基于多代理的区域综合能源管理系统及方法与流程

文档序号:24740954发布日期:2021-04-20 21:32阅读:来源:国知局

技术特征:
1.一种基于多代理的区域综合能源管理系统,其特征在于,包括区域管理层、协调管理层和用户层,所述区域管理层包括区域电力供应代理、区域天然气供应代理、区域热力供应代理和区域能源运营代理,所述协调管理层包括区域集中供能代理、区域集中储能代理和分布式供能用户代理,所述用户层包括负荷代理、分布式发电代理、分布式制热代理和分布式储能代理,其中:所述负荷代理、分布式发电代理、分布式制热代理和分布式储能代理分别对分布式能源系统的负荷设备、发电设备、制热设备和储能设备进行管理,将各设备的历史数据通过协调管理层的分布式供能用户代理发送给区域管理层的区域能源运营代理;区域能源运营代理根据所述各设备的历史数据对各用户各能源需求进行日前预测,根据预测结果制定区域集中能源生产、储能的日前计划并进行安全性校核;分布式供能用户代理根据通过安全校核后的日前计划制定所管辖的用户层的各设备各时段的运行计划,发送对应指令给用户层的各代理,区域能源运营代理和分布式供能用户代理依据区域在过去时段的各设备的运行情况,按照运行计划中的原目标对当日剩余时段的运行计划进行滚动修正,接到指令的用户层的代理按照指令工作,未接到指令的用户层的代理进入独立模式,所述独立模式包括未接到指令的用户层的代理对应的各设备通过与邻近代理之间的通讯获得其他设备的工作状态,按照独立模式下的策略集自治运行。2.根据权利要求1所述的基于多代理的区域综合能源管理系统,其特征在于,所述区域能源运营代理与区域电力供应代理、区域天然气供应代理、区域热力供应代理间采取发布/订阅通讯机制;区域能源运营代理与区域集中供能代理、区域储能代理、分布式供能用户代理之间采取请求/应答通讯机制;分布式供能用户代理与负荷代理、分布式发电代理、分布式制热代理、分布式储能代理间采取请求/应答通讯机制;负荷代理与分布式发电代理、分布式制热代理、分布式储能代理之间采取发布/订阅通讯机制。3.根据权利要求2所述的基于多代理的区域综合能源管理系统,其特征在于,所述区域能源运营代理制定的日前计划满足安全性校核时,将所述日前计划发送给分布式供能用户代理、区域集中供能代理、区域集中储能代理、区域电力供应代理、区域天然气供应代理、区域热力供应代理;所述区域能源运营代理制定的日前计划不满足安全性校核时,按照系统安全边界获得各用户的用能限制,将用能限制后的日前计划发送给分布式供能用户代理、区域集中供能代理、区域集中储能代理、区域电力供应代理、区域天然气供应代理、区域热力供应代理。4.根据权利要求2所述的基于多代理的区域综合能源管理系统,其特征在于,所述区域能源运营代理包括:日前预测模型,依据分布式供能用户代理提供的历史数据对分布式能源系统内各用户对各能源的最大需求进行日前预测,所述历史数据包括电力、天然气和热力需求数据:(p
ie
,v
ig
,p
ih
) i=1,...,n其中,p
ie
、v
ig
、p
ih
为区域中第i个用户的日最大用电功率、用气速率和用热功率的预测值,n为用户的数量;用能需求预测模型,结合日前预测模型预测的各用户对各能源的最大需求根据下式预测区域整体用能需求
其中,为区域整体日最大用电功率需求预测值,为区域日整体最大用气速率需求预测值,为区域日整体最大用热功率需求预测值;λ
e
、λ
g
、λ
h
为区域内各用户电力、天然气、热能的同时系数;日前计划获得模型,结合用能需求预测模型预测的各能源的区域整体用能需求和各能源的价格,按照经济性运行目标根据下式制定区域集中能源生产和储能的日前计划:min:其中,e
b
为区域能源运营代理购买能源所需要的总费用;t为计划时段的序号;t=1,2...t,t为计划周期总时段数;δt为计划时段长度;ξ=[ξ
e

g

h
]为区域能源电能、天然气和热能的价格向量;为第i个用户在t时段的能源需求确认向量,分别为第i个用户在t时段的电力、天然气、热力需求确认;j为区域集中能源生产设施的序号,为生产设施的启停状态,表示集中能源生产设施停止,表示集中能源生产设施启动,j=1,2...m;c
j
为设施的输入

