CN104934970A - 基于合作博弈动态联盟结构划分的互联微网经济调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于合作博弈动态联盟结构划分的互联微网经济调度方法，确定互联微网内部的每个微网在给定时刻的发电量与负荷需求，计算该时刻的申报售电购电量，将申报量发送给集中控制中心；集中控制中心通过动态联盟结构划分算法求解最优联盟结构，并将最优联盟结构发送给各个微网；微网接收来自集中控制中心的最优联盟结构形成指令，与最优联盟结构内的其它微网进行能量调度指令交互，完成能量传输。本发明通过动态联盟结构划分形成合作联盟，联盟内部自行完成能量协调调度，内部交易的电价低于配网实时电价，有效提高微网的收益；以产销互补的方式，进行能量请求的请求以及传输，有效提高微网的能量利用率，提高微网经济收益。

Description

基于合作博弈动态联盟结构划分的互联微网经济调度方法

技术领域

本发明涉及互联微网技术领域，具体地，涉及一种基于合作博弈动态联盟结构划分的互联微网经济调度方法，基于动态联盟结构划分，实现智能微网中互联微网的经济调度方法。

背景技术

近些年来分布式电源的发展，使得含有风电、光伏及储能等新型分布式电源的微网正在逐渐成为现代电力系统中重要的组成部分。随着电力系统中微电网数量的增加，根据所处的地理位置以及自身运行的目标，微电网将会形成不同的互联微网群。由于微电网或微电网群具有负荷和电源的双重特性，其在不同的时段可以承担售电方或购电方的角色，因此微电网可以作为主动参与者加入电力市场中。由于各地区的微电网可能属于不同的运营方，其经济利益存在一定独立性，因此考虑经济效益最优下的决策问题渐渐成为电力市场化发展中不可忽视的一环。目前微电网相关的研究主要以网损优化、电压偏差控制等作为目标函数，考虑微网作为参与者加入电力市场所带来的经济收益相关问题的研究仍较少。同时，当前博弈论在电力系统中的研究主要针对非合作博弈，但在实际电力系统中，随着参与者的数量与种类日趋增加，非合作博弈由于服从个体理性并一定会带来最优的结果，反而可能陷入类似囚徒困境的两败俱伤，因此研究合作博弈是未来研究的重要方向。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种基于合作博弈动态联盟结构划分的互联微网经济调度方法，该方法解决了如下技术问题：

1)考虑互联微网产销互补模式下，各微网以合作联盟的形式加入电力市场，以全体微网利益最优为前提，设计微网的定价模型以及协调能量调度方法；

2)运用动态联盟结构划分算法，求解合作联盟结构的划分以及确定收益分配方式，最终完成互联微网间的协调经济调度。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

一种基于合作博弈动态联盟结构划分的互联微网经济调度方法，包括以下步骤：

步骤1：确定互联微网内部的每个微网在给定时刻的发电量与负荷需求，计算该给定时刻的申报售电购电量，将申报售电购电量发送给集中控制中心；

步骤2：集中控制中心通过动态联盟结构划分算法进行联盟结构划分，求解最优联盟结构，并将最优联盟结构发送给各个微网；

步骤3：各个微网接收来自集中控制中心的最优联盟结构并形成指令，与最优联盟结构内的其它微网进行能量调度指令交互，按照各自微网的售电购电需求，完成能量传输。

优选地，所述步骤1具体为：互联微网中的各微网通过各自的多代理系统实时确定当前时刻的发电量与负荷需求，多代理系统与集中控制中心的信息交互网络，将计算后的申报购电量与售电量信息上报给集中控制中心。

优选地，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：互联微网内的M个微网构成合作博弈参与者集合N＝{n₁，n₂，...，n_M}，初始联盟结构划分为S_initial＝{S₁，S₂，...，S_M}，S₁，S₂，...，S_M为构成初始联盟结构的M个联盟，其中构成每一个联盟的多个微网均分别构成一个单独的子联盟；

步骤2.2：对于初始联盟结构中的第i个联盟S_i，考虑是否与初始联盟结构中的第j个联盟S_j进行合并操作：

当联盟S_i满足帕累托最优条件，将联盟S_i与联盟S_j进行合并操作，即联盟S_i与联盟S_j内部的所有微网在联盟合并后的新联盟S_i∪S_j中，微网的分配收益都不会劣于其在合并前联盟内部的收益；

