CN112366704A - 一种基于激励需求响应的综合能源***联络线功率控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于激励需求响应的综合能源***联络线功率控制方法，步骤为：1)分析工业园区不同负荷用户的运行特点，建立工业园区综合能源***内部多种负荷响应特性模型；2)建立激励型需求侧响应机制下包含负荷调控的园区综合能源***联络线功率控制数学模型；3)采用序列二次规划算法求解园区综合能源***联络线功率控制模型，生成各可控单元的功率调节指令，实现兼顾经济性及多方利益需求的园区综合能源***联络线功率的控制。本发明充分考虑储能设备能源形式的多样化、不同可控负荷调度成本的差异性，无需对园区内部各类用户制定统一规范的补偿标准，有利于兼顾各方利益，提升工业园区综合能源***运行的可靠性和安全性，满足联络线功率的控制需求。

Description

一种基于激励需求响应的综合能源***联络线功率控制方法
技术领域
本发明涉及一种综合能源***联络线功率控制方法。
背景技术
工业园区具备多样的分布式能源和可控资源，具备良好的调控灵活性，在参与辅助服务及需求响应实施方面具备较大优势，近年来国家能源局和电网部门均相应出台了一系列政策鼓励多元用户工业园区积极参与能源辅助服务及可再生能源消纳。但要实现工业园区良好的需求辅助服务，其与上级电网之间精确的联络线交互功率控制是关键，而工业园区中可再生能源种类多、随机波动大，多种能源之间相互耦合转换不确定，负荷需求也受制于生产任务而呈现强随机性，这些新特性使得工业园区在联络线功率控制方面面临极大挑战。
针对工业园区综合能源***联络线功率控制，现有研究多采取整合园区内部所有机组和储能设备形成可控单元对功率进行统一调控的传统控制方式。而实际上，工业园区内包含有多个用能生产企业，隶属于不同的利益主体，整体呈现出多主体能源协同共享、利益相互独立的运行模式，若仍采用现有的集中管控的方式一方面难以兼顾各利益主体间的利益需求，同时由于数据和参数隐私，往往不能获取全部模型参数而设计全局控制策略，因此很难继续适用。
尽管已有相关研究探索了基于博弈论、多智能体或者需求响应互动的新型控制模式，以实现多方主体利益均衡下的联络线功率控制，但现有研究中所采用的互动方式及激励响应措施均较为单一，而考虑到工业园区能源设备形式的多样化、主体利益的差异化，不同可控需求响应单元的调度成本差异性较大，很难通过简单单一的需求响应机制对各类用户制定统一规范的需求响应激励措施及补偿标准来响应调节。而通过扩大内部备用机组容量来应对功率波动的方式既不经济，同时也会增加***运行控制的难度。因此迫切需要研究更加合理高效、更加精细化的针对工业园区特性的联络线功率控制方案。
发明内容
为了综合考虑工业园区综合能源***的实际运行特点并建立一个更具针对性的联络线功率控制方案，本发明以典型的具有多利益主体结构的工业生产园区为例，提出一种差异化激励性需求响应的工业园区综合能源***联络线功率控制方法。本发明采用激励型需求侧响应的功率控制方法，可以突破原有的负荷、储能由园区统一管理、成本被动分摊的控制运行模式，通过激励各企业用户参与联络线响应控制，充分调动企业内部的可控单元，并配合园区自建的备用机组，通过协调配合可以在维持园区多能源功率平衡的前提下，实现对联络线功率计划的有效跟踪，实现多方共赢。
本发明综合能源***联络线功率控制方法包括以下步骤：
(1)分析工业园区不同负荷用户的运行特点，建立工业园区综合能源***内部多种负荷响应特性模型；
(2)建立激励型需求侧响应机制下包含负荷调控的园区综合能源***联络线功率控制数学模型；
(3)采用序列二次规划算法对园区综合能源***联络线功率控制模型求解，生成各可控单元的功率调节指令，实现兼顾经济性及多方利益需求的园区综合能源***联络线功率精确控制。
所述步骤(1)分析不同负荷用户的运行特点，建立工业园区综合能源***内部多种负荷响应特性模型，包括建立储能设备、空调负荷用户、电动汽车负荷用户响应特性模型等步骤：
步骤(1-1)：建立工业园区中储能用户对激励方案的功率响应特性模型如式(1)所示：
Figure BDA0002776780080000021
其中，
Figure BDA0002776780080000022
表示t时段储能设备响应功率，
Figure BDA0002776780080000023
表示t时段园区对储能生产用户的激励价格，SOCt表示t时段储能设备剩余容量实际值，SOC0表示储能设备剩余容量初始值，km、kn均为常系数，km代表激励价格对响应特性的影响因子，kn代表储能剩余容量对响应特性的影响因子，两者共同决定着激励力度的大小，该系数结合园区调度成本及负荷用户参与积极性等实际情况制定。
由式(1)可得园区在激励储能生产用户参与响应控制的成本为：
Figure BDA0002776780080000024
其中，Rbat表示园区在激励储能生产用户参与联络线功率控制的成本，T为工业园区联络线功率控制的总时段数，
Figure BDA0002776780080000031
表示t时段园区对储能生产用户的激励价格，
Figure BDA0002776780080000032
表示t时段储能设备响应功率；t代表时间断面编号。
步骤(1-2)：建立工业园区中空调负荷用户对激励方案的功率响应特性模型，如公式(3)所示：
Figure BDA0002776780080000033
其中，
Figure BDA0002776780080000034
表示t时段空调负荷用户的响应功率，kac是一个非负常数，代表空调负荷用户对激励方案的响应敏感度，其一般与天气状况等不断变化的因素密切相关，该参数可在控制过程中不断修正，从而实现更优的经济性能。
Figure BDA0002776780080000035
表示t时段园区对空调负荷用户的激励价格，
Figure BDA0002776780080000036
代表t时段空调负荷用户的运行出力功率。
据此，园区在激励空调负荷用户参与响应控制的成本：
Figure BDA0002776780080000037
其中，Rac表示园区在激励空调负荷用户参与联络线功率控制的成本，t代表时间断面编号；T为工业园区联络线功率控制的总时段数。
步骤(1-3)：建立工业园区中电动汽车负荷用户对激励方案的功率响应特性模型：
首先分析电动汽车负荷用户在电池荷电状态等多重参数影响下的可放电功率空间：
Figure BDA0002776780080000038
其中，
Figure BDA0002776780080000039