输出耦合矩阵,为3
×
3维矩阵,由能源生产设施的输入输出转换特性确定;为第j个集中能源生产设施在t时段的的产能向量,分别为第j个区域集中能源生产设施在t时段所生产的电功率、天然气流速和热功率;k为区域集中储能设施的序号,为储能设施的启停状态,表示储能设施停止,表示储能设施启动,k=1,2...s;为集中储能设施的输入

储能和输入

释能耦合矩阵,均为3
×
3维矩阵,由设备的储/释能转换特性确定;3维矩阵,由设备的储/释能转换特性确定;分别为第k个集中储能设施在t时段的储能向量和释能向量,分别为第k个区域集中储能设施在t时段所储存的电功率、天然气流速和热功率,分别为第k个区域集中储能设施在t时段所释放的电功率、天然气流速和热功率。5.根据权利要求4所述的基于多代理的区域综合能源管理系统,其特征在于,所述日前计划获得模型中,区域集中能源生产和储释能满足系统平衡约束、设施爬坡和启停约束以及区域最大能源供应能力:其中,为区域的最大能源供应能力向量,用户的能源需求不小于用户能源需求预测,能源需求预测,为第i个用户在t时段的能源需求预测向量,
分别为区域第i个用户在t时段的电力、天然气、热力预测量。6.根据权利要求3所述的基于多代理的区域综合能源管理系统,其特征在于,所述分布式供能用户代理包括:设备划分单元,将设备划分为用电设备、用热设备、发电设备、制热设备和储能设备;数据采集单元,采集各用户在各时段的用电设备的电负荷、用热设备的热负荷、发电设备和制热设备的发电功率以及储能设备的储能功率和释能功率;功率运行范围获得单元,从用户层的负荷代理、分布式发电代理、分布式储能代理、分布式制热代理获得各设备的功率运行范围,包括:用户电热负荷的调节范围布式制热代理获得各设备的功率运行范围,包括:用户电热负荷的调节范围为第i个用户在t时段的最小电负荷和最小热负荷,为第i个用户在t时段的最大电负荷和最大热负荷;分布式发电设备的调节范围为第i个用户在t时段的最大电负荷和最大热负荷;分布式发电设备的调节范围为第i个用户第f个发电设备在t时段的发电功率下限和上限;分布式制热设备的调节范围式制热设备的调节范围为第i个用户第o个制热设备在t时段的发电功率下限和上限;分布式储能设备的调节范围功率下限和上限;分布式储能设备的调节范围为第i个用户第c个储能设备在t时段的储能功率下限和上限,为第i个用户第c个储能设备在t时段的释能功率下限和上限;运行计划获得模型,依据区域能源运营代理发出的用户用能需求确认或限制,以运行费用最低为协调目标,获得各设备运行计划:min:其中,x
i
为用户的总体运行费用,le=1,2...le,lh=1,2...lh,le为用户用电设备类型数量,lh为用户用热设备类型数量,f=1,2...f,f为用户发电设备的数量,o=1,2...o,o为用户制热设备的数量,c=1,2...c,c为用户储能设备数量,为用户调整电负荷和热负荷所造成损失的单位费用;为用户发电和制热设备调整发电或制热所造成损失的单位费用;为储能设备调制储能和释能功率所造成损失的单位费用;j
i
为分布式供能用户的耦合矩阵,为3
×
(le+lh+f+r+o)维矩阵;为分布式供能用户的能流向量,分别为用电负荷的功率指令、用热负荷的功率指令、发电设备的发电功率指令、制热设备的制热功率指令、储能设备储能功率指令和释能功率指令;备储能功率指令和释能功率指令;为各功率指令于原计划的偏差,率指令于原计划的偏差,
