CN111130101A - 一种多端口能量路由器多场景容量配置优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多端口能量路由器多场景容量配置优化方法，方法包括获取博弈主体和博弈主体参数，根据博弈主体和博弈主体参数建立评价模型；根据评价模型计算小水电站的总支付、光伏系统的总支付、储能电池的总支付和电网负荷的总支付；根据小水电站的总支付、光伏系统的总支付、储能电池的总支付和电网负荷的总支付利用博弈模型计算纳什均衡点。与现有技术相比，本申请通过可靠、全面的成本、收益计算，针对电网各方均建立了全面科学的博弈模型，对不同场景下的不同功能所带来的效益建立了一套可行、可靠和科学的调度优化方案，能够使得目前的容量配置实现利益的最大化。

Description

一种多端口能量路由器多场景容量配置优化方法

技术领域

本发明涉及电力电网技术领域，特别涉及一种多端口能量路由器多场景容量配置优化方法。

背景技术

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。同时，随着可再生能源发电的兴起，电网接纳可再生能源的发电量就成为了电网的重要目标之一。

现代化经济园区集特殊生态农业园、绿色工业园、现代化大学城等一体，其具有用电量大，对供电质量、供电可靠性要求高，电力负荷增长快等特点。对于云南电网的现状，由于地域原因，存在大量小水电站，若辅以光伏储能系统，逆变模块，依靠一定的能量管理策略，可构成多端口能量路由器，用于起到实现电网负荷的削峰填谷，各微源的经济效益较大化，电网的调压调频等作用，由此带来的竞争机制将使电价普遍降低，并改变价格与负荷峰谷的关系。

但是，目前电网对于多端口能量路由器多场景下容量配置优化，一直处于粗放的评价体系，几乎只有对经济效益进行衡量，未考虑不同场景下的不同功能所带来的效益，并没有一套可行、可靠和科学的调度优化方案，从而使得目前的容量配置不能够实现利益的最大化。

发明内容

本发明实施例提供了一种多端口能量路由器多场景容量配置优化方法，以解决目前电网对于多端口能量路由器多场景下容量配置优化，一直处于粗放的评价体系，几乎只有对经济效益进行衡量，未考虑不同场景下的不同功能所带来的效益，并没有一套可行、可靠和科学的调度优化方案，从而使得目前的容量配置不能够实现利益的最大化的问题。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

本发明实施例提供了一种多端口能量路由器多场景容量配置优化方法，所述方法包括：获取博弈主体和博弈主体参数，所述博弈主体包括小水电站、光伏系统、储能电池和电网负荷；根据所述博弈主体和所述博弈主体参数建立多端口能量路由器传统经济效益评价模型、削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型；根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算小水电站的总支付、光伏系统的总支付、储能电池的总支付和电网负荷的总支付；根据所述小水电站的总支付、所述光伏系统的总支付、所述储能电池的总支付和所述电网负荷的总支付利用博弈模型计算纳什均衡点。

结合一方面，在第一种可能的实现方式中，所述博弈主体参数包括：微网投资成本C_OI ⁱ、微网运行和维护费用C_OM ⁱ、微网环境效益B_EC ⁱ、微网降损效益B_LR ⁱ、延缓电网建设的效益B_TD ⁱ、可靠性效益B_RB和节能效益B_ES，所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型为：Cⁱ＝(B_EC ⁱ+B_LR ⁱ+B_TD ⁱ+B_RB+B_ES)-(C_OI ⁱ+C_OM ⁱ)。

结合第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述博弈主体参数还包括：功能性指标f_TD和可靠性指标LOLP_h，所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型为：L＝ω₁(f_TD)_nor+ω₂(LOLP_h)_nor。

结合第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述博弈主体参数还包括：对有功调频的评价指标、对有功调频的偏差指标、有功不平衡指标、系统侧不平衡功率和系统频率最大偏差和稳态偏差，所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型为：

F＝ω₁R_nor+ω₂(d_u,p,m)_nor+ω₃(d_u,p,s)_nor。

结合第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算小水电站的总支付包括：根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型计算小水电站的经济收益支付I_ECOW；根据所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型计算小水电站的削峰填谷支付I_LW；根据所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算小水电站的有功调频支付I_PW；根据所述小水电站的经济收益支付I_ECOW、小水电站的削峰填谷支付I_LW和所述小水电站的有功调频支付I_PW计算小水电站的总支付I_W＝I_ECOW+I_LW+I_PW。