代表t时段电动汽车负荷用户的可放电功率，Sveh,t代表电动汽车电池在t时段的荷电状态，Smin代表电池进行放电操作的最低荷电状态值，当低于该值时电动汽车电池仅进行充电操作，P0表示电动汽车电池的额定放电功率，Tlast为设定的电动汽车结束充电时刻，t为当前时段编号。
上式(5)表明当前时刻越接近用户所设定的充电结束时刻，电动汽车负荷用户参与需求响应功率调节的潜力越小；并且当前电池剩余容量与电池最低荷电状态值之间差值越大，则其参与调控时的放电能力就越强。
电动汽车负荷用户在参与激励性需求响应调节过程中，会因为充放电过程造成其寿命的损耗，由此园区激励电动汽车负荷用户参与响应控制的成本与其寿命损耗有关，可表示为：
Figure BDA0002776780080000041
其中，Rveh表示园区激励电动汽车负荷用户参与响应控制的成本；kveh表示园区对电动汽车负荷用户的激励系数，影响电动汽车负荷用户参与激励型需求响应的积极性；
Figure BDA0002776780080000042
表示第i个电动汽车在第k次放电过程中对应的放电功率，Li表示第i个电动汽车在T时段的总放电次数；β是常系数，代表电动汽车电池的单位功率损耗成本，可由电池的额定容量及更换成本等计算得到；t代表时间断面编号，T为工业园区联络线功率控制的总时段数，i为电动汽车的序号。
所述步骤(2)中，建立激励型需求侧响应机制下包含负荷调控的园区综合能源***联络线功率控制数学模型，包括建立工业园区综合能源***在无激励需求响应机制下的联络线功率控制模型，分析考虑激励型需求响应下的园区综合能源***联络线功率控制模型变化，建立考虑激励型需求侧响应机制后的园区综合能源***联络线功率控制模型等步骤：
步骤(2-1)：建立工业园区综合能源***在无激励需求响应机制下的联络线功率控制模型，其中模型以最低控制成本实现最优的联络线功率控制为目标，如式(7)所示：
Figure BDA0002776780080000043
其中，
Figure BDA0002776780080000044
表示工业园区综合能源***在无激励需求响应机制下的联络线功率控制目标；NE表示能源站的数量，Cgas表示能源站单位有功出力的燃料费用，
Figure BDA0002776780080000045
表示第m台能源站在t时段所增发的有功功率，Csu表示能源站的启动费用，
Figure BDA0002776780080000046
表示第m台能源站在t时段启动状态的二进制变量，PGrid,t表示工业园区在t时段与外部电网之间的联络线交换功率，即购电或售电功率，λGrid,t表示t时段的市场电价；
Figure BDA0002776780080000047
为园区在t时段与外部电网之间的联络线交换功率合同参考值；t代表时间断面编号；m代表能源站的序号；T为工业园区联络线功率控制的总时段数。
工业园区综合能源***在无激励需求响应机制下的联络线功率控制模型还应满足的运行约束条件包括能源站出力功率上下限约束、能源站出力功率爬坡率约束、能源站起停状态约束、能源站最小开机约束、能源站最小停机时间约束、联络线功率上下限约束等，如公式(8)所示：
Figure BDA0002776780080000051
其中，
Figure BDA0002776780080000052
分别表示第m台能源站出力功率的下限和上限，
Figure BDA0002776780080000053
分别表示第m台能源站在t时段及t-1时段所增发的有功功率，
Figure BDA0002776780080000054
分别表示第m台能源站的出力功率的爬坡下限与爬坡上限；△t为两次控制时段之间的时间间隔；
Figure BDA0002776780080000055
分别表示第m台能源站在t时段及t-1时段启动状态的二进制变量；
Figure BDA0002776780080000056
分别表示第m台能源站在t时段的启动变量和停止变量，取值为0或1；
Figure BDA0002776780080000057
表示能源站的最小运行时间；
Figure BDA0002776780080000058
表示能源站的最小停机时间，
Figure BDA0002776780080000059
分别表示工业园区与外部电网之间的联络线交换功率下限和上限；t代表时间断面编号；m代表能源站的序号。
步骤(2-2)：分析考虑激励型需求响应下的园区综合能源***联络线功率控制模型变化：
1)由于负荷预测误差以及园区内可再生能源***的功率波动，将导致园区与外部电网之间的联络线功率出现波动和偏差，从而带来上级电网依据合同对工业园区的考核惩罚，为尽量避免这种惩罚费用，园区可通过激励性需求响应机制，激励园区用户削减或调整负荷，此时园区需额外支付的激励费用为：
Figure BDA00027767800800000510
式中，
Figure BDA00027767800800000511
为t时段园区向参与负荷调整的第r个用户，包括园区储能用户、空调负荷用户或者电动汽车负荷用户，所支付的激励价格，
Figure BDA00027767800800000512
为第r个园区负荷在t时段减少的电力需求，△L为园区总的负荷激励调整费用；t代表时间断面编号；r代表园区负荷的序号；T为工业园区联络线功率控制的总时段数；Nr为总的园区负荷数量。
2)由于负荷功率的削减或者调整，导致园区向能源站购能的成本相应变化调整，降低了向部分能源站购能的费用，也即是获得部分收益，如公式(10)所示：
Figure BDA0002776780080000061
式中，△E为园区因需求响应机制而获得的间接收益；Cgas表示能源站单位有功出力的燃料费用；
Figure BDA0002776780080000062
为第r个园区负荷在t时段减少的电力需求；t代表时间断面编号；r代表园区负荷的序号；T为工业园区联络线功率控制的总时段数；Nr为总的园区负荷数量。
3)由于负荷功率的削减或者调整，可能导致用户的舒适体验获得改变，此时应该尽量确保用户的舒适性约束，如公式(11)所示：
Figure BDA0002776780080000063
式中，
Figure BDA0002776780080000064
为第n个空调负荷所在区域在t时段的温度，
Figure BDA0002776780080000065
为第△E为第n个空调负荷所在区域所期望的舒适温度下限与上限。
步骤(2-3)：建立考虑激励型需求侧响应机制后的园区综合能源***联络线功率控制模型：
综合考虑工业园区综合能源***在无激励需求响应机制下的联络线功率控制模型以及激励型需求侧响应机制带来的模型变化，可建立考虑激励型需求侧响应机制后的园区综合能源***联络线功率控制模型，表示如下：
Figure BDA0002776780080000066
