一种基于云边协同的电热综合能源系统集群功率交换方法与流程

1.本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种基于云边协同的电热综合能源系统集群功率交换方法。


背景技术：

2.针对综合能源系统用户侧能源消耗多样化、源负荷数量逐渐增加导致计算量骤增的问题，云边协同方式可以有效结合边缘和云平台的优势，有助于实现多能源系统主体的融合和互动。目前，多能源系统数据采集与交互方法的研究主要集中在边缘计算算法和云边协同架构，实际应用和模型规划多局限于智能家居等较小的领域，含有多样化源-荷的电热综合能源系统集群运行优化需要更完善的云边协同架构和云平台模型。为解决上述问题，本发明提出一种基于云边协同的多能源系统功率互补交换方法。


技术实现要素：

3.本发明针对电热综合能源系统集群用户侧用能多样化和源荷数量逐渐增多引起的云平台计算量骤增问题，提供一种基于云边协同的电热综合能源系统集群功率交换方法，通过各电热综合能源交换主体采用搜索、分类、排序等方法计算能源过剩分区和能源短缺分区的互补效益，建立云端决策库，各边缘计算侧通过与云端信息交互建立分区间能源互补通道，从而实现促进富余新能源消纳。
4.本发明通过下述技术方案实现：
5.一种基于云边协同的电热综合能源系统集群功率交换方法，包括：
6.s1、将各电热综合能源系统按照能源拥有情况进行分类，并根据所述电热综合能源系统的分类对所述电热综合能源系统的功率转移进行分类，将根据功率转移分类结合各电热综合能源系统的分类制定若干功率交换方案，功率转移即能源输送；
7.s2、根据某一功率交换方案下各所述电热综合能源系统的输送总成本c以及能源输送周期t
x
计算各所述电热综合能源系统在每个周期的平均输送成本c
ti
；
8.s3、根据所述电热综合能源系统输送能源的损耗、能源的售出价格以及平均输送成本计算功率交换的收益，并将收益为正对应的功率交换方案存储在云端决策库中，循环s2-s3，直到所有功率交换方案对应的收益均计算完成并将收益为正的所有功率交换方案存储在云端决策库中；
9.s4、根据各电热综合能源系统的边缘数据从所述云端决策库中找出所有与各电热综合能源系统相关的功率交换方案，并找出功率收益最高的功率交换方案。
10.作为优化，所述电热综合能源系统包括功率富余系统和功率短缺系统。
11.作为优化，将所述功率富余系统分类为电、热功率均富余系统(记为ω
eh
)、只有电功率富余系统(记为ωe)、只有热功率富余系统(记为ωh)；将所述功率短缺系统分类为电热功率均短缺系统(记为ω*
eh
)、只有电功率短缺系统(记为ω*e)、只有热功率短缺系统(记为ω*h)。
12.作为优化，根据所述功率富余系统将功率转移到所述功率短缺系统的分类按照优先级别进行排序，分为：
13.级别1、只有电功率富余系统(ωe)送只有电功率短缺系统(ω*e)；
14.级别2、只有热功率富余系统(ωh)送只有热功率短缺系统(ω*h)；
15.级别3、电、热功率均富余系统(ω
eh
)送只有电功率短缺系统(ω*e)；
16.级别4、电、热功率均富余系统(ω
eh
)送只有热功率短缺系统(ω*h)；
17.级别5、电、热功率均富余系统(ω
eh
)送电、热功率短缺系统(ω*
eh
)。
18.作为优化，平均输送成本c
ti
＝c/t
x
。
19.作为优化，所述功率交换方案的制定规则为：
20.所述功率交换方案的制定规则为：
21.t1、使用第一级别的能量转移关系为功率转移方式，以某一功率富余系统为准，使该功率富余系统与所有功率短缺系统进行一一对应；
22.t2、判断功率富余系统是否全部对应完毕，如果没有，循环t1，直到所有功率富余系统与所有的功率短缺系统均对应完毕，形成该能量转移关系对应的功率交换方案，否则，跳转至t3；
23.t3、判定能量转移关系是否使用完毕，如果没有，跳转至下一级别的能量转移关系为功率转移方式，然后跳转回t1，否则，跳转至t4；
24.t4、将所有能量转移关系对应的功率交换方案全部存储在云端决策库中，以完成云端决策库的构建。
25.作为优化，在某一功率交换方案i下各电热综合能源系统的功率交换的收益为：
[0026][0027]
其中，为电功率富余系统(电、热功率均富余系统和只有电功率富余系统的总称)的电功率售出价格；为热功率富余系统(电、热功率均富余系统和只有热功率富余系统的总称)的热功率售出价格；为电功率短缺系统的电功率购入价格；为热功率短缺系统的热功率购入价格；为电网售电价格，为热网热能价格，ti为第i种功率交换方案的功率转移时间，m为功率富余能源系统的数量，n*为功率短缺能源系统的数量，i为选定的功率交换方案的编号，p
