CN113435651A - 计及用户舒适度的虚拟电厂三阶段多主体优化博弈方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计及用户舒适度的虚拟电厂三阶段多主体优化博弈方法及系统，方法包括：通过聚合多种分布式能源建立虚拟电厂以提出售电公司、虚拟电厂和需求响应负荷侧的三阶段博弈模型，优化购售电价格和分布式能源出力；建立以用户为导向的需求响应中断机制，在负荷侧引入用户舒适度作为目标函数，合理引导用户进行需求响应和储能装置充放电。本发明可以根据市场运行机制充分考虑用户舒适度，提高售电公司利益和减小虚拟电厂运行成本，综合提升提高资源整合配置，保障电力系统稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电力市场优化调度相关技术领域，具体是一种计及用户舒适度的虚拟电厂三阶段多主体优化博弈方法及系统。
背景技术
伴随电网技术和经济的飞速发展，可再生能源的波动性及小型分布式能源并网使得用电压力骤增。为促进能源低碳转型和供给侧结构改革，虚拟电厂能够通过信息通讯和协调管控实现“源网荷储”一体化运行，聚合分布式能源实现优化调度。伴随着市场供需形势的变化，虚拟电厂纳入柔性负荷可以实现需求侧能源协调互补，缓解电网调控压力，为电力系统提供能源保障。
在目前所研究的虚拟电厂的优化调度中，多采用单层优化模型或双层协调优化模型，市场主体涵盖范围较窄，实际可操作性差。虚拟电厂内部考虑需求响应规模和占比机制，但未计及负荷侧需求响应调度优化，无法发掘用户潜力。且多未同时涉及内部博弈和外部市场竞争问题，对考虑虚拟电厂的购售电价优化问题有所欠缺。为完善能源互联综合能源服务体制，需建立“用户导向型”需求响应制度，在考虑售电公司和虚拟电厂优化博弈实现供需平衡的同时，计及用户舒适度，合理体现柔性负荷价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种计及用户舒适度的虚拟电厂三阶段多主体优化博弈方法及系统，分别考虑售电公司收益、虚拟电厂运行成本和用户舒适度为目标进行三阶段优化博弈；计及用户舒适度以提升负荷侧自主参与需求响应运行机制，改变用电模式。
本发明的目的是由以下技术方案实现的：一种计及用户舒适度的虚拟电厂三阶段多主体优化博弈方法，包括以下步骤：
步骤1、售电公司优化虚拟电厂购售电价构建最大利润模型；
步骤2、聚合分布式能源建立虚拟电厂优化模型最小化调度成本以分配电源出力；
步骤3、考虑参与需求响应的柔性负荷建立用电舒适度优化模型；
步骤4、对三阶段优化博弈模型进行利益分配，获取纳什均衡解。
一种计及用户舒适度的虚拟电厂三阶段多主体优化博弈系统，包括：
最大利润模型构建模块，售电公司优化虚拟电厂购售电价构建最大利润模型；
虚拟电厂优化模型构建模块，聚合分布式能源建立虚拟电厂优化模型最小化调度成本以分配电源出力；
用电舒适度优化模型构建模块，考虑参与需求响应的柔性负荷建立用电舒适度优化模型；
纳什均衡解确定模块，对三阶段优化博弈模型进行利益分配，获取纳什均衡解。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述博弈方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述博弈方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)售电公司通过优化虚拟电厂购售电价进行电量交易以提升收益；(2)虚拟电厂聚合多种分布式能源建立优化调度模型，根据优化电价合理分配内部电源出力，减小虚拟电厂运行成本，保障电力系统稳定性；(3)通过建立售电公司、虚拟电厂和需求响应的多目标优化博弈模型，在负荷侧引入用户舒适度作为目标函数，基于多市场主体寻求均衡策略，能够根据市场运行机制充分考虑用户舒适度，激发负荷侧自主实施需求响应。
附图说明
图1为多市场主体利益优化分配流程图。
图2为不同场景下虚拟电厂出力及其购售电量示意图。
具体实施方式
本发明提出一种计及用户舒适度的虚拟电厂三阶段多主体优化博弈模型，包括以下步骤：
步骤1、售电公司优化虚拟电厂购售电价构建最大利润模型，包括：
虚拟电厂内部多为异构分散式能源，直接参与电力市场交易计算复杂。售电公司作为代理商优化虚拟电厂购售电价参与外部电力市场和虚拟电厂购售电以此建立售电公司利润模型：
式中：F1表示售电公司购售电收益，单位为元；T表示运行时段；
分别表示t时刻售电公司面向外部市场的售/购电价；
分别表示t时刻售电公司面向虚拟电厂的售/购电价；
分别表示t时刻售电公司面向外部市场的售/购电量；
分别表示t时刻售电公司面向虚拟电厂的售/购电量。
