考虑调节补偿的地方电网与风蓄联盟主从博弈优化调度方法

本发明涉及新能源接入下的抽水蓄能优化运行，具体涉及一种考虑调节补偿的地方电网与风蓄联盟主从博弈优化调度方法。

背景技术：

1、针对新型电力系统建设中出现的调节责任前移问题，将风电和抽水蓄能组成联盟，抽水蓄能作为灵活性资源对风电出力波动进行调节，由风电集团承担调节费用补偿，以保证抽水蓄能调节利益，但存在风电支付能力受到其联盟收益分配的制衡问题。

2、现有技术中对抽水蓄能优化运行领域已展开广泛研究。其中最广泛的应用则是将抽水蓄能作为调节电源参与风光水火多能互补以提高经济效益，实现清洁能源就地消纳和电网节能减排；并缓解清洁能源外送通道卡口问题。另外，抽水蓄能的调节可以应对风光不确定性给系统带来的调度风险，抽水蓄能出力计划可跟踪风光新能源波动趋势，降低新能源随机性对系统的调度风险成本，并优化系统鲁棒最优解的搜索范围。

3、然而，上述研究并没有形成明确的电价机制对抽水蓄能的调节费用实现疏导和分摊，影响了抽水蓄能参与调度的积极性。为了实现风光新能源与抽水蓄能协调调度，两者可构成合作联盟，但成员异质性特点对联盟内部的利润分配构成了新的问题，需要探索合理的费用补偿机制。

技术实现思路

1、本发明提供一种考虑调节补偿的地方电网与风蓄联盟主从博弈优化调度方法，针对联盟内风电对抽水蓄能的补偿收益分配，采用纳什议价法进行讨价还价，最终获得满足公平性和合理性的补偿电价，促进了联盟内各方成员效益的提升和抽水蓄能调节费用的疏导。

2、本发明采取的技术方案为：

3、考虑调节补偿的地方电网与风蓄联盟主从博弈优化调度方法，包括以下步骤：

4、步骤1：将抽水蓄能电站与风电组建成风蓄联盟，建立地方电网与风蓄联盟主从博弈优化模型；

5、步骤2：构建地方电网与风蓄联盟主从博弈优化模型的约束条件；

6、步骤3：构建风蓄联盟的纳什议价利润分配模型；

7、步骤4：构建下层风蓄联盟优化模型的kkt条件，将下层风蓄联盟优化模型转换为上层模型的约束条件；

8、步骤5：考虑抽水蓄能调节补偿效益，实现地方电网与风蓄联盟主从博弈调度两阶段求解。

9、所述步骤1中，地方电网和风蓄联盟构成主从博弈关系，博弈上层是指地方电网，下层为风蓄联盟；地方电网通过改变分时电价激励风蓄联盟购售电，实现综合购电成本最小；风蓄联盟响应地方电网报价制定售电策略，以实现联盟总运行成本最小。

10、所述步骤1中，上层地方电网目标函数为总运行成本，包括：火电机组发电成本，与上级电网的功率交互成本，与风蓄联盟间的功率交互成本等，目标函数如式(1)所示。

11、

12、式(1)中：jlps代表地方电网目标函数；clps代表地方电网总运行成本；crp为地方电网与风蓄联盟间功率交互成本；为地方电网中火电机组发电成本；cg为地方电网与上级电网功率交互成本。

13、下层风蓄联盟的目标函数为联盟总运行成本最小，包括：抽水蓄能的运行成本，各发电机组运维总成本，扣除风蓄联盟与地方电网联络线总交互收益，其目标函数如式(5)所示。

14、jrpco＝mincrpco＝min(cpp+comσ-crp)  (5)；

15、式(5)中：jrpco代表风蓄联盟目标函数；crpco为联盟总运行成本；cpp为抽水蓄能的运行成本；comσ为各发电机组运维总成本；crp为风蓄联盟与地方电网联络线总交互收益。

16、所述步骤2中，上层地方电网约束条件包括：

17、1)上级电网通道约束：

18、-plmax≤plps,b,t,plps,s,t≤plmax  (8)；

19、式(8)中：plmax为上级电网联络线的功率传输极限；plps,b,t和plps,s,t分别为地方电网在t时刻向上级电网购电和售电的电量。

20、2)电力平衡约束和备用容量约束：

21、

22、式(9)中：j为机组序号；n为火电机组台数；dt为地方电网在t时刻的负荷需求；pgj,r,t为火电机组j在t时刻的备用容量；prpco,t为t时刻风蓄联盟与地方电网的交互功率；pgj,t为火电机组j在t时刻的出力。

23、3)地方电网火电机组出力约束：

24、

25、式(10)中：和分别为火电机组j的出力下限、上限。

26、4)火电机组爬坡约束：

27、

28、式(11)中：和δgj分别为火电机组j的最大爬坡出力、爬坡率系数；pgj,t-1为火电机组j在t-1时刻的出力。

29、5)分时电价约束：

30、θs,t<λs,t<θb,t   (12)；

31、式(12)中：λs,t为t时刻地方电网的分时电价；θs,t和θb,t分别为风蓄联盟在t时刻向上级电网售电和购电的电价。

32、所述步骤2中，下层风蓄联盟的约束条件包括：

33、1)风蓄联盟与地方电网联络线约束：

34、

35、式中：和分别为风蓄联盟与地方电网联络线功率的下限和上限；为风电机组j在t时刻的出力上限；分别为式(13)中各不等式约束的对偶变量。

36、2)风蓄联盟内的功率平衡约束：

37、

38、式中，m为联盟内风电机组总台数；ptt和ptp分别为抽水蓄能机组在t时刻的发电功率和抽水功率。at为等式约束式(14)的对偶变量。

39、3)抽水蓄能电站库容约束：

40、

41、式(15)中：k为调度时刻序号；分别为抽水蓄能电站在t时刻的发电和抽水状态；ppcap,epcap分别为抽水蓄能的功率容量和能量容量；e0为抽水蓄能初始库容对应的能量容量；ηp为综合效率，与管道运行效率、水泵运行效率和发电机组运行效率相关；和分别为抽水蓄能机组在k时刻的发电功率和抽水功率；分别为式(15)中各不等式约束的对偶变量。

