(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 112234656 A(43)申请公布日 2021.01.15
(21)申请号 202010871056.X(22)申请日 2020.08.26
(71)申请人 华北电力大学（保定）
地址 071003 河北省保定市莲池区永华北
大街619号华北电力大学一校区(72)发明人 李鹏 陈博 周益斌 吴迪凡
王子轩 夏辉 (74)专利代理机构 天津市北洋有限责任专利代
理事务所 12201
代理人 杜文茹(51)Int.Cl.
H02J 3/46(2006.01)
权利要求书7页 说明书11页 附图5页
CN 112234656 A(54)发明名称
含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法(57)摘要
一种含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法：综合考虑配电网、配气网和园区运营商三个主体的利益，构建多园区综合能源系统分散协调调度架构；考虑多园区间的电能交互和天然气交互，并兼顾配电网和配气网的运行安全性，建立以配电网、配气网和园区运营商三个主体各自利益最优为目标的多园区综合能源系统分散调度模型，多园区综合能源系统分散调度模型，是由配网侧调度模型和园区侧调度模型构成；对多园区综合能源系统分散调度模型进行分段线性化处理，并采用目标级联分析法对线性化处理后的多园区综合能源系统分散调度模型进行协调求解，获得多园区综合能源系统分散协调调度方案。本发明能够兼顾不同主体利益诉求，同时满足配网运行安全性。
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1.一种含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)综合考虑配电网、配气网和园区运营商三个主体的利益，构建多园区综合能源系统分散协调调度架构；
2)考虑多园区间的电能交互和天然气交互，并兼顾配电网和配气网的运行安全性，建立以配电网、配气网和园区运营商三个主体各自利益最优为目标的多园区综合能源系统分散调度模型，所述的多园区综合能源系统分散调度模型，是由配网侧调度模型和园区侧调度模型构成；
3)对所述的多园区综合能源系统分散调度模型进行分段线性化处理，并采用目标级联分析法对线性化处理后的多园区综合能源系统分散调度模型进行协调求解，获得多园区综合能源系统分散协调调度方案。
2.根据权利要求1所述的含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法，其特征在于，步骤1)所述的分散协调调度架构，在结构上分为配网侧和园区侧，其中配网侧包括配电网和配气网，园区侧为园区运营商；配电网和配气网分别通过配网与园区之间的联络线向各园区供能，配电网和配气网之间无能量交易，各园区则通过电力通道和天然气管道进行串联，并在与配电网和配气网进行能量交易时结成联盟，即形成园区运营商。
3.根据权利要求1所述的含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法，其特征在于，步骤2)中，所述的配网侧调度模型的目标函数包括配电网向园区售能的最大收益和配气网向园区售能的最大收益，配网侧调度模型以配电网运行安全约束和配气网运行安全约束为约束条件；所述的园区侧调度模型，包括：以所有园区综合能源的总成本最小为目标函数，以功率平衡约束、配网与园区之间的联络线功率约束、园区间交互功率约束、能量转换设备出力上下限约束、燃料机组爬坡约束和储能设备约束为约束条件。
4.根据权利要求3所述的含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法，其特征在于，所述的配网侧调度模型的目标函数中的：
(2.1)配电网向园区售能的最大收益为：
其中，FEPS为一个调度周期T内配电网向园区售能的收益；m为接入配电网的园区总数；PtEPS,i为配电网与园区i在t时段交互的电功率，正值表示园区i从配电网购电，负值表示园区i向配电网售电；ce为园区i对配电网的购售电价；
(2.2)配气网向园区售能的最大收益为：
其中，FNGS为一个调度周期T内配气网向园区售能的收益，接入配气网的园区总数也为m个；PtNGS,i为t时段园区i从配气网购买的气功率，不考虑园区i向配气网售气的情况；cg为园区i从配气网购气的价格；LNG为天然气低热值。
5.根据权利要求3所述的含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法，其特征在于，配网侧调度模型约束条件中的：
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(2.3)配电网运行安全约束为：
其中，下标t表示t时段；和分别为源节点注入节点g、h的有功功率，
和
和
分别为源节点注入节点g、h的无功功率；为配电网的节点g与园区交互功率，为节点g的关联节点集合；(g,h)首端的复功率，
和
和
分别为节点g的有功、无功负荷；为配电网节点g与园区交互功率限值；Ωg
