CN114172148A - 一种基于合作博弈的黑启动容量配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于合作博弈的黑启动容量配置方法，包括：获取现有黑启动火电厂辅机的黑启动容量需求；结合机组容量需求，对光伏电站、经营性储能和备用储能的经济效益进行评估；提出基于合作博弈的光储容量配置模型，定义参与博弈的参与者，将光储在黑启动过程中的协同调度考虑到容量配置过程中，结合参与博弈的黑启动电源建立电源调度出力博弈策略集，各黑启动电源在黑启动过程中进行博弈出力；应用天牛须算法求解合作博弈下最优容量配置，求解结果使所配置的光储黑启动电源的经济效益与黑启动可行性之间达到最优平衡。本发明基于合理配比的光储电站达到提高电网黑启动可行性的目的。

Description

一种基于合作博弈的黑启动容量配置方法

技术领域

本发明涉及一种基于合作博弈的黑启动容量配置方法，属于电力系统控制技术领域。

背景技术

随着全球经济的不断发展，人民生产生活对电力需求不断提高，而电力系统的可靠性是其运行的基础。双碳政策背景下，随着光伏、风电等清洁绿色能源的发展，电力系统结构日趋庞大和复杂。近年来全球范围内发生多起大停电事故，对社会经济造成严重损失，而地区能源结构的不合理配置易导致在极端天气下丧失地区黑启动能力，例如2021年2月15日美国德克萨斯州由于极寒天气发生大停电事故，德州电网发电类型前三名分别是天然气、风电、火电，它们分别占比40％、23％、18％，电网具有高比例的清洁能源，却忽略了火电厂发电的高可靠性，由于主力发电形式天然气发电机组无法运转，而火力发电组又不具备相应的转供能力和黑启动能力，因此德州电网没有能力进行高效迅速的黑启动，从而导致了大范围长时间的停电事故。因此，在双碳政策的大方针下在光照充足地区研究光储作为黑启动电源的容量配置问题具有十分重要的意义。

所谓黑启动，是指整个系统因故障停运后，系统全部停电(不排除孤立小电网仍维持运行)，处于全“黑”状态，不依赖别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力的发电机组启动，以此作为黑启动电源并带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。在此过程中，初期黑启动所依赖的黑启动电源的出力能力决定了后续黑启动过程能否继续进行，黑启动电源的容量配比合理与否直接影响黑启动方案是否可行。传统的黑启动电源主要借助火力发电厂自身的柴油备用发电机和水电机组，随着分布式新能源的发展为黑启动方案提供了新的思路，大大提高了一些地区黑启动电源的选择面。国内外相关专家学者已经对黑启动容量配置做了一定的研究并取得了一定的研究成果。有学者提出了应用已有风电机组结合当地火电厂出力需求配置储能的思路；还有学者采用非合作博弈协调微电网之间不同电源间的出力调配；或应用多目标方法，以可行性为目标配置一定比例的新能源发电设备以满足黑启动需求。在现有的研究成果中，大多仅考虑黑启动电源容量是否满足黑启动需求，忽略了所配置的黑启动电源的日常运行实际收益情况，导致大量配置电源仅以服务黑启动为目的却忽视了服务日常调度过程中经济效益，导致所配置的新能源设施成本巨大收益较低弃光弃风电量巨大，导致浪费了所配置的黑启动电源在非黑启动时刻的经济效益，实际配置意义较低；还有一些仅将各黑启动电源的经济性作为优化目标，但在优化过程中忽略了黑启动调度过程中的实际情况，导致黑启动初期过程有电压跌落导致黑启动失败的风险。

现有技术中黑启动容量配置的方法或策略较少，如专利CN109510195A公开的一种电力系统黑启动容量配置方法及装置，通过黑启动容量与黑启动阶段的停电损失值，以及黑启动容量与区域电网内部黑启动建设成本之间的关系，利用二次函数进行近似拟合，从而满足边际损失递减，而边际成本递增，由此确定满足最优黑启动容量的条件时满足边际成本等于边际损失的相反数，从而根据预置黑启动容量计算得到优化黑启动容量，该方法并未结合不同黑启动电源间的调度关系，从而在不同的合作策略下所配置的黑启动电源的经济性收益大不相同。

