一种多微电网多能源共享储能系统及其控制方法

本发明属于微电网能源调度领域，具体涉及一种多微电网多能源共享储能系统及其控制方法。

背景技术：

1、近年来，随着人们负荷需求的多元化发展和可再生能源(res)发电在微电网中的渗透率不断提升，如何满足人们多样性的负荷需求以及提高res的本地消纳水平成为了当前亟需解决的问题。微电网中安装储能装置能够弥补res发电受天气等因素影响存在的间歇性和波动性等缺点，有效提升res的利用率。除了传统的电池储能技术外，电转气技术是另一种有前途的储能技术之一。

2、将多个邻近的微电网互联，通过微电网之间的多能互补利用，能有效提高多微电网系统运行的稳定性、经济性和能源利用率。然而，由于单个储能装置的容量有限，微电网内多余的res发电量通过微电网之间的能源交易可能不能得到充分利用。随着储能技术和共享经济的发展，共享储能技术在降低投资建设成本、协调多能源调度等方面具有显著优势。因此，在多微电网系统中引入共享储能系统能进一步提高电网运行的稳定性、经济性和能源利用率。现有的储能系统主要由蓄电池组成，与具有多能耦合以及互补优势的多元共享储能系统相比，单一的电能共享储能系统无法满足多微电网系统的多能源负荷需求且经济效益较差。电转气技术相对于蓄电池的能源转换更高效，并且储存容量更大，储存时间更长，可再生能源发电转化为气体能源后，电能可以在相对长时间内储存，能够避免因为蓄电池自放电的限制而造成可再生能源发电无法消纳的情况。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种多微电网多能源共享储能系统及其控制方法，旨在解决现有多微电网系统中可再生能源本地消纳水平低、负荷需求多元化、以及微电网联盟利益分配不公平的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种多微电网多能源共享储能系统，包括：分别与微电网连接的供电公司、供气公司和混合储能系统；其中，

3、所述微电网，用于根据可再生能源发电装置产生的可再生能源发电量、所述混合储能系统的能源交易量和微电网自身负荷需求，确定与所述混合储能系统的能源交易量；

4、所述供电公司，连接微电网，用于采用分时电价机制向所述微电网出售电能；

5、所述供气公司，连接微电网，用于采用定值的售气价格向所述微电网出售天然气；

6、所述混合储能系统，至少包括储氢系统、储气罐和储热罐，用于存储所述微电网中可再生能源发电装置多余的发电量，与所述微电网进行电能、热能、天然气以及氢气交易，并对储氢系统、储气罐和储热罐的充放能进行调度。

7、还提供一种多微电网多能源共享储能系统的能源控制方法，该能源控制方法为两阶段分布式控制方法，包括以下步骤：

8、第一阶段控制为控制所述微电网与所述混合储能系统之间的最优能源交易量：

9、(1)所述微电网根据从供电公司购买电能的成本以及供电公司售电约束、从供气公司购买天然气的成本以及供气公司售气约束、微电网多能源平衡约束，初步得到使所述微电网运行成本最小的电能、热能、天然气以及氢气交易量；

10、(2)所述混合储能系统根据所述微电网初步确定的电能、热能、天然气以及氢气交易量、储氢系统约束、储热罐约束、储气罐约束、混合储能系统多能源平衡约束，初步得到使所述混合储能系统运行成本最小的电能、热能、天然气以及氢气交易量；

11、(3)所述微电网根据所述混合储能系统反馈的电能、热能、天然气以及氢气交易量，更新微电网自身的电能、热能、天然气以及氢气交易量，最终得到使所述微电网运行成本最小的最优电能、热能、天然气以及氢气交易量；

12、(4)所述混合储能系统根据所述微电网最优电能、热能、天然气以及氢气交易量，最终得到使所述混合储能系统运行成本最小的最优电能、热能、天然气以及氢气交易量。

13、第二阶段控制为控制所述微电网与所述混合储能系统之间的最优能源交易价格：

14、(1)所述微电网和混合储能系统根据第一阶段优化出的最优电能、热能、天然气以及氢气交易量和非对称纳什谈判方法量化微电网和混合储能系统自身的能源贡献度；

15、(2)所述微电网根据微电网自身的能源贡献度、供电公司和供气公司售能价格约束、微电网与混合储能系统之间的能源共享成本、净利润约束，初步得到使所述微电网利益最大的电能、热能、天然气以及氢气交易价格；

16、(3)所述混合储能系统根据自身的能源贡献度、供电公司和供气公司售能价格约束、混合储能系统与微电网之间的能源共享成本、净利润约束，初步得到使所述混合储能系统利益最大的电能、热能、天然气以及氢气交易价格；

17、(4)所述微电网根据所述混合储能系统反馈的电能、热能、天然气以及氢气交易价格，更新自身的电能、热能、天然气以及氢气交易价格，最终得到使所述微电网利益最大的最优电能、热能、天然气以及氢气交易价格；

18、(5)所述混合储能系统根据所述微电网最优电能、热能、天然气以及氢气交易价格，最终得到使所述混合储能系统利益最大的最优电能、热能、天然气以及氢气交易价格。

19、所述微电网从供电公司购买电能的成本和所述供电公司的售电约束表示为：

20、

21、

22、其中，为t时刻供电公司的售电价格；为t时刻微电网n从供电公司购买的电能；和分别为t时刻供电公司向微电网n提供的最大电功率和最小电功率，微电网集群用集合表示，用集合表示一个调度周期，设置一个调度周期为24小时，每个时间间隔为1小时，则t＝24。