Figure BDA0002776780080000067
式中，
Figure BDA0002776780080000068
表示工业园区综合能源***在考虑激励型用户需求响应机制后的联络线功率控制目标；t代表时间断面编号；T为工业园区联络线功率控制的总时段数；m代表能源站的编号，NE表示能源站的数量，Cgas表示能源站单位有功出力的燃料费用，
Figure BDA0002776780080000071
分别表示第m台能源站在t时段及t-1时段所增发的有功功率，Csu表示能源站的启动费用，
Figure BDA0002776780080000072
Figure BDA0002776780080000073
分别表示第m台能源站在t时段及t-1时段启动状态的二进制变量，PGrid,t表示工业园区在t时段与外部电网之间的联络线交换功率，即购电或售电功率，λGrid,t表示t时段的市场电价；
Figure BDA0002776780080000074
为园区在t时段与外部电网之间的联络线交换功率合同参考值，△L为园区总的负荷激励调整费用，△E为园区因需求响应机制而获得的间接收益，
Figure BDA0002776780080000075
分别表示第m台能源站出力功率的下限和上限，
Figure BDA0002776780080000076
分别表示第m台能源站的出力功率的爬坡下限与爬坡上限；△t为两次控制时段之间的时间间隔；
Figure BDA0002776780080000077
分别表示第m台能源站在t时段的启动变量和停止变量，取值为0或1；
Figure BDA0002776780080000078
表示能源站的最小运行时间；
Figure BDA0002776780080000079
表示能源站的最小停机时间，
Figure BDA00027767800800000710
分别表示工业园区与外部电网之间的联络线交换功率下限和上限；
Figure BDA00027767800800000711
为第n个空调负荷所在区域在t时段的温度，
Figure BDA00027767800800000712
为第△E为第n个空调负荷所在区域所期望的舒适温度下限与上限。
所述步骤(3)中，采用序列二次规划算法对园区综合能源***联络线功率控制模型求解，生成各可控单元的功率调节指令，实现兼顾经济性及多方利益需求的园区综合能源***联络线功率精确控制。具体包括各用户负荷激励价格的初始化、计算联络线功率控制模型目标及约束条件的梯度信息、非线性联络线功率控制模型的等效转换，优化结果评价及参数迭代更新等步骤：
步骤(3-1)：随机初始化园区给予内部用户负荷的各时段的激励价格，如公式(13)所示：
Figure BDA00027767800800000713
式中，
Figure BDA00027767800800000714
为第k次迭代时各用户各时段激励价格所构成的激励价格矢量，
Figure BDA00027767800800000715
表示第1个负荷分别在1时段、t时段以及T时段的激励价格，
Figure BDA00027767800800000716
表示第r个负荷分别在1时段、t时段以及T时段的激励价格，
Figure BDA00027767800800000717
表示第Nr个负荷分别在1时段、t时段以及T时段的激励价格。
步骤(3-2)：代入初始化的激励价格
Figure BDA00027767800800000718
计算当前激励价格下的联络线控制模型目标及约束条件的梯度信息，如公式(14)所示：
Figure BDA0002776780080000081
式中，
Figure BDA0002776780080000082
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的拉格朗日函数，λk、μk为拉格朗日乘子，
Figure BDA0002776780080000083
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的目标函数，
Figure BDA0002776780080000084
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的第i个不等式约束函数，m为不等式约束函数个数；
Figure BDA0002776780080000085
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的第j个等式约束函数，l为总等式约束函数个数；Hk代表第k次迭代求解时对应的海森矩阵，
Figure BDA0002776780080000086
表示对拉格朗日函数在
Figure BDA0002776780080000087
处泰勒展开后取二阶部分。
步骤(3-3)：根据上述计算的梯度信息，将非线性联络线功率控制模型等效转换为一系列线性规划或二次规划来逐次逼近原非线性规划问题，如公式(15)所示：
Figure BDA0002776780080000088
式中，
Figure BDA0002776780080000089
为迭代步长，代表下一迭代激励价格与当前迭代激励价格之间的差值，dT代表d的转置，
Figure BDA00027767800800000810
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的目标函数在
Figure BDA00027767800800000811
处泰勒展开后取一阶部分，
Figure BDA00027767800800000812
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的第j个等式约束函数在
Figure BDA00027767800800000813
处泰勒展开后取一阶部分，
Figure BDA00027767800800000814
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的第i个不等式约束函数在
Figure BDA00027767800800000815
处泰勒展开后取一阶部分。
步骤(3-4)：求解式(15)对应的转换后的线性规划或二次规划问题，获取最优的激励价格
Figure BDA00027767800800000816
和相应的优化目标值，并判断两次迭代之间的最优激励价格差值是否小于给定值ε，若小于给定值，则判定收敛，输出最优激励价格
Figure BDA00027767800800000817
和相应的优化目标值；否则转入下一次迭代，直至收敛为止。
