本发明涉及微电网接入配电网优化运行，尤其是涉及一种考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法及系统。
背景技术：
1、目前，可再生能源的低碳新型电力系统正在迅速建设中以减少碳排放。综合能源微网(integrated energy microgrid，iem)可以很好的解决风电光伏氢能源等可再生能源大量并网的问题。但是微网因为自身规模问题，不能大规模整合新能源接入，故引入多微网接入配电网概念，以处理新能源大规模并网问题。且我国长期处于煤炭燃料主导的能源结构，可再生能源的使用的研究迫在眉睫，需要研究提高新能源利用率。需求响应dr（demandresponse，dr）能够提升源荷两侧的双向互动，实现削峰填谷，使电力系统运行更加灵活。
2、现有考虑需求响应的优化调度方法包括：一、基于碳交易和需求响应的微电网优化调度方法，根据可再生能源出力和负荷用电自身所具有的概率特性信息消除一些概率密度低的场景，建立了需求响应模型，降低保守性，得到满足用户用能负荷情况下的最小运行成本的微电网优化调度策略；二、基于需求响应的电动汽车充放电微电网优化调度方法，综合考虑多种能源的互补特性及风光的不确定性对系统优化调度带来的影响，可以对风光可再生能源出力的不确定性进行描述，根据电动汽车的行驶特性分析了电动汽车无序充电对微电网带来的不利影响；三、考虑需求响应的多能源微电网能量优化管理方法及系统，建立太阳能电池板和储能系统的数学模型；以最小能源成本和峰均比为目标，建立光伏、储能系统、电动汽车的混合发电系统的目标函数；求解所述目标函数，得到最优能量管理策略。
3、但现有技术中较少涉及综合性考虑多种装置的能量的优化及调度方式。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于提供一种考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，对iem-配电网进行分布式协同优化。首先，建立了考虑需求响应的iem-配电网系统模型，然后采用加速admm算法对模型进行分布式求解，相较于传统的admm算法，提高了求解速度，求解得到了含热电需求响应的iem-配电网优化调度方案，验证了调度方案的可行性。
2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，包括以下步骤：
3、s1：以热电需求响应为原则，对iem进行建模；
4、s2：以可接入iem为原则，对配电网进行建模；
5、s3：以配电网的输出功率必须等于微电网的输入功率为原则，配电网通过联络线接入微电网；
6、s4：构建基于需求响应的iem-配电网的分布式调度模型；
7、s5：采用admm算法，对分布式调度模型进行迭代求解，得到最优热电调度策略。
8、优选方案中，所述iem的相关设备包括：燃气轮机、燃气锅炉、碳捕集电转气装置、电解制氢装置、燃料电池装置和电热储能装置；
9、对各相关设备进行相应数学建模，并综合连接，构建出iem的数学模型。
10、优选方案中，对燃气轮机进行数学建模，具体包括：
11、s11：根据碳捕集装置实际功率构建ccs数学模型，碳捕集装置实际功率包括运行功耗和基础功耗，公式为：
12、(1)
13、为ccs装置碳捕集功率，为基础功耗，为运行功耗，为捕集单位二氧化碳所需的电功率，为捕集的二氧化碳量；
14、s12：根据两阶段电转气装置，构建p2g数学模型；其中，p2g包括电解制氢和氢制甲烷两阶段，公式为：
15、(2)
16、其中，和分别是电解生成h2量和耗电量和分别是产生甲烷功率和甲烷化耗氢量；
17、同时，生产甲烷也会使用一定的电解槽功率，公式为：
18、(3)
19、和分别为产生甲烷功率和电解槽耗电量；
20、甲烷化过程所需要的co2量来自于碳捕集电厂实际co2捕获量，公式为：
21、(4)
22、(5)
23、为t时刻微网生产甲烷需要的co2功率，为单位体积天然气的热值；为co2气体密度，为co2封存量；
24、s13：根据产电和产热功率，建立热电联产机组数学模型，其中产电和产热功率公式为：
25、(6)