但在现实生产生活中，电网调度管辖下光储协调合作的重要性不容忽视。光储在合作博弈的协调模式下构建黑启动电源联盟，对联盟来说，整体收益大于其每个成员单独经营时的收益之和。不同地区不同经营模式的能源体系下各新能源发电设施具有不同的联盟策略，合理构建新能源发电和储能的联盟对地区黑启动的实际配置具有重要现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于合作博弈的黑启动容量配置方法，以达到基于合理配比的光储电站提高电网黑启动可行性的目的。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种基于合作博弈的黑启动容量配置方法，参与配置的黑启动电源包括光伏电站、经营性储能电站和黑启动备用储能电站，储能电站电池组均采用磷酸铁锂材质，基于合作博弈的黑启动容量配置方法包括以下步骤：

步骤1：从黑启动火电厂辅机的需求构建黑启动容量需求；

步骤2：针对光储作为黑启动电源出力的不稳定性在黑启动电源侧增加备用储能电站，并对包括备用储能电站在内的光伏电站和经营性储能电站的成本及经济效益进行评估；

步骤3：基于合作博弈的光储容量配置模型定义参与博弈的参与者和对应的黑启动调度出力策略集；

步骤4：使用天牛须算法求解合作博弈下最优容量配置及各参与者在黑启动过程中的出力调度系数。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述一种基于合作博弈的黑启动容量配置方法，步骤1中，构建黑启动容量需求包括以下步骤：

步骤11：根据黑启动火电厂辅机的全部辅机依次投运计算所需黑启动电源容量；

步骤12：根据火电厂并网测变压器短时过负荷能力计算黑启动电源容量；

步骤13：根据最大容量辅机加载时允许的母线压降计算黑启动电源容量；

步骤14：以根据火电厂并网测变压器短时过负荷能力计算黑启动电源容量作为辅机需求的修正需求容量，以根据最大容量辅机加载时允许的母线压降计算黑启动电源容量作为黑启动过程中黑启动电源必须满足的最大有功功率需求容量。

优选的，在步骤11-14中，所计算的黑启电源容量包括以下约束：

约束条件1：辅机功率约束，

其中，S_b1为辅机的全部负载依次投运计算得到的所需黑启动电源容量；cosφ_a为全部负载额定功率因数的平均数；∑P_ai表示辅机所需容量之和；

约束条件2：短时过负荷能力计算黑启动电源容量约束，

其中，S_b2为根据火电厂并网测变压器短时过负荷能力计算得到的黑启动电源容量；P_m为最大容量电动辅机的额定功率；K_q为最大容量电动辅机的启动电流倍数；K为换算系数，依据《火力发电厂厂用电设计技术规程》DL/T5153-2014，K取0.8；

约束条件3：最大容量辅机加载时允许的母线压降计算黑启动电源容量约束，

其中，S_b3为根据最大容量辅机加载时允许的母线压降计算得到的黑启动电源容量；X_d为变压器电抗标幺值；U_m为厂用母线启动电压标幺值；cosφ为最大负载的额定功率因素。

优选的，在步骤2中，对包括备用储能在内的其他光伏储能的成本经济效益进行评估包括：步骤21，评估经营性储能、备用储能的成本与收益，成本部分包括系统成本C_sys、土建成本C_l、运维成本C_op、电站残值C_res和包括银行贷款利息、入网检测费、项目管理费的其他成本C_ot，收益部分包括储能电站全生命周期内的收益；步骤22，评估光伏电站的成本与收益，成本部分包括度电成本及地面电站成本，收益部分包括光伏电站售电收益和碳中和政策下的碳交易收益。