为支路
分别为支路(g,h)首端的有功、无功功率；
为支路(g,h)首端复功率的上限；Rg-h+jXg-h为支路(g,h)的等效阻
抗；Vg,t和Vh,t分别为节点g、h的电压，Vh,min和Vh,max为Vh,t限值，表示Vh,t共轭；
(2.4)配气网运行安全约束为：
其中，下标t表示t时段；为节点f与园区交互气流量，
为气源注入节点f的气流量；FtL,f为节点f的气负荷；FtNGS,f为节点f与园区交互气流量的最大值；Ωf为节点f的关联
和
为管道(f,q)的天然气流量限值；分别为节点f、q压力，当
时
节点集合；Ftf-q表示管道(f,q)的天然气流量，
表示管道(f,q)流量流动方向，和
当
时
和
Kf-q为管道(f,q)特性的参数，与管道分别为节点f的压力
的限值。
(f,q)直径、长度、温度和气体密度等有关；
6.根据权利要求3所述的含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法，其特征在于，所述的园区侧调度模型的以所有园区综合能源的总成本最小为目标函数表示为：
min FCOP＝min(Fom+Fnet+Feh+Fec)其中，Fom为运行维护成本，表示为：
ξ∈{WT,PV,MT,WH,GB,AC,EC,ES,HS,GS}
Fnet为各园区从配电网和配气网购能的成本总和，表示为：
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Fnet＝FEPS+FNGS
Feh为园区间电能交互和天然气交互的成本总和，表示为：
Fec为各园区从配电网购电等效碳排放和从配气网购气等效碳排放的成本总和，表示为：
其中，T为一个调度周期；m为接入配电网的园区总数；为园区i中设备ξ在t时段的输
出功率，λ为设备ξ在单位时段内单位功率的运行维护费用；FEPS和FNGS分别为一个调度周期ξ
T内配电网和配气网向园区售能的收益；ke和kg分别为园区间电交互和天然气交互的价格；
和
分别为园区i在t时段与其他所有园区交互的电功率和气功率；
和
分
别为园区i在t时段与园区j交互的电功率和气功率，正值表示园区i购能，负值表示园区i售能；Θi表示与园区i相关联的园区集合；LNG为天然气低热值；ββe和g分别为园区从配电网购电和从配气网购气的等效排放系数；ε为单位CO2的处理费用；PtEPS,i为配电网与园区i在t时段交互的电功率；PtNGS,i为t时段园区i从配气网购买的气功率；WT、PV、MT、WH、GB、AC、EC、ES、HS和GS分别表示风机、光伏、微燃机、余热锅炉、燃气锅炉、吸收式制冷机、电制冷机、储电、储热和储气装置。
7.根据权利要求3所述的含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法，其特征在于，园区侧调度模型约束条件中的：
(2.5)功率平衡约束
其中，下标t表示t时段；
和
分别为园区i的电、冷、热、气负荷需求；
分别为园区i风机、光伏和微燃机输出的电功率；PtES,i、PtHS,i、PtGS,i分别
为园区i储电、储热、储气装置的功率，正值为放能，负值为充能；PtEPS,i和PtNGS,i分别为配电网与园区i在t时段交互的电功率和配气网与园区i在t时段交互的气功率；为园区i在t时段与其他所有园区交互的电功率和气功率；机消耗的电功率和吸收式制冷机消耗的热功率；和
和
分别
分别为园区i电制冷
MT
为园区i燃气锅炉消耗的气功率；η
WHGB
分别为微燃机的发电效率和热损失系数；η和η分别为余热锅炉和燃气锅炉的能量
ECACMT
转换效率；λ、λ分别为电制冷机和吸收式制冷机的能效比，其中，微燃机的发电效率η满足下式：
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其中，为微燃机在t时段的输出电功率的上限；a、b、c、d为正的常数，由微燃机
的容量与类型确定；
(2.6)配网与园区之间的联络线功率约束
ζ∈{EPS,NGS}
其中，Ptζ,i为园区i在t时段与配网ζ交互的能量，交互能量的上下限；EPS和NGS分别表示配电网和配气网；
(2.7)园区间交互功率约束
为园区i在t时段与配网ζ
其中，为园区i在t时段与园区j交互的电功率，
和
为
和为的限值；
为园区i在t时段与园区j交互的气功率，
(2.8)能量转换设备出力上下限约束
的限值；
ψ∈{MT,WH,GB,AC,EC}
其中，
为园区i中能量转换设备ψ在t时段的输出功率；
和
为
的上下
限；MT、WH、GB、AC和EC分别表示微燃机、余热锅炉、燃气锅炉、吸收式制冷机和电制冷机；
(2.9)燃料机组爬坡约束
其中，和
和分别为园区i中燃料机组在t和t-1时段的出力；Δt表示单位时段；
的滑坡速度和爬坡速度；MT和GB分别表示微燃机和燃气锅炉；
分别为燃料机组
(2.7)储能设备约束
其中，和上下限；和的能量损失率；
分别为园区i中储能设备x在t和t-1时段的储能容量，分别为和
和为的
x,i
在一个调度周期内的初值和终值；δ表示园区i中储能设备x
表示园区i中储能设备x的充放能效率；
和
分别为和
和
和分别为园区i中
和
为园
