一种基于纳什谈判法的多虚拟电厂联合调度方法

摘要

本发明公开了一种基于纳什谈判法的多虚拟电厂联合调度方法，包括：建立单虚拟电厂日前优化调度模型；建立多个虚拟电厂电能交互模型，并在此基础上，构建考虑集中‑分散交易机制的多虚拟电厂联合调度模型；最后，根据上述多虚拟电厂联合调度模型的求解结果，构建基于纳什谈判策略的多虚拟电厂收益分配方法，计算各虚拟电厂的最终收益。本发明能够在多虚拟电厂联合调度结果的基础上，对各虚拟电厂的收益进行二次分配，从而实现区域级多虚拟电厂联盟的长久稳定，实现多个虚拟电厂电能的优势互补与梯级利用，显著提高能源利用水平，提高各虚拟电厂的经济效益。

说明书

技术领域

本发明属于电力技术领域，涉及电力系统电源调度，具体涉及一种基于纳什谈判法的多虚拟电厂联合调度方法。

背景技术

随着能源短缺和环境污染等问题的日益严峻，大力开发以风电和光伏为主的可再生能源，实现能源的绿色、低碳和循环发展已成为全球能源行业的重要战略。与传统能源相比，分布式能源具有可靠、经济、灵活、环保等优势，但由于其容量小、地理位置分散、出力随机性等问题，导致电网很难对其进行有效管控。虚拟电厂技术为解决上述问题提供了有效途径，其通过先进的通信、计量、控制等手段实现不同类型分布式能源的协调优化控制，已逐渐成为一种灵活性强、适应度高、经济性好的新兴运营模式。

目前，针对单个虚拟电厂的研究以及虚拟电厂内部的经济效益分配，国内外学者已经开战了较多的研究，并取得了一定的成果，其中，基于Shapley值法以及基于核仁法的分配方案使用的最多，然而，基于Shapley值法的分配方案在市场主体数量较多时，往往难以实现分配方案的快速确实，需要经过较多次计算才能得出最终的分配方案，计算效率较低；而基于核仁法的分配方案则有时候不能保证分配方案位于核心，且同样存在大规模适用等问题。基于此，本发明提出一种基于纳什谈判法的多虚拟电厂合作剩余分配策略，将合作剩余分配问题转化为博弈均衡问题，并通过求解纳什均衡解实现分配策略的求解。在此基础上，可依次向谈判主体中加入各种谈判因素，从而可以考虑诸多方面的影响因素，实现合作剩余的公平分配。

