一种考虑三方博弈的激励型需求响应方法

摘要

本发明涉及电力系统需求响应技术领域，更具体地，涉及一种考虑三方博弈的激励型需求响应方法。包括以下步骤：S1.建立电动汽车用户、聚合商参与需求响应的激励机制；S2.依据步骤S1中的激励机制，分析计算电网公司、聚合商、电动汽车用户在需求响应中的相应成本；S3.依据步骤S1中的激励机制，分析计算电网公司、聚合商、电动汽车用户在需求响应中的相应收益；S4.基于步骤S2和步骤S3分析计算电网公司、聚合商、电动汽车用户在需求响应中所能获得的净收益；S5.基于步骤S4，建立基于博弈后的需求响应优化模型并求解。本发明能够为电网制定合适的引导政策，权衡需求响应中各方参与者的利益，在保证需求响应效果的前提下，为各方参与者提供有效的策略参考。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统需求响应技术领域，更具体地，涉及一种考虑三方博弈的激励型需求响应方法。

背景技术

电动汽车在作为交通工具的同时，其充电负荷也逐渐成为电网负荷的重要组成部分。当大规模电动汽车充电负荷接入电网时，将为电网带来较大的功率冲击，严重时可能导致电压偏移过大、电能质量下降等问题。因此，大规模电动汽车无序充电问题亟待解决。

由于电动汽车能够在不影响用户正常使用的情况下对充电时间进行合理改变，接受电网调控能力强，因此电动汽车是电网重要的弹性调控资源之一。但是如何权衡各方利益，以及需求响应，仍然是目前电力系统需求响应的一大难题。

中国专利CN103679299B，公开日为2014.03.26，公开了一桩兼顾车主满意度的电动汽车最优峰谷分时电价定价方法；中国专利CN109088454A，公开日为2018.12.25，公开了一种基于自动需求响应与实时电价的电动汽车充电方法；以上专利，均只考虑了一方或者两方的利益，没有权衡聚合商、电网、以及用户的利益三方的利益，综合制定需求响应的方法。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中的至少一个缺陷，提供一种考虑三方博弈的激励型需求响应方法，权衡需求响应中各方参与者的利益，在保证需求响应效果的前提下，为各方参与者提供有效的策略参考。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种考虑三方博弈的激励型需求响应方法，包括以下步骤：

S1.建立电动汽车用户、聚合商参与需求响应的激励机制；

S2.依据步骤S1中的激励机制，分析计算电网公司、聚合商、电动汽车用户在需求响应中的相应成本；

S3.依据步骤S1中的激励机制，分析计算电网公司、聚合商、电动汽车用户在需求响应中的相应收益；

S4.基于步骤S2和步骤S3分析计算电网公司、聚合商、电动汽车用户在需求响应中所能获得的净收益；

S5.基于步骤S4，建立基于博弈后的需求响应优化模型；

S6.求解步骤S5建立的需求响应优化模型。

进一步的，基于削峰填谷效果调整电网公司对聚合商的激励电价，综合考虑参与需求响应的各方为改善电网安全性的需求和付出的经济代价，以经济和调峰效果双重标准来分析计算参与响应各方的最终收益。

进一步的，所述的激励电价是基于削峰填谷的效果进行调整的，具体包括：电网公司根据削峰填谷的效果对聚合商的工作进行奖励；聚合商对用户进行灵活激励，在基准电价的基础上，根据响应量、通知时间提前量、响应时长、响应时段、响应参与度进一步计算补偿系数。

进一步的，电网公司给聚合商的激励电价d

d

假设某次需求响应后负荷调节量为ΔW

聚合商给电动汽车用户i的灵活性补偿电价c

c

其中，d

进一步的，激励电价系数k

η

式中，η

综合响应系数k

k

k

进一步的，所述的步骤S2具体包括：

计算电网公司的成本F

F

F

F

式中，F

计算聚合商的参与成本F

F

聚合商的服务费收入受到损失ΔD

ΔD

聚合商对用户的补偿成本D

式中，D

计算用户的参与成本F

式中，N

进一步的，所述的步骤S3具体包括：

计算电网公司的收益：

电网公司的综合收益包括：可避免输电容量成本F

式中，ΔP为可避免输电容量：ΔP＝(P

折算为单次DR可避免输配电容量成本为：F

F

式中，c

计算聚合商的收益：

聚合商的收益来自于电网公司对聚合商参与需求响应的补偿费用，即D

计算用户的收益：

第i个用户的收益包括：从聚合商处获得的补偿费用D

式中，T(i,λ(j))为第i辆电动汽车在第j个峰时段的充电时长；P

进一步的，所述的步骤S4具体包括：

计算电网公司的净收益：ΔF

计算聚合商的净收益：ΔF

计算用户净收益：

单用户参与需求响应的用户收益为D

电网公司综合收益比：η

聚合商综合收益比：

用户平均综合收益比：

式中，η

进一步的，模拟用户基于电价激励进行充电时间转移的概率性，通过蒙特卡洛模拟进行多次抽样来评估用户充电负荷的平均转移情况，并基于此来进行补贴金额调整；用户的时段转移模型确定方式包括：某时段充电负荷越大，表明用户前往该时段充电的概率越大，因此转移概率p

式中，p

根据转移概率模拟充电负荷从响应时段转移到其他时段的情况。

进一步的，所述的S5步骤建立的需求响应优化模型为：

χ＝ξ

式中，ξ

所述的S6步骤，采用粒子群算法对相应优化模型进行求解。

在本发明中，聚合商可调节基准补偿电价来改变响应比例，使得响应用户数和需求量相匹配，从而防止出现过响应或者欠响应。本文采用粒子群算法进行基准补偿电价优化，粒子位置为一天中各响应时段的基准补偿电价，即{c