储能设备x在t时段的充放能功率，的上限；和
区i中储能设备x在t时段的充放能标志位，分别为在一个调度周期内
的初值；ES、HS和GS分别表示储电、储热和储气装置。
8.根据权利要求1所述的含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法，其特
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征在于，步骤3)所述的对所述的多园区综合能源系统分散调度模型进行分段线性化处理，具体是对园区侧调度模型中微燃机进行分段线性化处理，包括：
在一个时段t内引入N个连续变量耗气功率与输出电功率间的关系式
的线性化表达式为：
和1个运行状态变量Ut，对微燃机消分N段进行线性化处理；所述的
其中，F(t)和分别为微燃机在t时段消耗气功率与微燃机在t时段输出电功率
MT
的函数及线性逼近函数；η为微燃机的发电效率；αPγ和Pγ+1γ为第γ段分段线的斜率；
为第γ段分段线左右两端对应的微燃机输出电功率；F(P1)、F(Pγ)和F(Pγ+1)分别为微燃机输出电功率P1、Pγ和Pγ+1对应的气功率消耗量；Ut为微燃机在t时段的运行状态变量；
为微燃机在t时段输出电功率的上下限。
9.根据权利要求1所述的含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法，其特征在于，步骤3)所述的采用目标级联分析法进行协调求解，首先将配电网与园区之间的联络线功率和配气网与园区之间的联络线功率这两个协调变量分别解耦为一对虚拟负荷和虚拟电源，从而将多园区综合能源系统分散调度模型构建为上下两级优化调度子问题模型，所述上下两级分别对应配网侧与园区侧，通过在上下两级优化调度子问题模型的目标函数中引入罚函数实现上下级调度的协调联系，最后使用建模语言Yalmip调用Gurobi求解器分别对上下两级优化调度子问题模型进行求解。
10.根据权利要求9所述的含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法，其特征在于，所述的采用目标级联分析法进行协调求解，具体包括：
(1)初始化
输入各设备参数，迭代次数k＝1，协调变量初值取自各园区独立优化调度结果，目标级联分析法的收敛阈值均取0.01、乘子初值取1.5、常数θ取2.9；
(2)修正配网侧和园区侧目标函数
被解耦的协调变量在配网侧相当于虚拟负荷，在园区侧相当于虚拟电源，虚拟负荷和虚拟电源的初值均与协调变量初值相同；分别在配网侧和园区侧的目标函数中引入罚函数以对各自的目标函数进行修正，其中，
配网侧调度模型的目标函数修正为：
和
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其中，T为一个调度周期；m为接入配电网的园区总数；个调度周期T内配电网和配气网向园区售能的收益；
和
和分别为第k次迭代时一分别为第k次迭代时t时
段配电网与园区i之间的联络线功率在配电网侧的虚拟负荷和在园区侧的虚拟电源；
和
分别为第k次迭代时t时段配气网与园区i之间的联络线功率在配气网侧的
分别为第k次迭代时t时段配电网与园区i之间分别为第k次迭代时t时段配气网与园区i之间
虚拟负荷和在园区侧的虚拟电源；的联络线功率对应的罚函数系数；的联络线功率对应的罚函数系数；
园区侧调度模型的目标函数修正为：
其中，为第k次迭代时一个调度周期T内所有园区综合能源的总成本；和
分别为第k次迭代时t时段配电网与园区i之间的联络线功率在园区侧的虚拟电源和在配电网侧的虚拟负荷；
和
分别为第k次迭代时t时段配气网与园区i之间的
联络线功率在园区侧的虚拟电源和在配气网侧的虚拟负荷；
(3)配网侧优化调度
根据虚拟电源值和修正后的配网侧调度模型分别对配电网和配气网进行优化调度，得到虚拟负荷值；
(4)配网侧潮流计算
根据所述的虚拟负荷值，分别对配电网和配气网进行潮流计算，检验配电网是否满足配电网运行安全约束和配气网是否满足配气网运行安全约束，若都满足，则将所述的虚拟负荷值传递至园区侧，并进入第(5)步；若只要有一条不满足，则修正配网与园区之间的联络线功率上下限，并返回第(3)步，其中配网与园区之间的联络线功率上下限的修正方法为：若配网的潮流参数越下限，则减小联络线功率上限；若配网的潮流参数越上限，则增大联络线功率下限；
(5)园区侧优化调度
根据虚拟负荷值和修正后的园区侧调度模型对园区进行优化调度，得到虚拟电源值，并将虚拟电源值反馈至配网侧；
(6)根据收敛判据检验计算结果是否满足收敛条件，收敛判据设置为：
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其中，εεε1、2和3为收敛阈值；和配气网向园区售能的收益；
和分别为第k-1次迭代时一个调度周期T内配电网
为第k-1次迭代时一个调度周期T内所有园区综合能源的
总成本；
(7)若满足收敛条件，则输出计算结果，算法结束；若不满足收敛条件，则更新迭代次数k＝k+1，并按下式更新罚函数系数后返回第(2)步：
其中，的罚函数系数；
分别为第k+1次迭代时t时段配电网与园区i之间的联络线功率对应
分别为第k+1次迭代时t时段配气网与园区i之间的联络线功率
