技术领域
[0001] 本
发明涉及电
力系统技术领域，特别是涉及一种含多参与主体的工业园区配用电互动模拟优化方法。
背景技术
[0002] 工业园区是一个国家或区域的政府根据自身经济发展的内在要求，通过行政手段划出一
块区域，聚集各种生产要素，在一定空间范围内进行科学整合，提高工业化的集约强度，突出产业特色，优化功能布局，使之成为适应市场竞争和产业升级的现代化产业分工协作生产区。
[0003] 为了提高终端用能的经济性，工业园区综合
能源配用电系统得到了广泛关注。开展互动模拟对于验证互动机制和调控策略等对工业园区综合能源配用电系统运营经济性的影响，从而设计更加经济高效的互动机制具有重要作用。传统技术中，一般采用集中式优化进行互动模拟。但是采用集中式优化的互动模拟需要掌握所有参与主体的电源及负荷信息，会提高整体的通信成本，总体运营成本较高。
发明内容
[0004] 基于此，有必要针对上述问题，提供一种含多参与主体的工业园区配用电互动模拟优化方法，能够实现总体运营成本最低。
[0005] 一种含多参与主体的工业园区配用电互动模拟优化方法，包括步骤：
[0006] 获取本参与主体在当前互动模拟周期内的
风光出力数据；
[0007] 获得工业园区系统的第一网损，根据所述第一网损更新本参与主体的当前负荷需求，得到本参与主体的第一负荷需求；
[0008] 根据所述风光出力数据和所述第一负荷需求，以本参与主体的运营成本最低为目标，得到本参与主体的第一期望交换功率，将所述第一期望交换功率发送给运营平台；
[0009] 接收所述运营平台发送的本参与主体的第二期望交换功率，所述第二期望交换功率由所述运营平台根据工业园区系统内所有参与主体的第一期望交换功率以工业园区系统的网损成本最低为目标获得；
[0010] 根据所述第二期望交换功率和所述第一期望交换功率判定是否满足预设的停止准则，在满足预设的停止准则时，重新计算工业园区系统的网损，获得第二网损；
[0011] 在所述第二网损和所述第一网损的差值小于第一设定值时，完成当前互动模拟周期的互动模拟，将当前互动模拟周期的下一个互动模拟周期作为新的当前互动模拟周期，返回获取本参与主体在当前互动模拟周期内的风光出力数据的步骤。
[0012] 另一种含多参与主体的工业园区配用电互动模拟优化方法，包括步骤：
[0013] 各个参与主体获取本参与主体在当前互动模拟周期内的风光出力数据；获得工业园区系统的第一网损，根据所述第一网损更新本参与主体的当前负荷需求，得到本参与主体的第一负荷需求；根据所述风光出力数据和所述第一负荷需求，以本参与主体的运营成本最低为目标，得到本参与主体的第一期望交换功率，将所述第一期望交换功率发送给运营平台；
[0014] 运营平台接收各个参与主体发送的各自的第一期望交换功率，根据所有参与主体的第一期望交换功率，以工业园区系统的网损成本最低为目标，获得各个参与主体的第二期望交换功率，并返回各个参与主体的第二期望交换功率；
[0015] 各个参与主体根据各自的第二期望交换功率和第一期望交换功率判定是否满足预设的停止准则，在满足预设的停止准则时，重新计算工业园区系统的网损，获得第二网损；在所述第二网损和所述第一网损的差值小于第一设定值时，完成当前互动模拟周期的互动模拟，将当前互动模拟周期的下一个互动模拟周期作为新的当前互动模拟周期，重新获取本参与主体在当前互动模拟周期内的风光出力数据。
[0016] 上述含多参与主体的工业园区配用电互动模拟优化方法，各参与主体以最小的运营成本为目标，决策得到期望交换功率，运营平台收集各参与主体的期望交换功率，以系统网损最低为目标，决策得到调整后的期望交换功率，并广播到各参与主体，依次循环进行期望交换功率的互动优化，直至满足停止准则，所以互动优化过程中仅需要交互各参与主体的期望交换功率，在满足停止准则时，检测网损是否收敛于最优值，在网损收敛于最优值时，各参与主体的运营成本和系统总网损均达到最优，从而实现了总体运营成本最低。
附图说明
[0017] 图1为一
实施例的含多参与主体的工业园区配用电互动模拟优化方法的流程示意图；
[0018] 图2为一具体实施例的参与主体与运营平台互动模拟优化示意图；
