一种基于Shapley值风电并网系统输电固定成本的分摊方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于Shapley值风电并网系统输电固定成本的分摊方法，具体涉 及一种风电并网环境下基于Shapley值的输电系统的固定成本分摊方法，属于成本分摊领 域。
【背景技术】
[0002] 能源安全和环境保护的双重压力使得可再生能源发电备受关注。风力发电是技术 成熟、具备规模化开发条件的可再生电源，已在世界范围内取得广泛应用，装机容量呈现持 续高速增长态势。
[0003] 受风速随机波动性与间歇性的影响，风电属于典型的随机性电源。而电力系统的 典型特征是任一时刻都必须保证电力供需平衡，否则系统将难以保持稳定运行。由于风电 功率与风速之间呈立方关系，风速的微小变化都将引起风电功率的明显改变，加之风电场 规模的迅速增大，风电场注入电网公共连接点（Point of Common Coupling，PCC)的功率将 呈现较大的波动。
[0004] 为了确保风电并网系统的安全稳定经济运行，需要解决多种不同类型的输电系统 固定成本的分摊问题，如输电线路投资费用分摊、输电线路阻塞费用分摊、输电网络电能传 输损耗费用分摊等等。这些费用通常以百万、千万，甚至以亿计算。合理的固定成本分摊策 略，对于提高电能的生产、传输和使用效率具有重要指导意义。
[0005] 输电系统固定成本具有不可解耦的特性，即固定成本的产生与具体的负荷（或发 电）之间并不存在一一对应的关系。人们不可能明确指出，哪个负荷（或发电）应当对哪 部分固定成本负责。这主要是因为，电力网络是垄断经营的，全体负荷和发电机必须同时使 用同一个电力网络，它们之间复杂的交互作用共同产生了固定成本，要区分实际的交互作 用责任在现实中通常无法做到。因此，输电系统固定成本的分摊问题是一个必须解决的难 点问题。
[0006] 目前，在世界各国的输电系统运营中，通常按照负荷（或发电）大小的比例来分摊 固定成本。然而，按比例分摊法的缺点非常明显，不但容易造成负荷之间的交叉补贴，违反 经济公平的市场原则，而且更重要的是，它不能够提供正确的经济激励信号，促进负荷（或 发电）在全网的合理分布以达到减少固定成本、节约社会资源的优化目标。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于Shapley值风电并网系统输电固定 成本的分摊方法，考虑了风电并网环境对输电系统固定成本分摊的影响，使成本分摊结果 满足公平性、稳定性、财务结算平衡性。
[0008] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0009] -种基于Shapley值风电并网系统输电固定成本的分摊方法，包括如下步骤：
[0010] 步骤1、利用蒙特卡洛模型模拟风电出力场景得到风电出力场景集，并根据预设的 时间段生成每一时间段的风电出力数据；
[0011] 步骤2、利用场景缩减法对步骤1得到的风电出力场景集进行缩减，得到该场景集 的近似场景子集；
[0012] 步骤3、获取风电并网系统中各用户的基本情况，包括：负荷季节、工作制度、峰谷 电价时段划分、峰谷平电价比、电能质量及用电量；
[0013] 步骤4、对各用户的基本情况进行归一化处理，得到各用户的标准化指标；
[0014] 步骤5、将步骤2缩减后的场景数据和步骤4得到的各用户的标准化指标数据进 行有保证区域约束下的Shap I ey值计算，得到各用户对应的Shap I ey值，将各用户对应的 ShapIey值乘以输电固定成本，得到各用户应分摊的成本。
[0015] 优选的，步骤2所述利用场景缩减法对步骤1得到的风电出力场景集进行缩减的 具体过程为：已知风电出力场景集中所有的场景数为η以及每个场景i发生的概率为P1，计 算场景集中任一场景与所有场景之间的距离得到n*n的距离矩阵C，C中的任一元素Cl]表 示场景i和场景j之间的距离，将各场景发生的概率排列成l*n的矩阵后乘以C得到n*n 的矩阵B，矩阵B中的任一元素 Id1 p ^c1 j，将B中最小元素值对应概率的场景删除，i = 1，…，n，j = 1，…，n，将删除场景的概率加到与该场景距离最近的场景的概率上，并重复上 述过程，直至缩减到需要保留的场景个数为止。
