1.一种基于主从博弈的能源互联网优化控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:S1:首构建能源局域网群模型,对系统进行初始化并获取优化所需参数,包括风能、光能与储能的日前预测数据;
S2:建立主从博弈模型,网群控制中心为领导者,由其设定初始内部价格,各个ELN子网为跟随者,依据初始内部价格进行决策,计算出对应的最优策略;
S3:网群控制中心整合各个ELN子网的策略集合,以网群控制中心利益最大化为目标,重新计算出内部价格,定义为更新内部价格;
S4:各个ELN子网再根据更新内部价格进行决策,计算出对应该更新内部价格下的最优策略;
S5:当博弈达到Stackelberg均衡SE,且内部价格不再更新,则输出最终优化集合作为能源局域网群日前优化结果;
S6:若博弈达不到Stackelberg均衡,则返回步骤S2依据更新的状态信息重新进行优化;
所述步骤S1中,系统模型包括以下构成:
S1-1.基本负荷模型:ELN包含三类负荷,即热负荷、冷负荷、电负荷,模型如下:热负荷:由燃气锅炉、热交换器和集热器提供:
其中, 是ELNi中燃气锅炉的热功率; 是热交换器对外输出的热功率; 是ELNi中热负荷的总功率;
燃气锅炉输出的热功率与燃料使用量和锅炉的产热效率相关;
其中, 是ELNi中燃气锅炉的最大热功率;ηGB是燃气锅炉的产热效率;VGB,i为锅炉在一个时段内的燃气使用量;LNG是天然气的热值,为9.7kWh/m3;
由燃气轮机与燃气锅炉的燃料使用量,还能得到系统的燃气总消耗量VSUM为:其中,VGT,i是t时段ELNi燃气轮机的天然气消耗量;
燃气轮机作为ELN系统中主要的可控供能设备,不仅为ELN提供电能,同时其产生的高温烟气携带的热量由热回收装置回收,并通过热交换器和吸收式制冷装置为热负荷供热和为冷负荷供冷,ELNi的燃气轮机的出力、热量以及燃气消耗的关系如下:其中, 为t时段ELNi燃气轮机的发电功率; 为ELNi燃气轮机的最大发电功率;
为t时段ELNi燃气轮机的余热回收功率;ηc和ηr为ELNi燃气轮机的发电效率和余热回收效率; 是t时段ELNi燃气轮机的天然气消耗量;
此外,燃气轮机的发电效率和余热回收效率受机组负载率影响较大,这两者与机组负载率β的关系如下:
0.25≤β≤1 (10)式中, 为燃气轮机的额定发电效率; 为燃气轮机的额定余热回收效率;β为机组负载率;
热交换器将从燃气轮机回收的余热中用于制热的部分与水进行交换,得到输出的热功率;
式中, 是 中分配出来用于制热的部分;ηHX为热交换器的换热效率;
冷负荷由吸收式制冷装置和电制冷机提供:
其中, 是ELNi中冷负荷的总功率; 是吸收式制冷装置对外输出的冷功率; 为ELNi的电制冷机制冷功率;
吸收式制冷装置将余热中用于制冷的部分提供给装置中的换热器,从而使装置转换出冷能;
式中, 是 中分配出来用于制冷的部分;ηAC为吸收式制冷装置的制冷效率;
电制冷机是用来产生冷负荷的特殊负荷,也可进行调节,在冷负荷已知的情况下属于被确定的一方,第i个ELN的电制冷机出力应满足如下需求:其中, 为ELNi的电制冷机输入功率;ηEC为电制冷机的制冷效率; 为ELNi的电制冷机最大输入功率;
电负荷:是所提的这三种之中唯一可以进行调控的,依照是否与其他两类相关,将电负荷主要分为基础负荷与电制冷机两种,基础负荷模型如下:对于ELNi∈I,其基础负荷如下:
其中, 是采用外部电网电价的情况下ELNi的基础负荷;λb代表从外部电网购买的电能价格;λs代表卖给外部电网的电能价格,rb代表ELN群的内部购电价格,rs代表ELN群的内部售电价格,电价应满足以下约束:λs≤rs<rb≤λb (17)S1-2.储能系统模型
储能系统通过充电和放电这两种可控操作来减小单个ELN以及ELN群整体的净负荷,其各个时间段的SoC都与之前时段的充放电状态以及充放电量相关,在t时间段,第i个ELN的储能系统工作模型如下:式中, 为t时段ELNi储能系统储存的能量; 时段ELNi储能的剩余容量;
QBES,i为ELNi储能系统的总容量; 为t时段ELNi储能系统的充电功率; 为t时段ELNi储能系统的放电功率;ηch和ηdch为储能系统的充电效率和放电效率;