e/km
为各电热综合能源系统功率之间输送电功率的每千米线路平均损耗，p
h/km
为各电热综合能源系统功率之间输送热能每千米线路平均损耗，分别为第i个能源系统的电动率出售量、热功率出售量、电动率购入量和热功率购入量，di为功率输送距离矩阵，mi为在功率交换方案i下功率富余能源系统的数量，为在功率交换方案i下功率短缺能源系统的数量，表示在功率交换方案i下第m个功率富余能源系统向第n
*
个功率短缺能源系统的功率输送距离。
[0028]
作为优化，存储在所述云端决策库中的功率交换方案可以表示为：
[0029][0030]
其中，为功率交换的收益为正的功率交换方案。
[0031]
作为优化，s4中，各电热综合能源系统的边缘数据包括：设备状态数据、能量数据、负载数据、天气数据、价格数据以及网络拓扑数据。
[0032]
作为优化，s4的具体步骤为：
[0033]
s4.1、当各电热综合能源系统边缘计算上传数据完毕后即向云平台端请求下发指令，进行云边协同下的电热综合能源系统集群功率互补交换方案下发；
[0034]
s4.2、基于s1-s3，所述云平台端根据边缘数据形成决策库后，以基于所述功率富余系统将功率转移到所述功率短缺系统的优先原则，根据各个电热综合能源系统边缘计算请求，搜索所述决策库中与各目标电热综合能源系统相关的所有功率交换方案；
[0035]
s4.3、对s4.2中所搜索到的所有功率交换方案根据功率交换的收益情况进行降序排序，并将排在第一顺位的作为首选方案；
[0036]
s4.4、所述云平台端将所选择的功率交换方案下发至各个电热综合能源系统，并由边缘侧计算构建各个电热综合能源系统之间的两两直接通信；
[0037]
s4.5、各个电热综合能源系统确认功率互补交换信息，并开启对应级别的电、热功率传输。
[0038]
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0039]
本发明通过各电热综合能源交换主体采用搜索、分类、排序等方法计算能源过剩分区和能源短缺分区的互补效益，建立云端决策库，各边缘计算侧通过与云端信息交互建立分区间能源互补通道，从而实现促进富余新能源消纳。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
[0041]
图1为本发明所提出的云端决策库构建方法示意图；
[0042]
图2为是本发明所采用的决策库构建方法子步骤示意图。
具体实施方式
[0043]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0044]
实施例1的一种基于云边协同的电热综合能源系统集群功率交换方法，采取技术方案的具体步骤如下：
[0045]
步骤一、电热综合能源系统分类及功率转移关系分类：
[0046]
将各电热综合能源系统按照能源拥有情况进行分类，并根据所述电热综合能源系统的分类对所述电热综合能源系统的功率转移进行分类得到若干功率交换方案，功率转移
即能源输送
[0047]
步骤a1，将电、热功率富余系统按照富余功率分为3类：电、热功率均富余(记为ω
eh
)、只有电功率富余(记为ωe)、只有热功率富余(记为ωh)。
[0048]
步骤b1，将电热功率短缺系统按照短缺功率分为3类：电热功率均短缺(记为ω*
eh
)、只有电功率短缺(记为ω*e)、只有热功率短缺(记为ω*h)。
[0049]
步骤c1，考虑到能源传输过程中的损耗，遵循算法时间复杂度最小的原则，将功率转移关系分为5类，按照优先级别排序如下：级别1，只有电功率富余系统(ωe)送只有电功率短缺系统(ω*e)；级别2，只有热功率富余系统(ωh)送只有热功率短缺系统(ω*h)；级别3，电、热功率均富余系统(ω
eh
)送只有电功率短缺系统(ω*e)；级别4，电、热功率均富余系统(ω
eh
)送只有热功率短缺系统(ω*h)；级别5，电、热功率均富余系统(ω
eh
)送电、热功率短缺系统(ω*
eh
)。
[0050]
步骤二、构建云平台决策库：
[0051]
步骤a2，计算本类中能源传输距离，根据富余能源系统优先的原则选定第i(i＝5)种功率转移方案，其中含有mi个富余功率能源系统，n*i个短缺功率能源系统，计算该功率转移方案的功率输送距离矩阵di。
[0052][0053]
表示在功率交换方案i下第m个功率富余能源系统向第n
*
个功率短缺能源系统的功率输送距离。
[0054]
步骤b2，设能源输送周期为t