对应的罚函数系数；θ为常数，取值为2.9。
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含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种多园区综合能源系统分散协调调度方法。特别是涉及一种含多能交互的 多园区综合能源系统分散协调调度方法。背景技术
[0002]能源短缺和环境问题正对人类社会可持续发展构成挑战，为应对这一问题，综合能源系 统得到了日益广泛的应用。园区型综合能源系统是一个复杂的多能耦合系统，可向终端用户 提供灵活的冷/热/电/气等多品位能源，能够有效提高能源利用效率、减少污染物排放，为实 现清洁低碳、安全高效的现代能源体系建设提供有效的解决方案。[0003]随着经济社会的快速发展，城镇中功能和性质相近的部门受聚集效应的影响而分布较为 集中，形成了多个功能区域。单一园区综合能源系统已不能满足这些功能区域多样化的用能 需求，因此多园区互联形成的多园区综合能源系统的概念应运而生。在多园区综合能源系统 中，接入区域配电网和区域配气网的多个园区之间可通过电能通道和天然气管道等进行互联， 实现彼此间多种能量形式的相互支撑，但目前国内外针对多园区综合能源系统的研究大多集 中在考虑单一能量交互形式方面，较少考虑园区间多能协同交互对多园区优化运行以及配网 经济性的影响。由于多园区间的多种能量交互形式可更好地利用不同园区的资源禀赋与用能 差异，对提升系统整体的经济性有重要意义，因此有必要针对这一问题进行研究。
[0004]多园区综合能源系统中的配电网、配气网以及多个园区实际上属于不同的利益主体，在 实际调度时需兼顾各主体的利益诉求。这类含不同利益主体的协同优化调度问题可采用分散 协调调度模型处理。目标级联分析法因其灵活性强、参数易于选择且收敛性经过严格理论证 明等优点，可用作此类调度模型的分解协调算法。由于目前针对多园区综合能源系统分散协 调调度的研究所考虑的利益主体不全面，未计及配气网的利益，因此需要对多园区综合能源 系统的分散协调调度问题展开进一步研究。发明内容
[0005]本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够兼顾配电网、配气网和园区运营商等不同 主体利益诉求，同时满足配网运行安全性的含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度 方法。
[0006]本发明所采用的技术方案是：一种含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法， 包括如下步骤：
[0007]1)综合考虑配电网、配气网和园区运营商三个主体的利益，构建多园区综合能源系统分 散协调调度架构；
[0008]2)考虑多园区间的电能交互和天然气交互，并兼顾配电网和配气网的运行安全性，建立 以配电网、配气网和园区运营商三个主体各自利益最优为目标的多园区综合能源系统分散调 度模型，所述的多园区综合能源系统分散调度模型，是由配网侧调度模型和园
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区侧调度模型 构成；
[0009]3)对所述的多园区综合能源系统分散调度模型进行分段线性化处理，并采用目标级联分 析法对线性化处理后的多园区综合能源系统分散调度模型进行协调求解，获得多园区综合能 源系统分散协调调度方案。
[0010]本发明的含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法，能够兼顾配电网、配气 网和园区运营商等不同主体利益诉求，同时满足配网运行安全性，多园区间电能交互和天然 气交互可有效提高多园区综合能源系统的经济效益，证实了多园区间引入多能协同交互的可 行性和有效性。具有如下优点：[0011]1、本发明建立的多园区综合能源系统分散协调调度模型，综合考虑了配电网、配气网和 园区运营商等多主体利益，完善了综合能源系统多主体建模，使模型更符合实际；[0012]2、在多园区综合能源系统的优化调度中考虑了配网运行安全约束，根据配电网和配气网 的整体运行状态分别实时调整对应的配网-园区联络线功率，同传统的只计及联络线功率约束 方法相比，调度方案更具可行性；[0013]3、在多园区间引入电能交互和天然气交互，园区间的多能协同交互可有效提高系统整体 的经济性。附图说明
[0014]图1是多园区综合能源系统拓扑图；
[0015]图2a是本实施例中园区1的负荷及风光预测出力曲线；[0016]图2b是本实施例中园区2的负荷及风光预测出力曲线；[0017]图2c是本实施例中园区3的负荷及风光预测出力曲线；[0018]图3是本发明中多园区综合能源系统分散协调调度架构图；[0019]图4是本发明中目标级联分析法求解流程图；
[0020]图5是本发明中场景1-3下的配网-园区联络线功率曲线图；
[0021]图6是本发明中场景2和5下的配电网售电量条形图及配电网电压水平曲线图。具体实施方式
[0022]下面结合实施例和附图对本发明的含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法 做出详细说明。
