技术领域
[0001] 本发明涉及综合能源系统资源分配的技术领域，特别涉及一种电热协同调度的利益分配方法及终端。
相关背景技术
[0002] 由于可再生能源的不确定性与波动性，弃风问题也逐渐凸显。
[0003] 为提升风电消纳水平，电力系统迫切需要更多的灵活性资源。随着热电联产装置(CHP)的广泛应用及相关示范园区的建设，电‑热耦合系统被视为消纳可再生能源的重要途径，通过探索供热系统(DHS)中的灵活性资源，即电锅炉、热泵、管道的热惯性等，可为风电消纳提供一条经济有效的方式。然而，当DHS与电力系统(EPS)协同时，DHS往往偏离自身最优调度计划，承担过高的运行成本，导致DHS运营商没有足够的激励参与电热协同经济调度(CHPD)。
[0004] 利益分配为解决以上CHPD中DHS运营商激励不足问题提供了一条有效的途经，通过将CHPD产生的利益按照一定的规则在EPS运营商和DHS运营商之间公平的分配，使DHS运营商有足够的激励参与CHPD。常规的CHPD利益分配方式有比例法和最后添加法，由于其未考虑每个能源主体的实际贡献和主体的加入顺序等因素，其不能保证利益的公平分摊。合作博弈研究了多个存在利益关联的能源主体如何去形成对每个能源主体都有益的联盟，以及如何去分配联盟产生的利益，在能源领域已经有了大量的应用。
[0005] 作为合作博弈中的一种公理化方法，Shapley值法在确保利益分摊的公平性方面发挥了巨大的作用，被广泛应用于各种分摊和定价问题中，例如阻塞成本分摊、网损分摊和利益分摊等。此外，Shapley值法也被应用于CHPD利益分配问题中，但只适用于两个能源主体之间的利益分配，应用于多个主体之间的利益分配时，其计算组合性质，即计算组合数随能源主体个数增加呈现指数增加趋势，会引起巨大的计算负担。因此，需要一种新的CHPD利益分配方法，实现CHPD利益在多主体之间公平高效的分摊。
具体实施方式
[0019] 为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0020] 请参照图1，本发明实施例提供了一种电热协同调度的利益分配方法，包括步骤：
[0021] 计算电‑热耦合系统中电热协同调度产生的利益，并构建电热协同调度的利益函数；
[0022] 根据所述利益函数计算电‑热耦合系统中每个能源主体对电热协同调度的贡献值；
[0023] 对每个能源主体的所述贡献值进行积分求解，根据积分求解结果为每个能源主体对电热协同调度产生的利益进行分摊。
[0024] 从上述描述可知，本发明的有益效果在于：计算电‑热耦合系统产生的电热协同调度利益，并构建对应的利益函数，从而计算出每个能源主体对电热协同调度的贡献值，基于积分求解后的贡献值进行利益分摊。以此方式，实现对CHPD产生的利益在多主体之间的公平分摊，通过积分求解的方式能够在保持较高精度的前提下大大减少计算负担。本发明可以应用到多主体的电热协同调度利益分摊中，保证利益分摊的公平性，同时提高多主体电热协同调度利益分摊的计算效率。
[0025] 进一步地，所述计算电‑热耦合系统中电热协同调度产生的利益包括：
[0026] 建立以热电联产机组出力为变量的供热系统调度模型；
[0027] 建立以火电机组出力和风电机组出力为变量的电力系统调度模型；
[0028] 建立以所述热电联产机组出力、所述火电机组出力和所述风电机组出力为变量的电热协同调度模型；
[0029] 根据所述供热系统调度模型、所述电力系统调度模型和所述电热协同调度模型计算电热协同调度产生的利益。
[0030] 由上述描述可知，通过建立电热协同调度模型并计算利益，便于后续根据电热协同调度模型的出力数据构建利益函数。
[0031] 进一步地，所述建立以热电联产机组出力为变量的供热系统调度模型包括：
[0032] 建立供热系统调度模型的目标函数：
[0033]H
[0034] 式中，ξ表示孤立调度模式下供热系统的运行成本； 表示第i台热电联产机组CHP在t时段的运行成本；κ 表示热电联产机组的集合，Γ表示时间范围；
[0035] 所述供热系统调度模型的约束条件包括：热电联产机组的运行特性方程约束、热电联产机组的有功功率约束、热电联产机组的热交换方程约束、热电联产机组的供水温度约束、节点混温方程约束、管道热损约束、流量的传输时延约束、热负荷的热交换方程约束和热负荷回水温度约束。
[0036] 由上述描述可知，建立以孤立调度模式下供热系统的运行成本最小为目标的目标函数，以便于后续进行电热协同调度产生利益的计算。
[0037] 进一步地，所述建立以火电机组出力和风电机组出力为变量的电力系统调度模型包括：
[0038] 建立电力系统调度模型的目标函数：
[0039]