下发单元,分布式供能用户代理将各设备各时段的功率指令下发到用户层的负荷代理、分布式发电代理、分布式储能代理、分布式制热代理,并获得各代理的应答。7.根据权利要求1所述的基于多代理的区域综合能源管理系统,其特征在于,所述区域电力供应代理、区域天然气供应代理、区域热力供应代理分别用于区域与外部电网、天然气、热力供应设施的联系,以及区域内电力、天然气、热力供应网络设施的管理;区域能源运营代理用于与协调管理层的各代理进行交互,同时与区域电力供应代理、区域天然气供应代理、区域热力供应代理进行互动;区域集中供能代理用于区域中集中能源生产设施的管理,区域集中储能代理用于区域中集中储能设施的管理,分布式供能用户代理用于分布式能源系统的分布式功能用户。8.一种基于多代理的区域综合能源管理方法,其特征在于,包括:分层设定分布式能源管理系统各能源对应的多个代理,划分的层包括区域管理层、协调管理层和用户层,区域管理层划分的代理包括区域电力供应代理、区域天然气供应代理、区域热力供应代理、区域能源运营代理;协调管理层划分的代理包括区域集中供能代理、区域集中储能代理、分布式供能用户代理;用户层划分的代理包括负荷代理、分布式发电代理、分布式制热代理和分布式储能代理;所述负荷代理、分布式发电代理、分布式制热代理和分布式储能代理分别对分布式能源系统的负荷设备、发电设备、制热设备和储能设备进行管理,将各设备的历史数据通过协调管理层的分布式供能用户代理发送给区域管理层的区域能源运营代理;区域能源运营代理根据所述各设备的历史数据对各用户各能源需求进行日前预测,根据预测结果制定区域集中能源生产、储能的日前计划并进行安全性校核;分布式供能用户代理根据通过安全校核后的日前计划制定所管辖的用户层的各设备各时段的运行计划,发送对应指令给用户层的各代理;区域能源运营代理和分布式供能用户代理依据区域在过去时段的各设备的运行情况,按照运行计划中的原目标对当日剩余时段的运行计划进行滚动修正;接到指令的用户层的代理按照指令工作,未接到指令的用户层的代理进入独立模式,所述独立模式包括未接到指令的用户层的代理对应的各设备通过与邻近代理之间的通讯获得其他设备的工作状态,按照独立模式下的策略集自治运行。9.根据权利要求8所述的基于多代理的区域综合能源管理方法,其特征在于,所述日前计划的获得方法包括:依据分布式供能用户代理提供的历史数据对系统内各用户的最大需求进行日前预测,所述历史数据包括电力、天然气和热力需求数据:(p
ie
,v
ig
,p
ih
) i=1,...,n其中,p
ie
、v
ig
、p
ih
为区域中第i个用户的日最大用电功率、用气速率和用热功率的预测值,n为用户的数量;根据下式获得区域整体用能需求
式中,为区域整体日最大用电功率需求预测值,为区域日整体最大用气速率需求预测值,为区域日整体最大用热功率需求预测值;λ
e
、λ
g
、λ
h
为区域内各用户电力、天然气、热能的同时系数;区域能源运营代理将区域电能、天然气、热能的用能需求预测值分别发送给区域电力供应代理、区域天然气供应代理、区域热力供应代理,各代理向区域能源运营代理反馈最大能源供应能力以及各能源供应的价格(ξ
e

g

h
),其中为区域最大供电功率,为区域最大天然气供应速率,为区域最大供热功率;ξ
e
为区域供电价格,ξ
g
为区域天然气供应价格,ξ
h
为区域供热价格;区域能源运营代理按照经济性运行目标根据下式制定区域集中能源生产和储能的日前计划:min:其中,e
b
为区域能源运营代理购买能源所需要的总费用;t为计划时段的序号;t=1,2...t,t为计划周期总时段数;δt为计划时段长度;ξ=[ξ
e

