一种能量路由器的优化方法和系统

本发明属于综合能源优化领域，涉及一种能量路由器的优化方法和系统。

背景技术：

1、“电热协同、跨网互济”成为城市节能减排的解决方案，其主要包括：电热泵供暖以利用低品味热源制热、储热储电装置以撑电网稳定运行并提供灵活性资源、直流柔性网关以消除区域分布式光伏转换环节。同时，随着“互联网+”理念的不断推进，通信信息设施的全面覆盖为区域清洁供能的集群管控奠定了基础。鉴于数字能源和综合能源技术的发展，有必要研究典型区域电热协同网中综合能源的规划调度。电力系统的调节速度快、惯性小、难以大量储存，热力系统调节速度慢、惯性大、易储存。

2、针对综合能源管理目前已经有了大量研究，但是对于电热协同网络耦合复杂特性和规划优化问题的研究较少，目前还没有得到比较完备、详细的能量管理与优化方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种能量路由器的优化方法和系统，以解决现有技术中电热协同网络耦合复杂特性和规划优化较少的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种能量路由器的优化方法，包括以下步骤：

4、步骤1，确定参与优化的主体，所述主体包括能源路由器、用户集群商、产能运营商、新能源运营商和储能运营商；确定主体之间的相互关系；

5、步骤2，确定每一个主体的目标函数，以及目标函数的优化目标；

6、步骤3，以能源路由器为领导者，用户集群商、产能运营商、新能源运营商和储能运营商为跟随者，建立主从博弈优化模型，以主从博弈达到纳什均衡为条件，求解主从博弈优化模型，获得初始优化策略；所述主从博弈优化模型为每一个主体目标函数的集合，主从博弈过程中能源路由器的目标函数为领导者，其余主体的目标函数为跟随者；

7、将初始优化策略输入至非合作博弈优化模型中，以非合作博弈达到纳什均衡为条件，求解非合作博弈，获得过程优化策略；所述非合作博弈优化模型为用户集群商的目标函数、产能运营商的目标函数、新能源运营商的目标函数和储能运营商的目标函数的集合；

8、步骤5，判断过程优化策略是否达到纳什均衡，如果达到，输出过程优化策略作为最终的优化策略，否则重复步骤4，直至最终的优化策略满足纳什均衡。

9、本发明的进一步改进在于：

10、优选的，所述产能运行商设置有热泵机组和冷水机组，所述新能源运营商设置有光伏发电设备和风力发电设备，所述储能运营商设置有储电装置、储冷装置和储热装置。

11、优选的，所述能源路由器的一端和电网交互，另一端同时和用户集群商、产能运营商、新能源运营商以及储能运营商连接；

12、能源路由器的另一端向用户集群商出售电能、热能和冷能，从产能运营商购买热能和冷能，从新能源运营商购买电能，和储能运行商交互电能、热能和冷能。

13、优选的，步骤2，能源路由器的目标函数的优化目标为综合能源服务商的利润最大化，用户集群商的目标函数的优化目标为支出最小、产能运营商的目标函数的优化目标为利润最大化、新能源运营商的目标函数的优化目标为利润最大化，储能运营商的目标函数的优化目标为利润最大化。

14、优选的，步骤2中，能源路由器的目标函数为：

15、

16、其中，ier表示综合能源服务商的利润；与表示能源路由器向上级电网出售电能的价格和出售的电功率；分别表示在t时刻能源路由器向用户提供电、热、冷的价格；分别表示综合能源服务商对用户的供电、供热和供冷功率；表示能源路由器向产能运营商售电的价格；分别表示综合能源服务商对产能运营商的用于制热与制冷的供电功率；分别表示能源路由器向储能运营商售电、热、冷的价格；分别表示综合能源服务商对储能运营商的输电、输热和输冷功率；

17、与表示能源路由器向上级电网购买电能的价格和购入的电功率；与表示能源路由器向新能源运营商购买电能的价格和购入的电功率；与表示能源路由器向产能运营商购买热、冷能的价格和购入的热、冷功率；与表示能源路由器向储能运营商购买电、热、冷能的价格和购入的电、热、冷功率；δt表示微小的时间间隔；t表示一个调度周期。

18、优选的，步骤2中，用户集群商的目标函数为：

19、

20、其中，iu表示用户集群商的支出；分别表示用户向能源路由器购买电、热、冷的价格；分别表示用户向能源路由器购买的电、热和冷功率；

21、新能源运营商的目标函数为：

22、

23、其中，ine表示新能源运营商的利润；表示新能源运营商向能源路由器出售新能源电能的价格；表示新能源运营商向能源路由器出售新能源电能的电功率；cne表示新能源设备的单位管理成本；