23、所述微电网从供气公司购买天然气的成本和所述供气公司的售气约束表示为：

24、

25、

26、其中，为t时刻供气公司的售气价格，为t时刻微电网n从供气公司购买的天然气量，和分别为t时刻供气公司向微电网n提供的最大和最小天然气量。

27、所述微电网多能源平衡约束表示为：

28、

29、

30、

31、

32、

33、其中，为t时刻微电网n中res发电量，和分别为燃气轮机气转电和气转热效率，lhvgas为天然气低热值，和分别为t时刻微电网n中电制冷机和电解槽的耗电量，和分别为t时刻微电网n中燃气轮机和燃气锅炉消耗的天然气量，ηgb为燃气锅炉转换效率，为t时刻微电网n中溴化锂制冷机消耗的热功率，ηe为电解槽转换效率，ηer和ηlbr分别为电制冷机和溴化锂制冷机转换效率，分别为t时刻微电网n与hess交易的电功率、天然气、热功率、氢气，和分别为t时刻微电网n中未被消纳的res发电量和浪费的热能，分别为t时刻微电网n的电负荷、气负荷、热负荷、冷负荷、氢负荷；当的值大于0时，表示微电网从hess购买能源，否则表示微电网向hess出售能源。

34、所述储氢系统约束表示为：

35、

36、

37、

38、

39、

40、其中，h2ttst为t时刻储氢罐内的储氢量，和分别为t时刻储氢罐的充氢量和放氢量，和分别为储氢罐的充氢效率和放氢效率，和分别为储氢罐的最大储氢量和最小储氢量，和分别为储氢罐的最大充氢量和放氢量，和分别为调度周期初始和最后时刻的储氢量。

41、所述混合储能系统多能源平衡约束表示为：

42、

43、

44、

45、

46、其中，ηfc和ηeb分别为燃料电池和电锅炉转换效率，为t时刻燃料电池消耗的氢气量，和分别为t时刻hess中电解槽和电锅炉的耗电量，和分别为t时刻hess与微电网集群交易的电、热、天然气和氢气，当和的值大于0时，表示hess向微电网集群出售能源，否则表示hess从微电网集群购买能源；分别为t时刻储热罐和储气罐的充放能，不能同时大于0，和同理不能同时大于0；定义四个向量和作为第一决策变量，多能源流中还应满足以下约束：

47、

48、

49、

50、

51、所述微电网和所述混合储能系统量化自身能源贡献度表示为：

52、

53、

54、

55、其中，i＝1-4为微电网，i＝5为hess，和分别为所有主体中供给能源的最大值和接收能源的最大值。

56、所述微电网与所述混合储能系统之间的能源共享成本表示为：

57、

58、

59、其中，和分别为微电网n和hess参与微电网联盟的能源共享成本，以及分别为微电网n与hess交互的电价、热价、气价和氢价；以及分别为hess与微电网n交互的电价、热价、气价和氢价；定义两个向量作为第二决策变量。

60、所述净利润约束表示为：

61、

62、

63、其中，cmg,n和chess,0分别为未参加联盟时微电网n和hess的运行成本，也是整个联盟进行纳什谈判的一个破裂点，为一个定值常数，超出这个破裂点联盟将无法进行，np0和npn分别为hess和微电网n净利润；

64、所采用的微电网联盟成本最小化模型为：

65、

66、subject?to:zn∈zn,w∈w

67、

68、c0＝chss+chst+cgst

69、其中，zn为微电网n的约束集合，zn是微电网n的优化变量集合，w为hess的约束集合，w是hess的优化变量集合，cn和c0分别为微电网n的运行成本和hess的运行成本，chst和cgst分别为储热罐和储气罐的运行成本；

70、所采用的微电网联盟利益分配模型为：

71、

72、subject?to:np0>0,npn＞0。

73、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

74、(1)本发明综合考虑各微电网负荷需求的多样性、可再生能源发电的间歇性、以及微电网联盟内各主体利益分配的公平性，提出一种多微电网多能源共享储能系统，能够有效提高各微电网中可再生能源发电的消纳以及各微电网参与联盟的积极性，保证微电网联盟的可靠和经济运行。

75、(2)本发明将所述微电网与所述混合储能系统构建为一个进行合作博弈的微电网联盟，设计两阶段分布式能源交易和利益分配方法，第一阶段采用交替方向乘子法分布式求解各微电网与混合储能系统之间的双向电能、热能、天然气以及氢气交易，获得各微电网与混合储能系统的最优电能、热能、天然气以及氢气的能源交易量，使得微电网联盟内各主体的运行成本最??；第二阶段根据第一阶段获得的最优能源交易量，各微电网和混合储能系统通过非线性能量映射的方法量化各自的能源贡献度，采用非对称纳什谈判和交替方向乘子法求解各微电网与混合储能系统的最优电能、热能、天然气以及氢气交易价格，使得微电网联盟内各主体的利益最大。

76、(3)相比于传统的非合作博弈和标准纳什谈判的方法，本发明设计的动态合作博弈的微电网联盟和非对称纳什谈判方法，同时考虑了联盟内各主体的个人利益、微电网联盟整体利益以及各主体的能源共享度，不仅能够提高各主体的利益，还能提高各主体参与微电网联盟的积极性，保证微电网联盟稳定运行。