附图说明
图1为工业园区综合能源***联络线功率控制方法的示意图。
具体实施方式
本发明基于激励型需求侧响应的工业园区综合能源***联络线功率控制方法主要包括：
(1)分析工业园区不同负荷用户的运行特点，建立工业园区综合能源***内部多种负荷响应特性模型；
(2)建立激励型需求侧响应机制下包含负荷调控的园区综合能源***联络线功率控制数学模型；
(3)采用序列二次规划算法对园区综合能源***联络线功率控制模型求解，生成各可控单元的功率调节指令，实现兼顾经济性及多方利益需求的园区综合能源***联络线功率精确控制。
本发明充分考虑到储能设备能源形式的多样化、不同可控负荷调度成本的差异性，无需对园区内部各类用户制定统一规范的补偿标准，有利于兼顾各方及利益，提升工业园区综合能源***运行的可靠性和安全性，并能有效满足联络线功率的控制需求，具有较好的应用前景。
如图1所示，本发明控制方法步骤具体如下：
1、分析工业园区不同负荷用户的运行特点，建立工业园区综合能源***内部多种负荷响应特性模型。
(1)建立工业园区中储能用户对激励方案的功率响应特性模型，如式(1)所示：
Figure BDA0002776780080000091
其中，
Figure BDA0002776780080000092
表示t时段储能设备响应功率，
Figure BDA0002776780080000093
表示t时段园区对储能生产用户的激励价格，SOCt表示t时段储能设备剩余容量实际值，SOC0表示储能设备剩余容量初始值，km、kn均为常系数，km代表激励价格对响应特性的影响因子，kn代表储能剩余容量对响应特性的影响因子，两者共同决定着激励力度的大小，该系数结合园区调度成本及负荷用户参与积极性等实际情况制定。
由式(1)可得园区在激励储能生产用户参与响应控制的成本为：
Figure BDA0002776780080000094
其中，Rbat表示园区在激励储能生产用户参与联络线功率控制的成本，T为工业园区联络线功率控制的总时段数，
Figure BDA0002776780080000095
表示t时段园区对储能生产用户的激励价格，
Figure BDA0002776780080000096
表示t时段储能设备响应功率；t代表时间断面编号。
(2)建立工业园区中空调负荷用户对激励方案的功率响应特性模型，如公式(3)所示：
Figure BDA0002776780080000101
其中，
Figure BDA0002776780080000102
表示t时段空调负荷用户的响应功率，kac是一个非负常数，代表空调负荷用户对激励方案的响应敏感度，其一般与天气状况等不断变化的因素密切相关，该参数可在控制过程中不断修正，从而实现更优的经济性能。
Figure BDA0002776780080000103
表示t时段园区对空调负荷用户的激励价格，
Figure BDA0002776780080000104
代表t时段空调负荷用户的运行出力功率。
据此，园区在激励空调负荷用户参与响应控制的成本：
Figure BDA0002776780080000105
其中，Rac表示园区在激励空调负荷用户参与联络线功率控制的成本，t代表时间断面编号；T为工业园区联络线功率控制的总时段数。
(3)建立工业园区中电动汽车负荷用户对激励方案的功率响应特性模型：
首先分析电动汽车负荷用户在电池荷电状态等多重参数影响下的可放电功率空间：
Figure BDA0002776780080000106
其中，
Figure BDA0002776780080000107
代表t时段电动汽车负荷用户的可放电功率，Sveh,t代表电动汽车电池在t时段的荷电状态，Smin代表电池进行放电操作的最低荷电状态值，当低于该值时电动汽车电池仅进行充电操作，P0表示电动汽车电池的额定放电功率，Tlast为设定的电动汽车结束充电时刻，t为当前时段编号。
上式(5)表明当前时刻越接近用户所设定的充电结束时刻，电动汽车负荷用户参与需求响应功率调节的潜力越小；并且当前电池剩余容量与电池最低荷电状态值之间差值越大，则其参与调控时的放电能力就越强。
电动汽车负荷用户在参与激励性需求响应调节过程中，会因为充放电过程造成其寿命的损耗，由此园区激励电动汽车负荷用户参与响应控制的成本与其寿命损耗有关，可表示为：
Figure BDA0002776780080000108
其中，Rveh表示园区激励电动汽车负荷用户参与响应控制的成本；kveh表示园区对电动汽车负荷用户的激励系数，影响电动汽车负荷用户参与激励型需求响应的积极性；
Figure BDA0002776780080000109
表示第i个电动汽车在第k次放电过程中对应的放电功率，Li表示第i个电动汽车在T时段的总放电次数；β是常系数，代表电动汽车电池的单位功率损耗成本，可由电池的额定容量及更换成本等计算得到；t代表时间断面编号，T为工业园区联络线功率控制的总时段数，i为电动汽车的序号。
2、建立激励型需求侧响应机制下包含负荷调控的园区综合能源***联络线功率控制数学模型。
(1)建立工业园区综合能源***在无激励需求响应机制下的联络线功率控制模型，其中模型以最低控制成本实现最优的联络线功率控制为目标，如式(7)所示：
Figure BDA0002776780080000111
其中，
Figure BDA0002776780080000112
表示工业园区综合能源***在无激励需求响应机制下的联络线功率控制目标；NE表示能源站的数量，Cgas表示能源站单位有功出力的燃料费用，
Figure BDA0002776780080000113
表示第m台能源站在t时段所增发的有功功率，Csu表示能源站的启动费用，
Figure BDA0002776780080000114
表示第m台能源站在t时段启动状态的二进制变量，PGrid,t表示工业园区在t时段与外部电网之间的联络线交换功率，即购电或售电功率，λGrid,t表示t时段的市场电价；
Figure BDA0002776780080000115
为园区在t时段与外部电网之间的联络线交换功率合同参考值；t代表时间断面编号；m代表能源站的序号；T为工业园区联络线功率控制的总时段数。
工业园区综合能源***在无激励需求响应机制下的联络线功率控制模型还应满足的运行约束条件包括能源站出力功率上下限约束、能源站出力功率爬坡率约束、能源站起停状态约束、能源站最小开机约束、能源站最小停机时间约束、联络线功率上下限约束等，如公式(8)所示：
Figure BDA0002776780080000116
其中，
Figure BDA0002776780080000121
分别表示第m台能源站出力功率的下限和上限，
Figure BDA0002776780080000122
