一种基于边缘智能的多能源协同管理方法及系统与流程

本发明涉及能源管理，具体是涉及一种基于边缘智能的多能源协同管理方法及系统。

背景技术：

1、在包含多个独立企业和一个集中式能源站的工业园区中，实现冷、热、电等多种能源的经济、高效协同运行，普遍面临以下技术难题，传统集中式与分布式方案均难以同时解决：

2、为实现全局最优的能源调度，集中式能量管理系统必须采集各企业内部精密的生产用电数据、设备启停规律和温控策略等核心商业机密。企业因担心数据泄露而拒绝提供或故意提交失真数据，导致优化模型失准，多能协同沦为形式。现有的分布式优化方法虽然避免了数据物理集中，但在迭代求解过程中，仍需要通过交换拉格朗日乘子等变量，这些变量与各主体的真实功耗、边际成本等隐私信息耦合紧密，存在被反推和推断的风险，未能实现真正严格的隐私保护。因此，需要提供一种基于边缘智能的多能源协同管理方法及系统，旨在解决上述问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于边缘智能的多能源协同管理方法及系统，以解决上述背景技术中存在的问题。

2、本发明是这样实现的，一种基于边缘智能的多能源协同管理方法，所述方法包括以下步骤：

3、基于企业和集中能源站处部署的边缘节点、及电热管网物理耦合关系建立信息邻接图，各节点仅存储邻居节点列表，并预置由脱敏设备物理能力构成的本地多能约束模板；

4、通过各节点采集私有状态数据，结合多能约束模板，生成私有等效调节能力函数，以虚拟交换功率为输入，输出封装全部私有约束与状态的边际成本值；

5、在各调度周期起始，各节点设定协作均衡指数的初始值；

6、固定节点的当前协作均衡指数，求解私有等效调节能力函数得到虚拟交换功率并计算不对外传输的私有供需偏差，接收邻居节点广播的协作均衡指数，按分布式调节机制更新本节点协作均衡指数，直至所有节点指数变化量小于阈值时收敛；

7、使得各节点以最终收敛的协作均衡指数作为内部能量价格信号，在本地求解完整多能优化得到各设备设定点，校验后下发执行。

8、作为本发明进一步的方案，生成私有等效调节能力函数的步骤，具体包括：

9、以脱敏设备物理能力多能约束模板和私有状态数据为输入，构建一个以虚拟交换功率为单一决策变量的内部优化问题，以最小化运行成本为目标；

10、对预设的多个离散虚拟交换功率值分别求解所述内部优化问题，得到对应的边际成本，通过插值或曲线拟合形成连续函数(p,d)，其中p为虚拟交换功率，d为封装全部私有状态的向量，输出为边际成本值；

11、在每个调度周期开始前，根据最新采集的私有状态d重新确定函数参数，使(p,d)准确反映当前时刻本地的真实边际能量成本映射。

12、作为本发明进一步的方案，设定协作均衡指数的初始值时，判断对应节点是否为首次投入协同运行；若为首次运行，则根据本地当前内部边际发电成本，设定协作均衡指数初始值；若非首次运行，则读取本节点在上一个调度周期最终收敛的协作均衡指数值，作为当前周期的协作均衡指数初始值。

13、作为本发明进一步的方案，按分布式调节机制更新本节点协作均衡指数的步骤，具体包括：

14、固定本节点当前协作均衡指数χi(τ)，求解方程(p,d)=χi(τ)，得到虚拟交换功率pi(τ)，τ为迭代轮次索引；

15、计算私有供需偏差ei(τ)=pi(τ)-pibase，其中pibase为无协同调节时的基线净负荷；

16、接收所有邻居节点j∈ni广播的协作均衡指数χj(τ)，ni为节点i的邻居节点集合；

17、更新本节点协作均衡指数：，χi(τ)为节点i在第τ轮迭代的协作均衡指数，α为自利响应步长因子，β为邻域一致性增益因子，ωij为节点i与j之间的物理耦合邻接权重；

18、当所有节点的小于预设阈值ε或迭代次数达到预设最大轮次时，判定为收敛。

19、作为本发明进一步的方案，所述自利响应步长因子α根据本节点的储能额定容量与总可调柔性负荷比例的平方根倒数动态计算；邻域一致性增益因子β根据所述信息邻接图的拉普拉斯矩阵谱隙预先设定，0<β<1；邻接权重ωij由节点i与节点j之间电气联络线阻抗模的倒数和热力管道传导系数经归一化加权得出，且满足对称性ωij=ωji；在求解(p,d)=χi(τ)时，若存在多个虚拟交换功率解，则选择使最小的解作为pi(τ)，且将pi(τ)强制限制在本节点联络线物理最大传输功率范围之内；基线净负荷pibase依据超短期预测的不可控负荷和光伏出力，并假设所有可调资源维持当前状态不变计算得到；所述私有供需偏差ei(τ)仅在节点内部使用。

20、作为本发明进一步的方案，在本地求解完整多能优化得到各设备设定点的步骤，具体包括：

21、以最终收敛的协作均衡指数替代外部电网电价和外部热价，构建包含本节点全部设备模型和生产私有约束的多能优化问题，目标函数为运行成本最小化；

22、在本地求解所述多能优化问题，得到未来一个调度窗口内的储能充放电功率、电锅炉或热泵启停状态、吸收式制冷机阀门开度、可中断负荷削减量的最优设定点序列；

23、取所述设定点序列中第一个控制时段的指令，依次进行变压器容量过载校验、储能荷电状态越限校验、热罐温度上下限校验，校验通过后经总线发送至相应执行机构。

24、本发明的另一目的在于提供一种基于边缘智能的多能源协同管理系统，所述系统包括：

25、信息邻接图模块，用于基于企业和集中能源站处部署的边缘节点、及电热管网物理耦合关系建立信息邻接图，各节点仅存储邻居节点列表，并预置由脱敏设备物理能力构成的本地多能约束模板；

26、调节能力函数模块，用于通过各节点采集私有状态数据，结合多能约束模板，生成私有等效调节能力函数，以虚拟交换功率为输入，输出封装全部私有约束与状态的边际成本值；

27、初始值确定模块，用于在各调度周期起始，各节点设定协作均衡指数的初始值；

28、均衡指数更新模块，用于固定节点的当前协作均衡指数，求解私有等效调节能力函数得到虚拟交换功率并计算不对外传输的私有供需偏差，接收邻居节点广播的协作均衡指数，按分布式调节机制更新本节点协作均衡指数，直至所有节点指数变化量小于阈值时收敛；

29、设定点确定模块，用于使得各节点以最终收敛的协作均衡指数作为内部能量价格信号，在本地求解完整多能优化得到各设备设定点，校验后下发执行。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、通过构建私有等效调节能力函数，将企业内部的全部私有状态和约束封装为一个无法逆向破解的输入-输出映射。在整个协同过程中，需要对外传输的唯一信息是协作均衡指数，这是一个彻底抹去任何物理含义的一维虚拟信号。从根本上斩断了从交换信息反推原始敏感数据的可能性，彻底解决了数据隐私与全局优化的核心矛盾。将复杂的全局优化问题，解耦为各边缘节点并行的、极低维度的分布式协商过程，满足实时电价和快速功率波动的响应需求。