微電網(wǎng)運(yùn)營商提供無功輔助服務(wù)下各市場主體的利益分配

2018-03-13 14:05:01 電網(wǎng)技術(shù) 　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

摘要：隨著售電側(cè)市場改革的不斷深入,研究多個(gè)微電網(wǎng)運(yùn)營商參與下的配電側(cè)市場交易和競價(jià)機(jī)制具有重要意義。針對(duì)該問題,提出了一種雙層優(yōu)化

2 完全信息博弈下的雙層優(yōu)化方法

針對(duì)圖1所示的配電側(cè)電力市場,微電網(wǎng)運(yùn)營商和批發(fā)市場以及微電網(wǎng)運(yùn)營商之間通過競價(jià)競爭中標(biāo)量,任何報(bào)價(jià)過高或者過低的一方都可能導(dǎo)致自身利益的損失;另一方面,DSO根據(jù)各售電方的報(bào)價(jià),綜合考慮系統(tǒng)的潮流分布和運(yùn)行約束,確定購電成本最小的經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案。因此,式(1)—(11)可以描述成一個(gè)雙層優(yōu)化問題：底層優(yōu)化實(shí)現(xiàn)DSO對(duì)市場的清算,其中目標(biāo)函數(shù)、等式約束和不等式約束大部分都是非線性函數(shù),因此,底層優(yōu)化問題是一個(gè)帶約束的非線性規(guī)劃問題。上層優(yōu)化實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)運(yùn)營商利益最大化的目標(biāo)。當(dāng)存在多個(gè)競爭主體時(shí),市場達(dá)到均衡的條件是各主體都不主動(dòng)改變自身的報(bào)價(jià)策略,即達(dá)到納什均衡[21]。因此,上層優(yōu)化問題實(shí)質(zhì)上是一個(gè)博弈問題。以下針對(duì)雙層問題的特點(diǎn),分析相應(yīng)的求解方法。

2.1 底層優(yōu)化問題

底層問題的優(yōu)化變量為DSO向各個(gè)微電網(wǎng)運(yùn)營商和批發(fā)市場購買的功率,核心在于如何分配各售電方的中標(biāo)功率,在滿足系統(tǒng)安全運(yùn)行約束的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的目標(biāo)。對(duì)于此問題,本文采用跟蹤中心軌跡內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行求解[22],其緊湊形式如下：

根據(jù)拉格朗日函數(shù)極小值存在的必要條件和相應(yīng)的KKT條件,可得到一系列非線性方程組,最后利用牛頓-拉夫遜法對(duì)該方程組進(jìn)行求解,即可得到DSO的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案。具體的求解流程在文獻(xiàn)[22]中有詳細(xì)描述,在此不再贅述。

底層優(yōu)化問題求解實(shí)現(xiàn)后,DSO下發(fā)各微電網(wǎng)運(yùn)營商的中標(biāo)量和市場出清電價(jià),微電網(wǎng)運(yùn)營商根據(jù)市場的出清信息更新自身報(bào)價(jià),直至市場達(dá)到納什均衡。

2.2 上層博弈問題

上層問題的優(yōu)化變量為微電網(wǎng)運(yùn)營商m的報(bào)價(jià),核心在于求取微電網(wǎng)運(yùn)營商m針對(duì)其余運(yùn)營商報(bào)價(jià)的最優(yōu)報(bào)價(jià)策略。假定微電網(wǎng)運(yùn)營商之間能夠根據(jù)歷史交易數(shù)據(jù)獲知彼此的報(bào)價(jià)區(qū)間,且批發(fā)市場各時(shí)段的日前節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)已知。由式(1)可知,目標(biāo)函數(shù)是關(guān)于優(yōu)化變量的隱函數(shù),微電網(wǎng)運(yùn)營商m的報(bào)價(jià)將影響中標(biāo)的功率和市場的出清電價(jià),從而影響其收益。

基于以上分析,本文采用遺傳算法對(duì)該問題進(jìn)行求解。種群的每個(gè)個(gè)體代表微電網(wǎng)運(yùn)營商m的一種報(bào)價(jià)策略,通過對(duì)種群個(gè)體的自然選擇,可以獲得微電網(wǎng)運(yùn)營商m的最優(yōu)報(bào)價(jià)策略。