分别表示第m台能源站在t时段及t-1时段所增发的有功功率，
Figure BDA0002776780080000123
分别表示第m台能源站的出力功率的爬坡下限与爬坡上限；△t为两次控制时段之间的时间间隔；
Figure BDA0002776780080000124
分别表示第m台能源站在t时段及t-1时段启动状态的二进制变量；
Figure BDA0002776780080000125
分别表示第m台能源站在t时段的启动变量和停止变量，取值为0或1；
Figure BDA0002776780080000126
表示能源站的最小运行时间；
Figure BDA0002776780080000127
表示能源站的最小停机时间，
Figure BDA0002776780080000128
分别表示工业园区与外部电网之间的联络线交换功率下限和上限；t代表时间断面编号；m代表能源站的序号。
(2)分析考虑激励型需求响应下的园区综合能源***联络线功率控制模型变化：
由于负荷预测误差以及园区内可再生能源***的功率波动，将导致园区与外部电网之间的联络线功率出现波动和偏差，从而带来上级电网依据合同对工业园区的考核惩罚，为尽量避免这种惩罚费用，园区可通过激励性需求响应机制，激励园区用户削减或调整负荷，此时园区需额外支付的激励费用为：
Figure BDA0002776780080000129
式中，
Figure BDA00027767800800001210
为t时段园区向参与负荷调整的第r个用户，包括园区储能用户、空调负荷用户或者电动汽车负荷用户，所支付的激励价格，
Figure BDA00027767800800001211
为第r个园区负荷在t时段减少的电力需求，△L为园区总的负荷激励调整费用；t代表时间断面编号；r代表园区负荷的序号；T为工业园区联络线功率控制的总时段数；Nr为总的园区负荷数量。
由于负荷功率的削减或者调整，导致园区向能源站购能的成本相应变化调整，降低了向部分能源站购能的费用，也即是获得部分收益，如公式(10)所示：
Figure BDA00027767800800001212
式中，△E为园区因需求响应机制而获得的间接收益；Cgas表示能源站单位有功出力的燃料费用；
Figure BDA00027767800800001213
为第r个园区负荷在t时段减少的电力需求；t代表时间断面编号；r代表园区负荷的序号；T为工业园区联络线功率控制的总时段数；Nr为总的园区负荷数量。
由于负荷功率的削减或者调整，可能导致用户的舒适体验获得改变，此时应该尽量确保用户的舒适性约束，如公式(11)所示：
Figure BDA00027767800800001214
式中，
Figure BDA0002776780080000131
为第n个空调负荷所在区域在t时段的温度，
Figure BDA0002776780080000132
为第△E为第n个空调负荷所在区域所期望的舒适温度下限与上限。
(3)建立考虑激励型需求侧响应机制后的园区综合能源***联络线功率控制模型：
综合考虑工业园区综合能源***在无激励需求响应机制下的联络线功率控制模型以及激励型需求侧响应机制带来的模型变化，可建立考虑激励型需求侧响应机制后的园区综合能源***联络线功率控制模型，表示如下：
Figure BDA0002776780080000133
Figure BDA0002776780080000134
式中，
Figure BDA0002776780080000135
表示工业园区综合能源***在考虑激励型用户需求响应机制后的联络线功率控制目标；t代表时间断面编号；T为工业园区联络线功率控制的总时段数；m代表能源站的编号，NE表示能源站的数量，Cgas表示能源站单位有功出力的燃料费用，
Figure BDA0002776780080000136
分别表示第m台能源站在t时段及t-1时段所增发的有功功率，Csu表示能源站的启动费用，
Figure BDA0002776780080000137
Figure BDA0002776780080000138
分别表示第m台能源站在t时段及t-1时段启动状态的二进制变量，PGrid,t表示工业园区在t时段与外部电网之间的联络线交换功率，即购电或售电功率，λGrid,t表示t时段的市场电价；
Figure BDA0002776780080000139
为园区在t时段与外部电网之间的联络线交换功率合同参考值，△L为园区总的负荷激励调整费用，△E为园区因需求响应机制而获得的间接收益，
Figure BDA00027767800800001310
分别表示第m台能源站出力功率的下限和上限，
Figure BDA00027767800800001311
分别表示第m台能源站的出力功率的爬坡下限与爬坡上限；△t为两次控制时段之间的时间间隔；
Figure BDA00027767800800001312
分别表示第m台能源站在t时段的启动变量和停止变量，取值为0或1；
Figure BDA00027767800800001313
表示能源站的最小运行时间；
Figure BDA00027767800800001314
表示能源站的最小停机时间，
Figure BDA00027767800800001315
分别表示工业园区与外部电网之间的联络线交换功率下限和上限；
Figure BDA0002776780080000141
为第n个空调负荷所在区域在t时段的温度，
Figure BDA0002776780080000142
为第△E为第n个空调负荷所在区域所期望的舒适温度下限与上限。
3、采用序列二次规划算法对园区综合能源***联络线功率控制模型求解，生成各可控单元的功率调节指令，实现兼顾经济性及多方利益需求的园区综合能源***联络线功率精确控制。
(1)随机初始化园区给予内部用户负荷的各时段的激励价格，如公式(13)所示：
Figure BDA0002776780080000143
式中，
Figure BDA0002776780080000144
为第k次迭代时各用户各时段激励价格所构成的激励价格矢量，
Figure BDA0002776780080000145
表示第1个负荷分别在1时段、t时段以及T时段的激励价格，
Figure BDA0002776780080000146
表示第r个负荷分别在1时段、t时段以及T时段的激励价格，
Figure BDA0002776780080000147
表示第Nr个负荷分别在1时段、t时段以及T时段的激励价格。
(2)代入初始化的激励价格
Figure BDA0002776780080000148
计算当前激励价格下的联络线控制模型目标及约束条件的梯度信息，如公式(14)所示：