结合第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算光伏系统的总支付包括：根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型计算光伏系统的经济收益支付I_ECOS；根据所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型计算光伏系统的削峰填谷支付I_LS；根据所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算光伏系统的有功调频支付I_PS；根据所述光伏系统的经济收益支付I_ECOS、光伏系统的削峰填谷支付I_LS和所述光伏系统的有功调频支付I_PS计算光伏系统的总支付I_S＝I_ECOS+I_LS+I_PS。

结合第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算储能电池的总支付包括：根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型计算储能系统的经济收益支付I_ECOB；根据所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型计算储能系统的削峰填谷支付I_LB；根据所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算储能系统的有功调频支付I_PB；根据所述储能系统的经济收益支付I_ECOB、储能系统的削峰填谷支付I_LB和所述储能系统的有功调频支付I_PB计算储能系统的总支付I_B＝I_ECOB+I_LB+I_PB。

结合第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算储能电池的总支付包括：根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型计算电网负荷的经济收益支付I_ECOG；根据所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型计算电网负荷的削峰填谷支付I_LG；根据所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算电网负荷的有功调频支付I_PG；根据所述电网负荷的经济收益支付I_ECOG、电网负荷的削峰填谷支付I_LG和所述电网负荷的有功调频支付I_PG计算电网负荷的总支付I_G＝I_ECOG+I_LG+I_PG。

结合第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，根据所述小水电站的总支付、所述光伏系统的总支付、所述储能电池的总支付和所述电网负荷的总支付利用博弈模型计算纳什均衡点，包括：获取所述小水电站、所述光伏系统、所述储能系统和所述电网负荷的连续的策略集合S_W、S_S、S_B、S_G，所述策略用于指示所述小水电站、所述光伏系统、所述储能系统和所述电网负荷的容量；根据所述策略集合、所述小水电站的总支付、所述光伏系统的总支付、所述储能系统的总支付和所述电网负荷的总支付利用深度学习算法计算纳什平衡点。

结合第九种可能的实现方式，在第十种可能的实现方式中，所述策略包括保守策略和激进策略，所述保守策略选择减少固定容量，所述激进策略选择增大固定容量，根据所述保守策略和所述激进策略将所述博弈主体分为两个派系。

从上述实施例可以看出，方法包括获取博弈主体和博弈主体参数，所述博弈主体包括小水电站、光伏系统、储能电池和电网负荷；根据所述博弈主体和所述博弈主体参数建立多端口能量路由器传统经济效益评价模型、削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型；根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算小水电站的总支付、光伏系统的总支付、储能电池的总支付和电网负荷的总支付；根据所述小水电站的总支付、所述光伏系统的总支付、所述储能电池的总支付和所述电网负荷的总支付利用博弈模型计算纳什均衡点。与现有技术相比，本实施例通过可靠、全面的成本、收益计算，针对电网各方均建立了全面科学的博弈模型，对不同场景下的不同功能所带来的效益建立了一套可行、可靠和科学的调度优化方案，能够使得目前的容量配置实现利益的最大化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明多端口能量路由器多场景容量配置优化方法流程图；

图2为本发明博弈主体间的拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，为本发明多端口能量路由器多场景容量配置优化方法流程图，所述方法包括以下步骤：

步骤101：获取博弈主体和博弈主体参数，所述博弈主体包括小水电站、光伏系统、储能电池和电网负荷。博弈主体包括云南电网水电站、光伏系统、储能电池和电网负荷四个博弈参与者，博弈主体间的拓扑结构如图2所示，水电端口即小水电站，并网逆变即电网负荷，水电端口通过PWM整流器与DC-BUS相连接，并网逆变通过PQ逆变器与DC-BUS相连接，储能电池和光伏系统均通过DC/DC变换器与DC-BUS相连接。

步骤102：根据所述博弈主体和所述博弈主体参数建立多端口能量路由器传统经济效益评价模型、削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型；

博弈主体参数具体包括水电站供电容量X_W、光伏电池出力容量X_S、储能电池容量X_B、负荷需求容量X_G。为构建多端口能量路由器传统经济效益评价模型、削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型，相关参数还包括传统发电方最佳发电侧的发电量及电价、有“削峰填谷”容量配置的发电量及销售电价、“有功调频”容量配置收取的过网费。

其中，所述博弈主体参数包括：微网投资成本C_OI ⁱ、微网运行和维护费用C_OM ⁱ、微网环境效益B_EC ⁱ、微网降损效益B_LR ⁱ、延缓电网建设的效益B_TD ⁱ、可靠性效益B_RB和节能效益B_ES，所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型为：