[0019] 图3为一具体实施例的各参与主体的净负荷曲线；
[0020] 图4为一具体实施例的各互动模拟周期各可控分布式电源出力图；
[0021] 图5为一具体实施例的各互动模拟周期各参与主体交换功率优化结果曲线；
[0022] 图6为一具体实施例的各互动模拟周期各参与主体中BESS的
荷电状态曲线。
具体实施方式
[0023] 为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。
[0024] 如图1所示，一种含多参与主体的工业园区配用电互动模拟优化方法，包括步骤：
[0025] S110、获取本参与主体在当前互动模拟周期内的风光出力数据；
[0026] S120、获得工业园区系统的第一网损，根据所述第一网损更新本参与主体的当前负荷需求，得到本参与主体的第一负荷需求；
[0027] S130、根据所述风光出力数据和所述第一负荷需求，以本参与主体的运营成本最低为目标，得到本参与主体的第一期望交换功率，将所述第一期望交换功率发送给运营平台；
[0028] S140、接收所述运营平台发送的本参与主体的第二期望交换功率，所述第二期望交换功率由所述运营平台根据工业园区系统内所有参与主体的第一期望交换功率以工业园区系统的网损成本最低为目标获得；
[0029] S150、根据所述第二期望交换功率和所述第一期望交换功率判定是否满足预设的停止准则，在满足预设的停止准则时，重新计算工业园区系统的网损，获得第二网损；
[0030] S160、在所述第二网损和所述第一网损的差值小于第一设定值时，完成当前互动模拟周期的互动模拟，将当前互动模拟周期的下一个互动模拟周期作为新的当前互动模拟周期，返回步骤S110。
[0031] 上述含多参与主体的工业园区配用电互动模拟优化方法，可以通过相应的程序实现，程序运行在每一个参与主体中，实现了总体运行成本最低。为了更好地理解本发明，下面对各个步骤进行详细介绍。
[0032] 在步骤S110中，参与主体为分布式电源、储能系统的运营商或工业大用户等。为了更好地保护隐私防止商业信息泄露，工业园区系统内的各个参与主体属于不同的利益相关方，即将工业园区划分为若干个属于不同利益相关方的参与主体。本参与主体可以为工业园区内任意一个参与主体。
[0033] 互动模拟周期可以根据用户实际需要进行设置。例如，一天有24个小时，每15分钟为一个互动模拟周期，则一天有96个互动模拟周期。当前互动模拟周期则根据当前时刻所属的互动模拟周期确定。风光出力数据即为下述确定期望交换功率等是除负荷需求外的所有输入数据。获得风光出力数据后，还可以对风光出力特性进行分析。
[0034] 在步骤S120中，网损指的是
电能输送过程中以
热能形式散发的功率损失，即为
电阻、电导消耗的有功功率。本发明考虑系统网损，系统网损的考虑使优化互动模拟结果更符合实际应用。网损可以根据
现有技术中已有的方式获得，例如根据电力系统的潮流计算模型计算出网损。负荷指的是柔性负荷，各个参与主体设置有初始的负荷需求，获得网损后，将每一个初始的负荷需求加上网损，得到各个参与主体更新后的负荷需求。
[0035] 在步骤S130中，各参与主体以最小的运行成本为目标，决策得到期望交换功率，然后发送给运营平台。在一个实施例中，得到本参与主体的第一期望交换功率的同时，还得到本参与主体的分布式电源的输出功率、第二负荷需求和储能系统充放电功率。
[0036] 为了得到上述参量，需要构建各个参与主体的优化求解模型。构建各个参与主体的优化求解模型过程为：确定系统目标函数、决策变量与相关的约束条件，建立工业园区的各分布式电源、柔性负荷及储能系统(battery energy storage system，BESS)的模型，形成原始全局优化问题。(工业园区系统)系统目标函数为整个系统总运营成本最低，系统总运营成本包含各参与主体的运营成本和系统总的网损成本，决策变量为每个互动模拟周期内各(可控)分布式电源出力、柔性负荷大小及BESS的充放电功率，约束条件包括电能平衡约束、
削峰容量大于设定值等；依据ADMM(alternating direction method of multipliers，交替方向乘子法)
