[发明专利]综合能源系统多主体合作优化运行与成本效益分配方法

权利要求书

1.一种综合能源系统多主体合作优化运行与成本效益分配方法，其特征在于：包括多能量枢纽合作优化运行策略及基于博弈理论的成本效益分配方法，具体包括以下步骤：

步骤1、基于综合能源系统的概念，提出多能量枢纽互联合作的系统架构和各能量枢纽内部结构，分析系统运营模式：

步骤1.1、多能量枢纽系统的优化运行的能源供应侧有光伏发电、燃气轮机和电网购电满足枢纽内负荷需求，多能量枢纽系统采用电气联供形式，负荷侧可参与调度的弹性负荷参与需求响应，可调度的负荷包括电动汽车和制冷空调，每个能量枢纽配备储电设备以提高系统运行经济性；

步骤1.2、对能量枢纽内能量流向做出限制，目的是减少线路改造支出；

步骤2、建立多能量枢纽数学模型，确定目标函数及优化运行约束条件：

步骤2.1、建立能量生产设备、储电设备和弹性负荷运行的数学模型；

多能量枢纽外部接入电网和天然气网，能量枢纽内部的能量产生设备为燃气轮机和光伏发电设备；储电设备根据分时电价的引导，通过在用电低谷时段充电，在用电高峰时段放电；电动汽车通过接受调度中心的指令调整自身充电时段和充电功率；

步骤2.2、确定多能量枢纽合作后以多能量枢纽合作后购买能源费用与污染物排放成本之和最小为目标的目标函数及各类污染物排放的计算模型，各类污染物包括二氧化碳、氮氧化物和SO_x；

步骤2.3、确定系统运行约束、电动汽车约束、储电设备约束、用户期望约束和功率平衡约束条件；

其中，用户期望约束为：

其中，表示t时刻的室内温度；分别表示用户期望的舒适室内温度的最小值和最大值；

步骤3、分析多能量枢纽合作运营模式的成本与效益，设计成本计算模型和效益计算方法；

步骤3.1、建立多能量枢纽系统实行多主体合作运营模式和多能互补策略所增加的成本计算模型；

步骤3.2、分析综合能源系统多主体合作实行优化运行策略所获得的效益计算方法，效益来源于用户侧负荷和储电装置响应转移的电量所节省的费用、清洁能源优化运行节省的电量费用、多余电量上网的售电费用和减少的排放费用；

步骤4、分配多主体合作运营模式所增加的成本和效益；

步骤4.1、建立多主体合作博弈模型，根据联盟内各主体对整体贡献，采用Shapley值法确立分配策略；

步骤4.2、设计分裂倾向分析指标，确定各主体在实行分配策略下的倾向性；如果所设计的分裂倾向指标小于1，则表示各个参与合作的主体倾向于合作运营；

步骤5、结合MATLAB环境下的YALMIP语言调用gurobi求解器得到多能量枢纽优化运行模型的解，并通过合作博弈得到参与合作的各主体的成本效益分配值。

2.根据权利要求1所述的综合能源系统多主体合作优化运行与成本效益分配方法，其特征在于：所述步骤2.1中的具体数学模型如下：

燃气轮机的输出功率表达式为；

其中，为第i个能量枢纽在t时刻燃气轮机的电功率；为第i个能量枢纽在t时刻的燃气消耗量；λ_gas为天然气热值；ΔT为调度时段时长；

光伏输出功率表达式为：

其中，是第i个能量枢纽的光伏在t时刻的输出功率；η^GT、η_pv分别为燃气轮机和光伏的发电效率；S_i和I分别为第i个能量枢纽光伏辐射面积和强度；为t时刻的室外气温；

储电设备根据分时电价的引导，通过在用电低谷时段充电，在用电高峰时段放电，其荷电状态的表达式为：

其中，为第i个能量枢纽中储电设备在t时刻的荷电状态，和分别为第i个能量枢纽中储电设备在t时刻的充电功率和放电功率，η^ES.ch和η^ES.dis为储电设备的充电效率和放电效率，Ω_ESi为储电设备的容量；

电动汽车通过接受调度中心的指令调整自身充电时段和充电功率，其荷电状态表达式为：

其中，电动汽车k在t时刻的荷电状态；为电动汽车k在t时刻的充电功率；为电动汽车k的充电效率；为电动汽车k的电池容量；

其中，为t时刻第i个能量枢纽的室内温度；τ＝R·C，R为建筑物的等效热阻，C为空气的比热容；为第i个能量枢纽在t时刻制冷机输出的冷功率。