不仅如此,ELN内的储能系统还需要对自身的充放电功率以及SoC的状态进行约束,同时满足运行一日前后SoC状态不变的需求:式中, 和 分别表示ELNi储能系统的充放电功率; 和 为ELNi储能系统的最大充放电功率; 与 代表ELNi储能系统的充放电状态,取0或1,其中0表示不处于充放电状态,1表示处于充放电状态; 表示ELNi储能系统在t时段的充放电功率;
则为ELNi储能系统剩余容量的上下限;
S1-3.可再生能源模型
光伏系统具有最大功率点跟踪功能,能够根据光照强度和环境温度进行调整,跟踪并输出所在时段的最大功率,ELNi的光伏系统出力为:式中,PPV,i为所有光伏系统功率的平均值;
风机系统将风的机械能转化为电能,输出功率随着所在时段当地的平均风速的变化而波动,ELNi的风机系统出力为:式中,PWT,i为所有风机系统功率的平均值;
S1-4.ELN功率平衡模型
通过ELN中处于供电侧与需求侧的各个组成部分,得到第i个ELN的电功率平衡模型:其中, 为ELNi与网群的交换功率; 为输送线功率约束。
2.如权利要求1所述的一种基于主从博弈的能源互联网优化控制方法,其特征在于,所述步骤S2中的主从博弈模型的建立如下:S2-1.单个ELN的收益模型
功率平衡的作用在于降低ELN的净负荷,此处设定为功率平衡与ELN联络线交换功率的平方相关,电能交易的收益是在网群内部交易的收益,需要使用网群控制中心和各ELN子网之间的购电价格与售电价格,此外,当ELN联络线上的交换功率为正时,收益为否则,收益为 燃气消耗的收益表示为燃气消耗成本的相反数;
由此,得到ELN的效用函数为:
式中,ρ为功率平衡效用的相关系数,数量级上与 相同;rNG为燃气价格;
S2-2.ELN群网群控制中心的收益模型
由于系统中的ELN通过一条母线进行功率交互,并通过该母线与外部电网进行能量交互,从而对于母线自身的功率有一定的约束;
网群控制中心是系统中人为设置的机构,作为主从博弈模型的领导者,其优化目标是自身利益的最大化,为此设置的网群控制中心收益函数如下:其中, 和 为所有在t时段购电和售电的ELN交换功率的总和。
3.如权利要求2所述的一种基于主从博弈的能源互联网优化控制方法,其特征在于,在步骤S3中,主从博弈的实施过程如下:网群控制中心提供一个初始内部价格,先模拟各个ELN对初始内部价格进行响应,得到确定的电负荷大小,并依据各ELN的效用函数进行局部优化得出各ELN的所有最优策略,进而得出各ELN与网群控制中心的交互功率ugrid;网群控制中心根据各ELN对初始内部电价的反应,同时考虑了内部电价对电负荷的影响,以自身利益的最大化为目标进行优化,从而设置rb和rs,网群控制中心以此为下一次优化的初始值进行迭代,最终得出最优rb和rs,并据此得到各ELN的调度方案;
由此形成的博弈模型如下:
L={(I∪{GM}),{PLoad,i}i∈I,{Rb},{Rs},{Ui}i∈I,R} (31)其中包含以下组成部分:
1)ELN的集合I为跟随者,响应网群控制中心GM作为领导者设定的内部交互电价;
2)PLoad ,i是ELNi调节负荷的策略集,对应的变量PLoad,i包含约束
3)Rb、Rs是GM的策略集,对应GM的决策变量rb与rs;
4)Ui为ELNi的收益函数,在上层优化中可以由变量PLoad,i与约束(5)-(11)、(14)-(15)、(17)-(21)来表示;
5)R为GM的收益函数,作用是获得ELN群内能量交互的利润,并与外部电网进行交易。
4.如权利要求3所述的一种基于主从博弈的能源互联网优化控制方法,其特征在于,在步骤S5中,Stackelberg均衡的实现过程如下:基于上述步骤S3中的主从博弈模型,网群控制中心通过各个ELN的最佳反应决定最优价格,各个ELN在该价格的基础上决定自身决策的最佳值,而通过主从博弈达成上述方案的方式就是Stackelberg均衡;
在(31)定义的Stackelberg博弈L中,当一个策略集 为其中,对于 都有 即 为 的集合;而
因此,当满足以上情况后,即博弈达到SE时,SE电价 与 以及SE时的负荷需求 唯一确定。
5.如权利要求1~4之一所述的一种基于主从博弈的能源互联网优化控制方法,其特征在于,在步骤S6中,判断更新后的内部电价是否使网群控制中心收益最大,若更新后的内部价格不再发生变化,则输出最终优化策略集合作为能源局域网群日前优化结果,否则跳转步骤S2再次进行优化。