24、产能运营商的目标函数为：

25、

26、其中，ipe表示产能运营商的利润；表示产能运营商从能源路由器购电的价格；分别表示产能运营商制热、制冷的功率；分别表示产能运营商向能源路由器售热、售冷的价格；分别表示产能运营商向能源路由器售热、售冷的功率；

27、储能运营商的目标函数为：

28、

29、其中，ies表示储能运营商的利润；分别表示储能运营商从能源路由器购电、热、冷的价格；分别表示储能运营商从能源路由器购电、热、冷的功率；分别表示储能运营商向能源路由器售电、热、冷的价格；分别表示储能运营商向能源路由器售电、热、冷的功率。

30、优选的，步骤3中，主从博弈达到纳什均衡条件为：

31、

32、其中，分别为园区的能源路由器、用户集群商、产能运营商、新能源运营商、储能运营商的最优策略集，ier表示综合能源服务商的利润，iu表示用户集群商的支出，ine表示新能源运营商的利润，ipe表示产能运营商的利润，ies表示储能运营商的利润。

33、优选的，步骤3中，非合作博弈达到纳什均衡的条件为：

34、

35、其中，其中，分别为园区的能源路由器、用户集群商、产能运营商、新能源运营商、储能运营商的最优策略集，ier表示综合能源服务商的利润，iu表示用户集群商的支出，ine表示新能源运营商的利润，ipe表示产能运营商的利润，ies表示储能运营商的利润。

36、优选的，步骤3中，主从博弈和非合作博弈过程中，满足能量守恒，且遵循市场规律约束价格。

37、一种能量路由器的优化系统，包括：

38、主体单元，用于确定参与优化的主体，所述主体包括能源路由器、用户集群商、产能运营商、新能源运营商和储能运营商；确定主体之间的相互关系；

39、函数单元，用于确定每一个主体的目标函数，以及目标函数的优化目标；

40、模型单元，用于以能源路由器为领导者，用户集群商、产能运营商、新能源运营商和储能运营商为跟随者，建立主从博弈优化模型，以主从博弈达到纳什均衡为条件，求解主从博弈优化模型，获得初始优化策略；所述主从博弈优化模型为每一个主体目标函数的集合，主从博弈过程中能源路由器的目标函数为领导者，其余主体的目标函数为跟随者；

41、将初始优化策略输入至非合作博弈优化模型中，以非合作博弈达到纳什均衡为条件，求解非合作博弈，获得过程优化策略；所述非合作博弈优化模型为用户集群商的目标函数、产能运营商的目标函数、新能源运营商的目标函数和储能运营商的目标函数的集合；

42、判断单元，用于判断过程优化策略是否达到纳什均衡，如果达到，输出过程优化策略作为最终的优化策略，否则重复模型单元，直至最终的优化策略满足纳什均衡。

43、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

44、本发明公开一种能量路由器的优化方法，该方法包括建立园区能源路由器、用户集群商、产能运营商、新能源运营商、储能运营商之间的关系模型，制定目标函数，用户集群商、产能运营商、新能源运营商、储能运营商的目标函数为利润最大，用户集群商的目标函数的支出最小；根据博弈参与主体建立博弈结构，博弈方法为主从博弈与非合作博弈相结合；主从博弈以园区的能源路由器为领导者，其他参与者为跟随者，优化策略下发后园区内的用户集群商、产能运营商、新能源运营商、储能运营商再进行非合作博弈，再反馈给上层主从博弈，迭代计算达到纳什均衡时则为最优策略。本发明可实现电能、热能的优化配置与灵活规划，兼顾多方收益，达到节能减排的效果。

45、本发明还公开了一种能量路由器的优化系统，该系统全面协调电网与热网，从电的角度考虑了用户用电、电网、储电设备、电力驱动的热泵与冷水机组、新能源发电，从热的角度考虑了用户用热用冷、热泵产热与冷水机组产冷、储热储冷设备，能源路由器对电热冷进行综合调控与配置，实现电网支撑热网、热网支撑电网；将主从博弈与非合作博弈相结合，获取综合能源管理的最优策略；兼顾多方受益并通过能源路由器进行信息交互，博弈参与者以更快速、便捷、实惠的方式获取能源，实现资源的最优配置与灵活调度，提高电网热网的稳定性、收益友好性与环境友好性。