26、式中，为掺氢比为t时刻热电联产机组消耗氢气功率，为t时刻热电联产机组消耗天然气功率，和分别为氢气和天然气热值，和为燃气轮机的电效率和热效率，和分别为燃气轮机的产电产热效率。
27、优选方案中，对燃气锅炉进行数学建模，具体包括：当热电联产就无法满足热负荷时，燃气锅炉补充供给热负荷，公式为：
28、(7)
29、式中，为t时刻产生的热功率为燃气锅炉热点转化效率，为t时刻燃气锅炉消耗天然气功率；
30、对燃料电池进行数学建模，具体包括：燃料电池将氢能转化为电能，公式为：
31、(8)
32、式中，为t时刻燃料电池输出电功率，为t时刻氢电转化效率，为t时刻燃料电池消耗氢气功率。
33、优选方案中，初始碳排放分配额由两方面构成：chp与燃气锅炉的传统机组碳排放分配额和光伏发电与风力发电的新能源机组碳排放分配额，公式为：
34、(9)
35、式中，为给定的默认碳排放额，为单位发电或发热功率给定的碳排放基准额度；
36、iem的碳排放量主要由chp机组和燃气锅炉机组，则iem多iem的实际碳排放量为：
37、(10)
38、式中，为chp机组的碳排放量，为燃气锅炉机组的碳排放量，为chp机组的碳排放系数，为燃气锅炉机组的碳排放系数。
39、优选方案中，所述s2中还包括建立能源微网的目标函数，目标函数包括购气成本、运维成本、弃风弃光惩罚，需求响应成本和碳交易成本，公式为：
40、(11)
41、其中，公式为：
42、(12)
43、式中，为天然气单价，为t时刻购买天然气功率；
44、公式为：
45、(13)
46、式中，为chp机组运维成本系数，为储碳成本系数，为p2g运维成本系数，为ccs运维成本系数，为运维成本系数；
47、公式为：
48、(14)
49、公式为：
50、(15)
51、式中，为购买单位碳排放额的价格，为卖出单位碳排放额的价格，分别为购买和售出的碳配额；
52、从而获得需求响应成本，公式为：
53、(16)
54、为可平移电负荷，为可削减电负荷，为可削减热负荷；和分别为可转移电负荷和可削减电负荷的补偿单价，为可削减热负荷的补偿单价。
55、优选方案中，所述s3进行时，设置平衡约束条件，公式为：
56、(17)
57、式中，为配网注入微网的联络线上的功率，为iem向配网购电功率，为iem向配网售电价格，和分别表示t时刻电和热负荷需求响应后的负荷量，为iem的初始碳排放分配额，为iem的总碳排放量，为购买碳排放额总量，为卖出碳排放额总量。
58、优选方案中，还包括iem向配网传输功率限制，公式为：
59、(18)
60、式中，为iem向配电网购电功率，为iem向配电网售电价格。
61、优选方案中，电解制氢、热电联产机组和燃气锅炉分别设置约束条件，具体为：
62、1）电解制氢最大功率和爬坡约束为：
63、(19)
64、2）热电联产机组最大功率和爬坡约束为：
65、(20)
66、3）燃气轮机掺氢比应在20%以内保证燃气轮机安稳运行约束为：
67、(21)
68、4）ccs和p2g最大功率约束为：
69、(23)
70、5）燃料电池最大功率和爬坡约束为：
71、(24)。
72、优选方案中，还包括加入可再生能源发电约束、储能约束和需求响应约束，具体为：
73、1）可再生能源发电约束为：
74、(25)
75、式中，为风机或光伏发电出力预测值；
76、2）储能约束中，考虑到源荷不一致问题，引入储电和储热设备，构建储氢罐数学模型，公式为：
77、(26)
78、式中，x分别表示氢电热储能，若为氢储能x为，热和电分别为；
79、3）需求响应约束为：
80、（27）
81、式中，为t时刻电负荷初始负荷量，为t时刻热负荷初始负荷量，为可平移电负荷上限，为可削减电负荷上限，为可削减热负荷上限。
82、优选方案中，所述s2中，对配电网模型建立目标函数和约束条件，其中：
83、目标函数为使得总成本最低，综合考虑配网的发电成本和向上级电网的购电成本，公式为：
84、（28）
85、（29）
86、（30）
87、式中：为配网发电成本，为节点的微燃机有功功率，，，分别表示微燃机成本系数，为接入配网的微燃机集合，为配网向主网购电成本，为向主网购电价格，为时刻向主网购电功率；
88、约束条件包括潮流约束、微型燃气轮机约束、配网与微网功率传输约束、节点电压约束和配网与主网购电约束，具体为：
89、1）潮流约束采用distflow模型表示配网的潮流，并进行线性化处理，公式为：
