家，以开发潜在的需求响应dr资源；为了激励综合负荷聚合商ila参与需求响应交换drx，通过应用纳什谈判理论，优化分配综合能源运营商ieo和综合负荷聚合商ila之间的利益；特别是，考虑到p2p交易的短期性质，该机制仅涉及电力需求。

41、2)引入了气电耦合弹性矩阵到调度中，以降低计算复杂性并进一步挖掘综合需求响应idr资源的响应灵活性；与仅关注电力或燃气的弹性矩阵不同，该矩阵表明零售市场中燃气价格的变化对电力消耗产生影响，反之亦然。

42、3)建立了一个新颖的需求响应drm框架，促进综合能源运营商ieo和综合负荷聚合商ila之间的协同作用；基于需求响应交换drx的零售市场和p2p市场，该框架使综合能源运营商ieo能够充分利用耦合弹性，而综合负荷聚合商ila则可以进行需求响应dr资源交易；因此，综合能源运营商ieo和综合负荷聚合商ila共同合作管理综合需求响应idr资源，以降低运营成本并缓解供需失衡。

43、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。