反之，则不进行合并操作；

各联盟的收益函数v(S)定义为：

$v\left(S\right)=\underset{\mathrm{\Ω}\∈{\mathrm{\Ω}}_S}{max}\mathrm{\μ}(S,\mathrm{\Ω})=\underset{\mathrm{\Ω}\∈{\mathrm{\Ω}}_S}{max}\{-(\underset{i\∈S_b}{\Σ}{\mathrm{Cost}}_i^{pur}+\underset{i\∈S}{\Σ}{\mathrm{Cost}}_i^{loss}+\underset{i\∈S}{\Σ}{\mathrm{Cost}}_i^{shed}\left)\right\}$

其中，表示第i个微网的购电成本，表示第i个微网因网损而产生的经济成本，表示第i个微网的切负荷操作所带来的成本，μ为联盟的收益函数，Ω为联盟内微网的加入顺序，Ω_S为联盟内微网加入的所有可能顺序的集合，S_b为联盟S内部售电方微网的集合，S为联盟所包含微网的集合；

联盟内部的各微网收益分配函数φ_i(v)按夏普利值计算如下：

${\mathrm{\φ}}_i\left(v\right)=\underset{S\∈N\backslash \left\{i\right\}}{max}\frac{\left|S\right|!\left(\right|N|-|S|-1)!}{\left|N\right|!}(v(S\∪\{i\left\}\right)-v\left(S\right))$

其中，N\{i}为联盟内除了第i个微网以外的微网的集合，|S|！(|N|-|S|-1)！表示所有除了微网i的可能的联盟S中微网数量与剩余微网数量的乘积，|N|！表示所有微网的数量，v为微网i的支付函数，S∪{i}表示微网i加入后形成的新联盟，v(S∪{i})表示新联盟的支付函数，v(S)表示联盟S的支付函数；

步骤2.3：对于初始联盟结构中的第i个联盟S_i，考虑能否分裂成子联盟：

当联盟S_i满足帕累托最优条件时，将联盟S_i分裂成子联盟S_p与子联盟S_q，即联盟S_i内部的所有微网在分裂成子联盟S_p与S_q后，微网的分配的收益都不会劣于其在分裂前联盟内部的收益；

当分裂后的子联盟S_p与子联盟S_q分别满足帕累托最优条件时，则继续分裂成子联盟S_p′和子联盟S_q′；

反之，则不进行分裂；

若初始联盟结构中没有可以分裂的子联盟，则形成最后的最优联盟结构S_final进入步骤2.4；

步骤2.4：判断最优联盟结构S_final是否稳定收敛，若不是，则返回步骤2.2重新执行，若是，则输出联盟结构划分方法。

优选地，所述步骤3具体为：集中控制中心根据求解的最优联盟结构，将最优联盟结构配对指令发送给各个微网，各个微网的多代理系统在收到指令后，与最优联盟结构内部的其他微网进行信息交互，同时开始能量交互。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)互联微网加入电力市场，通过动态联盟结构划分形成合作联盟，联盟内部可以自行完成能量协调调度，同时内部交易的电价低于配网实时电价，从而有效提高了各微网的收益。

2)互联微网内各个合作联盟，以产销互补的方式，进行能量请求的请求以及传输，可以有效提高微网的能量利用率，从而提高微网经济收益。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为基于合作博弈动态联盟结构划分的互联微网经济调度方法流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

实施例

本实施例提供了一种基于合作博弈动态联盟结构划分的互联微网经济调度方法，包括以下步骤：

步骤1：确定互联微网内部的每个微网在给定时刻的发电量与负荷需求，计算该给定时刻的申报售电购电量，将申报售电购电量发送给集中控制中心；

步骤2：集中控制中心通过动态联盟结构划分算法进行联盟结构划分，求解最优联盟结构，并将最优联盟结构发送给各个微网；

步骤3：各个微网接收来自集中控制中心的最优联盟结构并形成指令，与最优联盟结构内的其它微网进行能量调度指令交互，按照各自微网的售电购电需求，完成能量传输。

进一步地，所述步骤1具体为：互联微网中的各微网通过各自的多代理系统实时确定当前时刻的发电量与负荷需求，多代理系统与集中控制中心的信息交互网络，将计算后的申报购电量与售电量信息上报给集中控制中心。