[0040] 式中，ξE表示孤立调度模式下电力系统的运行成本； 表示第j台火电机组在t时TU WD段的运行成本； 表示第k台风电机组在t时段的惩罚成本；κ 表示火电机组的集合；κ表示风电机组的集合；
[0041] 所述电力系统调度模型的约束条件包括：能量平衡约束、线路容量约束、机组出力约束、机组爬坡约束和旋转备用约束。
[0042] 由上述描述可知，建立以孤立调度模式下电力系统的运行成本最小为目标的目标函数，以便于后续进行电热协同调度产生利益的计算。
[0043] 进一步地，所述建立以所述热电联产机组出力、所述火电机组出力和所述风电机组出力为变量的电热协同调度模型包括：
[0044] 建立电热协同调度模型的目标函数：
[0045]
[0046] 式中，ξEH表示电热协同调度模式下电‑热耦合系统的运行成本；
[0047] 所述电热协同调度模型的约束条件包括所述供热系统调度模型的约束条件和所述电力系统调度模型的约束条件。
[0048] 由上述描述可知，建立以电热协同调度模式下电‑热耦合系统的运行成本最小为目标的目标函数，以便于后续进行电热协同调度产生利益的计算。
[0049] 进一步地，根据所述供热系统调度模型、所述电力系统调度模型和所述电热协同调度模型计算电热协同调度产生的利益包括：
[0050] 计算电热协同调度产生的利益ΔξEH：ΔξEH＝ξE+ξH‑ξEH；
[0051] 式中，ξE表示孤立调度模式下电力系统的运行成本，ξH表示孤立调度模式下供热系EH统的运行成本，ξ 表示电热协同调度模式下电‑热耦合系统的运行成本。
[0052] 由上述描述可知，将孤立调度模型下电力系统和供热系统的运行成本相加后，减去电热协同调度模式下电‑热耦合系统的运行成本，能够准确得到电热协同调度产生的利益，以便于后续对该利益进行合理分摊。
[0053] 进一步地，所述构建电热协同调度的利益函数包括：
[0054] 建立电热协同调度的利益函数：
[0055] f＝f(x1,x2,x3,…,xnEH)；
[0056] 式中，x1,x2,x3,…,xnEH表示电‑热耦合系统中各机组的出力，nEH表示机组总数；
[0057] 所述利益函数满足：
[0058]
[0059]
[0060] 式中， 和 表示电‑热EH
耦合系统在电热协同调度和孤立调度时各机组的出力，Δξ 表示电热协同调度产生的利益。
[0061] 进一步地，根据所述利益函数计算电‑热耦合系统中每个能源主体对电热协同调度的贡献值包括：
[0062] 计算每个能源主体n的贡献值：
[0063]
[0064] 由上述描述可知，通过对每个能源主体进行贡献值计算，能够便于基于各主体的贡献值进行利益分配。
[0065] 进一步地，所述对每个能源主体的所述贡献值进行积分求解包括：
[0066] 求解每个能源主体n的贡献值：
[0067]
[0068] 式中，Ak表示加权系数，tk表示预设插值点，m表示插值点的数量。
[0069] 由上述描述可知，利用高斯‑勒让德求积公式计算贡献值，能够在保持较高精度的前提下大大减少计算负担，相比于合作博弈中其他的利益分配方法，本方法的计算效率高、计算速度快。因此，可以实际应用到多主体的利益分摊中，保证利益分摊的公平性，同时提高多主体利益分摊的计算效率。
[0070] 请参照图2，本发明另一实施例提供了一种电热协同调度的利益分配终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的一种电热协同调度的利益分配方法的步骤。
[0071] 本发明上述的一种电热协同调度的利益分配方法及终端，适用于多主体的电热协同经济调度的利益分摊中，适配于原本的电力系统与供热系统的能量管理系统，保证利益分摊的公平性，同时提高多主体电热协同经济调度利益分摊的计算效率。以下通过具体的实施方式进行说明：
[0072] 实施例一
[0073] 请参照图1，一种电热协同调度的利益分配方法，包括步骤：
[0074] S1、计算电‑热耦合系统中电热协同调度产生的利益，并构建电热协同调度的利益函数。
[0075] S11、建立以热电联产机组出力为变量的供热系统调度模型。
[0076] 具体的，建立供热系统调度模型的目标函数：
[0077]H
[0078] 式中，ξ表示孤立调度模式下供热系统的运行成本； 表示第i台热电联产机组CHP在t时段的运行成本；κ 表示热电联产机组的集合，Γ表示时间范围。
[0079] 供热系统调度模型的约束条件包括：热电联产机组的运行特性方程约束、热电联产机组的有功功率约束、热电联产机组的热交换方程约束、热电联产机组的供水温度约束、节点混温方程约束、管道热损约束、流量的传输时延约束、热负荷的热交换方程约束和热负荷回水温度约束。各个约束都是线性的，具体参数可从供热系统的能量管理系统获得。
[0080] S12、建立以火电机组出力和风电机组出力为变量的电力系统调度模型。