Cⁱ＝(B_EC ⁱ+B_LR ⁱ+B_TD ⁱ+B_RB+B_ES)-(C_OI ⁱ+C_OM ⁱ)。

微网投资成本C_OI ⁱ：微源是指分散在电力负荷附近、容量在数千瓦至十兆瓦之间的分布式发电及储能装置。由于建设微网而增加的第i种分布式能源的等年值投资成本为：C_OI ⁱ＝[C_iP_i(1+α_i)-P_MG(1+σ)C₀]·f_cr。式中，C_i为第i种分布式电源的成本(单位：元/kw)；P_i为第i种分布式电源的装机容量；α_i为安装和电力电子接口装置成本占设备成本的比例，一般取30％；P_MG为微电网总装机容量；C₀为燃煤火电单位装机价格；f_α为资金回收系数。

微网运行和维护费用C_OM ⁱ：相对运行维护成本分布式电源的运行维护成本一般正比于装机容量，相比于集中式燃煤发电，微网的年运行和维护费用为C_OM ⁱ＝P_iC_OMi-P_MG(1+σ)C_OM0。式中：C_OM ⁱ为第i种微源单位容量年运维费用；C_OM0是燃煤火电厂单位容量年运维费用。

微网环境效益B_EC ⁱ：环境效益，微网投入运行后电力市场上对负荷的需求减少，减少的负荷需求分为两方面：一方面是由网内分布式发电代替燃煤发电直接减少的负荷需求；另一方面是因分布式发电直接供能而避免的远距离电能传输损耗。根据传统集中式火力发电和各种分化式电源发电的污染排放水平数据将环境污染影响折算成环保收益公BEC。

式中：V_j,k为第k种DG的第j种污染物的排放系数；V_0,k为集中式火力发电的第j种污染物的排放系数；V_j为其污染物的环境价值；V_j’为污染物所受罚款；M为污染物的种类；MG为微网内化石能源发电的微电源组合。下表为电力行业污染物环境评价标准。

电力行业污染物环境评价标准(元/g)

微网降损效益B_LR ⁱ：网损效益，由于分布式电源配置在负荷的附近，在送电过程中的电能损耗必然比远距离输送同等容量电能的损耗要小，因此分布式电源的合理配置可以降低输配电网的损耗。微网的降损效益与配电网的网架结构、运行方式、集中式发电的输电距离、负荷情况及分布式电源的位置分布、容量等因素密切相关。如果认为分布式电源的输电损耗近似为零，则微网投入后减少的传输损耗等于远距离输电的网损率。分布式电源的降损效益B_LR计算式为：B_LR ⁱ＝σE_DG,iP_e。式中：σ为集中式发电单位电能传输损耗；E_DG,i为网内中第i个分布式电源的年发电量；P_e为电网平均售电价，取0.491元/kWh。

延缓电网建设的效益B_TD ⁱ：延缓电网建设的效益，微电网的合理规划建设可以有效降低用电高峰时配电系统对输电网输送容量的需求。对于负荷密集且配电网改造扩容困难的中心城区或者供电困难的偏远地区，电网公司如果能在电网规划阶段综合考虑微网在避免输/配电阻塞方面的作用，通过引导投资者合理规划微电网，就可以通过这种形式一定程度满足负荷增长的需求，从而延缓输配电设施的建设投资。用B_TD ⁱ表示延缓电网投资的价值，则其计算式为：B_TD ⁱ＝P_MG·c_d。式中：P_MG表示微电网的分布式电源总装机容量；c_d为单位分布式电源对应的年等效缓建收益，根据经验值一般取310元/kW·a。

可靠性效益B_RB：可靠性效益，微电网通过先进的电力电子技术将DG、负荷和储能装置等进行了有机整合，既可以与外电网并网运行，也可以PCC点解列后转入孤岛运行。当主网发生故障不能继续正常供电时，微电网可通过切断PCC点转入独立运行来保证对微网内负荷的可靠供电，从而可以保证网内供电可靠性。从全社会的角度出发，微电网提高供电可靠性所带来的收益可采用期望停电损失的减少来评估。停电损失可以用期望缺电量乘以电能中断损失率(interrupted energy assessment rate，IEAR)R_IEAR来评价。电能中断损失率R_IEAR，定义为由于电网供电中断造成用户因得不到单位电量而引起的经济损失，用以描述某一类或全社会用户每承受单位电能中断所遭受的经济损失。微网的可靠性效益计算式为:

B_RB＝R_IEARλ_upr_up(1-ε)P_L。式中：λ_up为传统电网在负荷点的年均停电频率；r_up为传统电网在负荷点的平均停电持续时间；ε为微电网切换到孤岛模式的失败概率；P_L为微电网在孤岛运行模式期间所满足的平均负荷功率需求；R_IEAR为微电网内负荷的电能中断损失率。

