一种基于主从博弈的虚拟电厂与园区双层协同规划方法与流程

本发明涉及电网规划领域，尤其是涉及一种基于主从博弈的虚拟电厂与园区双层协同规划方法。

背景技术：

1、为了建设资源节约型和环境友好型的环境，越来越多的灵活的“源-蓄-荷”资源，如灵活的负载和储能系统(energy storage system,ess)等被集成到低碳园区中。然而，多个分布式发电机(distributed generator,dg)位置分散，输出随机，电网调度中心难以集中调控，导致资源浪费和弃风弃光伏。虚拟电厂(virtual power plant,vpp)利用信息和通信技术和能源管理系统，可以有效地聚合和管理分散在负载和发电侧的分布式能源(distributed energy resources,ders)，而不考虑地理位置。因此，它有一个光明的未来。电网中众多链路之间的强耦合需要vpp和低碳园区之间的协作，而vpp和低碳园区由于目标不同而存在利益竞争。建立基于协调博弈理论的低碳园区和vpp规划模型具有重要意义。

2、目前主流方法中，很少考虑低碳园区和vpp的协调规划，

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于主从博弈的虚拟电厂与园区双层协同规划方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种基于主从博弈的虚拟电厂与园区双层协同规划方法，所述方法构建基于主从博弈的有源园区和虚拟电厂vpp的双层协调规划模型，求解基于主从博弈的双层协调规划模型，得到最优协同规划结构；

4、所述双层协调规划模型的上层，园区作为主从博弈中的上层领导者，以年综合成本最小为目标进行园区扩建规划，并决定最佳的电网规划策略；

5、所述双层协调规划模型的下层，虚拟电厂vpp作为上层园区的跟随者，服从园区的电网规划策略，并根据电网规划策略确定最佳的分布式发电机dg和储能系统ess的选址和定容策略。

6、进一步地，所述基于主从博弈的双层协调规划模型中：

7、园区作为主从博弈中的上层领导者，决定最佳的电网规划策略，并将电网规划策略传递给下层虚拟电厂vpp，下层虚拟电厂vpp作为上层园区的跟随者，无条件服从园区的电网规划策略，并根据电网规划策略做出最佳的分布式发电机dg和储能系统ess的选址定容策略；

8、虚拟电厂vpp的最佳选址定容策略会传递给上层园区，园区根据虚拟电厂vpp的最佳选址定容策略进一步更新电网规划决策，并将新的电网规划决策传递给虚拟电厂vpp；

9、重复上述过程，直到园区和虚拟电厂vpp达到博弈均衡点。

10、进一步地，所述主从博弈的均衡点表示为：

11、

12、式中，为园区的最佳策略，{xij}表示电网扩容方案；为虚拟电厂vpp的最佳策略，对应分布式发电机dg和储能系统ess的安装位置和容量；fdn和fvpp分别为主从博弈中领导者园区和追随者虚拟电厂vpp的目标函数。

13、进一步地，所述双层协调规划模型的上层包括园区框架扩展规划模型，用于进行园区网络扩容规划，目标函数是园区年综合成本fdn最小；

14、所述园区年综合成本包括：线路建设和改造成本网络损失成本设备故障损失上层电网购买成本以及从虚拟电厂vpp购买电力成本

15、所述园区扩建规划的约束条件包括：节点功率平衡约束、邻节点电压约束、电压幅值约束、线路电流约束以及线路功率约束。

16、进一步地，所述园区的目标函数具体表达如下：

17、

18、

19、

20、

21、

22、

23、式中：和分别表示新建和改造线路的成本；t为设备寿命；r为贴现率；和代表新建和改造线的集合；xij是一个二元变量，xij＝1表示选择线路ij进行新建或改造；λcon和λre分别是新建和改造线路的单位长度成本；lij表示线路ij的长度，ns表示典型运行场景的数量，ds表示场景s的天数，n表示一天的运行周期，λsell,t为t时刻电网的购电价格，ploss,s,t为场景s下t时刻输电网产生的有功损耗，ωdn是园区分支机构的集合，ξij是线路ij的故障率，ωij是由线路ij供电的负荷节点集合，为场景s下节点m在t时刻的负荷；λb1,t为t时刻上层电网的购电价格，ωload是所有负荷节点的集合；为场景s在时刻t的虚拟电厂vpp的总有功功率；λb2,t为时刻t的从虚拟电厂vpp购电的价格。