与现有技术相比，有益效果是：本发明提供的一种考虑三方博弈的激励型需求响应方法，能够为电网制定合适的引导政策，权衡需求响应中各方参与者的利益，在保证需求响应效果的前提下，为各方参与者提供有效的策略参考。

附图说明

图1是本发明方法流程图。

图2是本发明实施例中电价优化后的电动汽车用户相应情况。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种考虑三方博弈的激励型需求响应方法，包括以下步骤：

S1.建立电动汽车用户、聚合商参与需求响应的激励机制；

S2.依据步骤S1中的激励机制，分析计算电网公司、聚合商、电动汽车用户在需求响应中的相应成本；

S3.依据步骤S1中的激励机制，分析计算电网公司、聚合商、电动汽车用户在需求响应中的相应收益；

S4.基于步骤S2和步骤S3分析计算电网公司、聚合商、电动汽车用户在需求响应中所能获得的净收益；

S5.基于步骤S4，建立基于博弈后的需求响应优化模型；

S6.求解步骤S5建立的需求响应优化模型。

在其中一个实施例中，基于削峰填谷效果调整电网公司对聚合商的激励电价，综合考虑参与需求响应的各方为改善电网安全性的需求和付出的经济代价，以经济和调峰效果双重标准来分析计算参与响应各方的最终收益。

其中，激励电价是基于削峰填谷的效果进行调整的，具体包括：电网公司根据削峰填谷的效果对聚合商的工作进行奖励；聚合商对用户进行灵活激励，在基准电价的基础上，根据响应量、通知时间提前量、响应时长、响应时段、响应参与度进一步计算补偿系数。

具体的，电网公司给聚合商的激励电价d

d

假设某次需求响应后负荷调节量为ΔW

聚合商给电动汽车用户i的灵活性补偿电价c

c

其中，d

激励电价系数k

η

式中，η

综合响应系数k

k

k

在其中一个实施例中，步骤S2具体包括：

计算电网公司的成本F

F

F

F

式中，F

计算聚合商的参与成本F

F

聚合商的服务费收入受到损失ΔD

ΔD

聚合商对用户的补偿成本D

式中，D

计算用户的参与成本F

式中，N

在其中一个实施例中，步骤S3具体包括：

计算电网公司的收益：

电网公司的综合收益包括：可避免输电容量成本F

式中，ΔP为可避免输电容量：ΔP＝(P

折算为单次DR可避免输配电容量成本为：F

F

式中，c

计算聚合商的收益：

聚合商的收益来自于电网公司对聚合商参与需求响应的补偿费用，即D

计算用户的收益：

第i个用户的收益包括：从聚合商处获得的补偿费用D

式中，T(i,λ(j))为第i辆电动汽车在第j个峰时段的充电时长；P

进一步的，所述的步骤S4具体包括：

计算电网公司的净收益：ΔF

计算聚合商的净收益：ΔF

计算用户净收益：

单用户参与需求响应的用户收益为D

电网公司综合收益比：η

聚合商综合收益比：

用户平均综合收益比：

式中，η

在其中一个实施例中，模拟用户基于电价激励进行充电时间转移的概率性，通过蒙特卡洛模拟进行多次抽样来评估用户充电负荷的平均转移情况，并基于此来进行补贴金额调整；用户的时段转移模型确定方式包括：某时段充电负荷越大，表明用户前往该时段充电的概率越大，因此转移概率p

式中，p

根据转移概率模拟充电负荷从响应时段转移到其他时段的情况。

在其中一个实施例中，步骤S5建立的需求响应优化模型为：

χ＝ξ

式中，ξ

其中，步骤S6，采用粒子群算法对相应优化模型进行求解。

在本发明中，聚合商可调节基准补偿电价来改变响应比例，使得响应用户数和需求量相匹配，从而防止出现过响应或者欠响应。本文采用粒子群算法进行基准补偿电价优化，粒子位置为一天中各响应时段的基准补偿电价，即{c

以商业区常规负荷作为基础负荷，并考虑电动汽车充电负荷接入配网后对负荷峰值的影响。不另做说明时，电动汽车在充电站以快充形式充电，签约用户充电时间服从分布N(10,0.88

本实施例以慢充、小需求响应容量为例，分析本专利的适用性，其余参数设置如下：

仿真中，d

表1本实施例的场景设置

仿真结果如表2和图2所示。

表2不同补偿电价下各方的综合收益情况

由仿真结果可知，在小功率慢充方式下，由于用户充电时间长，用户有资格参与需求响应的概率更大，因此资格用户数较大。但是由于充电功率小，响应能力低，削峰效果有限。由表2可知，基准补偿电价越高，用户收益越大。由于用户响应功率小，得到的补偿费较低，三种电价下用户收益分别为其充电成本的26.5％、32.8％、39.1％，其参与需求响应的积极性较弱。电网公司经济成本与削峰量和峰荷降比有关，削峰效果越明显，其对聚合商的补偿额越高。因此，电网公司是以经济成本来换取电网的安全性。由于通过需求响应来实现削峰可以减少容量建设成本，其对电网的投资成本会降低。由于小功率方式下削峰效果不明显，电网公司对电网安全性的要求得不到满足，其对聚合商的激励额也较低，此时其发动需求响应的成本较小，三种电价下电网公司的总经济成本分别为其电费收入的-0.6％(负号表示考虑可避免容量建设成本后电网公司发动需求响应还带来经济效益)、2.1％、7.6％。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。