[0023]本发明的含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法，将配电网、配气网和园 区运营商视为独立的利益主体，建立多园区综合能源系统分散调度模型，模型包括配网侧调 度模型和园区侧调度模型两部分，其中配网侧调度模型以最大化配电网向园区售能收益和配 气网向园区售能收益为优化目标，考虑配网运行安全性；园区侧调度模型以最小化所有园区 综合能源的总成本为目标函数，并计及多园区间的电能交互和天然气交互；模型求解过程， 首先将园区侧的混合整数非线性规划模型线性化为混合整数线性规划模型，然后采用目标级 联分析法对所建立多园区综合能源系统分散调度模型进行协调求解，获得多园区综合能源系 统分散协调调度方案，并验证该调度方案的有效性。[0024]本发明的含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法，包括如下步骤：[0025]1)综合考虑配电网、配气网和园区运营商三个主体的利益，构建多园区综合能源
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系统分 散协调调度架构；
[0026]所述的分散协调调度架构，在结构上分为配网侧和园区侧，其中配网侧包括配电网和配 气网，园区侧为园区运营商；配电网和配气网分别通过配网与园区之间的联络线向各园区供 能，配电网和配气网之间无能量交易，各园区则通过电力通道和天然气管道进行串联，并在 与配电网和配气网进行能量交易时结成联盟，即形成园区运营商。[0027]2)考虑多园区间的电能交互和天然气交互，并兼顾配电网和配气网的运行安全性，建立 以配电网、配气网和园区运营商三个主体各自利益最优为目标的多园区综合能源系统分散调 度模型，所述的多园区综合能源系统分散调度模型，是由配网侧调度模型和园区侧调度模型 构成；
[0028]所述的配网侧调度模型的目标函数包括配电网向园区售能的最大收益和配气网向园区售 能的最大收益，配网侧调度模型以配电网运行安全约束和配气网运行安全约束为约束条件； 所述的园区侧调度模型，包括：以所有园区综合能源的总成本最小为目标函数，以功率平衡 约束、配网与园区之间的联络线功率约束、园区间交互功率约束、能量转换设备出力上下限 约束、燃料机组爬坡约束和储能设备约束为约束条件。其中，[0029](1)所述的配网侧调度模型的目标函数中的：[0030](1.1)配电网向园区售能的最大收益为：
[0031][0032]
其中，FEPS为一个调度周期T内配电网向园区售能的收益；m为接入配电网的园区总数； PtEPS,i为配电网与园区i在t时段交互的电功率，正值表示园区i从配电网购电，负值表示园 区i向配电网售电；ce为园区i对配电网的购售电价；[0033](1.2)配气网向园区售能的最大收益为：
[0034][0035]
其中，FNGS为一个调度周期T内配气网向园区售能的收益，接入配气网的园区总数也为 m个；PtNGS,i为t时段园区i从配气网购买的气功率，不考虑园区i向配气网售气的情况；cg为 园区i从配气网购气的价格；LNG为天然气低热值。[0036](2)配网侧调度模型约束条件中的：[0037](2.1)配电网运行安全约束为：
[0038]
[0039]其中，下标t表示t时段；和分别为源节点注入节点g、h的有功功率，
11
和
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分别为源节点注入节点g、h的无功功率；为配电网的节点g与园区交互功率，值；Ωg为节点g的关联节点集合；为支路 (g,h)首端的复功率，
和
和
分别为节点g的有功、无功负荷；为配电网节点g与园区交互功率限
分别为支路(g,h)首端的有功、无功功率；
为支路(g,h)首端复功率的上限；Rg-h+jXg-h为支路(g,h)
的等效阻抗； Vg,t和Vh,t分别为节点g、h的电压，Vh,min和Vh,max为Vh,t限值，表示Vh,t共轭；
[0040]
(2.2)配气网运行安全约束为：
[0041]
[0042]
其中，下标t表示t时段；Fts,f为气源注入节点f的气流量；FtL,f为节点f的气负荷；
为节点f与园区交互气流量的最大值；Ωf为节点f
和
为管道(f,q)的天然气流分别为节点f、q压力，当Kf-q为管道(f,q)特性的和
分别为节点f的压力
FtNGS,f为节点f与园区交互气流量，
的关 联节点集合；Ftf-q表示管道(f,q)的天然气流量，量限值；
时
表示管道(f,q)流量流动方向，和
当
时
参数，与管道(f,q) 直径、长度、温度和气体密度等有关；
的限值。[0043](3)所述的园区侧调度模型的以所有园区综合能源的总成本最小为目标函数表示为：
[0044]minFCOP＝min(Fom+Fnet+Feh+Fec)[0045]其中，Fom为运行维护成本，表示为：
[0046][0047][0048][0049][0050][0051]
Fnet为各园区从配电网和配气网购能的成本总和，表示为：
Fnet＝FEPS+FNGS
Feh为园区间电能交互和天然气交互的成本总和，表示为：