优选的，在步骤3中，基于合作博弈的光储容量配置模型定义参与博弈的参与者和对应的黑启动调度出力策略集包括以下步骤：

合作博弈模型中的参与者为经营性储能电站的功率容量P₁和能量容量S₁、黑启动备用储能电站的功率容量P₂和能量容量S₂和光伏电站容量P₃，组成合作联盟{P₁,S₁,P₂,S₂,P₃}；

光储黑启动的容量优化配置合作博弈模型为：

(1)参与者：在i时刻黑启动电源中的经营性储能电站的功率容量P₁和能量容量S₁、黑启动备用储能电站的功率容量P₂和能量容量S₂和光伏电站容量P₃；

(2)策略集：黑启动过程中每个时段i选择的经营性储能-黑启动备用储能-光伏的供电计划X_1,i,X_2,i和X_3,i，其供电计划具体如数学表达式：

X_j,i＝{w_1,i,w_2,i,w_3,i}；

其中，w_j,i表示j类供电单元在i时刻参与黑启动供电出力系数；

模型约束条件包括：

约束条件1：火电厂辅机负荷需求，

在该{X_j,i}策略集下，黑启动过程应满足数学表达式：

其中P_i表示黑启动过程种各时段光储电源出力需满足i时段内的火电厂辅机负荷需求，其中η_i表示在具体典型日情况下光伏在i时段的实际发电效率；

约束条件2：最大负荷需求，

(3)收益函数:考虑光伏储能成本的全生命周期收益C_all，其数学表达式为：

C_all＝C_{in_BES}+C_cell+C_co2-C_{BES_b}-C_inv；

根据收益函数持续调整其策略集，直到整个系统的综合经济收益达到最大。

优选的，在步骤4中，利用天牛须算法求解合作博弈下最优容量配置及各参与者在黑启动过程中的出力调度系数为以下步骤：步骤41：结合地区当前能源结构的实际容量给各参与者及出力系数设立初值；步骤42：根据参与者的值计算合作博弈下整个联盟的经济收益，即运行步骤21-22；步骤43：利用天牛须算法搜索下一步容量配置的经济特性及其出力是否满足约束；步骤44：如果步骤43中所配置结果经济更优且满足出力系数约束，则替换参与者的最优值及对应最优经济效应，并在迭代次数内继续重复步骤43；步骤45：获得各参与者即光伏储能对应的容量配置结果以及储能在黑启动各阶段的出力系数；步骤46：以步骤45各黑启动时刻的配置结果选取各参与者的最大值作为该地区的容量配置建议值。

优选的，在步骤41中，所设置的初值情况应包括如下：光伏电站的功率容量，储能电站的功率容量和能量容量，备用电站的功率容量和能量容量，储能电站在黑启动各阶段的出力系数，备用电站在黑启动各阶段的出力系数。

优选的，在步骤43中，所使用的天牛须算法应包括如下步骤：步骤431：初始化参与者及策略集x，搜索范围d和步长δ；步骤432：设定完全随机的搜索方向

步骤433：更新天牛左须探测方向的位置

和右须探测方向位置

步骤434：更新天牛实际搜索位置

其中f(x)为步骤2中各配置电源的经济性函数；步骤435：更新搜索范围d_i＝0.995d和步长δ_i＝0.995δ；步骤436：重复步骤432-435更新各参数直到迭代完成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明首先保障了后续容量配置的基础都是建立在被启动机组的容量需求之上，因此后续的容量配置都是在可行性的基础上进行经济最优配置保证了黑启动的可靠性。其次避免了多目标中不考虑光伏不同阶段出力特点以及储能各阶段出力情况的缺陷，将光伏不同出力场景及储能在黑启动过程的出力情况考虑进合作博弈策略集内。最后采用天牛须搜索算法的方法使所配置的光储联盟达到了经济性最优并保证了黑启动过程的容量需求使黑启动方案具有有可行性。此外，本发明设计原理可靠，针对其他能源背景结构也具有非常广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明提供的容量配置策略流程图；