节能效益B_ES：节能效益，与传统燃煤火力发电机组相比，微电网内的风力发电机、光伏电池等新能源发电过程不需要消耗化石燃料。因而微电网的节能效益表现为节约了大量的一次能源，其节能效益可以用下式表示：B_ES ^j＝M₀p₀E-M_jp_jE_j。式中，M₀表示传统火电机组单位发电量所消耗的煤炭量；p₀表示煤炭的价格；E_i表示第i种分布式电源年发电量；n表示微网内非可再生能源的集合；M_j表示第j种分布式发电单位发电量消耗的一次能源量；p_j表示第j种一次能源价格；E_j表示第j种非可再生能源的年发电量。

所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型为效益减去成本，即：

Cⁱ＝(B_EC ⁱ+B_LR ⁱ+B_TD ⁱ+B_RB+B_ES)-(C_OI ⁱ+C_OM ⁱ)。式中，i表示第i个分布式微源。

所述博弈主体参数还包括：功能性指标f_TD和可靠性指标LOLP_h，所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型为：L＝ω₁(f_TD)_nor+ω₂(LOLP_h)_nor。

所述的“削峰填谷”场景下多端口能量路由器功能评价模型，具体为采用如下关系式建立模型。

根据多端口能量路由器中使用的能量管理策略，通过储能电池对直流微网的充放电可实现削峰填削峰填谷平滑度指标，选取经削峰填谷后负荷曲线的标准差来评估负荷曲线的平坦程度，建立削峰填谷的平滑度指标函数，进而确定多端口能量路由器削峰填谷功能的优劣程度。故得到功能性指标函数：

式中，n为一年中负荷点的个数，本文的时间尺度取1小时，即n取8760，t分别取1、2……8760。P_L(t)为t时刻的负荷功率值，P(t)为t时刻储能电池的网侧功率值，规定储能电池的充电功率为正，放电功率为负。

削峰填谷的可靠性指标，即失负荷概率，指的是发电系统的可用容量不能满足系统最大负荷需求时的概率。在应用解析法计算电力不足概率时，考虑负荷波动和发生停运一台机组的事故这两种情况。电力不足概率的计算公式如下：

式中，LOLP_h为峰荷时段的电力不足概率，P_tot为发电机组总容量，m为机组台数，P_Gi为第i机组的容量，FOR_i为第i机组的强迫停运率，φ(-)为标准正态分布函数，σ为负荷变动的标准差，P_L.max为最大负荷值，ε为配网侧等效系数，R峰荷时段的等效备用容量，P_tot.εqu为机组等效总容量，P_Gj.εqu第台机组的等效容量。

计算削峰填谷综合评价目标函数，各个评价指标相对于储能电池的综合评价指标来说，它们之间相对的重要程度是不尽相同的。通常用权重来描述各个评价指标之间的相对重要性，权重代表了指标对总指标的贡献程度。由于各指标的量纲不一致，故需进行指标的归一化处理。得到所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型：

L＝ω₁(f_TD)_nor+ω₂(LOLP_h)_nor。式中，(f_TD)_nor,(LOLP_h)_nor分别为平滑度指标与可靠性指标归一化处理后的数值。ω₁，ω₂分别为两个对应指标的权重ω₁+ω₂＝1。

另外，所述博弈主体参数还包括：对有功调频的评价指标、对有功调频的偏差指标、有功不平衡指标、系统侧不平衡功率和系统频率最大偏差和稳态偏差，所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型为：

F＝ω₁R_nor+ω₂(d_u,p,m)_nor+ω₃(d_u,p,s)_nor。

具体的，所述的建立“有功调频”场景下多端口能量路由器功能评价模型，具体为采用如下步骤建立模型：通过容量优化配置模型的模拟运算，可得到在t时刻时，各微源侧的有功功率分布。根据多端口能量路由器的能量管理策略，主要利用储能电池系统与逆变系统之间的功率交互以及对逆变器的控制，改变逆变侧的有功功率输入，再根据上述无差调频控制模型，模拟出t时刻下连接逆变模块的电网频率，形成年(日)电网频率曲线。继而在此基础上构建对有功调频的评价指标。