算法原理，由原始全局问题推导出分布式
迭代的最终形式，分布式迭代的最终形式包括本步骤所用到的各个参与主体的优化求解模型，以及后续步骤用到的运营平台的优化互动模拟模型和拉格朗日乘子更新函数。
[0037] 在一个实施例中，第一期望交换功率、分布式电源的输出功率、第二负荷需求和储能系统充放电功率根据参与主体的优化求解模型得到，参与主体的优化求解模型为：
[0038]
[0039] 其中，k表示迭代次数； 表示第(k+1)次迭代的第n个参与主体的分布式电源的输出功率、负荷需求和储能系统充放电功率所构成的向量；CDGn(xDGn)表示第n个参与主体的分布式电源和负荷的发电和用电成本，即分布式电源的发电和用电成本，以及柔性负荷的发电和用电成本；CBESSn(xBESSn)表示第n个参与主体的储能系统的充放电成本；ρ表示惩罚系数； 表示第n个参与主体与运营平台的期望交换功率，可以定义为：输入为正，输出为负；B表示n×n常数矩阵；wk表示第k次迭代的联络线传输的功率所构成的向量； 表示第k次迭代的第n个参与主体的拉格朗日乘子； 表示欧几里得范数。每个互动模拟周期的初始运营成本可以设为0，运营成本包括发电成本和用电成本。等式右边的w初始值根据潮流计算得到，u初始值根据实际需要设置，例如设置为0。
[0040] 在步骤S140中，运营平台接收到各个参与主体发送的期望交换功率后，根据预设的运营平台的优化互动模拟模型对各个参与主体的期望交换功率进行调整，得到调整后的期望交换功率，并广播到各参与主体。
[0041] 在一个实施例中，第二期望交换功率根据运营平台的优化互动模拟模型得到，运营平台的优化互动模拟模型为：
[0042]
[0043] 其中，wk+1表示第(k+1)次迭代的联络线传输的功率所构成的向量；g(w)表示工业园区系统的目标函数，即推导最终迭代形式时设置的系统目标函数；ρ表示惩罚系数； 表示第(k+1)次迭代的第n个参与主体与运营平台的期望交换功率；B表示n×n常数矩阵；wk表示第k次迭代的第n个参与主体的联络线传输的功率所构成的向量； 表示第k次迭代的第n个参与主体的拉格朗日乘子；N表示工业园区系统总的参与主体。
[0044] 在步骤S150中，各参与主体判断是否需要继续对期望交换功率进行互动优化，即判断是否满足停止准则。在一个实施例中，根据所述第二期望交换功率和所述第一期望交换功率判定是否满足预设的停止准则的步骤包括：
[0045] S1501、根据所述第二期望交换功率和所述第一期望交换功率的差值对拉格朗日乘子进行更新；
[0046] 在一个实施例中，根据下述函数对拉格朗日乘子进行更新：
[0047]
[0048] 其中，uk+1表示第(k+1)次迭代的拉格朗日乘子；uk表示第k次迭代的拉格朗日乘子； 表示第(k+1)次迭代的第N个参与主体与运营平台的期望交换功率；B表示n×n常数矩阵；wk+1表示第(k+1)次迭代的联络线传输的功率所构成的向量。
[0049] S1502、根据更新后的拉格朗日乘子获得原始残差和对偶残差，检测原始残差和对偶残差是否均小于对应的预设值；
[0050] 原始残差和对偶残差可以根据现有技术中已有的方式获得。分别设置原始残差对应的预设值以及对偶残差对应的预设值，然后判断原始残差和对偶残差是否均小于对应的预设值。
[0051] S1503、若是，确定满足预设的停止准则，否则返回根据所述风光出力数据和所述第一负荷需求，以本参与主体的运营成本最低为目标，得到本参与主体的第一期望交换功率的步骤；
[0052] 满足预设的停止规则，则意味着运营平台返回的调整后的期望交换功率为最佳的期望交换功率，此时参与主体和运营平台不再需要进行期望交换功率的互动优化。如果不满足预设的停止规则，则参与主体根据优化求解模型重新执行迭代，重新决策期望交换功率，再次报送给运营平台，运营平台再次对期望交换功率进行调整，依次重复，参与主体与运营平台进行交替互动优化，直到原始残差和对偶残差均小于设定值。
[0053] 另外，现有技术中集中式优化互动模拟方法需要掌握所有参与主体的电源及负荷信息，由于参与主体分属于不同的利益相关方，共享电源及负荷信息将会带来严重的隐私及商业信息泄露，而本发明在互动优化过程中，仅需交互各参与主体的期望交换功率，极大地保护了各参与主体的隐私。