图2为本发明提供的天牛须算法流程图；

图3为本发明提供的实施例镇江地区春季典型天况下的光伏单元出力图；

图4为本发明提供的黑启动机组有功功率需求图；

图5为本发明应用在镇江电网内的容量配置结果图。

具体实施方式

本发明设计原理：以具有黑启动能力的分布式光伏电源为中心，首先以火电厂辅机机组的启动需求角度根据最大容量辅机加载时允许的母线压降计算黑启动电源容量，然后基于光伏储能的合作博弈模型，在“碳中和”的政策背景下考虑碳交易给光伏电站带来的收益，并结合光伏电站的出力情况，利用天牛须算法对光伏储能的容量配置模型进行求解，确保各黑启动的可行性和经济最优性。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，如图1-2所示。

第一，黑启动容量需求的引入。

考虑火电机组启动过程中所需运行的辅机设备，黑启动电源容量不能小于实际投入运行负荷累计值，黑启动容量需求应满足如下不等式：

黑启动电源通过火电厂并网侧变压器启动一台最大容量辅机时，对变压器的短时过负荷能力进行校验。带电投入空载变压器，所产生的励磁涌流可达6-8倍额定电流，根据《220kV～750kV油浸式电力变压器使用技术条件》(DL/T272-2012)和《火力发电厂厂用电设计技术规程》(DL/T 5153-2014)中相关规定额定电压220kV变压器可承受额定频率下以1.3倍过负荷的情况工作5分钟，黑启动容量需求应满足如下不等式：

辅机分批启动过程中，在启动最大容量辅机时原有负荷不可以视为恒阻抗，由于火电厂辅机大部分是旋转电机，在大负荷启动瞬间会引起厂用段母线电压下降，电机产生的反电动势大于电源端电压，对外表现为发电机，原有负荷具有电源特性，并考虑黑启动过程中对空载电路进行充电会导致厂用段电缆的电压降损失，且厂用母线电压应不低于额定电压的85％，在大负荷启动瞬间，以避免母线上其他电动机的正常运行。黑启动电源通过火电厂并网侧变压器对厂用母线供电,黑启动容量最大需求应满足如下不等式：

为保障黑启动的可靠性选取S_b2作为辅机的修正容量需求S_e，将该需求结合到各辅机时段对各阶段辅机容量P_a进行修正，修正后各阶段辅机容量为P_a'，即

需要说明的是，cosφ_a为全部负载额定功率因数的平均数；∑P_ai表示辅机所需容量之和，单位为kW，P_m为最大容量电动辅机的额定功率，单位为kW；K_q为最大容量电动辅机的启动电流倍数；K为换算系数，X_d为变压器电抗标幺值；U_m为厂用母线启动电压标幺值；cosφ为最大负载的额定功率因素。

第二，光伏储能的成本经济效益

需要说明的是经营性储能指日常参与调峰调频，以盈利为目标的储能电站，其日常的SOC保持在上下阈值之间，在电网全黑之后调度出力参与黑启动。

储能系统成本C_sys包括储能电站建造过程中的材料成本和制造成本。由于任何储能系统都具有一定的能量特性和功率特性，因此可以分别采用储能系统能量容量成本C_e(元/kWh)和储能系统功率容量成本C_p(元/kW)来对系统成本进行评价，其数学表达式为：

C_sys＝C_eS₁+C_pP₁；

需要说明的是所选用的储能电源是磷酸铁锂电池。

储能电站的土建成本C_l包括储能电站的设计、施工和改建成本，其金额与储能系统成本比值约为3％～10％，数学表达式为：

C_l＝C_{l_e}+C_{l_p}＝λ_lC_eS₁+λ_lC_pP₁；

储能电站的运维成本C_op主要包括:保障储能电站在服役期间正常运行需要投入的燃料动力费、维护保养费、零部件更换费、折旧费、人工费以及部分储能器件的重置费用，运维成本与储能系统成本的比值范围为1％～10％，数学表达式为：