进一步地，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：互联微网内的M个微网构成合作博弈参与者集合N＝{n₁，n₂，...，n_M}，初始联盟结构划分为S_initial＝{S₁，S₂，...，S_M}，S₁，S₂，...，S_M为构成初始联盟结构的M个联盟，其中构成每一个联盟的多个微网均分别构成一个单独的子联盟；

步骤2.2：对于初始联盟结构中的第i个联盟S_i，考虑是否与初始联盟结构中的第j个联盟S_j进行合并操作：

当联盟S_i满足帕累托最优条件，将联盟S_i与联盟S_j进行合并操作，即联盟S_i与联盟S_j内部的所有微网在联盟合并后的新联盟S_i∪S_j中，微网的分配收益都不会劣于其在合并前联盟内部的收益；

反之，则不进行合并操作；

各联盟的收益函数v(S)定义为：

$v\left(S\right)=\underset{\mathrm{\Ω}\∈{\mathrm{\Ω}}_S}{max}\mathrm{\μ}(S,\mathrm{\Ω})=\underset{\mathrm{\Ω}\∈{\mathrm{\Ω}}_S}{max}\{-(\underset{i\∈S_b}{\Σ}{\mathrm{Cost}}_i^{pur}+\underset{i\∈S}{\Σ}{\mathrm{Cost}}_i^{loss}+\underset{i\∈S}{\Σ}{\mathrm{Cost}}_i^{shed}\left)\right\}$

其中，表示第i个微网的购电成本，表示第i个微网因网损而产生的经济成本，表示第i个微网的切负荷操作所带来的成本，μ为联盟的收益函数，Ω为联盟内微网的加入顺序，Ω_S为联盟内微网加入的所有可能顺序的集合，S_b为联盟S内部售电方微网的集合，S为联盟所包含微网的集合；

联盟内部的各微网收益分配函数φ_i(v)按夏普利值计算如下：

${\mathrm{\φ}}_i\left(v\right)=\underset{S\∈N\backslash \left\{i\right\}}{max}\frac{\left|S\right|!\left(\left|N\right|-\left|S\right|-1\right)!}{\left|N\right|!}(v(S\∪\{i\left\}\right)-v\left(S\right))$

其中，N\{i}为联盟内除了第i个微网以外的微网的集合，|S|！(|N|-|S|-1)！表示所有除了微网i的可能的联盟S中微网数量与剩余微网数量的乘积，|N|！表示所有微网的数量，v为微网i的支付函数，S∪{i}表示微网i加入后形成的新联盟，v(S∪{i})表示新联盟的支付函数，v(S)表示联盟S的支付函数；

步骤2.3：对于初始联盟结构中的第i个联盟S_i，考虑能否分裂成子联盟：

当联盟S_i满足帕累托最优条件时，将联盟S_i分裂成子联盟S_p与子联盟S_q，即联盟S_i内部的所有微网在分裂成子联盟S_p与S_q后，微网的分配的收益都不会劣于其在分裂前联盟内部的收益；

当分裂后的子联盟S_p与子联盟S_q分别满足帕累托最优条件时，则继续分裂成子联盟S_p′和子联盟S_q′；

反之，则不进行分裂；

若初始联盟结构中没有可以分裂的子联盟，则形成最后的最优联盟结构S_final进入步骤2.4；

步骤2.4：判断最优联盟结构S_final是否稳定收敛，若不是，则返回步骤2.2重新执行，若是，则输出联盟结构划分方法。

进一步地，所述步骤3具体为：集中控制中心根据求解的最优联盟结构，将最优联盟结构配对指令发送给各个微网，各个微网的多代理系统在收到指令后，与最优联盟结构内部的其他微网进行信息交互，同时开始能量交互。

下面结合附图对本实施例进一步描述。

如图1所示，其为本发明基于合作博弈动态联盟结构划分的互联微网经济调度方法的流程原理图，具体步骤如下：

步骤1：确定互联微网内部，给定时刻每个微网的发电量与负荷需求，计算该时刻的申报售电购电量，将申报售电购电量发送给集中控制中心；

各个微网通过各自的多代理系统(Multi-Agent System)实时确定当时刻的发电量与负荷需求，多代理系统与集中控制中心的信息交互网络，将计算后的申报购电量与售电量信息上报给集中控制中心。