x
，计算该输送方案下电热综合能源系统建设平均到每个周期的平均输送成本c
ti
(根据某一功率交换方案下各所述电热综合能源系统的输送总成本c以及能源输送周期t
x
计算各所述电热综合能源系统在每个周期的平均输送成本c
ti
，计算某功率互补方案i的收益时，可在确定该方案周期后，结合平均输送成本c
ti
计算该方案成本)。
[0055]
步骤c2，各电热综合能源系统功率之间输送电功率的每千米线路平均损耗为p
e/km
，输送热能每千米线路平均损耗为p
h/km
，不计各电热综合能源系统之间的其他功率交换损耗及过网费用，其功率交换的收益表示为：
[0056][0057]
式中：为电功率富余系统(电、热功率均富余系统和只有电功率富余系统的总称)的电功率售出价格；为热功率富余系统(电、热功率均富余系统和只有热功率富余系统的总称)的热功率售出价格；为电功率短缺系统的电功率购入价格；为热功率短缺系统的热功率购入价格；为电网售电价格，为热网热能价格，ti为第i种功率交换方案的功率转移时间，分别为第i个能源系统的电动率出售量、热功率
出售量、电动率购入量和热功率购入量，di为功率输送距离矩阵。
[0058]
步骤d2，当功率交换的收益为正时，该方案可产生效益盈余，将该方案放入决策库，否则，舍弃该方案进入下一组计算。
[0059]
步骤e2，依照上述过程，形成第i种方案的云端决策库。
[0060][0061]
步骤三、云边协同下的功率互补决策方案：
[0062]
步骤a3，当各电热综合能源系统边缘计算上传数据完毕后即向云平台端请求下发指令，进行云边协同下的电热综合能源系统集群功率互补交换方案下发。
[0063]
步骤b3，云平台端根据边缘数据(设备状态数据、能量数据、负载数据、天气数据、价格数据以及网络拓扑数据)形成决策库，设备状态数据可以提供有关设备工作状态、可用性、能源消耗等方面的信息，有助于优化设备运行策略和节能减排；负载数据可以提供系统的负荷信息，有助于调整系统的运行状态以最大化效率；天气数据可以提供气象条件信息，有助于预测能源需求和提前做出调整，以应对天气变化；网络拓扑数据可以提供有关系统的网络拓扑结构和连接关系信息，有助于进行优化控制和故障诊断。在形成决策库后，以基于步骤一中的优先原则，根据各个电热综合能源系统边缘计算请求，搜索决策库中与目标电热综合能源系统相关的所有功率交换方案。
[0064]
步骤c3，对步骤b3中所搜索到的所有功率交换方案根据收益情况进行降序排序，并将排在第一顺位的作为首选方案；
[0065]
步骤d3，云平台端将所选择的功率互补交换方案下发至各个电热综合能源系统，并由边缘侧计算构建各个电热综合能源系统之间的两两直接通信。
[0066]
步骤e3，各个电热综合能源系统确认功率互补交换信息，并开启对应的电、热功率传输。
[0067]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于云边协同的电热综合能源系统集群功率交换方法，其特征在于，包括：s1、将各电热综合能源系统按照能源拥有情况进行分类，并根据所述电热综合能源系统的分类对所述电热综合能源系统的功率转移进行分类，将根据功率转移分类结合各电热综合能源系统的分类制定若干功率交换方案，功率转移即能源输送；s2、根据某一功率交换方案下各所述电热综合能源系统的输送总成本c以及能源输送周期t
x
计算各所述电热综合能源系统在每个周期的平均输送成本c
ti
；s3、根据所述电热综合能源系统输送能源的损耗、能源的售出价格以及平均输送成本计算功率交换的收益，并将收益为正对应的功率交换方案存储在云端决策库中，循环s2-s3，直到所有功率交换方案对应的收益均计算完成并将收益为正的所有功率交换方案存储在云端决策库中；s4、根据各电热综合能源系统的边缘数据从所述云端决策库中找出所有与各电热综合能源系统相关的功率交换方案，并找出功率收益最高的功率交换方案。2.根据权利要求1所述的一种基于云边协同的电热综合能源系统集群功率交换方法，其特征在于，所述电热综合能源系统包括功率富余系统和功率短缺系统。3.根据权利要求2所述的一种基于云边协同的电热综合能源系统集群功率交换方法，其特征在于，将所述功率富余系统分类为电、热功率均富余系统(记为ω
eh
)、只有电功率富余系统(记为ω
e
)、只有热功率富余系统(记为ω
h
)；将所述功率短缺系统分类为电热功率均短缺系统(记为ω*
eh
)、只有电功率短缺系统(记为ω*
e
)、只有热功率短缺系统(记为ω*
h