C_op＝C_{op_e}+C_{op_p}＝λ_opC_eS₁+λ_opC_pP₁；

电站残值C_res是储能电站服役结束后除去处置成本的剩余价值。储能电站的处置成本包括资产评估费、资产清理费、拆解运输费以及回收再生处理费用等，而储能电站中的金属材料和部分器件等具有回收再利用价值，其中磷酸铁锂电池的回收价值较低，储能电站残值在系统成本的5％左右，数学表达式

C_res＝C_{res_e}+C_{res_p}＝λ_resC_eS₁+λ_resC_pP₁；

储能电站其他成本C_ot主要包括银行贷款利息、入网检测费、项目管理费等附加费用。由于缺乏相关并网接入、调度运行、安全保障和回收处置标准，目前储能项目的其他成本核算缺乏规范性，与储能系统成本的比值达到10％～20％，数学表达式为：

C_ot＝C_{ot_e}+C_{ot_p}＝λ_otC_eS₁+λ_otC_pP₁；

需要说明的是，S₁和P₁分别表示经营性储能电站的能量容量和功率容量，C_{l_e}和C_{l_p}分别为储能系统能量容量和储能系统功率容量对应的土地成本，λ_land为土地成本和系统成本的比值，C_{op_e}和C_{op_p}分别为储能系统能量容量和储能系统功率容量对应的运维成本，λ_op为土地成本和系统成本的比值，C_{res_e}和C_{res_p}分别为储能系统能量容量和储能系统功率容量对应的电站残值，λ_res为电站残值和系统成本的比值。

生命周期内循环电量的数学表达式为：

储能电站的全生命周期收益的数学表达式为：

C_{in_BES}＝(c_{price_BES}-c_{LCOE_BES})E_whole；

需要说明的是，ξ表示储能电站每次循环使用后的等效容量保持率，E_whole表示经营性储能电站在其全生命周期内的循环电量，C_{in_BES}表示经营性储能电站的全生命周期收益，c_{price_BES}表示储能用于经营性出力时的售电价格(元/kWh)。

为配合经营性储能和光伏电站黑启动火电厂的可靠性，在电网测配置能量型储能电站，该储能电站作为黑启动专用的储能电源，该储能电站平时借助电网端将自身电量维持在较高SOC区间等待黑启动时刻进行出力，其功率容量和能量容量分别为P₂和S₂其成本主要包括储能系统成本、土建成本、运维成本、电站残值和其他成本。

可以理解的是，黑启动专用储能电站成本与经营性储能成本计算过程类似。

光伏电站的全生命周期度电成本数学表达式为

需要说明的是，C₀、C_R、C_A、Y_G分别表示初始投资、资产残值、运行成本和发电量，元/kWh。

光伏电站所在地区的光照条件决定了光伏电站的收益水平，以该地区的年等效利用小时数以及光伏电站的服役年限评估其售电收益，其数学表达式为：

需要说明的是，C_cell为光伏售电收益；c_{price_PV}为光伏售电单价(元/kWh)；c_sb为政策性上网补贴(元/kWh)；n₀为运作年数，取对应储能运作年限10年；η_PV为光伏的发电效率；h为年等效利用小时数；P₃为光伏装机容量。

光伏装机量的碳交易收益数学表达式为：

Q_p＝P₃×t_p；

需要说明的是，Q_p表示光伏年发电量，P₃为光伏装机容量，t_p为光伏年有效利用小时数，

表示碳交易收入，

为基准单位二氧化碳减排量价格，

为基于市场价格波动因素考虑的碳交易系数。

第三，基于合作博弈的光储黑启动容量配置策略。

合作博弈模型中的参与者为经营性储能电站的功率容量P₁和能量容量S₁、黑启动备用储能电站的功率容量P₂和能量容量S₂和光伏电站容量P₃和的组成，由该光储供电系统参数组成一个合作联盟{P₁,S₁,P₂,S₂,P₃}。