步骤2：集中控制中心通过动态联盟结构划分算法形成联盟结构，求解最优的联盟结构，并将联盟结构发送给各微网；

集中控制中心的计算机根据收到的各微网的请求，通过动态联盟结构划分程序确定当前状态下的最优联盟结构划分，其算法步骤如下：

步骤2.1：互联微网内的M个微网构成合作博弈参与者集合N＝{n₁，n₂，...，n_M}，初始联盟结构划分为S_initial＝{S₁，S₂，...，S_M}，S₁，S₂，...，S_M为构成初始联盟结构的M个联盟，其中每个微网构成联盟中的一个单独的子联盟；

步骤2.2：对于初始联盟结构中的第i个联盟S_i，考虑是否与初始联盟结构中的第j个联盟S_j进行合并操作。合作操作需满足帕累托最优，即联盟S_i与联盟S_j内部的所有微网参与者在联盟合并后的新联盟S_i∪S_j中，其分配的收益都不会劣于其在合并前联盟内部的收益。各联盟的收益函数定义为：

$v\left(S\right)=\underset{\mathrm{\Ω}\∈{\mathrm{\Ω}}_S}{max}\mathrm{\μ}(S,\mathrm{\Ω})=\underset{\mathrm{\Ω}\∈{\mathrm{\Ω}}_S}{max}\{-(\underset{i\∈S_b}{\Σ}{\mathrm{Cost}}_i^{pur}+\underset{i\∈S}{\Σ}{\mathrm{Cost}}_i^{loss}+\underset{i\∈S}{\Σ}{\mathrm{Cost}}_i^{shed}\left)\right\}$

其中，表示微网i的购电成本，表示微网i因网损而产生的经济成本，表示微网i的切负荷操作所带来的成本。

联盟内部的各微网收益分配可按夏普利值计算如下：

${\mathrm{\φ}}_i\left(v\right)=\underset{s\∈N\backslash \left\{i\right\}}{max}\frac{\left|S\right|!\left(\right|N|-|S|-1)!}{\left|N\right|!}(v(S\∪\{i\left\}\right)-v\left(S\right))$

步骤2.3：对于初始联盟结构中的第i个联盟S_i，考虑能否分裂成子联盟S_p与子联盟S_q。分裂操作需满足帕累托最优，即联盟S_i内部的所有微网参与者在分裂成子联盟后S_p与子联盟S_q，其分配的收益都不会劣于其在分裂前联盟内部的收益。若子联盟S_p与子联盟S_q满足帕累托最优条件，则继续分裂成新的子联盟S_p′与S_q′，更新初始联盟结构划分并继续在联盟集合中寻找其它可以分裂的子联盟。若联盟集合中没有可以分裂的子联盟，则形成最后的最优联盟结构S_final进入下一步。

步骤2.4：

判断最优联盟结构S_final是否稳定收敛，若不是，则返回步骤2.2重新划分，若是，则输出联盟结构划分方法。

步骤3：各个微网接收来自集中控制中心的最优联盟结构形成指令，与最优联盟结构内的其它微网进行能量调度指令交互，按照各自的售电购电需求，完成能量传输；

集中控制中心根据求解的最优联盟结构划分，将最优联盟结构配对指令发送给各个微网，各个微网的多代理系统在收到指令后，与最优联盟结构内部的其他微网进行信息交互，同时开始能量交互。

以上算法还可以通过集中控制中心内部的程序实现，并在执行程序后确定应该发送给各个微网的指令。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种基于合作博弈动态联盟结构划分的互联微网经济调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定互联微网内部的每个微网在给定时刻的发电量与负荷需求，计算该给定时刻的申报售电购电量，将申报售电购电量发送给集中控制中心；