90、（31）
91、式中，为时刻节点之间的有功功率，为时刻节点负荷功率，为时刻节点发电机有功功率，为时刻微网注入配网的联络线上的功率，为时刻节点有功功率，为时刻节点之间的无功功率，为时刻节点负荷功率，为时刻节点发电机无功功率，为时刻节点无功功率，分别为时刻节点电压，和分别为支路ij的阻抗和导纳；
92、2）微型燃气轮机约束公式为：
93、（32）
94、式中：为节点在时刻的微燃机无功功率，，，，，和分别表示微燃机有功和无功以及爬坡功率的下限和上限；
95、3）配网与微网功率传输约束中，联络线功率约束为：
96、（33）
97、式中，为iem之间在时刻的联络线传输功率，和分别为联络线的最小和最大传输功率；
98、4）节点电压约束为：
99、（34）
100、式中，为节点在时刻的电压幅值，和分别为节点电压幅值的下限和上限；
101、5）配网与主网购电约束为：
102、（35）
103、式中，和分别为向主网购电的功率下限和上限。
104、优选方案中，所述s3中，iem和配网的耦合，具体为：
105、采用联络线的方式来连接iem与配网，联络线满足一致性约束，一致性约束保证主动配电网与微电网之间的联络线功率保持一致，在进行分布式管理的时候，配电网的输出功率必须等于微电网的输入功率，即：
106、（36）
107、每一个iem的决策都应是独立，不包含与其他多iem的信息交互，配电网和iem之间只共享联络线信息，以完全分散的方式解决多微电网配电系统的协同运行问题，同时保持各子系统运营商的独立决策。
108、优选方案中，所述s4中，构建考虑热电需求响应的iem-配电网分布式优化调度模型，由于各个区域之间通过有功功率进行耦合一致性约束，区域之间需要交互边界有功功率，算法模型如下：
109、（37）
110、（38）
111、（39）
112、（40）
113、式中：式（37）表示系统总目标函数，其中包括配网成本和微网成本g表示多微网集合；式（38）表示不等式约束；式（39）表示等式约束；式（40）表示个各子区域的一致性约束，是各个区域的交互量，即连络线上的有功功率（），是随着迭代更新的全局变量；
114、对于分布式框架下的优化模型，并行求解，达到交互功率一致，再将一致性约束通过拉格朗日乘子添加到目标函数中，转化为增广拉格朗日函数，其表达式如（41）所示：
115、（41）
116、式中，为第m次迭代拉格朗日乘子，为第m次迭代惩罚因子，然后求解各个微网和配网之间的交互量（），为下一次admm迭代提供一致性变量更新依据。
117、优选方案中，所述s5中：
118、配网和微网之间通过联络线链接，所有微电网都通过联络线连接到主动配电网，微电网之间没有相互联系，在进行分布式优化时，对配网和微网分别在各自区域内进行优化，然后将联络线功率进行传递，因此目标函数引入新变量，转化为增广拉格朗日函数；
119、其中，多个微网通过配电网和联络线相连接，优化中的交换变量是联络线上有功功率（），全局变量更新公式为：
120、（42）
121、对偶变量更新公式为：
122、（43）
123、采用迭代终止原则，在算法计算过程中，随着不断迭代，原始残差和对偶残差逐渐收敛，最终得到最优解，其计算公式分别为：
124、（44）
125、（45）
126、式中，为原始残差，为对偶残差，算法的叠迭代终止条件为；
127、采用根据残差改进自适应调整惩罚因子的方法来提高算法的计算速度，其步长改变规则如下：
128、（46）
129、式中，为原始残差，为对偶残差，为第m次迭代惩罚因子。
130、一种考虑热电需求响应的iem接入配电网优化系统，包括：
131、iem建模模块，用于以热电需求响应为原则，对iem进行建模；
132、配电网建模模块，用于以可接入iem为原则，对配电网进行建模；
133、微电网接入模块，用于以配电网的输出功率必须等于微电网的输入功率为原则，配电网通过联络线接入微电网；
134、调度模型模块，用于构建基于需求响应的iem-配电网的分布式调度模型；
135、求解调度模块，用于采用admm算法，对分布式调度模型进行迭代求解，得到最优热电调度策略。