)。4.根据权利要求3所述的一种基于云边协同的电热综合能源系统集群功率交换方法，其特征在于，根据所述功率富余系统将功率转移到所述功率短缺系统的分类按照优先级别进行排序，分为：级别1、只有电功率富余系统(ω
e
)送只有电功率短缺系统(ω*
e
)；级别2、只有热功率富余系统(ω
h
)送只有热功率短缺系统(ω*
h
)；级别3、电、热功率均富余系统(ω
eh
)送只有电功率短缺系统(ω*
e
)；级别4、电、热功率均富余系统(ω
eh
)送只有热功率短缺系统(ω*
h
)；级别5、电、热功率均富余系统(ω
eh
)送电、热功率短缺系统(ω*
eh
)。5.根据权利要求4所述的一种基于云边协同的电热综合能源系统集群功率交换方法，其特征在于，平均输送成本c
ti
＝c/t
x
。6.根据权利要求5所述的一种基于云边协同的电热综合能源系统集群功率交换方法，其特征在于，所述功率交换方案的制定规则为：t1、使用第一级别的能量转移关系为功率转移方式，以某一功率富余系统为准，使该功率富余系统与所有功率短缺系统进行一一对应；t2、判断功率富余系统是否全部对应完毕，如果没有，循环t1，直到所有功率富余系统与所有的功率短缺系统均对应完毕，形成该能量转移关系对应的功率交换方案，否则，跳转至t3；t3、判定能量转移关系是否使用完毕，如果没有，跳转至下一级别的能量转移关系为功率转移方式，然后跳转回t1，否则，跳转至t4；t4、将所有能量转移关系对应的功率交换方案全部存储在云端决策库中，以完成云端决策库的构建。
7.根据权利要求6所述的一种基于云边协同的电热综合能源系统集群功率交换方法，其特征在于，在功率交换方案i下各电热综合能源系统的功率交换的收益为：其中，为电功率富余系统的电功率售出价格；为热功率富余系统的热功率售出价格；为电功率短缺系统的电功率购入价格；为热功率短缺系统的热功率购入价格；为电网售电价格，为热网热能价格，t
i
为第i种功率交换方案的功率转移时间，m为功率富余能源系统的数量，n*为功率短缺能源系统的数量，i为选定的功率交换方案的编号，p
e/km
为各电热综合能源系统功率之间输送电功率的每千米线路平均损耗，p
h/km
为各电热综合能源系统功率之间输送热能每千米线路平均损耗，分别为第i个能源系统的电动率出售量、热功率出售量、电动率购入量和热功率购入量，d
i
为功率输送距离矩阵，m
i
为在功率交换方案i下功率富余能源系统的数量，为在功率交换方案i下功率短缺能源系统的数量，表示在功率交换方案i下第m个功率富余能源系统向第n
*
个功率短缺能源系统的功率输送距离。8.根据权利要求1所述的一种基于云边协同的电热综合能源系统集群功率交换方法，其特征在于，存储在所述云端决策库中的功率交换方案可以表示为：其中，为功率交换的收益为正的功率交换方案。9.根据权利要求4所述的一种基于云边协同的电热综合能源系统集群功率交换方法，其特征在于，s4中，各电热综合能源系统的边缘数据包括：设备状态数据、能量数据、负载数据、天气数据、价格数据以及网络拓扑数据。10.根据权利要求9所述的一种基于云边协同的电热综合能源系统集群功率交换方法，其特征在于，s4的具体步骤为：s4.1、当各电热综合能源系统边缘计算上传数据完毕后即向云平台端请求下发指令，进行云边协同下的电热综合能源系统集群功率互补交换方案下发；s4.2、基于s1-s3，所述云平台端根据边缘数据形成决策库后，以基于所述功率富余系统将功率转移到所述功率短缺系统的优先原则，根据各个电热综合能源系统边缘计算请求，搜索所述决策库中与各目标电热综合能源系统相关的所有功率交换方案；s4.3、对s4.2中所搜索到的所有功率交换方案根据功率交换的收益情况进行降序排序，并将排在第一顺位的作为首选方案；s4.4、所述云平台端将所选择的功率交换方案下发至各个电热综合能源系统，并由边缘侧计算构建各个电热综合能源系统之间的两两直接通信；s4.5、各个电热综合能源系统确认功率互补交换信息，并开启对应级别的电、热功率传输。

技术总结
本发明涉及电力技术领域，公开了一种基于云边协同的电热综合能源系统集群功率交换方法，包括：S1、将各电热综合能源系统按照能源拥有情况进行分类，并根据所述电热综合能源系统的分类对所述电热综合能源系统的功率转移进行分类；S2、根据某一功率交换方案下各所述电热综合能源系统的输送总成本C以及能源输送周期T


技术研发人员：余志军 胥威汀 乔云池 李奥 刘畅 冯煜坤 陈超 马瑞光 刘方 汪伟
受保护的技术使用者：国网四川省电力公司经济技术研究院
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/14