光储黑启动的容量优化配置合作博弈模型为：

(1)参与者：在i时刻黑启动电源中的经营性储能电站的功率容量P₁和能量容量S₁、黑启动备用储能电站的功率容量P₂和能量容量S₂和光伏电站容量P₃；

(2)策略集：黑启动过程中每个时段i选择的经营性储能-黑启动备用储能-光伏的供电计划X_1,i,X_2,i和X_3,i，其供电计划具体如数学表达式：

X_j,i＝{w_1,i,w_2,i,w_3,i}；

需要说明的是，w_j,i表示j类供电单元在i时刻参与黑启动供电出力系数。

该模型约束条件包括。

约束条件1：火电厂辅机负荷需求。

在该{X_j,i}策略集下，黑启动过程应满足数学表达式：

其中P_i表示黑启动过程种各时段光储电源出力需满足i时段内的火电厂辅机负荷需求，其中η_i表示在具体典型日情况下光伏在i时段的实际发电效率。

约束条件2：最大负荷需求。

(3)收益函数:考虑光伏储能成本的全生命周期收益C_all，其数学表达式为：

根据收益函数持续调整其策略集，直到整个系统的综合经济收益达到最大。一旦黑启动电源整体紧急收益达到最优，即说明在满足内容量配置模型的情况下该配置的光储黑启动电源不仅满足了黑启动的功率需求还满足了日常非黑启动时段时的经济效益最大化。任意一个黑启动电源单元容量的改变都会打破平衡导致整体费用增大，这一平衡中所有黑启动电源的用电计划即为合作博弈下的纳什均衡解，纳什均衡解

满足

当博弈满足以下条件时，存在唯一纳什均衡解：①有限个参与者；②策略空间封闭有界；③收益函数在策略空间连续且为凸函数。需要说明的是，光伏和储能的基于其容量的收益函数皆为连续凹函数，因此光储联合供电系统组成的合作博弈策略集存在Nash均衡点且纳什均衡解唯一存在。

第四，本发明具体实施例：

最后以镇江地区光储系统为算例，验证本发明中方法的合理性。为验证本发明中所提方法的有效性，现采用镇江地区光储系统进行算例验证，火电厂主要辅机如表1，镇江地区光伏出力情况如图3。首先对火电厂辅机黑启动需求进行评估，如图4所示，其中情况1：仅考虑其全部辅机及其功率因素，对应S_b1；情况2：考虑全部辅机功率和厂用变过负荷,对应S_b2；情况3：考虑最大容量辅机加载时允许的母线压降，对应S_b3。然后针对镇江当前光储设施，对包括备用储能在内的光伏储能的成本经济效益进行评估，随后基于合作博弈容量配置模型对应建立参与者和黑启动调度出力策略集，最后在所选取的黑启动时刻利用天牛须算法对参与者容量和调度出力策略集进行寻优求解。

表1 13MW火电厂主要辅机

启动时刻	名称	容量/kW	启动时间/s
				0：00	电动给水泵	5616	6
0：10	循环水泵	1248	4
				0：15	凝升泵	949	3
0：20	引风机	2236	10
				0：30	送风机	1001	2
0：45	排粉机	975	7
				1：00	磨煤机	975	2

天牛须算法首先需要初始化参与者的配置容量及其各自出力策略，构建变量x，并对搜索范围d和步长δ进行初始化，然后设定完全随机的搜索方向

更新天牛左须探测方向的位置

和右须探测方向位置

再更新天牛实际搜索位置

其中f(x)为各配置电源的经济性函数，然后更新搜索范围d_i＝0.995d和步长δ_i＝0.995δ，迭代参数0.995在保证全局搜索能力的同时提高局部寻优能力，最后迭代更新各参数直到迭代完成，输出容量配置结果。