42、所述步骤3中，抽水蓄能调节风电出力波动，风电承担抽水蓄能调节费用，调节补偿费用通过求解纳什议价利润分配模型获取，采用纳什议价利润分配模型求解风蓄联盟的内部利润分配时，一般以联盟内成员参与合作前后的利润差的纳什乘积最大值作为纳什议价解，如式(18)所示：

43、

44、式(18)中：和为不合作时风电和抽水蓄能在t时刻分别获得的利润，可作为谈判破裂点；和为合作后考虑补偿议价时风电和抽水蓄能在t时刻分别获得的利润。

45、所述步骤4中，kkt(karush-kuhn-tucker)条件是利用线性规划对偶定理将原优化模型转换为线性最优性条件，由原下层问题的约束条件、对偶问题的约束条件、松弛互补条件和拉格朗日函数梯度构成，通过kkt条件可以将地方电网与风蓄联盟主从博弈双层优化模型转化为单层线性优化模型求解，以降低模型求解复杂度。

46、所述步骤5中，考虑抽水蓄能调节补偿效益，是指在风蓄联盟内部，抽水蓄能与风电之间的能量互联互济，可提升能源利用效率和运营收益。抽水蓄能通过调节抽水/发电功率实现风电入网波动最低，而风电会承担抽水蓄能的调节补偿费用。根据地方电网-风蓄主从博弈模型获得联盟的伪利润及各成员的能量调度计划；在此基础上，进一步构建纳什议价联盟效益分配模型，抽水蓄能调节效益模型搭载其调节补偿收益，风电效益模型搭载其承担的调节补偿费用，实施联盟内部调节及其费用分摊，实现补偿电价的内部优化及各成员的利益分配。

47、所述步骤5中，求解过程分为两个阶段：

48、第一阶段：求解地方电网与抽水蓄能联盟间的主从博弈模型，获得联盟的伪利润及各成员的能量调度计划；

49、第二阶段：求解纳什议价利润分配模型，利用第一阶段主从博弈模型的求解结果为数据输入，利用分布式求解与迭代算法求出风电承担抽水蓄能调节的最优补偿电价和各成员最终收益。

50、在第一阶段求解过程中，地方电网与风蓄联盟的主从博弈单层优化模型可直接在matlab平台下调用yalmip/cplex工具箱求解，求解完成后输出主从博弈纳什均衡解，包括地方电网分时电价、风蓄联盟购售电量策略。

51、在第二阶段求解过程中纳什议价利润分配模型可分为如下两个子问题求解：

52、问题1：风电i的补偿议价交易模型：

53、

54、式(29)中：fwt,i为风电i的最优交易支付目标函数；t为调度时间间隔；为抽水蓄能希望风电i在t时刻给出的补偿价格；寻优变量为风电公司i在t时刻承担抽水蓄能调节补偿电价；为t时刻抽水蓄能给风电公司i提供的调节功率；ρgi和φi分别为风电i的拉格朗日乘子和惩罚因子；为风电公司i在t时刻参与合作联盟的售电利润；为风电公司i在t时刻不参与合作联盟的售电利润。

55、问题2：抽水蓄能的补偿议价交易模型：

56、

57、式(30)中：fps为抽水蓄能最优交易支付目标函数；为抽水蓄能在t时刻参与合作联盟的售电利润；为抽水蓄能在t时刻不参与合作联盟的售电利润。

58、纳什议价利润分配模型求解流程如下：

59、step1：初始化各主体参数，设置最大迭代次数kmax，设置风电i的内部补偿电价初始值初始拉格朗日乘子ρgi＝0，惩罚因子φi＝32。

60、step2：第k轮抽水蓄能从风电i接受期望补偿电价求解式(30)得到期望补偿电价

61、step3：将步骤step2中的代入式(29)，求解风电i给出的补偿电价

62、step4：利用式(31)更新拉格朗日乘子：

63、

64、step5：判断是否达到误差精度或最大迭代次数，若不能满足收敛条件，迭代次数k＝k+1，返回step2；若满足收敛条件，则计算结束，输出最优补偿电价。

65、本发明一种考虑调节补偿的地方电网与风蓄联盟主从博弈优化调度方法，技术效果如下：

66、1)本发明建立了基于主从博弈的地方电网-风蓄联盟双层优化调度模型，利用kkt单层优化理论求解该模型，获得博弈双方各部分优化调度方案。

67、2)本发明充分利用风蓄联盟成员互补特性和抽水蓄能电站的调节特性，将风电和抽水蓄能结盟，最大限度实现联盟内部的功率互济，提升了风电就地消纳能力。

68、3)本发明中地方电网与风蓄联盟之间的博弈竞争优化了电网分时电价和风蓄联盟的用能策略，兼顾了地方电网与风蓄联盟之间的利益均衡。

69、4)本发明针对联盟内风电对抽水蓄能的补偿收益分配，采用纳什议价法进行讨价还价，最终获得满足公平性和合理性的补偿电价，促进了联盟内各方成员效益的提升和抽水蓄能调节费用的疏导。