采用分时电价机制优化虚拟电厂购售电价格，因此分别考虑峰、谷、平时用电策略，对购售电价格的约束范围如下：
步骤2、聚合分布式能源建立虚拟电厂优化模型最小化调度成本以分配电源出力；具体为：
1)构建目标函数
式中：F2表示虚拟电厂调度成本；
分别表示t时刻传统发电机组、可再生能源发电机组、储能系统和需求响应运行成本；
表示t时刻储能系统的充放电收益；
表示t时刻需求响应中断负荷的补偿收益。其中有：
式中：v表示储能装置的个数；Pt DR表示t时刻需求响应负荷的中断功率；
分别表示储能装置的充/放电量。
步骤3、考虑参与需求响应的柔性负荷建立用电舒适度优化模型；具体为：
考虑负荷削减电量大小，将用户舒适度定义为负荷中断量占可中断总负荷的比重：
式中：F3表示用户舒适度，取值范围为[0,T]，取值越小表示需求负荷削减量越多，电量舒适度越差；
表示需求响应负荷的最大中断量；由于在虚拟电厂运行成本中需考虑Pt DR的运行成本及补偿收益，因此需建立合适的博弈策略以实现收益均衡。
步骤4、对三阶段优化博弈模型进行利益分配，获取纳什均衡解，具体为：
售电公司首先优化虚拟电厂购售电价以提升收益，其次虚拟电厂根据购售电价进行内部资源分配，在考虑售电公司和虚拟电厂优化博弈实现供需平衡的同时，计及用户舒适度，分别以售电公司利润最大、虚拟电厂调度成本最小及用户舒适度最高建立虚拟电厂三阶段多主体优化博弈模型，合理体现柔性负荷价值。
进一步的，本发明还提出一种计及用户舒适度的虚拟电厂三阶段多主体优化博弈系统，包括：
最大利润模型构建模块，售电公司优化虚拟电厂购售电价构建最大利润模型；
虚拟电厂优化模型构建模块，聚合分布式能源建立虚拟电厂优化模型最小化调度成本以分配电源出力；
用电舒适度优化模型构建模块，考虑参与需求响应的柔性负荷建立用电舒适度优化模型；
纳什均衡解确定模块，对三阶段优化博弈模型进行利益分配，获取纳什均衡解。
上述系统四个模块的具体处理过程与前文博弈方法部分四个步骤相同，此处不再赘述。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述博弈方法的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述博弈方法的步骤。
下面通过实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明。
实施例
如图1所示，考虑优化博弈问题，进行各市场主体利益分配，求解三阶段多目标主体优化博弈模型，对本发明的优化策略进行验证。
在本发明实施例中，设虚拟电厂包含4台传统发电机组，两台储能装置，需求响应负荷的最大可中断响应量设为虚拟电厂内部总负荷的5％，虚拟电厂优先消纳全部可再生能源出力。
聚合多种分布式能源的情况下分别设置不同的场景进行计算：
Case1：本发明所提出的三阶段优化模型，考虑虚拟电厂购售电价优化和用户舒适度；
Case2：不考虑虚拟电厂购售电价优化，采用固定电价模式；
Case3：采用两阶段优化模型，不考虑用电舒适度，上层为售电公司优化，下层为虚拟电厂优化调度；
Case4：采用单阶段优化模型，不考虑虚拟电厂与售电公司电量交互。
采用分时电价机制，T取24小时，将外部市场的购售电价分为峰时(7时-10时、19-22时)、谷时(23时-6时)、平时(11时-18时)三个阶段，售电公司面向外部市场和虚拟电厂优化购售电价取值范围及虚拟电厂固定电价如表1所示：
表1虚拟电厂购售电价格
采用蜻蜓算法对不同场景下的售电公司利润、虚拟电厂运行成本和用户舒适度进行计算，得出结果如表2所示，获取虚拟电厂出力及其购售电量如图2所示；
表2不同场景下结果分析
根据图2分析优化结果，通过表2比较不同场景下的计算成本，可以得出以下结论：
(1)采用固定价格进行购售电，售电公司获取的利润较低且虚拟电厂成本较高，无法满足售电公司和虚拟电厂间的双层优化调度，收益较差；
(2)不考虑用户舒适度的情况下售电公司利润虽有所提升，但影响用户舒适度的同时虚拟电厂的成本也随之提高；
(3)仅考虑虚拟电厂内部资源分配时，虚拟电厂运行成本最高。其在谷时电价阶段不能购买外部电量以减小运行成本，在峰时电价阶段不能出售电量以获取较多收益，无法满足实际情况下的运行要求；
(4)综合多方主体利益表明：所提优化模型能够根据市场运行机制充分考虑用户舒适度，激发负荷侧自主实施需求响应；通过优化购售电价有效追踪外部市场价格变化，提高售电公司利益和减小虚拟电厂运行成本，在满足用电平衡和电力系统稳定性的同时计及用户舒适度使可中断负荷削减量减小；且可以通过优化后的购售电价合理安排削减量，获取较高的补偿收益，综合提升多方主体社会福利以达到利益均衡。