24、进一步地，对所述园区约束条件中的幂约束进行二阶锥松弛，得到具有凸性的二阶锥约束。

25、进一步地，所述园区规划网络扩容采用生成树方法，引入表示规划线ij是否连通的变量δij以及表示节点i是节点j的父节点的变量在不创建环形网络结构的情况下保证连通性；基于生成树的园区径向充分条件包括：

26、

27、

28、

29、

30、

31、

32、式中：ni和nsub分别为规划后的园区节点数和变电站数；ωdl和ωnl分别代表原线路和新建线路集。

33、进一步地，所述双层协调规划模型的下层包括虚拟电厂vpp规划模型，用于规划分布式发电机dg和储能系统ess的选址和定容，目标是实现虚拟电厂vpp年度综合收益最大化；

34、所述虚拟电厂vpp的年度综合收益fvpp包括：虚拟电厂vpp向园区出售电力和政府补贴的新能源收入，分布式发电机dg和储能系统ess的年投资和运维成本和以及负荷侧需求响应dsr的补偿费用；

35、所述虚拟电厂vpp规划的约束条件包括：分布式发电机dg和储能系统ess安装数量约束、电压偏差约束、储能系统ess充放电约束、储能系统ess容量约束。

36、进一步地，所述虚拟电厂vpp的目标函数具体表达如下：

37、

38、

39、

40、

41、

42、式中：αsub为每单位新能源发电的政府补贴；和为场景s时刻虚拟电厂vpp中所有分布式发电机dg和储能系统ess的有功输出功率值，两者之和为和分别为分布式发电机dg和储能系统ess的投资和建设成本；αdg和αess分别为分布式发电机dg和储能系统ess的单位容量投资成本，ωdg和ωess分别为待安装分布式发电机dg和储能系统ess的节点集；如果节点i选择安装分布式发电机dg，则二元变量等于1，如果节点i选择安装储能系统ess，则二元变量等于1；和分别表示节点i上连接的分布式发电机dg和储能系统ess的数量，和分别表示单个分布式发电机dg和储能系统ess的功率额定值；和分别为分布式发电机dg和储能系统ess单位发电容量的运维成本；和分别为场景s下，储能系统ess在时刻t的放电功率和充电功率；为参与负荷侧需求响应dsr的节点i上场景s的中断负荷功率，为可中断负荷的补偿单位费用。

43、进一步地，所述基于主从博弈的双层协调规划模型采用遗传算法来求解，求解步骤如下：

44、步骤1：初始化园区投资决策种群，设置初始迭代数；

45、步骤2：传递园区初始规划策略给虚拟电厂vpp，计算每个园区策略个体下的虚拟电厂vpp的目标函数和最佳策略；

46、步骤3：根据每个策略个体下虚拟电厂vpp的目标函数值，重新生成园区策略种群

47、步骤4：判断是否达到均衡点，若否，将园区新的策略种群传递给虚拟电厂vpp，返回步骤2；若达到均衡点，则迭代结束。

48、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

49、1)考虑采用虚拟电厂对柔性资源进行管理，在主从博弈的基础上，考虑电力用户和低碳园区运营商的利益，提出了一种有源低碳园区和虚拟电厂的双层协调规划模型。在上层，低碳园区以年综合成本最小为目标，进行低碳园区扩建规划。在下层，虚拟电厂运营商确定最佳的分布式发电机和储能的选址和定容，目标是最大化其利润。能够利用vpp对可再生能源和需求侧资源的聚合可以充分利用两者的互补特性，同时避免了地域限制。基于主从博弈的协同规划模型能够充分体现双方的决策优化过程，在实现自身利益的同时促进市场的发展。测试结果表明，低碳园区规划与vpp柔性资源配置方案相结合具有较好的社会效益。