频率偏差指标，根据一年8760个小时内各个频率的分布曲线，取一年内频率的标准差作为有功调频的频率偏差指标：

式中f_t为在t时刻时电网的频率。

有功不平衡指标，电力系统具有固有频率特性，经差分化，可得系统动态频率的递推公式：

式中:Δf为系统频率偏差(相对额定频率50Hz)；Δt为时间步长；M_eq为系统等效惯量；D_L为负荷频率调节效应系数；P_u、P_loss、P_w、ΔP_G、P_e、P_u,p分别为系统总不平衡功率、系统故障损失功率、风电机组有功增量(相对故障前平衡状态)、常规机组有功增量(相对故障前平衡状态)、储能系统有功功率和系统侧不平衡功率。

在储能没有参与调频情况下，当系统发生故障如机组跳闸时，系统频率在最低点和新稳态时，其变化率等于零即Δf^t＝Δf^t-Δt，可知系统在频率最低点和稳态时，系统侧不平衡功率：

式中Δf_d、Δf_s分别为系统频率最大偏差和稳态偏差。Δf_d可设定为系统启动低频减载对应的频率偏差阈值f_UELS。而Δf_s的大小取决于系统故障损失功率、系统等效调差系数R_eq和负荷频率调节效应系数D_L，其中，

为了使储能快速调频方法可适应系统不同故障扰动情况，将系统侧不平衡功率进行归一化处理：γ_u,p＝-P_u,p/P_loss。式中γ_u,p为系统侧有功不平衡率(简称“不平衡率”)进而，由此可得到在频率最低点和稳态时有功不平衡率：

式中:γ_u,p,m为系统频率最低点时有功不平衡率；γ_u,p,s为系统频率稳态时有功不平衡率。

γ_u,p,m、γ_u,p,s可分别作为频率跌落阶段与频率恢复阶段的有功不平衡率参考点。基于上述2个参考点,提出系统有功不平衡指标,分别一下公式所示,用来描述系统故障后在频率变化不同阶段的有功不平衡程度：

式中:d_u,p,m为频率跌落阶段有功不平衡指标；d_u,p,s为频率恢复阶段有功不平衡指标；γ_u,p,r为系统从频率跌落阶段转为恢复阶段时对应的不平衡率。d_u,p,m可表征多端口能量路由器“有功调频”优化模型的功率不平衡指标，用于确定在频率跌落阶段储能快速调频的投入时机与有功出力。

根据上述指标，将其进行归一化处理，得到所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型为：F＝ω₁R_nor+ω₂(d_u,p,m)_nor+ω₃(d_u,p,s)_nor。式中，ω₁，ω₂，ω₃为三个指标对应的权重，可取0.5,0.25,0.25。R_nor,(d_u,p,m)_nor,(d_u,p,s)_nor分别为频率偏差指标R，频率跌落阶段有功不平衡指标，d_u,p,m频率恢复阶段有功不平衡指标d_u,p,s经过归一化处理后的数值。

步骤103：根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算小水电站的总支付、光伏系统的总支付、储能电池的总支付和电网负荷的总支付。

其中，根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算小水电站的总支付包括：根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型计算小水电站的经济收益支付I_ECOW；根据所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型计算小水电站的削峰填谷支付I_LW；根据所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算小水电站的有功调频支付I_PW；根据所述小水电站的经济收益支付I_ECOW、小水电站的削峰填谷支付I_LW和所述小水电站的有功调频支付I_PW计算小水电站的总支付I_W＝I_ECOW+I_LW+I_PW。

具体的，计算经济收益支付I_ECOW＝C^W，式中C^W表示小水电的经济评价指标。在削峰填谷的场景下，通过储能电池对系统供电，此时可近似认为小水电的贡献为0，即“削峰填谷”支付I_LW＝0。“有功调频”支付，根据各主体的容量大小平均分配，

式中，X_W、X_S、X_B、X_G为各博弈主体的策略，即容量大小，K_F为评价指标与支付收益的转换系数，F为所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型：F＝ω₁R_nor+ω₂(d_u,p,m)_nor+ω₃(d_u,p,s)_nor。

计算“云南小水电”的总支付(成本已在经济收益I_ECOW中体现)：I_W＝I_ECOW+I_LW+I_PW。

根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算光伏系统的总支付包括：根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型计算光伏系统的经济收益支付I_ECOS；根据所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型计算光伏系统的削峰填谷支付I_LS；根据所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算光伏系统的有功调频支付I_PS；根据所述光伏系统的经济收益支付I_ECOS、光伏系统的削峰填谷支付I_LS和所述光伏系统的有功调频支付I_PS计算光伏系统的总支付I_S＝I_ECOS+I_LS+I_PS。

具体的，计算经济收益支付I_ECO2＝C^S，式中C^S表示光伏系统的经济评价指标。计算“削峰填谷”支付I_LS＝0。“有功调频”支付，根据各主体的容量大小平均分配，