Fec为各园区从配电网购电等效碳排放和从配气网购气等效碳排放的成本总和，表
示为：
[0052][0053]
其中，T为一个调度周期；m为接入配电网的园区总数；为园区i中设备ξ在t时
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段 的输出功率，λ为设备ξ在单位时段内单位功率的运行维护费用；FEPS和FNGS分别为一个ξ调 度周期T内配电网和配气网向园区售能的收益；ke和kg分别为园区间电交互和天然气交互的 价格；和
和
分别为园区i在t时段与其他所有园区交互的电功率和气功率；
分别为园区i在t时段与园区j交互的电功率和气功率，正值表示园区i购能，负值表
示园区 i售能；Θi表示与园区i相关联的园区集合；LNG为天然气低热值；ββe和g分别为园区从配 电网购电和从配气网购气的等效排放系数；ε为单位CO2的处理费用；PtEPS,i为配电网与园区 i在t时段交互的电功率；PtNGS,i为t时段园区i从配气网购买的气功率；WT、PV、MT、WH、 GB、AC、EC、ES、HS和GS分别表示风机、光伏、微燃机、余热锅炉、燃气锅炉、吸收式 制冷机、电制冷机、储电、储热和储气装置。[0054](4)园区侧调度模型约束条件中的：[0055](4.1)功率平衡约束
[0056]
[0057]其中，下标t表示t时段；
和
分别为园区i的电、冷、热、气负荷需
求；
分别为园区i风机、光伏和微燃机输出的电功率；PtES,i、PtHS,i、PtGS,i
分别 为园区i储电、储热、储气装置的功率，正值为放能，负值为充能；PtEPS,i和PtNGS,i分别为配 电网与园区i在t时段交互的电功率和配气网与园区i在t时段交互的气功率；
分 别为园区i在t时段与其他所有园区交互的电功率和气功率；
别为园区i电制冷 机消耗的电功率和吸收式制冷机消耗的热功率；
MT
消耗的气功率；η和
和分
为园区i燃气锅炉
WHGB
分别为微燃机的发电效率和热损失系数；η和η分别为余热锅
ECAC
炉和燃气锅炉的能量转 换效率；λ、λ分别为电制冷机和吸收式制冷机的能效比，其中，
MT
微燃机的发电效率η满 足下式：
[0058][0059]
其中，为微燃机在t时段的输出电功率的上限；a、b、c、d为正的常数，由微
燃机的容量与类型确定；[0060](4.2)配网与园区之间的联络线功率约束
[0061][0062]
其中，Ptζ,i为园区i在t时段与配网ζ交互的能量，
为园区i在t时段与配
网 ζ交互能量的上下限；EPS和NGS分别表示配电网和配气网；[0063](4.3)园区间交互功率约束
[0064]
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为园区i在t时段与园区j交互的电功率，
和
为
和的限值；
为
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其中，的限值；
为园区i在t时段与园区j交互的气功率，
[0066][0067][0068]
(4.4)能量转换设备出力上下限约束
其中，为园区i中能量转换设备ψ在t时段的输出功率；和为的
上 下限；MT、WH、GB、AC和EC分别表示微燃机、余热锅炉、燃气锅炉、吸收式制冷机和 电制冷
机；[0069](4.5)燃料机组爬坡约束
[0070][0071]
其中，和
和分别为园区i中燃料机组在t和t-1时段的出力；Δt表示单位时
段；炉；
[0072]
分别为燃料机组的滑坡速度和爬坡速度；MT和GB分别表示微燃机和燃气锅
(4.6)储能设备约束
[0073]
[0074]其中，和
和
分别为园区i中储能设备x在t和t-1时段的储能容量，分别为和
和为
的上下限；
x,i
在一个调度周期内的初值和终值；δ表示园区i中储能
设备 x的能量损失率；表示园区i中储能设备x的充放能效率；
和
分别为和
和
和分别为园
和
区i 中储能设备x在t时段的充放能功率，的上限；和
为 园区i中储能设备x在t时段的充放能标志位，分别为在一个调
度周期 内的初值；ES、HS和GS分别表示储电、储热和储气装置。
[0075]3)对所述的多园区综合能源系统分散调度模型进行分段线性化处理，并采用目标级联分 析法对线性化处理后的多园区综合能源系统分散调度模型进行协调求解，获得多园区综合能 源系统分散协调调度方案。
[0076]所述的对所述的多园区综合能源系统分散调度模型进行分段线性化处理，具体是对园区 侧调度模型中微燃机进行分段线性化处理，包括：
[0077]
在一个时段t内引入N个连续变量和1个运行状态变量Ut，对微燃分N段进行线性化处理；所述的
机消 耗气功率与输出电功率间的关系式
的线性化表达式为：
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[0078]
[0079]其中，F(t)和分别为微燃机在t时段消耗气功率与微燃机在t时段输出电
功率
MT的函数及线性逼近函数；η为微燃机的发电效率；αPγγ为第γ段分段线的斜率；
和Pγ+1为第γ段分段线左右两端对应的微燃机输出电功率；F(P1)、F(Pγ)和F(Pγ+1)分别为微
燃机输 出电功率P1、Pγ和Pγ+1对应的气功率消耗量；Ut为微燃机在t时段的运行状态变量；