Figure BDA0002776780080000149
式中，
Figure BDA00027767800800001410
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的拉格朗日函数，λk、μk为拉格朗日乘子，
Figure BDA00027767800800001411
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的目标函数，
Figure BDA00027767800800001412
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的第i个不等式约束函数，m为不等式约束函数个数；
Figure BDA00027767800800001413
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的第j个等式约束函数，l为总等式约束函数个数；Hk代表第k次迭代求解时对应的海森矩阵，
Figure BDA00027767800800001414
表示对拉格朗日函数在
Figure BDA00027767800800001415
处泰勒展开后取二阶部分。
(3)根据上述计算的梯度信息，将非线性联络线功率控制模型等效转换为一系列线性规划或二次规划来逐次逼近原非线性规划问题，如公式(15)所示：
Figure BDA00027767800800001416
式中，
Figure BDA0002776780080000151
为迭代步长，代表下一迭代激励价格与当前迭代激励价格之间的差值，dT代表d的转置，
Figure BDA0002776780080000152
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的目标函数在
Figure BDA0002776780080000153
处泰勒展开后取一阶部分，
Figure BDA0002776780080000154
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的第j个等式约束函数在
Figure BDA0002776780080000155
处泰勒展开后取一阶部分，
Figure BDA0002776780080000156
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的第i个不等式约束函数在
Figure BDA0002776780080000157
处泰勒展开后取一阶部分。
(4)求解式(15)对应的转换后的线性规划或二次规划问题，获取最优的激励价格
Figure BDA0002776780080000158
和相应的优化目标值，并判断两次迭代之间的最优激励价格差值是否小于给定值ε，若小于给定值，则判定收敛，输出最优激励价格
Figure BDA0002776780080000159
和相应的优化目标值；否则转入下一次迭代，直至收敛为止。

Claims (4)

1.一种基于激励需求响应的综合能源***联络线功率控制方法，其特征在于，所述的控制方法包括以下步骤：
(1)分析工业园区不同负荷用户的运行特点，建立工业园区综合能源***内部多种负荷响应特性模型；
(2)建立激励型需求侧响应机制下包含负荷调控的园区综合能源***联络线功率控制数学模型；
(3)采用序列二次规划算法对园区综合能源***联络线功率控制模型求解，生成各可控单元的功率调节指令，实现兼顾经济性及多方利益需求的园区综合能源***联络线功率精确控制。
2.如权利要求1所述的一种基于激励需求响应的综合能源***联络线功率控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，分析工业园区不同负荷用户的运行特点，建立工业园区综合能源***内部多种负荷响应特性模型的步骤如下：
步骤(1-1)：建立工业园区中储能用户对激励方案的功率响应特性模型，如式(1)所示：
Figure FDA0002776780070000011
其中，
Figure FDA0002776780070000012
表示t时段储能设备响应功率，
Figure FDA0002776780070000013
表示t时段园区对储能生产用户的激励价格，SOCt表示t时段储能设备剩余容量实际值，SOC0表示储能设备剩余容量初始值，km、kn均为常系数，km代表激励价格对响应特性的影响因子，kn代表储能剩余容量对响应特性的影响因子，两者共同决定着激励力度的大小，该系数结合园区调度成本及负荷用户参与积极性这些实际情况制定；
由式(1)可得园区在激励储能生产用户参与响应控制的成本为：
Figure FDA0002776780070000014
其中，Rbat表示园区在激励储能生产用户参与联络线功率控制的成本，T为工业园区联络线功率控制的总时段数；
Figure FDA0002776780070000015
表示t时段园区对储能生产用户的激励价格，
Figure FDA0002776780070000016
表示t时段储能设备响应功率；t代表时间断面编号；
步骤(1-2)：建立工业园区中空调负荷用户对激励方案的功率响应特性模型，如公式(3)所示：
Figure FDA0002776780070000021
其中，
Figure FDA0002776780070000022
表示t时段空调负荷用户的响应功率，kac是一个非负常数，代表空调负荷用户对激励方案的响应敏感度，其一般与天气状况等不断变化的因素密切相关，该参数可在控制过程中不断修正，从而实现更优的经济性能；
Figure FDA0002776780070000023
表示t时段园区对空调负荷用户的激励价格；
Figure FDA0002776780070000024
代表t时段空调负荷用户的运行出力功率；
据此，园区在激励空调负荷用户参与响应控制的成本：
Figure FDA0002776780070000025
其中，Rac表示园区在激励空调负荷用户参与联络线功率控制的成本，t代表时间断面编号；T为工业园区联络线功率控制的总时段数；
步骤(1-3)：建立工业园区中电动汽车负荷用户对激励方案的功率响应特性模型：
首先分析电动汽车负荷用户在电池荷电状态等多重参数影响下的可放电功率空间：
Figure FDA0002776780070000026
其中，
Figure FDA0002776780070000027
