考虑共享储能的电力系统优化运行方法、装置及设备 |
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| 申请号 | CN202311827959.8 | 申请日 | 2023-12-27 | 公开(公告)号 | CN117878986A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 中国长江三峡集团有限公司; 中国三峡新能源(集团)股份有限公司; 电力规划总院有限公司; 西安交通大学; | 发明人 | 刘淑军; 吴雄; 王雅婷; 郭彦; 贺明康; 曹敏健; 汤兰西; 刘强; 李鹏; 杨尉薇; 张孜毅; 王鹏磊; | ||||
| 摘要 | 本 申请 提供一种考虑共享储能的电 力 系统优化运行方法、装置及设备，涉及电力系统运行控制技术领域。该方法包括：获取输入信息；其中，输入信息包括：各电力系统上传的电负荷信息、热负荷信息和冷负荷信息，以及共享储能系统上传的储热信息和储电信息；其中，所有电力系统均与共享储能系统相连；根据输入信息，利用交替方向乘子法ADMM求解目标函数的最优解以及最优解对应的各待求解参数的数值；将所有电力设备的运行参数的数值发送到对应的电力系统；将储热设备的运行参数和储电设备的运行参数发送到共享储能系统。上述方式能够实现电量和热量的共享，提高共享储能系统的利用率，进而降低系统用能成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种考虑共享储能的电力系统优化运行方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 考虑共享储能的电力系统优化运行方法、装置及设备技术领域[0001] 本申请涉及电力系统运行控制技术领域，尤其涉及一种考虑共享储能的电力系统优化运行方法、装置及设备。 背景技术[0002] 新能源(即可再生资源)快速发展，也随之涌现出了许多问题，比如新能源盲目发展、增速过快、电源规划布局不够合理、电网运行灵活性不足、电网调峰难度持续加大、局部弃风弃光风险逐渐显现等。为应对具有高比例可再生的能源系统对调控的平衡能力要求较高的问题，需要采取措施来提高能源系统的灵活性，例如配置储能以消纳可再生能源，防止大量清洁电力损失。 [0003] 近年来，能源系统中不同用户的能量交互不断增加，共享储能(Shared Energy Storage，SES)已成为能源系统中使用储能的一种更具吸引力的方式，在传统的储能服务框架(即个人储能分布式框架)中，用户彼此独立拥有储能，并从自身利益出发进行储能的配置和运行。个人储能分布式框架的局限性主要包括两个方面：首先，以个人储能形式的分布式框架为每个用户配备储能，仅具有较低的经济效益，且情况复杂不易管理；其次，一些为能源系统应用而设计的储能技术需要巨大的安装空间，这些储能技术主要为能源市场中的多个用户提供服务，因此分布式框架不适用。共享储能作为一种新的框架被众多研究人员引入以克服个人储能分布式框架的缺点，应用在为许多用户服务的大型储能系统中，为共享储能的利益相关者和用户带来更大的经济效益，构成正向反馈，又能进一步促进大规模储能的使用。 [0004] 但是，现有的考虑共享储能的电力系统，需要获取各电力系统的隐私信息，并且资源共享不充分，容易造成资源浪费，最终导致较高的系统用能成本。发明内容 [0005] 本申请提供了一种考虑共享储能的电力系统优化运行方法、装置及设备，用以解决现有技术存在的系统用能成本高的问题。 [0006] 根据本申请的第一方面，提供了一种考虑共享储能的电力系统优化运行方法，包括： [0007] 获取输入信息；其中，所述输入信息包括：各电力系统上传的电负荷信息、热负荷信息和冷负荷信息，以及共享储能系统上传的储热信息和储电信息；其中，所有所述电力系统均与所述共享储能系统相连； [0008] 根据所述输入信息，利用交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers，ADMM)将目标函数构建为包含多个待求解参数的增广拉格朗日函数，并在所述目标函数对应的约束条件的限定下求解增广拉格朗日函数，直到满足收敛条件，得到最优解以及所述最优解对应的各待求解参数的数值；其中，所述目标函数以各所述电力系统的用能成本和所述共享储能系统的用能成本最低为目标；所述多个待求解参数包括各电力系统中所有电力设备的运行参数，以及共享储能系统中储热设备的运行参数和储电设备的运行参数； [0009] 将所有电力设备的运行参数的数值发送到对应的电力系统，以供各电力系统按照所有电力设备的运行参数的数值优化运行；将储热设备的运行参数和储电设备的运行参数发送到共享储能系统，以供所述共享储能系统按照储热设备的运行参数和储电设备的运行参数的数值进行能量共享。 [0010] 可选地，所述利用交替方向乘子法ADMM将目标函数构建为包含多个待求解参数的增广拉格朗日函数，包括： [0011] 将所述目标函数拆分为第一子函数和第二子函数；其中，所述第一子函数表示所述共享储能系统的用能成本；所述第二子函数表示所有所述电力系统的用能成本之和； [0012] 通过引入拉格朗日乘子的方式，将所述目标函数对应的约束条件转化为附加函数； [0013] 根据所述第一子函数、所述第二子函数和附加函数，构建包含多个待求解参数的增广拉格朗日函数。 [0014] 可选地，所述约束条件包括：各电力系统的约束条件、各电力系统与共享储能系统之间的耦合约束和共享储能系统的约束条件。 [0015] 可选地，所述增广拉格朗日函数为： [0016]ex ex [0017] 式中，J(x,x )表示所述第一子函数， 表示所述第二子函数，{x,x }表示所述共享储能系统中储热设备的运行参数和储电设备的运行参数的集合， 表示第ex ES,ex HC,ex ES,exi个电力系统中各电力设备的运行参数的集合，其中x 包括Pt 和Pt ，Pt 表示共享HC,ex 储能系统在时刻t与电力系统集群交换的电功率，Pt 表示共享储能系统在时刻t与电力系统集群交换的热功率； 包括 和 表示第i个电力系统在时刻t与共享储 能系统交换的电功率， 表示第i个电力系统在时刻t与共享储能系统交换的热功率； [0018] ζ表示与所述耦合约束相关联的拉格朗日乘子， 表示所述附加函数，ρ是惩罚系数。 [0019] 可选地，所述各电力系统的约束条件包括以下至少一项：功率平衡约束、设备功率转换约束、设备间功率关系约束、购售电网电力功率约束、设备运维成本约束和设备运行约束。 [0020] 可选地，所述功率平衡约束包括：电功率平衡约束、热功率平衡约束和冷功率平衡约束： [0021] [0022] [0023] [0024] 式中， 表示第i个电力系统中风电和光伏发电机在时刻t的出力， 表示第i个电力系统在时刻t从外部电网购买电力的功率， 表示第i个电力系统在时刻t从共享储能系统中电储能装置获得的电功率， 表示第i个电力系统中燃气轮机在时刻t输出的电功率， 表示第i个电力系统在时刻t计算的电负荷信息， 表示第i个电力系统在时刻t向外部电网出售电力的功率， 表示第i个电力系统在时刻t向共享储能系统中的电储能装置充电的电功率， 表示第i个电力系统中电制冷装置在时刻t输入的电功率，表示第i个电力系统中电加热装置在时刻t输入的电功率； [0025] 表示共享储能系统中的储热罐在时刻t向第i个电力系统输出的放热功率，表示第i个电力系统中回热炉在时刻t输出的热功率， 表示第i个电力系统中燃气锅炉在时刻t输出的热功率， 表示第i个电力系统中电加热装置在时刻t输出的热功率， 表示储热罐在时刻t从第i个电力系统获取的储热功率， 表示第i个电力系统中传热装置在时刻t输入的热功率， 表示第i个电力系统中吸收式制冷机在时刻t输入的热功率； [0026] 表示第i个电力系统中储冷罐在时刻t的释冷功率， 表示第i个电力系统中吸收式制冷机输出的冷功率， 表示第i个电力系统中电制冷装置的输出功率， 表示冷负荷信息， 表示第i个电力系统中储冷罐在时刻t的充冷功率。 [0027] 可选地，所述共享储能系统的约束条件包括以下至少一项：热功率约束、储热约束、电功率约束和储热约束。 [0028] 根据本申请的第一方面，提供了一种考虑共享储能的电力系统优化运行装置，包括： [0029] 获取模块，用于获取输入信息；其中，所述输入信息包括：各电力系统上传的电负荷信息、热负荷信息和冷负荷信息，以及共享储能系统上传的储热信息和储电信息；其中，所有所述电力系统均与所述共享储能系统相连； [0030] 构建求解模块，用于根据所述输入信息，利用交替方向乘子法ADMM将目标函数构建为包含多个待求解参数的增广拉格朗日函数，并在所述目标函数对应的约束条件的限定下求解增广拉格朗日函数，直到满足收敛条件，得到最优解以及所述最优解对应的各待求解参数的数值；其中，所述目标函数以各所述电力系统的用能成本和所述共享储能系统的用能成本最低为目标；所述多个待求解参数包括各电力系统中所有电力设备的运行参数，以及共享储能系统中储热设备的运行参数和储电设备的运行参数； [0031] 发送模块，用于将所有电力设备的运行参数的数值发送到对应的电力系统，以供各电力系统按照所有电力设备的运行参数的数值优化运行；将储热设备的运行参数和储电设备的运行参数发送到共享储能系统，以供所述共享储能系统按照储热设备的运行参数和储电设备的运行参数的数值进行能量共享。 [0033] 所述存储器存储计算机执行指令； [0034] 所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如上第一方面所述的考虑共享储能的电力系统优化运行方法。 [0035] 根据本申请的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如上第一方面所述的考虑共享储能的电力系统优化运行方法。 [0036] 根据本申请的第五方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的考虑共享储能的电力系统优化运行方法。 [0037] 本申请提供的一种考虑共享储能的电力系统优化运行方法，包括：获取输入信息；其中，输入信息包括：各电力系统上传的电负荷信息、热负荷信息和冷负荷信息，以及共享储能系统上传的储热信息和储电信息；其中，所有电力系统均与共享储能系统相连；根据输入信息，利用交替方向乘子法ADMM将目标函数构建为包含多个待求解参数的增广拉格朗日函数，并在目标函数对应的约束条件的限定下求解增广拉格朗日函数，直到满足收敛条件，得到最优解以及最优解对应的各待求解参数的数值；其中，目标函数以各电力系统的用能成本和共享储能系统的用能成本最低为目标；多个待求解参数包括各电力系统中所有电力设备的运行参数，以及共享储能系统中储热设备的运行参数和储电设备的运行参数；将所有电力设备的运行参数的数值发送到对应的电力系统，以供各电力系统按照所有电力设备的运行参数的数值优化运行；将储热设备的运行参数和储电设备的运行参数发送到共享储能系统，以供共享储能系统按照储热设备的运行参数和储电设备的运行参数的数值进行能量共享。 [0038] 本申请中的共享储能系统能够实现电和热的混合共享，在此基础上，本申请利用交替方向乘子法ADMM和输入信息构建有包含多个待求解参数的增广拉格朗日函数，通过对该函数的求解，可以确定所有电力设备的运行参数的数值，以及储热设备的运行参数和储电设备的运行参数的数值，本申请能够实现电量和热量的共享，提高共享储能系统的利用率，进而降低系统用能成本。 [0040] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。 [0041] 图1为本申请实施例提供的一种考虑共享储能的电力系统优化运行方法的流程示意图； [0042] 图2为本申请实施例提供的电力系统和共享储能系统的结构示意图； [0043] 图3为本申请实施例提供的另一种考虑共享储能的电力系统优化运行方法的流程示意图； [0044] 图4为本申请实施例提供的函数求解的流程示意图； [0045] 图5为本申请实施例提供的一种考虑共享储能的电力系统优化运行装置的结构示意图； [0046] 图6为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。 [0047] 通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。 具体实施方式[0048] 这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。 [0049] 在现有技术中，共享储能作为一种新的框架被众多研究人员引入以克服个人储能分布式框架的缺点，应用在为许多用户服务的大型储能系统中，为共享储能的利益相关者和用户带来更大的经济效益，构成正向反馈，又能进一步促进大规模储能的使用。 [0050] 但是，现有的考虑共享储能的电力系统，需要获取各电力系统的隐私信息，并且资源共享不充分，容易造成资源浪费，最终导致较高的系统用能成本。 [0051] 为了解决上述技术问题，本申请的整体发明构思为如何提供一种应用于电力系统运行控制领域，用于降低系统用能成本的方法。 [0052] 下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。 [0053] 实施例1： [0054] 图1为本申请实施例提供的一种考虑共享储能的电力系统优化运行方法的流程示意图。如图1所示，本实施例的方法，包括： [0055] S10、获取输入信息；其中，输入信息包括：各电力系统上传的电负荷信息、热负荷信息和冷负荷信息，以及共享储能系统上传的储热信息和储电信息；其中，所有电力系统均与共享储能系统相连。 [0056] 如图2所示，不同的电力系统10位于不同的微网1…n中，其中，每个电力系统10均包括：风电和光伏发电机11、燃气轮机12、燃气锅炉13、回热炉14、电加热装置15、电制冷装置16、吸收式制冷机17、传热装置18和储冷罐19。其中，电制冷装置16或称为电制冷机。传热装置18或称为热交换装置。 [0057] 如图2所示，共享储能系统20包括储电设备21和储热设备22，其中储电设备21可以是电化学储能设备，储热设备22可以是储气罐。 [0058] S20、根据输入信息，利用交替方向乘子法ADMM将目标函数构建为包含多个待求解参数的增广拉格朗日函数，并在目标函数对应的约束条件的限定下求解增广拉格朗日函数，直到满足收敛条件，得到最优解以及最优解对应的各待求解参数的数值。 [0059] 其中，目标函数以各电力系统的用能成本和共享储能系统的用能成本最低为目标；多个待求解参数包括各电力系统中所有电力设备的运行参数，以及共享储能系统中储热设备的运行参数和储电设备的运行参数。 [0060] 各电力系统中所有电力设备的运行参数是指下述实施例2中的电力系统主体的决策变量，储热设备的运行参数和储电设备的运行参数是指下述实施例2中的共享储能的决策变量，此处不再赘述。 [0061] S30、将所有电力设备的运行参数的数值发送到对应的电力系统，以供各电力系统按照所有电力设备的运行参数的数值优化运行；将储热设备的运行参数和储电设备的运行参数发送到共享储能系统，以供共享储能系统按照储热设备的运行参数和储电设备的运行参数的数值进行能量共享。 [0062] 本申请实施例中的共享储能系统能够实现电和热的混合共享，在此基础上，本申请实施例利用交替方向乘子法ADMM和输入信息构建有包含多个待求解参数的增广拉格朗日函数，通过对该函数的求解，可以确定所有电力设备的运行参数的数值，以及储热设备的运行参数和储电设备的运行参数的数值，本申请实施例能够实现电量和热量的共享，提高共享储能系统的利用率，进而降低系统用能成本。 [0063] 一种可能的实现方式中，在步骤S20中，利用交替方向乘子法ADMM将目标函数构建为包含多个待求解参数的增广拉格朗日函数，包括： [0064] S201、将目标函数拆分为第一子函数和第二子函数；其中，第一子函数表示共享储能系统的用能成本；第二子函数表示所有电力系统的用能成本之和。 [0065] S202、通过引入拉格朗日乘子的方式，将目标函数对应的约束条件转化为附加函数。 [0066] S203、根据第一子函数、第二子函数和附加函数，构建包含多个待求解参数的增广拉格朗日函数。 [0067] 一种可能的实现方式中，增广拉格朗日函数如实施例2中的式(69)所示，此处不再赘述。 [0068] 本申请实施例通过构建增广拉格朗日函数的方式，能够实现分布式求解，提高求解准确性的同时提高求解效率。 [0069] 一种可能的实现方式中，约束条件包括：各电力系统的约束条件、各电力系统与共享储能系统之间的耦合约束和共享储能系统的约束条件。 [0070] 一种可能的实现方式中，各电力系统的约束条件包括以下至少一项：功率平衡约束、设备功率转换约束、设备间功率关系约束、购售电网电力功率约束、设备运维成本约束和设备运行约束。 [0071] 一种可能的实现方式中，功率平衡约束包括：电功率平衡约束、热功率平衡约束和冷功率平衡约束，这三个约束分别如实施例2中的式(51)、(52)和(53)所示，此处不再赘述。 [0072] 另外，设备功率转换约束如实施例2中的式(1)～(8)所示，设备间功率关系约束如实施例2中的式(9)～(11)所示，购售电网电力功率约束如实施例2中的式(14)～(16)所示，设备运维成本约束如实施例2中的式(18)～(21)所示，设备运行约束如实施例2中的式(22)～(27)所示。 [0073] 一种可能的实现方式中，共享储能系统的约束条件包括以下至少一项：热功率约束、储热约束、电功率约束和储热约束。 [0074] 电功率约束如实施例2中的式(28)～(30)所示，储热约束如实施例2中的式(31)～(34)所示，热功率约束如实施例2中的式(35)～(37)所示，储热约束如实施例2中的式(38)～(41)所示。 [0075] 本申请实施例能够在满足各种约束的情况下，能够实现电量和热量的共享，提高共享储能系统的利用率，进而降低系统用能成本。 [0076] 在上述实施例的基础上，下面结合几个具体的实施例对本申请技术方案进行更详细的描述。 [0077] 实施例2： [0078] 图3为本申请实施例提供的另一种考虑共享储能的电力系统优化运行方法的流程示意图。如图3所示，本实施例的方法包括： [0079] S31、建立考虑多种能源的电力系统运行模型。 [0080] S32、考虑电力系统的储电和储热需求，建立电‑热混合共享储能模型。 [0081] S33、考虑不同电力系统的隐私问题，采用交替方向乘子法对多系统储能共享问题进行分布式求解。 [0082] 本实施例分别对上述步骤进行如下分析： [0083] 其中，步骤S31、建立考虑多种能源的电力系统运行模型，包括： [0084] 参见图2，每个系统内部包括电负荷、热负荷、冷负荷、风电和光伏等可再生能源、燃气锅炉、燃气轮机、电制冷装置、吸收式制冷机、电加热装置、回热炉、传热装置、储热罐和储冷罐。 [0085] 每个系统的电负荷由外部电网、风电和光伏等可再生能源发电以及燃气轮机供给；热负荷由燃气轮机和燃气锅炉供给；冷负荷由电制冷装置和吸收式制冷机供给；系统中的储热罐、储冷罐和共享储能可以为电、热以及冷平衡提供支撑。 [0086] 此外假设共享储能由多个电力系统所共有，并且电力系统集群在共享储能处共同安装和运营一个信息中心，可实现计算以及信息交互。 [0087] 燃气轮机输入的能量形式为天然气，输出的能量形式包括电能和热能；此外，不同形式的能量经由燃气锅炉、回热炉、电加热装置、电制冷装置、吸收式制冷机和热交换装置时均有一定的功率损耗，各器件的功率转换关系如式(1)～(8)所示： [0088] [0089] [0090] [0091] [0092] [0093] [0094] [0095] [0096] 式中，ηGT,E表示燃气轮机的电转化效率，VGT表示燃气轮机的热转化效率，ηGB、ηWH、EH EC AC HXη 、η 、η 以及η 分别表示燃气锅炉、回热炉、电加热装置、电制冷装置、吸收式制冷机以及热交换装置的能量转换效率， 表示燃气轮机输出的电功率， 表示燃气轮机输入的天然气等效功率， 表示燃气轮机输出的热功率， 表示燃气锅炉输出的热功率， 表示燃气锅炉输入的天然气等效功率， 表示回热炉输出的热功率， 表示回热炉输入的热功率， 表示电加热装置输出的热功率， 表示电加热装置的输入功率， 表示电制冷机输出的冷功率， 表示电制冷机的输入功率， 表示吸收式制冷机输出的冷功率， 表示吸收式制冷机输入的热功率， 表示热交换装置输入的热功率， 表示热交换装置输出的热功率。 [0097] 系统中的能源供应装置和能量转换装置存在功率下限和上限约束，如式(9)所示： [0098] [0099] 式中， 和 分别表示燃气轮机输出电功率的下限和上限。 [0100] 燃气轮机输出的热功率被回热炉全部接纳，作为回热炉的热功率输入，如式(10)所示；由电加热装置、回热炉和燃气锅炉输出的热能经过热交换装置处理后，为系统中的热负荷提供热功率，如式(11)所示： [0101] [0102] [0103] 式中， 表示热负荷。 [0104] 电力系统与外部网络的交互包括两方面：与外部电网的电力交互以及从外部天然气网购买天然气。系统的天然气成本由下式(12)计算得到： [0105]FU [0106] 式中， 表示系统i的天然气成本， 表示天然气的价格，H 表示天然气的热值，Δt表示系统调度的时间间隔，本文取Δt＝1h，T表示系统调度时间的最大值。 [0107] 电力系统与外部电网的购售电功率需满足功率上限和下限约束，且不能同时购电和售电。购电成本以及需要满足的约束条件，如下式(13)～(16)表示： [0108] [0109] [0110] [0111] [0112] 式中， 表示系统i从外部电网购买电力的成本， 表示系统i在时间t从/向外部电网购买/出售的电力的电价， 表示系统i在时刻t从外部电网购买电力的功率， 表示系统i在时刻t向外部电网出售电力的功率。 和 为0‑1变量，分别表示电力系统与外部电网的购电和售电状态，例如， 为1代表系统从外部电网购电；为0则代表系统未从外部电网购电。 和 分别表示系统从外部电网购电功率的下限和上限，和 分别表示系统向外部电网售电功率的下限和上限。 [0113] 电力系统的运行成本包括可再生能源发电机、燃气轮机、储冷罐和储热罐等设备的运行维护成本之和，可由下式(17)表示： [0114] [0115] 其中，各电力设备的运行维护成本分别如式(18)～(21)所示： [0116] [0117] [0118] [0119] [0120] 式中， 表示系统i的运行和维护成本， 和 分别表RES GT,OM 示可再生能源发电机、燃气轮机、储冷罐和储热罐在时刻t的运行和维护成本，c 、c 、CD,OM HC,OM c 和c 分别表示可再生能源发电机、燃气轮机、储冷罐和储热罐的运行维护成本系数， 表示风电、光伏在时刻t的出力， 和 分别表示储冷罐在时刻t的充冷功率和释冷功率， 和 分别表示储热罐在时刻t的储热功率和释热功率。 [0121] 系统中储冷罐吸收或放出的冷功率需要满足额定功率上下限约束，且不能同时充冷和释冷。储冷罐在t时刻的储冷量由t‑1时刻的储冷量以及t时刻的充冷功率和释冷功率决定，同时需考虑冷功率损耗；此外还需满足储冷量上下限约束，且0时刻的储冷量应与T时刻的储冷量相同，约束如公式(22)～(27)所示。 [0122] [0123] [0124] [0125] [0126] [0127] [0128] 式中， 和 为0‑1变量，分别表示系统中储冷罐的充冷和释冷状态， 和分别表示储冷罐充冷功率的下限和上限， 和 分别表示储冷罐释冷功率的下限和上限， 表示储冷罐在时刻t的储冷量， 和 分别表示储冷罐储冷量的下限和上CD,c CD,d限，η 和η 分别表示储冷罐的充冷效率和释冷效率。 [0129] S32、考虑电力系统的储电和储热需求，建立电‑热混合共享储能模型，具体流程如下： [0130] 共享储能吸收或放出的电功率不能低于额定功率的下限或高于额定功率的上限，且不能同时充电和放电。共享储能在t时刻的储电量由t‑1时刻的储电量以及t时刻的充电功率和放电功率决定，同时需考虑充放电过程中的功率损耗；此外还需满足储电量上下限约束，为保证共享储能的正常运行，在0时刻的储电量应与T时刻的储电量相同，本实施例针对储电，满足如下式(28)～(34)提供的约束： [0131] [0132] [0133] [0134] [0135] [0136] [0137] PtES,ex＝PtES,d‑PtES,c (34) [0138] 式中， 和 为0‑1变量，分别表示共享储能的充放电状态，例如 为1表示共享储能处于充电状态，为0则表示共享储能未处于充电状态； 为1表示共享储能处于放电状态，为0则表示共享储能未处于放电状态， 和 分别表示共享储能充电功率的下限和上限， 和 分别表示共享储能放电功率的下限和上限。 表示共享储能在时ES,c ES,d刻t的储电量，η 和η 分别表示共享储能的充电效率和放电效率， 和 分别表示共ES,ex 享储能储电量的下限和上限，Pt 表示共享储能在t时刻与系统集群交换的电功率。 [0139] 类似的，共享储能中的储热功率也有以上约束： [0140] 系统中共享储热罐吸收或放出的热功率需要满足额定功率上下限约束，且不能同时储热和放热。