和
[0080]
为微燃机在t时段输出电功率的上下限。
所述的目标级联分析法是用于实现对多园区综合能源系统分散调度模型的协调求解，本 发明所述的采用目标级联分析法进行协调求解，首先将配电网与园区之间的联络线功率和配 气网与园区之间的联络线功率这两个协调变量分别解耦为一对虚拟负荷和虚拟电源，从而将 多园区综合能源系统分散调度模型构建为上下两级优化调度子问题模型，所述上下两级分别 对应配网侧与园区侧，通过在上下两级优化调度子问题模型的目标函数中引入罚函数实现上 下级调度的协调联系，最后使用建模语言Yalmip调用Gurobi求解器分别对上下两级优化调 度子问题模型进行求解。所述的采用目标级联分析法进行协调求解，具体包括：[0081](1)初始化
[0082]输入各设备参数，迭代次数k＝1，协调变量初值取自各园区独立优化调度结果，目标级 联分析法的收敛阈值均取0.01、乘子初值取1.5、常数θ取2.9；[0083](2)修正配网侧和园区侧目标函数
[0084]被解耦的协调变量在配网侧相当于虚拟负荷，在园区侧相当于虚拟电源，虚拟负荷和虚 拟电源的初值均与协调变量初值相同；分别在配网侧和园区侧的目标函数中引入罚函数以对 各自的目标函数进行修正，其中，[0085]配网侧调度模型的目标函数修正为：
[0086]
[0087]其中，T为一个调度周期；m为接入配电网的园区总数；
和
和分别为第k次迭代 分别为第k次迭代
时一个调度周期T内配电网和配气网向园区售能的收益；
时t时段配电网与园区i之间的联络线功率在配电网侧的虚拟负荷和在园区侧的虚拟电源；
和
分别为第k次迭代时t时段配气网与园区i之间的联络线功率在配气网侧的
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虚拟负荷和在园区侧的虚拟电源；的联络线功率对应的罚函数系数；
分别为第k次迭代时t时段配电网与园区i之间 分别为第k次迭代时t时段配气网与园区i之间
的联络线功率对应的罚函数系数；
[0088]园区侧调度模型的目标函数修正为：
[0089]
[0090]其中，为第k次迭代时一个调度周期T内所有园区综合能源的总成本；和
分别为第k次迭代时t时段配电网与园区i之间的联络线功率在园区侧的虚拟电源和在 配电网侧的虚拟负荷；
和
分别为第k次迭代时t时段配气网与园区i之间的
联 络线功率在园区侧的虚拟电源和在配气网侧的虚拟负荷；
[0091](3)配网侧优化调度
[0092]根据虚拟电源值和修正后的配网侧调度模型分别对配电网和配气网进行优化调度，得到 虚拟负荷值；[0093](4)配网侧潮流计算
[0094]根据所述的虚拟负荷值，分别对配电网和配气网进行潮流计算，检验配电网是否满足配 电网运行安全约束和配气网是否满足配气网运行安全约束，若都满足，则将所述的虚拟负荷 值传递至园区侧，并进入第(5)步；若只要有一条不满足，则修正配网与园区之间的联络线 功率上下限，并返回第(3)步，其中配网与园区之间的联络线功率上下限的修正方法为：若 配网的潮流参数越下限，则减小联络线功率上限；若配网的潮流参数越上限，则增大联络线 功率下限；[0095](5)园区侧优化调度
[0096]根据虚拟负荷值和修正后的园区侧调度模型对园区进行优化调度，得到虚拟电源值，并 将虚拟电源值反馈至配网侧；[0097](6)根据收敛判据检验计算结果是否满足收敛条件，收敛判据设置为：
[0098]
[0099]其中，εεε1、2和3为收敛阈值；和分别为第k-1次迭代时一个调度周期T内
配 电网和配气网向园区售能的收益；为第k-1次迭代时一个调度周期T内所有园区综
合能 源的总成本；[0100](7)若满足收敛条件，则输出计算结果，算法结束；若不满足收敛条件，则更新迭代次 数k＝k+1，并按下式更新罚函数系数后返回第(2)步：
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[0101]
[0102]其中，分别为第k+1次迭代时t时段配电网与园区i之间的联络线功率
分别为第k+1次迭代时t时段配气网与园区i之间的联络
对应的罚 函数系数；
线功率对应 的罚函数系数；θ为常数，取值为2.9。[0103]下面给出实施例：
[0104]考虑如图1所示的多园区综合能源系统，其中IEEE33节点配电网的节点1为平衡节点， 电压幅值12.66kV，其余节点电压幅值标幺值满足0.95≤V≤1.05；11节点低压配气网的节点1 为平衡节点，压力为定值75mbar，其余节点压力不低于22.5mbar，管道(7,9)、(9,10)和(10,11) 流量上限取150m3/h；园区1、园区2和园区3分别为冷热电联供型、冷电联供型、热电联供 型园区，园区1、园区2、和园区3的负荷及风光预测出力分别见图2a、图2b、图2c。电能 交易价格设置如下：园区从配电网购售电价格见表1，多园区间购售电价与园区向配电网售 电电价相同；为保护配电网利益，园区从配电网购电的电价应高于向配电网售电的电价，同 时配电网从发电厂购电电价设为0.35元/(kW·h)。天然气交易价格设置如下：园区从配气网购 气的价格为2.2元/m3，多园区间购售天然气价为1.8元/m3；为保护配气网利益，配气网从天 然气站购气价格设为1.2元/m3。[0105]各设备参数见表2，储能设备参数见表3，其他相关参数见表4。所述的多园区综合能源 系统分散协调调度架构见图3，所述的目标级联分析法求解流程见图4。[0106]表1园区从配电网购售电价