式中，X_W、X_S、X_B、X_G为各博弈主体的策略，即容量大小，K_F为评价指标与支付收益的转换系数，F为所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型：F＝ω₁R_nor+ω₂(d_u,p,m)_nor+ω₃(d_u,p,s)_nor。

计算“光伏系统”的总支付(成本已在经济收益I_ECO2中体现)：I_S＝I_ECOS+I_LS+I_PS。

根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算储能电池的总支付包括：根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型计算储能系统的经济收益支付I_ECOB；根据所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型计算储能系统的削峰填谷支付I_LB；根据所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算储能系统的有功调频支付I_PB；根据所述储能系统的经济收益支付I_ECOB、储能系统的削峰填谷支付I_LB和所述储能系统的有功调频支付I_PB计算储能系统的总支付I_B＝I_ECOB+I_LB+I_PB。

具体的，计算经济收益支付I_ECO3＝C³，式中C^S表示储能系统的经济评价指标。计算“削峰填谷”支付I_L3＝K_LL，K_L为评价指标与支付收益的转换系数。“有功调频”支付，根据各主体的容量大小平均分配，

式中，X_W、X_S、X_B、X_G为各博弈主体的策略，即容量大小，K_F为评价指标与支付收益的转换系数，F为所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型：F＝ω₁R_nor+ω₂(d_u,p,m)_nor+ω₃(d_u,p,s)_nor。

计算“储能系统”的总支付(成本已在经济收益I_ECOB中体现)：I_B＝I_ECOB+I_LB+I_PB。

根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算储能电池的总支付包括：根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型计算电网负荷的经济收益支付I_ECOG；根据所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型计算电网负荷的削峰填谷支付I_LG；根据所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算电网负荷的有功调频支付I_PG；根据所述电网负荷的经济收益支付I_ECOG、电网负荷的削峰填谷支付I_LG和所述电网负荷的有功调频支付I_PG计算电网负荷的总支付I_G＝I_ECOG+I_LG+I_PG。

具体的，计算经济收益支付I_ECOB＝C^B，式中C^B表示小水电的经济评价指标。计算“削峰填谷”支付I_LB＝0。“有功调频”支付，根据各主体的容量大小平均分配，

式中，X_W、X_S、X_B、X_G为各博弈主体的策略，即容量大小，K_F为评价指标与支付收益的转换系数，F为所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型：F＝ω₁R_nor+ω₂(d_u,p,m)_nor+ω₃(d_u,p,s)_nor。

计算“电网负荷”的总支付(成本已在经济收益I_ECOG中体现)：I_G＝I_ECOG+I_LG+I_PG。

步骤:104：根据所述小水电站的总支付、所述光伏系统的总支付、所述储能电池的总支付和所述电网负荷的总支付利用博弈模型计算纳什均衡点。

具体的，根据所述小水电站的总支付、所述光伏系统的总支付、所述储能电池的总支付和所述电网负荷的总支付利用博弈模型计算纳什均衡点，包括：获取所述小水电站、所述光伏系统、所述储能系统和所述电网负荷的连续的策略集合S_W、S_S、S_B、S_G，所述策略用于指示所述小水电站、所述光伏系统、所述储能系统和所述电网负荷的容量；根据所述策略集合、所述小水电站的总支付、所述光伏系统的总支付、所述储能系统的总支付和所述电网负荷的总支付利用深度学习算法计算纳什平衡点。

其中，所述策略包括保守策略和激进策略，所述保守策略选择减少固定容量，所述激进策略选择增大固定容量，根据所述保守策略和所述激进策略将所述博弈主体分为两个派系。在博弈模型中，博弈主体为小水电站(W)，光伏系统(S),储能系统(B)，电网负荷(G)，博弈主体的策略即为各自的容量，分别记为X_W、X_S、X_B、X_G，决策变量可在某个范围内连续取值，即各参与者具有连续的策略集合S_W、S_S、S_B、S_G。具体为

支付函数为I＝(I_W,I_S,I_B,I_G)，受博弈情况变化。同时，在各决策的策略空间选取均衡点初值(X_W ⁰,X_S ⁰,X_B ⁰,X_G ⁰)。

其中，可选策略即为可能出现的博弈模式，共16种；在博弈过程中，存在保守策略和激进策略，保守策略将选择减少固定容量，激进策略将选择增大固定容量，故可将博弈主体分为两个派系，即