以上论述仅仅是本发明的一个实施例，任何在本发明的基础上所作的等效变换，均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种计及用户舒适度的虚拟电厂三阶段多主体优化博弈方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、售电公司优化虚拟电厂购售电价，构建最大利润模型；
步骤2、聚合分布式能源建立虚拟电厂优化模型，最小化调度成本以分配电源出力；
步骤3、考虑参与需求响应的柔性负荷建立用电舒适度优化模型；
步骤4、对三阶段优化博弈模型进行利益分配，获取纳什均衡解。
2.根据权利要求1所述的计及用户舒适度的虚拟电厂三阶段多主体优化博弈方法，其特征在于，步骤1中建立售电公司利润模型，包括：
售电公司作为代理商优化虚拟电厂购售电价参与外部电力市场和虚拟电厂购售电，以此建立售电公司利润模型：
式中：F1表示售电公司购售电收益；T表示运行时段；
分别表示t时刻售电公司面向外部市场的售/购电价；
分别表示t时刻售电公司面向虚拟电厂的售/购电价；
分别表示t时刻售电公司面向外部市场的售/购电量；
分别表示t时刻售电公司面向虚拟电厂的售/购电量；
采用分时电价机制优化虚拟电厂购售电价格，因此分别考虑峰、谷、平时用电策略，对购售电价格的约束范围如下：
3.根据权利要求1所述的计及用户舒适度的虚拟电厂三阶段多主体优化博弈方法，其特征在于，步骤2中集合分布式资源建立虚拟电厂优化模型，合理分配分布式能源出力以最小化运行成本，包括：
1)构建目标函数
式中：F2表示虚拟电厂调度成本；
分别表示t时刻传统发电机组、可再生能源发电机组、储能系统和需求响应运行成本；
表示t时刻储能系统的充放电收益；
表示t时刻需求响应中断负荷的补偿收益；其中有：
式中：v表示储能装置的个数；
表示t时刻需求响应负荷的中断功率；
分别表示储能装置的充/放电量。
4.根据权利要求1所述的计及用户舒适度的虚拟电厂三阶段多主体优化博弈方法，其特征在于，步骤3中对柔性负荷建立用电舒适度优化模型，包括：
考虑负荷削减电量大小，将用户舒适度定义为负荷中断量占可中断总负荷的比重：
式中：F3表示用户舒适度，取值范围为[0,T]，取值越小表示需求负荷削减量越多，电量舒适度越差；
表示需求响应负荷的最大中断量。
5.一种计及用户舒适度的虚拟电厂三阶段多主体优化博弈系统，其特征在于，包括：
最大利润模型构建模块，售电公司优化虚拟电厂购售电价构建最大利润模型；
虚拟电厂优化模型构建模块，聚合分布式能源建立虚拟电厂优化模型最小化调度成本以分配电源出力；
用电舒适度优化模型构建模块，考虑参与需求响应的柔性负荷建立用电舒适度优化模型；
纳什均衡解确定模块，对三阶段优化博弈模型进行利益分配，获取纳什均衡解。
6.根据权利要求5所述的计及用户舒适度的虚拟电厂三阶段多主体优化博弈系统，其特征在于，建立售电公司利润模型，包括：
售电公司作为代理商优化虚拟电厂购售电价参与外部电力市场和虚拟电厂购售电，以此建立售电公司利润模型：
式中：F1表示售电公司购售电收益；T表示运行时段；
分别表示t时刻售电公司面向外部市场的售/购电价；
分别表示t时刻售电公司面向虚拟电厂的售/购电价；
分别表示t时刻售电公司面向外部市场的售/购电量；
分别表示t时刻售电公司面向虚拟电厂的售/购电量；
采用分时电价机制优化虚拟电厂购售电价格，因此分别考虑峰、谷、平时用电策略，对购售电价格的约束范围如下：
7.根据权利要求5所述的计及用户舒适度的虚拟电厂三阶段多主体优化博弈系统，其特征在于，集合分布式资源建立虚拟电厂优化模型，合理分配分布式能源出力以最小化运行成本，包括：
1)构建目标函数
式中：F2表示虚拟电厂调度成本；
分别表示t时刻传统发电机组、可再生能源发电机组、储能系统和需求响应运行成本；
表示t时刻储能系统的充放电收益；
表示t时刻需求响应中断负荷的补偿收益；其中有：
式中：v表示储能装置的个数；Pt DR表示t时刻需求响应负荷的中断功率；
分别表示储能装置的充/放电量。
8.根据权利要求5所述的计及用户舒适度的虚拟电厂三阶段多主体优化博弈系统，其特征在于，对柔性负荷建立用电舒适度优化模型，包括：
考虑负荷削减电量大小，将用户舒适度定义为负荷中断量占可中断总负荷的比重：
式中：F3表示用户舒适度，取值范围为[0,T]，取值越小表示需求负荷削减量越多，电量舒适度越差；
表示需求响应负荷的最大中断量。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述博弈方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述博弈方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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