[0107]
[0108]
表2各设备参数
[0109]
[0110]
表3储能设备参数
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[0111]
[0112]
表4其他相关参数
[0113]
为验证含多能交互的多园区综合能源系统分散协调调度方法的有效性，设置如表
5所示 场景进行对比分析。[0115]表5场景设置
[0114]
[0116]
[0117]
(1)园区间不同能量交互组合方式对比
[0118]场景1-3对比了园区间不同能量交互组合方式，配网-园区联络线功率结果见图5，各主 体利益见表6。
[0119]表6不同场景下各主体利益
[0120]
[0121]
如图5所示，场景1园区间无能量交互，此时园区1从配电网购电满足自身电力缺
额； 园区2和园区3电力供应充沛从而向配电网售电；场景2引入园区间电能交互，此时园区
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2 和园区3将原来售给配电网的电能转售给园区1，弥补园区1的电力缺额，使其减小从配电 网购电量；场景3在园区间电能交互的基础上继续引入天然气交互，此时园区2和园区3从 配气网购气量增加，各园区燃气供应充足，园区内燃气设备增大出力，使得园区电力供应进 一步充沛从而增大向配电网售电量。[0122]如表6，其中配电网(配气网)总成本由其售能收益以及从发电厂(天然气站)购能成 本构成(根据图5，园区向配电网返送电能高于配电网售电量，因此配电网售能收益为负)。 对比场景1至3，配电网总成本依次升高，配气网总成本依次降低，与图5分析相符；由于 园区间能量交互相比园区从配网购能更经济，同时园区间电能交互和天然气交互的协同进一 步优化了园区设备出力计划，因此园区运营商总成本和系统总成本也依次降低。证明了园区 间电能和天然气的协同交互具有的可行性和经济性。[0123](2)系统不同建模方式对比[0124]场景4以配电网、配气网和园区运营商整体利益最优为目标，建立集中式调度模型，各 主体利益见表6。对比场景2和4，采用集中式调度方法时系统总成本更优，但配电网和配气 网总成本均增大。说明集中式调度模型为了系统总体利益最优而牺牲了配网的利益。而分散 协调调度模型可细化不同主体的利益诉求，通过对配电网、配气网和园区运营商的分散建模、 协调求解，使得3个不同主体间通过利益博弈达到协同经济最优运行。证明了分散协调调度 方法的合理性。[0125](3)配网运行安全性验证
[0126]为验证计及配网运行安全约束的分散协调调度方法的有效性，对比场景2和5，结果见 表7和图6。根据表7，考虑配网运行安全约束的多园区综合能源系统优化调度具有更高的系 统总成本，说明系统为满足配网运行安全约束将牺牲一部分经济效益，这与实际情况相符。 图6展示了配电网电压越线工况最严重的#33节点电压水平，场景5中节点电压在时段7越 下限，而场景2中配电网在该时段实时削减售电量，从而使节点电压回归安全正常状态。可 见本文方法虽牺牲了一部分系统经济效益，但能够根据配网整体运行状态实时调整配网-园区 联络线功率，使配网在安全范围之内运行。证明了计及配网运行安全约束的分散协调调度方 法的有效性。
[0127]表7不同配网约束下各主体利益
[0128]
综上所述，通过对实施例的仿真测试表明，本发明的含多能交互的多园区综合能
源系统 分散协调调度方法能有效兼顾配电网、配气网和园区运营商等不同主体的利益诉求，并在实 际调度中考虑配网运行安全性，多园区间电能交互和天然气交互可有效提高多园区综合能源 系统的经济效益，证实了多园区间引入多能协同交互的可行性和有效性。
[0129]
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说 明 书 附 图
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图1
图2a
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说 明 书 附 图
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图2b
图2c
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说 明 书 附 图
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图3
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图4
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图5
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