{W,S,B,G}、{W}{S,B,G}、{S}{W,B,G}、{B}{W,S,G}、{G}{W,S,B}、{W,S}{B,G}、{W,B}{S,G}、{W,G}{B,S}、{S,B}{W,G}、{S,G}{W,B}、{B,G}{W,S}、{W,B,G}{S}、{W,S,G}{B}、{W,S,B}{G}、{S,B,G}{W}、{W,S,B,G}

其中，前者为保守策略，后者为激进策略。W表示小水电站、S表示光伏系统、B表示储能系统、G表示电网负荷。

所述的深度学习算法求解的具体过程为：对于学习个体的可选策略集合为S_T＝(s_t1,s_t2,...,s_tW),W为策略集合总数，在本申请中W＝16，即

S_t2＝{W}{S,B,G}、S_t3＝{S}{W,B,G}、S_t4＝{B}{W,S,G}、S_t5＝{G}{W,S,B}、S_t6＝{W,S}{B,G}、S_t7＝{W,B}{S,G}、S_t8＝{W,G}{B,S}、S_t9＝{S,B}{W,G}、S_t10＝{S,G}{W,B}、S_t11＝{B,G}{W,S}、S_t12＝{W,B,G}{S}、S_t13＝{W,S,G}{B}、S_t14＝{W,S,B}{G}、S_t15＝{S,B,G}{W}、

其中，w＝1,2,3,...,W。若在重复博弈过程中的第D轮策略s_tf被选中，且设定学习个体h此轮收益为p_h,f(D)，其中h＝W,S,B,G，表示博弈主体，f表示所选的策略，I_h,f(D)即为各博弈主体对应的支付函数之和。则在D+1轮，对于任何策略s_tw的倾向更新公式为：q_h,,w(D+1)＝(1-r)q_h,w(D)+R_h,w(D)，

式中r为遗忘因子；e为一个经验参数，r随着学习过程的进行，对历史策略的倾向起到一定的抑制作用，从而使得新的策略倾向得到增强；参数e激励学习个体在重复博弈早期生成各种不同的报价策略；根据上述得到的各博弈策略的倾向指标q_h,,w(D+1)，在再次选择策略的时候，任意策略s_tw被选中的概率如下：

式中学习个体h根据新的概率，按照轮盘赌的方式选择下一轮的策略行为；c'为冷却系数，其大小将决定倾向指标对选择概率的影响程度，计算方式如下：

从上式中概率的计算方式中可以看出，即使策略行为倾向指标出现负值，由于利用了指数函数，其选择概率仍然为正，符合关于选择概率的定义。重复进行上述博弈，根据倾向更新公式，

根据上式：随着博弈的重复进行，对于收益I_h,f(D)较低的策略模式即使被选中，其倾向指标q_h,,w(D+1)在下一次的更新过程中，相对于其他收益高的策略而言倾向指标还是偏低的，再加上策略的选择是依照倾向指标随机选择的，因此其收益低的策略选择的概率也会逐渐降低；反而言之，对于收益q_h,,w(D+1)较高的策略模式，不仅倾向指标q_h,,w(D+1)的增幅较大，同时被选中的概率也将逐渐增加，两者在一定范围内均会导致正反馈。因此在逐渐博弈过程中，策略空间(即能量路由器各端口的容量配置)将会逐渐趋近于收益较大的点，从而在稳定状态下处于一个策略模式的动态平衡。最终，策略集合将最终趋向于能量路由器的最佳容量，也称之为纳什均衡点。所述的求解纳什均衡点即为：求解云南电网小水电站容量、光伏系统容量、储能电池容量和电网负荷容量，使其达到纳什均衡点，从而使得各个博弈主体的利益最大，完成云南电网多场景容量配置优化。

从上述实施例可以看出，方法包括获取博弈主体和博弈主体参数，所述博弈主体包括小水电站、光伏系统、储能电池和电网负荷；根据所述博弈主体和所述博弈主体参数建立多端口能量路由器传统经济效益评价模型、削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型；根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算小水电站的总支付、光伏系统的总支付、储能电池的总支付和电网负荷的总支付；根据所述小水电站的总支付、所述光伏系统的总支付、所述储能电池的总支付和所述电网负荷的总支付利用博弈模型计算纳什均衡点。与现有技术相比，本实施例通过可靠、全面的成本、收益计算，针对电网各方均建立了全面科学的博弈模型，对不同场景下的不同功能所带来的的效益建立了一套可行、可靠和科学的调度优化方案，能够使得目前的容量配置实现利益的最大化。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多端口能量路由器多场景容量配置优化方法，其特征在于，所述方法包括：

获取博弈主体和博弈主体参数，所述博弈主体包括小水电站、光伏系统、储能电池和电网负荷；

根据所述博弈主体和所述博弈主体参数建立多端口能量路由器传统经济效益评价模型、削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型；