[0054] 如图2所示，为一具体实施例的各参与主体与运营平台的互动优化示意图。图2中包括一个运营平台和八个(仅为示意图中的数目，本发明适用于若干个参与主体)互联的参与主体：MG1、MG2、MG3、MG4、MG5、MG6、MG7和MG8。图中的f和x表示运营成本的函数和该函数的变量。优化过程中，8个参与主体以运营成本最小化为目标，决策得到期望交换功率；运营平台收集各参与主体的期望交换功率，以系统网损最低为目标，决策得到调整后的期望交换功率，并广播到各参与主体，拉格朗日乘子根据调整前后的期望功率之差进行更新；各参与主体重新决策期望交换功率，再次报送给运营平台，各参与主体与运营平台进行互动优化，直到原始残差和对偶残差均小于设定值。互动优化过程中，仅需交互各参与主体的期望交换功率，保护了各参与主体的隐私。
[0055] 在步骤S160中，在满足预设停止准则时，重新计算工业园区系统的网损。判断前后两次计算的网损是否小于设定值，如果满足要求，则完成当前互动模拟周期的优化互动模拟，并返回步骤S110，进行下一互动模拟周期的互动模拟，直到整个优化时间区间结束。完成当前互动模拟周期的优化互动模拟即获得参与主体最终的期望交换功率(满足停止规则的第二期望交换功率)、分布式电源的输出功率、第二负荷需求和储能系统充放电功率等。
[0056] 本发明不仅实现了总体运营成本最低，还保证满足峰值负荷削减指标。所以，在一个实施例中，在满足预设的停止准则时，还包括步骤：
[0057] 根据第一负荷需求、分布式电源的输出功率、第二负荷需求和储能系统充放电功率计算峰值负荷削减量；即峰值负荷削减量＝第一负荷需求-分布式电源的输出功率-第二负荷需求-储能系统充放电功率；
[0058] 在所述第二网损和所述第一网损的差值小于第一设定值且峰值负荷削减量达到第二设定值时，完成当前互动模拟周期的互动模拟。
[0059] 在一个实施例中，含多参与主体的工业园区配用电互动模拟优化方法还包括步骤：若所述第二网损和所述第一网损的差值大于等于第一设定值或者峰值负荷削减量未达到第二设定值，将第二网损作为新的第一网损，返回根据所述第一网损更新本参与主体的当前负荷需求，得到本参与主体的第一负荷需求的步骤。
[0060] 本发明提出了最优化网损的方法，分布式优化计算后重新核算系统总运营成本以及是否满足削峰约束，直到系统总运营成本收敛于最优值且峰值负荷削减大于等于设定值。本发明在参与主体互联及参与主体与运营平台互动的
基础上考虑了系统网损和峰值负荷削减，在整体功率平衡中增加了网损功率和峰值负荷削减。在考虑网损和峰值负荷削减后分别对各参与主体和运营平台的模型进行分布式优化计算，计算完后重新核算网损和峰值负荷削减量，若网损及峰值负荷削减量与之前的不一致，则将新的网损及峰值负荷削减量加入到平衡条件里面，再进行分布式计算，直到最后网损也收敛，即之前平衡条件的网损和收敛后计算出来的网损一致，峰值负荷削减量达到设定值，保证了各参与主体运营成本和系统总网损均达到最优且满足峰值负荷削减指标。
[0061] 各参与主体之间、各参与主体与运营平台均可实现互动优化。为完成最优互动模拟，各参与主体可进行功率交换以使总运营成本最低；运营平台收集各参与主体的期望交换功率，以系统总运营成本最低为目标，以削峰达到设置值要求为约束，对各参与主体的期望交换功率进行调整，将调整后的期望交换功率广播到各参与主体，形成参与主体与运营平台的互动。优化过程中，各参与主体之间及各参与主体与运营平台实现互动，在满足各参与主体的需求的基础上，使总运营成本最低且满足峰值负荷削减指标。
[0062] 为了更好地理解本发明，下面结合几个具体实施例进行简单介绍。
[0063] 如图3所示，为短期负荷预测得到的各参与主体的净负荷图及整个园区系统的净负荷图，其中净负荷＝第二负荷需求-分布式电源的输出功率-储能系统充放电功率。
[0064] 如图4所示，为各互动模拟周期各可控分布式电源出力图，其中风光出力曲线在图中未示例。从图4可以看出，在优化周期1-17、36-61以及91-96内，即风光较为充足时，多余的电能用于给BESS充电。在风光不足的互动模拟周期，由于储能放电成本较DG(分布式发电)发电成本低，因此首先利用BESS存储的电能。当BESS存储的电能不足以满足园区负荷需求时，则由DG发电来供应需求。各可控电源出力及BESS充放电功率由分布式优化互动模拟算法制定。