储热罐在t时刻的储热量由t‑1时刻的储热量以及t时刻的储热功率和释热功率决定，同时需考虑热功率损耗；此外还需满足储热量上下限约束，且0时刻的储热量应与T时刻的储热量相同。本实施例针对储热，满足如下式(35)～(41)提供的约束： [0141] [0142] [0143] [0144] [0145] [0146] [0147] [0148] 式中， 和 为0‑1变量，分别表示共享储能中储热罐的充放热状态， 和分别表示储热罐储热功率的下限和上限， 和 分别表示储热罐放热功率的下限和上限， 表示储热罐在时刻t的储热量， 和 分别表示储热罐储热量的下限和上HC,c HC,d HC,ex限，η 和η 分别表示储热罐的储热效率和释热效率，Pt 表示共享储能系统在时刻t与电力系统集群交换的热功率。 [0149] 在共享储能运行过程中，各个系统与共享储能交换的电功率和热功率应和共享储能与系统集群交换的电功率和热功率相等，且每个系统从共享储能获得的电功率或向共享储能充电的电功率不能超过其充放电上限，从储热罐获得的热功率或向储热罐储热的功率不能超过其储热/释热功率上限，因此本实施例满足下式(42)～(49)： [0150] [0151] [0152] [0153] [0154] [0155] [0156] [0157] [0158] 式中， 表示系统i在时刻t从共享储能获得的电功率， 表示系统i在时刻t向共享储能充电的电功率， 表示系统i在时刻t与共享储能交换的电功率， 和分别表示系统i在时刻t向共享储能充电功率的下限和上限， 和 分别表示系统i在时刻t从共享储能获得电功率的下限和上限。 [0159] 表示系统i在时刻t从储热罐吸收的热功率， 表示系统i在时刻t向储热罐释放的热功率， 表示系统i在时刻t与储热罐交换的电功率， 和 分别表示系统i在时刻t向储热罐放热功率的下限和上限， 和 分别表示系统i在时刻t从储热罐吸收热功率的下限和上限。 [0160] 共享储能中的电化学储能和储热罐在充放电和储热/释热的过程中都会产生一定的运行维护成本，表示为式(50)： [0161] [0162] 式中，cES,OM表示共享储能单位充电或放电功率产生的运行维护成本。cHC,OM表示储热罐单位储热/释热功率产生的运行维护成本。 [0163] 因此系统中的电、热和冷功率均要满足各自对应的功率平衡约束： [0164] [0165] [0166] [0167] 式中， 表示第i个电力系统中风电和光伏发电机在时刻t的出力， 表示第i个电力系统在时刻t从外部电网购买电力的功率， 表示第i个电力系统在时刻t从共享储能系统中电储能装置获得的电功率， 表示第i个电力系统中燃气轮机在时刻t输出的电功率， 表示第i个电力系统在时刻t计算的电负荷信息， 表示第i个电力系统在时刻t向外部电网出售电力的功率， 表示第i个电力系统在时刻t向共享储能系统中的电储能装置充电的电功率， 表示第i个电力系统中电制冷装置在时刻t输入的电功率，表示第i个电力系统中电加热装置在时刻t输入的电功率； [0168] 表示共享储能系统中的储热罐在时刻t向第i个电力系统输出的放热功率，表示第i个电力系统中回热炉在时刻t输出的热功率， 表示第i个电力系统中燃气锅炉在时刻t输出的热功率， 表示第i个电力系统中电加热装置在时刻t输出的热功率， 表示储热罐在时刻t从第i个电力系统获取的储热功率， 表示第i个电力系统中传热装置在时刻t输入的热功率， 表示第i个电力系统中吸收式制冷机在时刻t输入的热功率； [0169] 表示第i个电力系统中储冷罐在时刻t的释冷功率， 表示第i个电力系统中吸收式制冷机输出的冷功率， 表示第i个电力系统中电制冷装置的输出功率， 表示冷负荷信息， 表示第i个电力系统中储冷罐在时刻t的充冷功率。 [0170] S33、考虑不同电力系统的隐私问题，采用交替方向乘子法对多系统储能共享问题进行分布式求解，具体流程如下： [0171] 在电力系统集群分布式储能共享优化运行模型中，模型的总体优化目标是电力系统集群和共享储能的日运行成本最小。电力系统集群的目标函数包括从外部气网购买天然气的成本、从外部电网购买电力的成本以及设备的运行维护成本；共享储能的目标函数为储能充电或放电产生的运行维护成本。总目标函数表示如下式(54)： [0172] [0173] 其中，N为系统的总数量， 表示系统i的天然气成本， 表示系统i从外部电网ES购买电力的成本， 表示系统i的运行和维护成本，C 为共享储能在充放电和储热罐储热/释热的过程中会产生一定的运行维护成本。 [0174] 交替方向乘子法可以解决如下形式的问题： [0175] minf(x)+g(z) (55) [0176] s.t.Ax+Bz＝c (56) [0177] 式中x和z是变量，x∈Rn且z∈Rm；A∈Rp×n，B∈Rp×m且c∈Rp。假设函数f和g是凸函数，在式(49)和(50)表示的问题中，变量分为两部分，即x和z，当函数f和g可以分离的形式表示时，目标函数相应地可拆分为关于x的函数和关于z的函数之和，因此x和z上的最小化过程可以分别进行。