经以上步骤，最终容量配置结果如图5所示，其效果与前述效果一致。由于光伏电站在上午9点左右处于高位爬坡出力阶段，该阶段光伏出力在黑启动过程中出力从低到高，黑启动初期短时有功需求较大，该时刻进行黑启动需要储能电站在前期有充足出力水平，因此选择上午9点作为一个容量配置研究中的黑启动时刻；由于光伏电站上午11点30分左右处于高出力阶段，该阶段光伏出力在黑启动过程中出力水平保证高位输出，在光伏出力最优情况下进行黑启动考虑储能容量配置，因此选择上午11点30分作为一个容量配置研究中的黑启动时刻；由于光伏电站下午3点左右处于低位下坡阶段，该阶段光伏出力在黑启动过程中出力水平从高到低，黑启动过程中经过了初期的短时大需求在中后期也有锯齿状递增负荷需求，因此储能容量配置需在此时保证有足够的能量容量支撑黑启动的完成，因此选择下午3点作为一个容量配置研究中的黑启动时刻。本发明在上述三个时刻进行验证均能良好效果。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于合作博弈的黑启动容量配置方法，参与配置的黑启动电源包括光伏电站、经营性储能电站和黑启动备用储能电站，储能电站电池组均采用磷酸铁锂材质，其特征在于，基于合作博弈的黑启动容量配置方法包括以下步骤：

步骤1：从黑启动火电厂辅机的需求构建黑启动容量需求；

步骤2：针对光储作为黑启动电源出力的不稳定性在黑启动电源侧增加备用储能电站，并对包括备用储能电站在内的光伏电站和经营性储能电站的成本及经济效益进行评估；

步骤3：基于合作博弈的光储容量配置模型定义参与博弈的参与者和对应的黑启动调度出力策略集；

步骤4：使用天牛须算法求解合作博弈下最优容量配置及各参与者在黑启动过程中的出力调度系数。

2.如权利要求1所述的一种基于合作博弈的黑启动容量配置方法，其特征在于，步骤1中，构建黑启动容量需求包括以下步骤：

步骤11：根据黑启动火电厂辅机的全部辅机依次投运计算所需黑启动电源容量；

步骤12：根据火电厂并网测变压器短时过负荷能力计算黑启动电源容量；

步骤13：根据最大容量辅机加载时允许的母线压降计算黑启动电源容量；

步骤14：以根据火电厂并网测变压器短时过负荷能力计算黑启动电源容量作为辅机需求的修正需求容量，以根据最大容量辅机加载时允许的母线压降计算黑启动电源容量作为黑启动过程中黑启动电源必须满足的最大有功功率需求容量。

3.如权利要求2所述的一种基于合作博弈的黑启动容量配置方法，其特征在于，在步骤11-14中，计算的黑启电源容量包括以下约束：

约束条件1：辅机功率约束，

其中，S_b1为辅机的全部负载依次投运计算得到的所需黑启动电源容量；cosφ_a为全部负载额定功率因数的平均数；∑P_ai表示辅机所需容量之和；

约束条件2：短时过负荷能力计算黑启动电源容量约束，

其中，S_b2为根据火电厂并网测变压器短时过负荷能力计算得到的黑启动电源容量；P_m为最大容量电动辅机的额定功率；K_q为最大容量电动辅机的启动电流倍数；K为换算系数，依据《火力发电厂厂用电设计技术规程》DL/T5153-2014，K取0.8；

约束条件3：最大容量辅机加载时允许的母线压降计算黑启动电源容量约束，

其中，S_b3为根据最大容量辅机加载时允许的母线压降计算得到的黑启动电源容量；X_d为变压器电抗标幺值；U_m为厂用母线启动电压标幺值；cosφ为最大负载的额定功率因素。