代表t时段电动汽车负荷用户的可放电功率，Sveh,t代表电动汽车电池在t时段的荷电状态，Smin代表电池进行放电操作的最低荷电状态值，当低于该值时电动汽车电池仅进行充电操作，P0表示电动汽车电池的额定放电功率，Tlast为设定的电动汽车结束充电时刻，t为当前时段编号；
上式(5)表明当前时刻越接近用户所设定的充电结束时刻，电动汽车负荷用户参与需求响应功率调节的潜力越小；并且当前电池剩余容量与电池最低荷电状态值之间差值越大，则其参与调控时的放电能力就越强；
电动汽车负荷用户在参与激励性需求响应调节过程中，会因为充放电过程造成其寿命的损耗，由此园区激励电动汽车负荷用户参与响应控制的成本与其寿命损耗有关，可表示为：
Figure FDA0002776780070000028
其中，Rveh表示园区激励电动汽车负荷用户参与响应控制的成本；kveh表示园区对电动汽车负荷用户的激励系数，影响电动汽车负荷用户参与激励型需求响应的积极性；
Figure FDA0002776780070000029
表示第i个电动汽车在第k次放电过程中对应的放电功率，Li表示第i个电动汽车在T时段的总放电次数；β是常系数，代表电动汽车电池的单位功率损耗成本，由电池的额定容量及更换成本计算得到；t代表时间断面编号，T为工业园区联络线功率控制的总时段数，i为电动汽车的序号。
3.如权利要求1所述的一种基于激励需求响应的综合能源***联络线功率控制方法，其特征在于，所述步骤(2)建立激励型需求侧响应机制下包含负荷调控的园区综合能源***联络线功率控制数学模型，分析不同负荷用户的运行特点及用能成本，建立工业园区综合能源***内部多种负荷响应特性模型的具体步骤如下：
步骤(2-1)：建立工业园区综合能源***在无激励需求响应机制下的联络线功率控制模型，其中模型以最低控制成本实现最优的联络线功率控制为目标，如式(7)所示：
Figure FDA0002776780070000031
其中，
Figure FDA0002776780070000032
表示工业园区综合能源***在无激励需求响应机制下的联络线功率控制目标；NE表示能源站的数量，Cgas表示能源站单位有功出力的燃料费用，
Figure FDA0002776780070000033
表示第m台能源站在t时段所增发的有功功率，Csu表示能源站的启动费用，
Figure FDA0002776780070000034
表示第m台能源站在t时段启动状态的二进制变量，PGrid,t表示工业园区在t时段与外部电网之间的联络线交换功率，即购电或售电功率，λGrid,t表示t时段的市场电价；
Figure FDA0002776780070000035
为园区在t时段与外部电网之间的联络线交换功率合同参考值；t代表时间断面编号；m代表能源站的序号；T为工业园区联络线功率控制的总时段数；
工业园区综合能源***在无激励需求响应机制下的联络线功率控制模型还应满足的运行约束条件包括能源站出力功率上下限约束、能源站出力功率爬坡率约束、能源站起停状态约束、能源站最小开机约束、能源站最小停机时间约束、联络线功率上下限约束等，如公式(8)所示：
Figure FDA0002776780070000041
其中，
Figure FDA0002776780070000042
分别表示第m台能源站出力功率的下限和上限，
Figure FDA0002776780070000043
分别表示第m台能源站在t时段及t-1时段所增发的有功功率，
Figure FDA0002776780070000044
分别表示第m台能源站的出力功率的爬坡下限与爬坡上限；△t为两次控制时段之间的时间间隔；
Figure FDA0002776780070000045
分别表示第m台能源站在t时段及t-1时段启动状态的二进制变量，
Figure FDA0002776780070000046
分别表示第m台能源站在t时段的启动变量和停止变量，取值为0或1；
Figure FDA0002776780070000047
表示能源站的最小运行时间；
Figure FDA0002776780070000048
表示能源站的最小停机时间，
Figure FDA0002776780070000049
分别表示工业园区与外部电网之间的联络线交换功率下限和上限；t代表时间断面编号；m代表能源站的序号；
步骤(2-2)：分析考虑激励型需求响应下的园区综合能源***联络线功率控制模型变化：
1)由于负荷预测误差以及园区内可再生能源***的功率波动，将导致园区与外部电网之间的联络线功率出现波动和偏差，从而带来上级电网依据合同对工业园区的考核惩罚，为尽量避免这种惩罚费用，园区可通过激励性需求响应机制，激励园区用户削减或调整负荷，此时园区需额外支付的激励费用为：
Figure FDA00027767800700000410
式中，
Figure FDA00027767800700000411
为t时段园区向参与负荷调整的第r个用户，包括园区储能用户、空调负荷用户或者电动汽车负荷用户，所支付的激励价格，
Figure FDA00027767800700000412
为第r个园区负荷在t时段减少的电力需求，△L为园区总的负荷激励调整费用；t代表时间断面编号；r代表园区负荷的序号；T为工业园区联络线功率控制的总时段数；Nr为总的园区负荷数量；
2)由于负荷功率的削减或者调整，导致园区向能源站购能的成本相应变化调整，降低了向部分能源站购能的费用，也即是获得部分收益，如公式(10)所示：
Figure FDA0002776780070000051
式中，△E为园区因需求响应机制而获得的间接收益；Cgas表示能源站单位有功出力的燃料费用；
Figure FDA0002776780070000052
为第r个园区负荷在t时段减少的电力需求；t代表时间断面编号；r代表园区负荷的序号；T为工业园区联络线功率控制的总时段数；Nr为总的园区负荷数量；
3)由于负荷功率的削减或者调整，有可能导致用户的舒适体验获得改变，此时应该尽量确保用户的舒适性约束，如公式(11)所示：
Figure FDA0002776780070000053
式中，
Figure FDA0002776780070000054
为第n个空调负荷所在区域在t时段的温度，
Figure FDA0002776780070000055
为第△E为第n个空调负荷所在区域所期望的舒适温度下限与上限；
步骤(2-3)：建立考虑激励型需求侧响应机制后的园区综合能源***联络线功率控制模型：
综合考虑工业园区综合能源***在无激励需求响应机制下的联络线功率控制模型以及激励型需求侧响应机制带来的模型变化，建立考虑激励型需求侧响应机制后的园区综合能源***联络线功率控制模型，表示如下：
Figure FDA0002776780070000056
Figure FDA0002776780070000057