g

h
]为区域能源电能、天然气和热能的价格向量;为第i个用户在t时段的能源需求确认向量,分别为第i个用户在t时段的电力、天然气、热力需求确认;j为区域集中能源生产设施的序号,为生产设施的启停状态,表示集中能源生产设施停止,表示集中能源生产设施启动,j=1,2...m;c
j
为设施的输入

输出耦合矩阵,为3
×
3维矩阵,由能源生产设施的输入输出转换特性确定;为第j个集中能源生产设施在t时段的的产能向量,分别为第j个区域集中能源生产设施在t时段所生产的电功率、天然气流速和热功率;k为区域集中储能设施的序号,为储能设施的启停状态,表示储能设施停止,表示储能设施启动,k=1,2...s;为集中储能设施的输入

储能和输入

释能耦合矩阵,均为3
×
3维矩阵,由设备的储/释能转换特性确定;3维矩阵,由设备的储/释能转换特性确定;分别为第k个集中储能设施在t时段的储能向量和释能向量,分别为第k个区域集中储能设施在t时段所储存的电功率、天然气流速和热功率,分别为第k个区域集中储能设施在t时段所释放的电功率、天然气流速和热功率。10.根据权利要求8所述的基于多代理的区域综合能源管理方法,其特征在于,所述运行计划的获得方法包括:
将设备划分为用电设备、用热设备、发电设备、制热设备和储能设备,获得各用户在各时段的用电设备的电负荷、用热设备的热负荷、发电设备和制热设备的发电功率以及储能设备的储能功率和释能功率;分布式供能用户代理从用户层的负荷代理、分布式发电代理、分布式储能代理、分布式制热代理获得各设备的功率运行范围,包括:用户电热负荷的调节范围制热代理获得各设备的功率运行范围,包括:用户电热负荷的调节范围为第i个用户在t时段的最小电负荷和最小热负荷,为第i个用户在t时段的最大电负荷和最大热负荷;分布式发电设备的调节范围为第i个用户在t时段的最大电负荷和最大热负荷;分布式发电设备的调节范围为第i个用户第f个发电设备在t时段的发电功率下限和上限;分布式制热设备的调节范围式制热设备的调节范围为第i个用户第o个制热设备在t时段的发电功率下限和上限;分布式储能设备的调节范围的调节范围为第i个用户第c个储能设备在t时段的储能功率下限和上限,为第i个用户第c个储能设备在t时段的释能功率下限和上限;分布式供能用户代理依据区域能源运营代理发出的用户用能需求确认或限制,以运行费用最低为协调目标,获得各设备的运行计划:min:其中,x
i
为用户的总体运行费用,le=1,2...le,lh=1,2...lh,le为用户用电设备类型数量,lh为用户用热设备类型数量,f=1,2...f,f为用户发电设备的数量,o=1,2...o,o为用户制热设备的数量,c=1,2...c,c为用户储能设备数量,为用户调整电负荷和热负荷所造成损失的单位费用;为用户发电和制热设备调整发电或制热所造成损失的单位费用;为储能设备调制储能和释能功率所造成损失的单位费用;j
i
为分布式供能用户的耦合矩阵,为3
×
(le+lh+f+r+o)维矩阵;为分布式供能用户的能流向量,分别为用电负荷的功率指令、用热负荷的功率指令、发电设备的发电功率指令、制热设备的制热功率指令、储能设备储能功率指令和释能功率指令;备储能功率指令和释能功率指令;为各功率指令于原计划的偏差,率指令于原计划的偏差,率指令于原计划的偏差,分布式供能用户代理将各设备各时段的功率指令下发到用户层的负荷代理、分布式发电代理、分布式储能代理、分布式制热代理,并获得各代理的应答。
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