4.如权利要求1所述的一种基于合作博弈的黑启动容量配置方法，其特征在于，步骤2对包括备用储能在内的其他光伏储能的成本经济效益进行评估包括：步骤21，评估经营性储能、备用储能的成本与收益，成本部分包括系统成本C_sys、土建成本C_l、运维成本C_op、电站残值C_res和包括银行贷款利息、入网检测费、项目管理费的其他成本C_ot，收益部分包括储能电站全生命周期内的收益；步骤22，评估光伏电站的成本与收益，成本部分包括度电成本及地面电站成本，收益部分包括光伏电站售电收益和碳中和政策下的碳交易收益。

5.如权利要求1所述的一种基于合作博弈的黑启动容量配置方法，其特征在于，在步骤3中，基于合作博弈的光储容量配置模型定义参与博弈的参与者和对应的黑启动调度出力策略集包括以下步骤：

合作博弈模型中的参与者为经营性储能电站的功率容量P₁和能量容量S₁、黑启动备用储能电站的功率容量P₂和能量容量S₂和光伏电站容量P₃，组成合作联盟{P₁,S₁,P₂,S₂,P₃}；

光储黑启动的容量优化配置合作博弈模型为：

(1)参与者：在i时刻黑启动电源中的经营性储能电站的功率容量P₁和能量容量S₁、黑启动备用储能电站的功率容量P₂和能量容量S₂和光伏电站容量P₃；

(2)策略集：黑启动过程中每个时段i选择的经营性储能-黑启动备用储能-光伏的供电计划X_1,i,X_2,i和X_3,i，其供电计划具体如数学表达式：

X_j,i＝{w_1,i,w_2,i,w_3,i}；

其中，w_j,i表示j类供电单元在i时刻参与黑启动供电出力系数；

模型约束条件包括：

约束条件1：火电厂辅机负荷需求，

在该{X_j,i}策略集下，黑启动过程应满足数学表达式：

其中P_i表示黑启动过程种各时段光储电源出力需满足i时段内的火电厂辅机负荷需求，其中η_i表示在具体典型日情况下光伏在i时段的实际发电效率；

约束条件2：最大负荷需求，

(3)收益函数:考虑光伏储能成本的全生命周期收益C_all，其数学表达式为：

根据收益函数持续调整其策略集，直到整个系统的综合经济收益达到最大。

6.如权利要求1所述的一种基于合作博弈的黑启动容量配置方法，其特征在于，在步骤4中，利用天牛须算法求解合作博弈下最优容量配置及各参与者在黑启动过程中的出力调度系数为以下步骤：步骤41：结合地区当前能源结构的实际容量给各参与者及出力系数设立初值；步骤42：根据参与者的值计算合作博弈下整个联盟的经济收益，即运行步骤21-22；步骤43：利用天牛须算法搜索下一步容量配置的经济特性及其出力是否满足约束；步骤44：如果步骤43中所配置结果经济更优且满足出力系数约束，则替换参与者的最优值及对应最优经济效应，并在迭代次数内继续重复步骤43；步骤45：获得各参与者即光伏储能对应的容量配置结果以及储能在黑启动各阶段的出力系数；步骤46：以步骤45各黑启动时刻的配置结果选取各参与者的最大值作为该地区的容量配置建议值。

7.如权利要求6所述的一种基于合作博弈的黑启动容量配置方法，其特征在于，在步骤41中，所设置的初值包括如下：光伏电站的功率容量，储能电站的功率容量和能量容量，备用电站的功率容量和能量容量，储能电站在黑启动各阶段的出力系数，备用电站在黑启动各阶段的出力系数。

8.如权利要求6所述的一种基于合作博弈的黑启动容量配置方法，其特征在于，在步骤43中，所使用的天牛须算法应包括如下步骤：步骤431：初始化参与者及策略集x，搜索范围d和步长δ；步骤432：设定完全随机的搜索方向

步骤433：更新天牛左须探测方向的位置

和右须探测方向位置

步骤434：更新天牛实际搜索位置

其中f(x)为步骤2中各配置电源的经济性函数；步骤435：更新搜索范围d_i＝0.995d和步长δ_i＝0.995δ；步骤436：重复步骤432-435更新各参数直到迭代完成。

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