发明内容

本发明要解决的问题是：在虚拟电厂技术中，如何实现多虚拟电厂联合调度背景下合作剩余的公平分配的问题。

本发明的技术方案为：一种基于纳什谈判法的多虚拟电厂联合调度方法，包括以下步骤：

步骤1，结合各聚合单元运行原理，构建虚拟电厂日前优化调度模型；

步骤2，结合多虚拟电厂间的电能交易原理，构建计及集中分散交易机制的多虚拟电厂联合调度模型，并采用GAMS软件调用CPLEX求解器实现模型的求解；

步骤3，构建基于纳什谈判理论的多虚拟电厂合作剩余分配模型，并结合步骤2的求解结果，计算各虚拟电厂的谈判系数以及分配结果。

进一步的，所述步骤1中构建虚拟电厂日前优化调度模型具体为：

虚拟电厂的聚合单元包括燃气轮机、可中断负荷以及电储能系统，各部分的具体模型如下：

燃气轮机模型：

将燃气轮机的运行成本表示为如下分段线性模式：

式中，a、λ

燃气轮机运行约束：

式中，g

可中断负荷运行模型：

可中断负荷成本

式中，n

式中，

电储能系统运行约束：

式中，

市场购售电量约束：

0≤P

功率平衡约束：

式中，P

至此，能够确定单虚拟电厂日前调度的目标函数为：

进一步的，所述步骤2中构建多虚拟电厂联合调度模型具体为：

考虑多虚拟电厂可同时参与集中及分散交易，各部分约束条件如下：

交易状态约束：

式中，

式中，

结合集中分散交易机制，得出多虚拟电厂联合调度的目标函数为：

式中，

进一步的，所述步骤3中构建基于纳什谈判理论的多虚拟电厂合作剩余分配模型具体为：

纳什谈判法的基本形式为：

式中，x

采用采用底数为自然对数的指数函数刻画效用函数，表示如下：

式中，a、b均为待定系数，可通过(0,0)、(1,1)两个点确定；

基于边际贡献度计算各虚拟电厂的谈判力：

式中，

有益效果：本发明将纳什谈判理论应用到多虚拟电厂的联合调度中，用以实现多虚拟电厂合作剩余的公平分配。为了达到公平分配的目的，本发明引入了纳什博弈模型，将将合作剩余分配问题转化为博弈均衡问题，并通过求解纳什均衡解实现分配策略的求解。在此基础上，可依次向谈判主体中加入各种谈判因素，从而可以考虑诸多方面的影响因素，实现合作剩余的公平分配。

附图说明

图1为本发明方法的基本流程图。

图2为本发明中多虚拟电厂的负荷功率图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，本发明涉及一种基于纳什谈判法的多虚拟电厂联合调度方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤1：结合各聚合单元运行原理，构建虚拟电厂日前优化调度模型，具体如下：

虚拟电厂的聚合单元包括燃气轮机、可中断负荷以及电储能系统，各部分的具体模型如下：

燃气轮机模型：

将燃气轮机的运行成本表示为如下分段线性模式：

式中，a、λ

燃气轮机运行约束：

式中，g

可中断负荷运行模型：

可中断负荷成本

式中，n

式中，

电储能系统运行约束：

式中，

市场购售电量约束：

0≤P

功率平衡约束：

式中，P

至此，可以确定单虚拟电厂日前调度的目标函数为：

步骤2：构建多虚拟电厂联合调度模型，具体如下：

本发明考虑多虚拟电厂可同时参与集中及分散交易，各部分约束条件如下：

交易状态约束：

式中，

式中，

结合集中分散交易机制，可得出多虚拟电厂联合调度的目标函数为：

式中，

步骤3：构建基于纳什谈判理论的多虚拟电厂合作剩余分配方法，具体如下：

纳什谈判法的基本形式为：

式中，x

进一步，采用采用底数为自然对数的指数函数刻画效用函数，表示如下：

式中，a、b均为待定系数，可通过(0,0)、(1,1)两个点确定。

最后，基于边际贡献度计算各虚拟电厂的谈判力：

式中，

为了验证本发明方法能够高效的实现合作剩余的公平分配，下面以三个虚拟电厂和一个市场运营商的算例，说明本发明的有效性。

电储能系统的参数见表1，燃气轮机的具体参数见表2，各种分配方法的对比结果见表3所示。

表1燃气轮机参数

表2储能系统参数

表3不同分配方案的分配结果

从表3中可以看出，不同的分配模式下，不同方法下虚拟电厂的分配策略有较为明显的区别。以虚拟电厂2为例，其在传统的Shapley值法分配方案下的收益为136.8€，这一结果略高于在纳什谈判分配方案下所得收入，并明显高于在独立风险收益法中所得的收入，这主要是因为无论是单一的独立风险贡献法还是Shapley值法，其评价指标仅有一个，从而容易造成产消者的分配方案过于极端，例如，在独立风险贡献法中，虚拟电厂1由于先天劣势导致其收入过低，而此时几乎没有运行风险的虚拟电厂3收入又过高。相反，在Nash谈判方案中，综合考虑了收入贡献度以及风险贡献度两种因素，并从博弈均衡的角度求解最优的分配方案，极大程度上避免了主观因素对分配方案的影响，其分配方案较为客观。

综上，本发明将纳什谈判理论应用到多虚拟电厂的联合调度中，实现了多虚拟电厂合作剩余的公平分配。相比于其他分配方法，本发明引入了纳什博弈模型，将将合作剩余分配问题转化为博弈均衡问题，并通过求解纳什均衡解实现分配策略的求解。在此基础上，可依次向谈判主体中加入各种谈判因素，从而可以考虑诸多方面的影响因素，实现合作剩余的公平分配。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。