[0081] 在本实施例中，获得供热系统调度模型中的最优解(即热电联产机组的电出力和热出力)之后，在此基础上求解以火电机组出力和风电机组出力为决策变量的电力系统调度模型。
[0082] 具体的，建立电力系统调度模型的目标函数：
[0083]E
[0084] 式中，ξ表示孤立调度模式下电力系统的运行成本； 表示第j台火电机组在t时TU WD段的运行成本； 表示第k台风电机组在t时段的惩罚成本；κ 表示火电机组的集合；κ表示风电机组的集合。
[0085] 电力系统调度模型的约束条件包括：能量平衡约束、线路容量约束、机组出力约束、机组爬坡约束和旋转备用约束。各个约束都是线性的，具体参数从电力系统的能量管理系统获得。
[0086] S13、建立以所述热电联产机组出力、所述火电机组出力和所述风电机组出力为变量的电热协同调度模型。
[0087] 建立电热协同调度模型的目标函数：
[0088]
[0089] 式中，ξEH表示电热协同调度模式下电‑热耦合系统的运行成本。
[0090] 电热协同调度模型的约束条件包括供热系统调度模型中的约束和电力系统调度模型中的约束。
[0091] S14、根据所述供热系统调度模型、所述电力系统调度模型和所述电热协同调度模型计算电热协同调度产生的利益。
[0092] 具体的，计算电热协同调度产生的利益ΔξEH：ΔξEH＝ξE+ξH‑ξEH。
[0093] S15、构建电热协同调度的利益函数包括：
[0094] 建立电热协同调度的利益函数：
[0095] f＝f(x1,x2,x3,…,xnEH)；
[0096] 式中，x1,x2,x3,…,xnEH表示电‑热耦合系统中各机组的出力，即供热系统调度模EH型、电力系统调度模型和电热协同调度模型的变量；n 表示机组总数；
[0097] 所述利益函数满足：
[0098]
[0099]
[0100] 式中， 和 表示电‑热EH
耦合系统在电热协同调度和孤立调度时各机组的出力，Δξ 表示电热协同调度产生的利益。
[0101] S2、根据所述利益函数计算电‑热耦合系统中每个能源主体对电热协同调度的贡献值。
[0102] 具体的，根据电热协同调度的利益函数计算每个能源主体n的贡献值，本实施例中贡献值即为Aumann‑Shapley值：
[0103]
[0104] S3、对每个能源主体的所述贡献值进行积分求解，根据积分求解结果为每个能源主体对电热协同调度产生的利益进行分摊。
[0105] 在本实施例中，利用高斯‑勒让德求积公式对Aumann‑Shapley值中的积分进行求解：
[0106]
[0107] 式中，g(x)表示任意被积函数；x表示积分变量，范围为[‑1,1]；Ak表示高斯‑勒让德求积公式的加权系数；xk表示高斯‑勒让德求积公式的插值点；m表示所需的插值点的数量。
[0108] 对高斯‑勒让德求积公式中的积分变量进行替换，以改变积分上下限。得到新的高斯勒让德积分公式：
[0109]
[0110] 式中，up和lo表示积分上下限；t表示新的积分变量，范围为[‑1,1]；tk表示新的高斯‑勒让德求积公式的插值点。
[0111] 其中，高斯‑勒让德求积公式的加权系数Ak和高斯‑勒让德求积公式的插值点tk事先已知，为常数。插值点数目m的选取按照实际情况，m越大，计算结果越精确，通常取m＝3或m＝4即可满足要求。m不同，Ak和tk的数值也不同。可通过查找高斯‑勒让德求积节点和系数表获得。
[0112] 根据高斯‑勒让德求积公式，计算每个能源主体的Aumann‑Shapley值：
[0113]
[0114] 最后按照算出的各能源主体的Aumann‑Shapley值的比例对电热协同经济调度产生的利益进行分摊。
[0115] 实施例二
[0116] 请参照图2，一种电热协同调度的利益分配终端1，包括存储器2、处理器3以及存储在所述存储器2上并可在处理器3上运行的计算机程序，所述处理器3执行所述计算机程序时实现实施例一的一种电热协同调度的利益分配方法的各个步骤。
[0117] 综上所述，本发明提供的一种电热协同调度的利益分配方法及终端，属于综合能源系统管理和利益分摊领域。本发明实现了对CHPD产生的利益在多主体之间的公平分摊，使DHS运营商有足够激励参与CHPD。利用高斯‑勒让德求积公式计算Aumann‑Shapley值，能够在保持较高精度的前提下大大减少计算负担。相比于合作博弈中其他的利益分配方法，本发明的计算效率高、计算速度快，可以实际应用到多主体的CHPD利益分摊中，适配于原本的EPS与DHS能量管理系统，保证利益分摊的公平性，同时提高多主体CHPD利益分摊的计算效率。
[0118] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