[0016] 优选的，步骤4所述标准化指标包括：直购电量指标、电能质量指标以及分时电价 指标。
[0017] 优选的，所述分时电价指标的计算公式为：
，/?，其中，Dk为第k个用户的分时电价指标，m为用 户总数，1为针对各用户划分的典型日数，！；为典型日a对应的天数，a a: 1: β 3为典型日a 的峰、平、谷电价比，tka，f、tka，p、t Ug分别为用户k在典型日a的峰、平、谷利用小时数。
[0018] 优选的，步骤5所述Shap I ey值的计算公式为：
，其中，为第k个用户的Shapley值，m为 用户总数，S为用户的联盟，s为用户联盟中用户的个数，c (S) -C (S- {k})为用户k的边际贡 献值，M为所有用户的集合。
[0019] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0020] 1、本发明考虑了随机性电源对输电系统固定成本分摊的影响，为风电并网环境下 输电系统固定成本分摊提供了有效的方法。
[0021] 2、本发明采用Shapley值的视角分摊风电并网环境下输电系统的固定成本，所有 用户（固定成本的使用者）共同使用了整个电网，电网固定成本是所有用户共同作用产生 的，它们之间复杂的交互作用共同产生了固定成本，要区分实际的交互作用责任在现实中 通常很难做到。但从合作博弈的角度，用户之间构成了事实上的合作关系。采用Shapley 值法发明风电并网环境下输电系统固定成本的分摊，具有公平、合理的优势。
[0022] 3、本发明采用Shapley值分摊风电并网的输电成本，很好地体现了按责任分摊的 原则，被合作各方视为公平；此外，Shapley值的分摊结果通常会提供积极的经济刺激信 号，使得参与者在努力减少自身分摊值的同时也减少了整个大联盟的共同成本。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明基于Shapley值风电并网系统输电固定成本的分摊方法的整体流程 图。
[0024] 图2是本发明风电出力场景数据的缩减流程图。
[0025] 图3是本发明实施例中风电出力场景随机数据图。
[0026] 图4是本发明实施例中风电出力场景随机数据经过缩减后的效果图。
[0027] 图5是各用户对3种方法（邮票法、Shapely值、AR-Shapely值）固定成本分摊比 例的对比图。
【具体实施方式】
[0028] 下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0029] 如图1所示，本发明基于Shapley值风电并网系统输电固定成本的分摊方法主要 包含如下三个步骤：
[0030] 第一步，模拟风电出力场景，并对这些场景进行场景缩减。风电出力场景的随机性 决定了大量场景的引入，这样会增加计算负担。为了计算简单并保持一定的可信性，我们采 用场景缩减法对场景进行缩减。
[0031] 场景法是模拟电力系统运行状态的一种重要方法，可有效处理运行中的随机现 象，本发明采用蒙特卡洛模拟产生场景，在实际应用中也可采用已有的历史数据模拟场景。 设电力系统在T时段的一个可能运行状态时间序列为一个场景s，由系统所有可能出现的 场景构成的集合称为场景集S。虽然场景模拟解决了随机性问题，但是大量场景的引入增加 了计算的负担，为减轻计算负担并保持一定的可信性，可采用场景缩减法对场景进行缩减， 生成原场景集的一个近似场景子集，使缩减后场景集与原场景集概率距离最短。本发明采 用同步回代缩减法（simultaneous backward reduction)进行场景缩减，其流程如图2所 不。
[0032] 如图3所示，为通过蒙特卡洛法模拟得到的风电出力场景图，点线曲线表示场景 1、虚线曲线表示场景2、点画线曲线表示场景3、实线曲线表示场景4、点线上有圆圈标记的 曲线表示场景5、虚线上有钻石形标记的曲线表示场景6、点画线上有六连形标记的曲线表 示场景7、实线上有方块标记的曲线表示场景8、虚线上有向下的三角形标记的曲线表示场 景9、点线上有方块标记的曲线表示场景10。
[0033] 如图4所示，为通过场景缩减法得到的风电出力场景，点线曲线表示场景1、虚线 曲线表示场景2、点画线曲线表示场景3。