[0065] 如图5所示，为各互动模拟周期收敛后各参与主体交换功率优化结果。优化过程中，仅需交互各园区参与主体的期望交换功率，即可完成园区系统的优化互动模拟，极大地保护了各园区参与主体的隐私。
[0066] 如图6所示，为各互动模拟周期各参与主体中BESS的SOC(state of charge，荷电状态)。在园区系统的风光功率过剩时，BESS可以有效吸收这些电能；而在风光功率不足时则可以通过释放存储的电能，为园区系统提供电力支持。在优化周期1-17内，整体出现风光功率过剩，而MG2内却风光功率不足，MG1和MG3在保证MG2内的电力正常供给后，剩余的电量都用来对自己的BE充电。
[0067] 本发明还提供另一种含多参与主体的工业园区配用电互动模拟优化方法，该方法包括步骤：
[0068] 各个参与主体获取本参与主体在当前互动模拟周期内的风光出力数据；获得工业园区系统的第一网损，根据所述第一网损更新本参与主体的当前负荷需求，得到本参与主体的第一负荷需求；根据所述风光出力数据和所述第一负荷需求，以本参与主体的运营成本最低为目标，得到本参与主体的第一期望交换功率，将所述第一期望交换功率发送给运营平台；
[0069] 运营平台接收各个参与主体发送的各自的第一期望交换功率，根据所有参与主体的第一期望交换功率，以工业园区系统的网损成本最低为目标，获得各个参与主体的第二期望交换功率，并返回各个参与主体的第二期望交换功率；
[0070] 各个参与主体根据各自的第二期望交换功率和第一期望交换功率判定是否满足预设的停止准则，在满足预设的停止准则时，重新计算工业园区系统的网损，获得第二网损；在所述第二网损和所述第一网损的差值小于第一设定值时，完成当前互动模拟周期的互动模拟，将当前互动模拟周期的下一个互动模拟周期作为新的当前互动模拟周期，重新获取本参与主体在当前互动模拟周期内的风光出力数据。
[0071] 本发明另一种含多参与主体的工业园区配用电互动模拟优化方法其他技术特征与上述一种含多参与主体的工业园区配用电互动模拟优化方法相同，在此不予赘述。
[0072] 上述含多参与主体的工业园区配用电互动模拟优化方法，实现了各参与主体之间的互动及各参与主体与运营平台的互动；将全局优化问题分解为各参与主体和运营平台的子问题，计算复杂度小；仅需交互各参与主体的期望交换功率，极大地保护了各参与主体的隐私；提出了最优化网损的方法，分布式优化计算后重新核算网损和峰值负荷削减量，直到网损收敛于最优值和削峰达到要求，系统网损的考虑使优化互动模拟结果更符合实际应用；园区运营商收集各参与主体期望交换功率，以系统网损最低为目标，决策得到调整后的期望交换功率，并广播到各园区参与主体，形成互动优化，直到收敛条件满足，最终实现总体运营成本最低，即系统总的发电成本、用电成本和网损成本之和最低。另外，考虑到初始投资以及每次循环对寿命的影响，建立了面向工业园区参与主体实时优化互动模拟的BESS成本模型，将BESS的寿命损耗成本等效为放电功率的二次函数，使之适用于提出的分布式算法。
[0073] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过
计算机程序来指令相关的
硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
[0074] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本
说明书记载的范围。
[0075] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明
专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干
变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附
权利要求为准。