136、本发明提供了一种考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法及系统，考虑热电需求相应的iem进行建模；考虑iem的接入，对配电网进行建模；配电网通过联络线接入微电网；构建考虑需求响应的iem-配电网的分布式调度模型；采用admm(alternatingdirection method of multipliers，交替方向乘子算法)算法，对分布式调度模型进行迭代求解，得到最优热电调度策略实现最大化系统的整体效益，并降低运营成本、提升能源利用效率，通过iem和配电网的建模，确保微网的热电需求和配电网的功率平衡，通过分布式调度模型和admm算法的求解，优化热电调度策略，从而提升能源利用效率和系统的整体性能。
1.一种考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，其特征在于，所述iem的相关设备包括：燃气轮机、燃气锅炉、碳捕集电转气装置、电解制氢装置、燃料电池装置和电热储能装置；
3.根据权利要求2所述的考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，其特征在于，对燃气轮机进行数学建模，具体包括：
4.根据权利要求2所述的考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，其特征在于，对燃气锅炉进行数学建模，具体包括：当热电联产就无法满足热负荷时，燃气锅炉补充供给热负荷，公式为：
5.根据权利要求2所述的考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，其特征在于，初始碳排放分配额由两方面构成：chp与燃气锅炉的传统机组碳排放分配额和光伏发电与风力发电的新能源机组碳排放分配额，公式为：
6.根据权利要求2所述的考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，其特征在于，所述s2中还包括建立能源微网的目标函数，目标函数包括购气成本、运维成本、弃风弃光惩罚，需求响应成本和碳交易成本，公式为：
7.根据权利要求2所述的考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，其特征在于，所述s3进行时，设置平衡约束条件，公式为：
8.根据权利要求7所述的考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，其特征在于，还包括iem向配网传输功率限制，公式为：
9.根据权利要求2所述的考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，其特征在于，电解制氢、热电联产机组和燃气锅炉分别设置约束条件，具体为：
10.根据权利要求9所述的考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，其特征在于，还包括加入可再生能源发电约束、储能约束和需求响应约束，具体为：
11.根据权利要求1所述的考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，其特征在于，所述s2中，对配电网模型建立目标函数和约束条件，其中：
12.根据权利要求1所述的考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，其特征在于，所述s3中，iem和配网的耦合，具体为：
13.根据权利要求1所述的考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，其特征在于，所述s4中，构建考虑热电需求响应的iem-配电网分布式优化调度模型，由于各个区域之间通过有功功率进行耦合一致性约束，区域之间需要交互边界有功功率，算法模型如下：
14.根据权利要求1所述的考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，其特征在于，所述s5中包括以下步骤：
15.根据权利要求14所述的考虑热电需求响应的iem接入配电网优化方法，其特征在于，所述s5中：
16.一种考虑热电需求响应的iem接入配电网优化系统，其特征在于，包括：