式中，
Figure FDA0002776780070000058
表示工业园区综合能源***在考虑激励型用户需求响应机制后的联络线功率控制目标；t代表时间断面编号；T为工业园区联络线功率控制的总时段数；m代表能源站的编号，NE表示能源站的数量，Cgas表示能源站单位有功出力的燃料费用，
Figure FDA0002776780070000061
分别表示第m台能源站在t时段及t-1时段所增发的有功功率，Csu表示能源站的启动费用，
Figure FDA0002776780070000062
Figure FDA0002776780070000063
分别表示第m台能源站在t时段及t-1时段启动状态的二进制变量，PGrid,t表示工业园区在t时段与外部电网之间的联络线交换功率，即购电或售电功率，λGrid,t表示t时段的市场电价；
Figure FDA0002776780070000064
为园区在t时段与外部电网之间的联络线交换功率合同参考值，△L为园区总的负荷激励调整费用，△E为园区因需求响应机制而获得的间接收益，
Figure FDA0002776780070000065
分别表示第m台能源站出力功率的下限和上限，
Figure FDA0002776780070000066
分别表示第m台能源站的出力功率的爬坡下限与爬坡上限；△t为两次控制时段之间的时间间隔；
Figure FDA0002776780070000067
分别表示第m台能源站在t时段的启动变量和停止变量，取值为0或1；
Figure FDA0002776780070000068
表示能源站的最小运行时间；
Figure FDA0002776780070000069
表示能源站的最小停机时间，
Figure FDA00027767800700000610
分别表示工业园区与外部电网之间的联络线交换功率下限和上限；
Figure FDA00027767800700000611
为第n个空调负荷所在区域在t时段的温度，
Figure FDA00027767800700000612
为第△E为第n个空调负荷所在区域所期望的舒适温度下限与上限。
4.如权利要求1所述的一种基于激励需求响应的综合能源***联络线功率控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，采用序列二次规划算法对园区综合能源***联络线功率控制模型求解，生成各可控单元的功率调节指令，实现兼顾经济性及多方利益需求的园区综合能源***联络线功率精确控制的具体步骤如下：
步骤(3-1)：随机初始化园区给予内部用户负荷的各时段的激励价格，如公式(13)所示：
Figure FDA00027767800700000613
式中，
Figure FDA00027767800700000614
为第k次迭代时各用户各时段激励价格所构成的激励价格矢量，
Figure FDA00027767800700000615
表示第1个负荷分别在1时段、t时段以及T时段的激励价格，
Figure FDA00027767800700000616
表示第r个负荷分别在1时段、t时段以及T时段的激励价格，
Figure FDA00027767800700000617
表示第Nr个负荷分别在1时段、t时段以及T时段的激励价格；
步骤(3-2)：代入初始化的激励价格
Figure FDA00027767800700000618
计算当前激励价格下的联络线控制模型目标及约束条件的梯度信息，如公式(14)所示：
Figure FDA00027767800700000619
式中，
Figure FDA0002776780070000071
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的拉格朗日函数，λk、μk为拉格朗日乘子，
Figure FDA0002776780070000072
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的目标函数，
Figure FDA0002776780070000073
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的第i个不等式约束函数，m为不等式约束函数个数；
Figure FDA0002776780070000074
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的第j个等式约束函数，l为总等式约束函数个数；Hk代表第k次迭代求解时对应的海森矩阵，
Figure FDA0002776780070000075
表示对拉格朗日函数在
Figure FDA0002776780070000076
处泰勒展开后取二阶部分；
步骤(3-3)：根据上述计算的梯度信息，将非线性联络线功率控制模型等效转换为一系列线性规划或二次规划来逐次逼近原非线性规划问题，如公式(15)所示：
Figure FDA0002776780070000077
式中，
Figure FDA0002776780070000078
为迭代步长，代表下一迭代激励价格与当前迭代激励价格之间的差值，dT代表d的转置，
Figure FDA0002776780070000079
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的目标函数在
Figure FDA00027767800700000710
处泰勒展开后取一阶部分，
Figure FDA00027767800700000711
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的第j个等式约束函数在
Figure FDA00027767800700000712
处泰勒展开后取一阶部分，
Figure FDA00027767800700000713
代表式(12)所对应联络线功率控制问题的第i个不等式约束函数在
Figure FDA00027767800700000714
处泰勒展开后取一阶部分；
步骤(3-4)：求解式(15)对应的转换后的线性规划或二次规划问题，获取最优的激励价格
Figure FDA00027767800700000715
和相应的优化目标值，并判断两次迭代之间的最优激励价格差值是否小于给定值ε，若小于给定值，则判定收敛，输出最优激励价格
Figure FDA00027767800700000716
和相应的优化目标值；否则转入下一次迭代，直至收敛为止。
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