步骤2：集中控制中心通过动态联盟结构划分算法进行联盟结构划分，求解最优联盟结构，并将最优联盟结构发送给各个微网；

步骤3：各个微网接收来自集中控制中心的最优联盟结构并形成指令，与最优联盟结构内的其它微网进行能量调度指令交互，按照各自微网的售电购电需求，完成能量传输。

2.根据权利要求1所述的基于合作博弈动态联盟结构划分的互联微网经济调度方法，其特征在于，所述步骤1具体为：互联微网中的各微网通过各自的多代理系统实时确定当前时刻的发电量与负荷需求，多代理系统与集中控制中心的信息交互网络，将计算后的申报购电量与售电量信息上报给集中控制中心。

3.根据权利要求1所述的基于合作博弈动态联盟结构划分的互联微网经济调度方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：互联微网内的M个微网构成合作博弈参与者集合N＝{n₁，n₂，...，n_M}，初始联盟结构划分为S_initial＝{S₁，S₂，...，S_M}，S₁，S₂，...，S_M为构成初始联盟结构的M个联盟，其中构成每一个联盟的多个微网均分别构成一个单独的子联盟；

步骤2.2：对于初始联盟结构中的第i个联盟S_i，考虑是否与初始联盟结构中的第j个联盟S_j进行合并操作：

当联盟S_i满足帕累托最优条件，将联盟S_i与联盟S_j进行合并操作，即联盟S_i与联盟S_j内部的所有微网在联盟合并后的新联盟S_i∪S_j中，微网的分配收益都不会劣于其在合并前联盟内部的收益；

反之，则不进行合并操作；

各联盟的收益函数v(S)定义为：

$v\left(S\right)=\underset{\mathrm{\Ω}\∈{\mathrm{\Ω}}_S}{\max }\mathrm{\μ}(S,\mathrm{\Ω})=\underset{\mathrm{\Ω}\∈{\mathrm{\Ω}}_S}{\max }\{-(\underset{i\∈s_b}{\Σ}{\mathrm{Cost}}_i^{pur}+\underset{i\∈s}{\Σ}{\mathrm{Cost}}_i^{loss}+\underset{i\∈s}{\Σ}{\mathrm{Cost}}_i^{shed})\}$

其中，表示第i个微网的购电成本，表示第i个微网因网损而产生的经济成本，表示第i个微网的切负荷操作所带来的成本，μ为联盟的收益函数，Ω为联盟内微网的加入顺序，Ω_S为联盟内微网加入的所有可能顺序的集合，S_b为联盟S内部售电方微网的集合；

联盟内部的各微网收益分配函数φ_i(v)按夏普利值计算如下：

${\mathrm{\φ}}_i\left(v\right)=\underset{S\∈N\backslash \left\{i\right\}}{\max }\frac{\left|S\right|!\left(\right|N|-|S|-1)!}{\left|N\right|!}(v(S\∪\{i\left\}\right)-v\left(S\right))$

其中，N\{i}为联盟内除了第i个微网以外的微网的集合，|S|！(|N|-|S|-1)！表示所有除了微网i的可能的联盟S中微网数量与剩余微网数量的乘积，|N|！表示所有微网的数量，v为微网i的支付函数，S∪{i}表示微网i加入后形成的新联盟，v(S∪{i})表示新联盟的支付函数，v(S)表示联盟S的支付函数；

步骤2.3：对于初始联盟结构中的第i个联盟S_i，考虑能否分裂成子联盟：

当联盟S_i满足帕累托最优条件时，将联盟S_i分裂成子联盟S_p与子联盟S_q，即联盟S_i内部的所有微网在分裂成子联盟S_p与S_q后，微网的分配的收益都不会劣于其在分裂前联盟内部的收益；

当分裂后的子联盟S_p与子联盟S_q分别满足帕累托最优条件时，则继续分裂成子联盟S_p′和子联盟S_q′；

反之，则不进行分裂；

若初始联盟结构中没有可以分裂的子联盟，则形成最后的最优联盟结构S_final进入步骤2.4；

步骤2.4：判断最优联盟结构S_final是否稳定收敛，若不是，则返回步骤2.2重新执行，若是，则输出联盟结构划分方法。

4.根据权利要求1所述的基于合作博弈动态联盟结构划分的互联微网经济调度方法，其特征在于，所述步骤3具体为：集中控制中心根据求解的最优联盟结构，将最优联盟结构配对指令发送给各个微网，各个微网的多代理系统在收到指令后，与最优联盟结构内部的其他微网进行信息交互，同时开始能量交互。