此问题的最优值可以表示为： [0178] p＊＝inf{f(x)+g(z)|Ax+Bz＝c} (57) [0179] 式(54)提供的目标函数的增广拉格朗日函数可表示为： [0180] [0182] xk+1＝argminLρ(x,zk,yk) (59) [0183] zk+1＝argminLρ(xk+1,z,yk) (60) [0184] yk+1＝yk+ρ(Axk+1+Bzk+1‑c) (61) [0185] 式中，ρ＞0，k表示迭代次数，y表示对偶变量。算法中的状态量由zk和yk组成。换句k+1 k+1 k k k k‑1话说，(z ,y )是(z ,y)的函数，变量x不包括在状态量中，而是根据先前的状态量(z ,k‑1 y )计算的中间结果。在迭代求解过程中，x、z和y的更新交替进行。 [0186] 采用ADMM算法对系统集群储能共享优化运行问题进行分布式求解，该算法只需要各系统主体提供小部分信息，可以起到保护各主体隐私的作用。在上述优化问题中，目标函数为式(54)，其中与电力系统主体相关的目标函数为： [0187] [0188] 与共享储能相关的目标函数为： [0189] minCES(63) [0190] 在本实施例中，与电力系统主体相关的约束条件为式(1)～(11)、(14)～(16)、(18)～(27)、(44)～(49)和(51)～(53)；与共享储能相关的约束条件为式(28)～(41)；各电力系统主体与共享储能之间的耦合约束为式(42)～(43)。每个电力系统主体的决策变量为ES,c ES,d ES,ex HC,c HC共享储能的决策变量为{Pt ,Pt ,Pt ,Pt ,Pt ,d HC,ex ,Pt }。在电力系统集群的决策变量中，只有 和 与共享储能相互关联；在共享ES,ex HC,ex 储能的决策变量中，只有Pt 和Pt 与电力系统相互关联。所以，该电力系统联合运行问题可以分解为一个共享储能问题和若干个电力系统主体的问题。显然，每个问题都可以由电力系统主体和共享储能自行求解。将原问题写成下述的紧凑形式： [0191] [0192] Bx+Cxex≤b(65) [0193] [0194]ex [0195] 式中，{x,x }表示共享储能的决策变量， 表示电力系统主体的决策变量，ex ES,ex其中x 和 分别表示Pt 和 是电力系统主体与共享储能之间有相互耦合的决策变量；式(67)代表电力系统主体与共享储能之间的耦合约束，即约束(66)。这里采用ADMM算法分布式求解，放松耦合约束式(67)，上述模型的增广拉格朗日函数如下： [0196] [0197] [0198] 式中，J(x,xex)表示第一子函数， 表示第二子函数，{x,xex}表示共享储能系统中储热设备的运行参数和储电设备的运行参数的集合， 表示第i个电力系统ex ES,ex HC,ex ES,ex中各电力设备的运行参数的集合，其中x 包括Pt 和Pt ，Pt 表示共享储能系统在时HC,ex 刻t与电力系统集群交换的电功率，Pt 表示共享储能系统在时刻t与电力系统集群交换的热功率； 包括 和 表示第i个电力系统在时刻t与共享储能系统交换的 电功率， 表示第i个电力系统在时刻t与共享储能系统交换的热功率； [0199] ζ表示与耦合约束相关联的拉格朗日乘子， 表示附加函数，ρ是惩罚系数。 [0200] 问题求解过程如下： [0201] 步骤一：在接收到最新的y(k)和ζ(k)之后，x按照式(70)更新，然后将x的更新值公布给每个电力系统主体。 [0202] [0203] 步骤二：在接收到最新的x(k+1)之后，每个电力系统主体的yi(k)按照式(71)更新。 [0204] [0205] 步骤三：如果满足收敛判据(72)，则迭代停止。否则将ζ按照式(73)更新，然后返回步骤一。 [0206] [0207] [0208] 综上，如图4所示，本实施例提供如下流程： [0209] S41、输入数据，包括电、热、冷负荷。 [0210] S42、初始化迭代次数i＝1。 [0211] S43、计算共享储能和各个系统的交换功率。其中，共享储能为共享储能系统的简称，系统为电力系统的简称。 [0212] S44、分别计算各个系统的成本。 [0213] S45、判断是否满足收敛条件；若否，则执行步骤S46，若是，则执行步骤S47。 [0214] S46、进行下一次迭代，i＝i+1。 [0215] S47、计算各设备以及共享储能出力。 [0216] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： [0217] 本发明的考虑共享储能的电力系统分布式优化运行方法，不仅考虑到电力系统的电力需求，还考虑到了热和冷等形式的负载，建立了一个详细的电力系统运行模型，在此基础上建立了多个系统主体进行储能共享的数学模型，除此之外，考虑到集中式计算需要收集每个系统主体的负荷特性曲线等信息，可能侵犯各系统隐私，因此最小化各系统以及共享储能的运行成本为目标，采用交替方向乘子法保护各系统主体隐私，通过求解该模型得到了系统联合运行的最优日前运行计划，主要包括系统中的各种设备在每个时刻的出力以及共享储能在每个时刻的充放电功率。 [0218] 实施例3： [0219] 图5为本申请实施例提供的一种考虑共享储能的电力系统优化运行装置的结构示意图。本实施例的装置可以为软件和/或硬件的形式。如图5所示，本实施例提供的考虑共享储能的电力系统优化运行装置，包括：获取模块51、构建求解模块52和发送模块53。其中： [0220] 获取模块51，用于获取输入信息；其中，输入信息包括：各电力系统上传的电负荷信息、热负荷信息和冷负荷信息，以及共享储能系统上传的储热信息和储电信息；其中，所有电力系统均与共享储能系统相连。 [0221] 构建求解模块52，用于根据输入信息，利用交替方向乘子法ADMM将目标函数构建为包含多个待求解参数的增广拉格朗日函数，并在目标函数对应的约束条件的限定下求解增广拉格朗日函数，直到满足收敛条件，得到最优解以及最优解对应的各待求解参数的数值；其中，目标函数以各电力系统的用能成本和共享储能系统的用能成本最低为目标；多个待求解参数包括各电力系统中所有电力设备的运行参数，以及共享储能系统中储热设备的运行参数和储电设备的运行参数。 [0222] 发送模块53，用于将所有电力设备的运行参数的数值发送到对应的电力系统，以供各电力系统按照所有电力设备的运行参数的数值优化运行；将储热设备的运行参数和储电设备的运行参数发送到共享储能系统，以供共享储能系统按照储热设备的运行参数和储电设备的运行参数的数值进行能量共享。 [0223] 本实施例提供的考虑共享储能的电力系统优化运行装置，可用于执行上述任意方法实施例提供的考虑共享储能的电力系统优化运行方法，其实现原理和技术效果类似，此处不做赘述。 [0224] 需要说明的是，本申请所涉及的用户信息和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据，并且相关数据的收集、使用和处理需要遵守相关国家和地区的相关法律法规和标准，并提供有相应的操作入口，供用户选择授权或者拒绝。 [0225] 也就是说，本申请的技术方案中，所涉及的用户个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供和公开等处理，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。 [0226] 根据本申请的实施例，本申请还提供了一种电子设备和一种可读存储介质。 [0227] 图6为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。该电子设备包括接收器60、发送器61、至少一个处理器62和存储器63，由上述部件构成的该电子设备可以用来实施本申请上述几个具体的实施例，此处不再赘述。 [0228] 本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行计算机执行指令时，实现上述实施例中方法中的各个步骤。 [0229] 本申请实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中方法中的各个步骤。 [0230] 本申请以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。 [0231] 用于实施本申请的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或电子设备上执行。 [0232] 在本申请的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。计算机可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD‑ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。 [0233] 为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。 [0234] 可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据电子设备)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用电子设备)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。 [0235] 应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本申请公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本申请公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。 [0236] 上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。 |
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