根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算小水电站的总支付、光伏系统的总支付、储能电池的总支付和电网负荷的总支付；

根据所述小水电站的总支付、所述光伏系统的总支付、所述储能电池的总支付和所述电网负荷的总支付利用博弈模型计算纳什均衡点。

2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述博弈主体参数包括：微网投资成本C_OI ⁱ、微网运行和维护费用C_OM ⁱ、微网环境效益B_EC ⁱ、微网降损效益B_LR ⁱ、延缓电网建设的效益B_TD ⁱ、可靠性效益B_RB和节能效益B_ES，所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型为：Cⁱ＝(B_EC ⁱ+B_LR ⁱ+B_TD ⁱ+B_RB+B_ES)-(C_OI ⁱ+C_OM ⁱ)。

3.根据权利要求2所述的优化方法，其特征在于，所述博弈主体参数还包括：功能性指标f_TD和可靠性指标LOLP_h，所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型为：

L＝ω₁(f_TD)_nor+ω₂(LOLP_h)_nor。

4.根据权利要求3所述的优化方法，其特征在于，所述博弈主体参数还包括：对有功调频的评价指标、对有功调频的偏差指标、有功不平衡指标、系统侧不平衡功率和系统频率最大偏差和稳态偏差，所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型为：

F＝ω₁R_nor+ω₂(d_u,p,m)_nor+ω₃(d_u,p,s)_nor。

5.根据权利要求4所述的优化方法，其特征在于，根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算小水电站的总支付包括：

根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型计算小水电站的经济收益支付I_ECOW；

根据所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型计算小水电站的削峰填谷支付I_LW；

根据所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算小水电站的有功调频支付I_PW；

根据所述小水电站的经济收益支付I_ECOW、小水电站的削峰填谷支付I_LW和所述小水电站的有功调频支付I_PW计算小水电站的总支付I_W＝I_ECOW+I_LW+I_PW。

6.根据权利要求5所述的优化方法，其特征在于，根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算光伏系统的总支付包括：

根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型计算光伏系统的经济收益支付I_ECOS；

根据所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型计算光伏系统的削峰填谷支付I_LS；

根据所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算光伏系统的有功调频支付I_PS；

根据所述光伏系统的经济收益支付I_ECOS、光伏系统的削峰填谷支付I_LS和所述光伏系统的有功调频支付I_PS计算光伏系统的总支付I_S＝I_ECOS+I_LS+I_PS。

7.根据权利要求6所述的优化方法，其特征在于，根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算储能电池的总支付包括：

根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型计算储能系统的经济收益支付I_ECOB；

根据所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型计算储能系统的削峰填谷支付I_LB；

根据所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算储能系统的有功调频支付I_PB；

根据所述储能系统的经济收益支付I_ECOB、储能系统的削峰填谷支付I_LB和所述储能系统的有功调频支付I_PB计算储能系统的总支付I_B＝I_ECOB+I_LB+I_PB。

8.根据权利要求7所述的优化方法，其特征在于，根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型、所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型和所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算储能电池的总支付包括：

根据所述多端口能量路由器传统经济效益评价模型计算电网负荷的经济收益支付I_ECOG；

根据所述削峰填谷场景下多端口能量路由器功能评价模型计算电网负荷的削峰填谷支付I_LG；

根据所述有功调频场景下多端口能量路由器功能评价模型计算电网负荷的有功调频支付I_PG；

根据所述电网负荷的经济收益支付I_ECOG、电网负荷的削峰填谷支付I_LG和所述电网负荷的有功调频支付I_PG计算电网负荷的总支付I_G＝I_ECOG+I_LG+I_PG。

9.根据权利要求8所述的优化方法，其特征在于，根据所述小水电站的总支付、所述光伏系统的总支付、所述储能电池的总支付和所述电网负荷的总支付利用博弈模型计算纳什均衡点，包括：

获取所述小水电站、所述光伏系统、所述储能系统和所述电网负荷的连续的策略集合S_W、S_S、S_B、S_G，所述策略用于指示所述小水电站、所述光伏系统、所述储能系统和所述电网负荷的容量；

根据所述策略集合、所述小水电站的总支付、所述光伏系统的总支付、所述储能系统的总支付和所述电网负荷的总支付利用深度学习算法计算纳什平衡点。

10.根据权利要求8所述的优化方法，其特征在于，所述策略包括保守策略和激进策略，所述保守策略选择减少固定容量，所述激进策略选择增大固定容量，根据所述保守策略和所述激进策略将所述博弈主体分为两个派系。

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