2.3 雙層優(yōu)化求解方法

基于以上分析,針對(duì)本文所提出的多微電網(wǎng)參與下的配電側(cè)電力市場競價(jià)模型求解流程見圖3。

圖2 雙層優(yōu)化算法結(jié)構(gòu)

圖3 廣義納什均衡求解流程

1)設(shè)置各微電網(wǎng)運(yùn)營商的初始報(bào)價(jià)。

2)假定其余運(yùn)營商報(bào)價(jià)固定,根據(jù)圖2所示方法求解微電網(wǎng)運(yùn)營商m的最優(yōu)報(bào)價(jià)。

3)對(duì)所有微電網(wǎng)運(yùn)營商重復(fù)步驟2),求出所有運(yùn)營商的最優(yōu)策略集合。

4)比較微電網(wǎng)運(yùn)營商前后兩次的報(bào)價(jià)是否發(fā)生改變,若存在任一運(yùn)營商的報(bào)價(jià)改變,則返回步驟2),直至所有運(yùn)營商都不再改變報(bào)價(jià)。

對(duì)于式(4)所示的微電網(wǎng)聯(lián)盟的情況,優(yōu)化變量為聯(lián)盟體內(nèi)各個(gè)微電網(wǎng)的最優(yōu)報(bào)價(jià),采用遺傳算法求解時(shí),每個(gè)個(gè)體包含Ne-Ns+1個(gè)變量,對(duì)應(yīng)聯(lián)盟體內(nèi)各個(gè)微電網(wǎng)的一種報(bào)價(jià)策略,個(gè)體適應(yīng)度為聯(lián)盟內(nèi)微電網(wǎng)收益的總和?；趫D2所示的原理,可以得到聯(lián)盟體微電網(wǎng)針對(duì)其余微電網(wǎng)的最優(yōu)報(bào)價(jià),即聯(lián)盟內(nèi)的任何一個(gè)微電網(wǎng)改變報(bào)價(jià)都無法提高整體收益。

3 算例分析

為了驗(yàn)證本文所提出的雙層優(yōu)化方法的可行性,本文以IEEE 33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例,對(duì)配電側(cè)日前電力市場交易進(jìn)行仿真模擬?？紤]配電市場中包含3個(gè)微電網(wǎng),分別位于系統(tǒng)的12、24和30節(jié)點(diǎn)[23],系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 IEEE 33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

仿真中設(shè)定各售電方的初始報(bào)價(jià)等于批發(fā)市場的節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià),仿真時(shí)段為第2日0—1 h。在該時(shí)段內(nèi)的負(fù)荷需求為2.6+j1.6 MVA;批發(fā)市場節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)為0.0762 USD/(kW•h);3個(gè)微電網(wǎng)的競價(jià)功率范圍設(shè)定為0~2 MW;DSO向批發(fā)市場購電的范圍為0~3 MW;配電系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的電壓上下限為0.95~1.05 pu。以下從微電網(wǎng)運(yùn)行成本、微電網(wǎng)聯(lián)盟以及微電網(wǎng)提供無功輔助服務(wù)3個(gè)方面對(duì)本文所提出的雙層優(yōu)化算法進(jìn)行仿真分析。

3.1 不同運(yùn)行成本下的競價(jià)博弈仿真

在圖1所示的電力市場中,微電網(wǎng)運(yùn)營商的發(fā)電成本對(duì)其競價(jià)策略和收益水平都有著顯著的影響。因此,本文首先對(duì)不同運(yùn)行成本下微電網(wǎng)運(yùn)營商的競價(jià)策略和市場的運(yùn)行進(jìn)行分析,仿真場景如表1所示。

表1 運(yùn)行場景設(shè)置

場景1和場景2的仿真結(jié)果分別如圖5、圖6和圖7、圖8所示。其中,圖5、圖7表示對(duì)應(yīng)場景下各微電網(wǎng)運(yùn)營商的競價(jià)曲線;圖6、圖8表示對(duì)應(yīng)場景下各售電方的凈利潤和有功功率中標(biāo)量。

圖5 場景1微電網(wǎng)運(yùn)營商競價(jià)曲線

圖6 場景1微電網(wǎng)運(yùn)營商凈利潤及中標(biāo)量

圖7 場景2微電網(wǎng)運(yùn)營商競價(jià)曲線

圖8 場景2微電網(wǎng)運(yùn)營商凈利潤及中標(biāo)量

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