基于多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制的主動(dòng)配電網(wǎng)源-網(wǎng)-荷協(xié)調(diào)方法

2018-04-09 14:36:35 電力系統(tǒng)自動(dòng)化　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

基于多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制的主動(dòng)配電網(wǎng)源-網(wǎng)-荷協(xié)調(diào)方法1研究背景隨著可再生能源并網(wǎng)比例的持續(xù)增長(zhǎng)，配電網(wǎng)的形態(tài)與運(yùn)行方式正在發(fā)生巨大變化

1研究背景

隨著可再生能源并網(wǎng)比例的持續(xù)增長(zhǎng)，配電網(wǎng)的形態(tài)與運(yùn)行方式正在發(fā)生巨大變化。分布式電源、主動(dòng)負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置及微電網(wǎng)的大量接入，使得以配電網(wǎng)為中心的源、網(wǎng)、荷均呈現(xiàn)出多元變化，為配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化帶來(lái)更多挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)主要可歸納為：

1）多元多層級(jí)主體協(xié)調(diào)問(wèn)題。參與協(xié)調(diào)優(yōu)化的源、網(wǎng)、荷分屬于不同的利益主體；而配電網(wǎng)上直接并網(wǎng)的源、荷與微電網(wǎng)內(nèi)通過(guò)微電網(wǎng)間接并網(wǎng)配電網(wǎng)的源、荷運(yùn)行特點(diǎn)又不同，如何處理不同層級(jí)上的不同利益主體，進(jìn)行多級(jí)協(xié)調(diào)成為一大問(wèn)題。

2）不確定性與風(fēng)險(xiǎn)協(xié)調(diào)問(wèn)題。風(fēng)電功率、電動(dòng)汽車及空調(diào)負(fù)荷的不確定性，均會(huì)使得源-網(wǎng)-荷協(xié)調(diào)優(yōu)化模型變得模糊，如何處理每個(gè)利益主體的收益與風(fēng)險(xiǎn)關(guān)系也成為一大問(wèn)題。

本文將多智能體系統(tǒng)與多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制結(jié)合，以協(xié)調(diào)不同層級(jí)的多利益主體。配電網(wǎng)智能體不直接集中控制各分布式電源及主動(dòng)負(fù)荷的發(fā)用電量，而是通過(guò)價(jià)格杠桿在多個(gè)層級(jí)間進(jìn)行間接協(xié)調(diào)。在不同層級(jí)的優(yōu)化過(guò)程中，采用模糊機(jī)會(huì)約束規(guī)劃和可信性測(cè)度來(lái)處理不確定性和風(fēng)險(xiǎn)，并通過(guò)等價(jià)類對(duì)機(jī)會(huì)約束條件進(jìn)行轉(zhuǎn)化。采用蝙蝠算法和黃金分割法對(duì)多層模糊隨機(jī)規(guī)劃模型進(jìn)行求解，解決可再生能源高滲透率配電網(wǎng)的源-網(wǎng)-荷協(xié)調(diào)優(yōu)化問(wèn)題。

2基于多智能體的多層電價(jià)響應(yīng)

根據(jù)主動(dòng)配電網(wǎng)內(nèi)各主體的功能屬性，定義如下5類智能體，分別為配電網(wǎng)智能體、虛擬電廠智能體、微電網(wǎng)智能體、多形態(tài)負(fù)荷智能體以及一次側(cè)能源智能體，如圖1所示。

圖1多智能體架構(gòu)

在此背景下，主動(dòng)配電網(wǎng)多智能體系統(tǒng)包含核心協(xié)調(diào)層（ADNA）、直接協(xié)調(diào)層（VPPA與MGA）、間接協(xié)調(diào)層（微網(wǎng)內(nèi)PEAs、LAs），如圖2所示。處于上層的智能體對(duì)下層進(jìn)行電價(jià)激勵(lì)，處于下層的智能體對(duì)上層電價(jià)進(jìn)行功率響應(yīng)，這一多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制保證了不同層級(jí)智能體間利益協(xié)調(diào)的有序進(jìn)行，原理類似于有序的多層規(guī)劃。

圖2多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制

多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制與傳統(tǒng)的市場(chǎng)交易機(jī)制不同，不需要集中市場(chǎng)交易平臺(tái)/中心，ADNA無(wú)需了解網(wǎng)內(nèi)各PEAs、LAs的成本與報(bào)價(jià)信息及進(jìn)行大規(guī)模的集中計(jì)算，比較適用于市場(chǎng)參與者眾多的配電網(wǎng)市場(chǎng)；另外，該機(jī)制中PEAs、LAs等市場(chǎng)參與者可以主動(dòng)參與協(xié)調(diào)過(guò)程，主動(dòng)響應(yīng)電價(jià)并相應(yīng)調(diào)節(jié)功率。因此本文所提多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制是一種分散自律且體現(xiàn)參與者主動(dòng)響應(yīng)的配電網(wǎng)市場(chǎng)模式。

3多層模糊機(jī)會(huì)約束的源-網(wǎng)-荷協(xié)調(diào)模型

1）核心協(xié)調(diào)層ADNA的優(yōu)化模型

在基于多智能體的多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制中，ADNA的優(yōu)化目標(biāo)是使得配電網(wǎng)的購(gòu)電成本及不平衡成本總和最小化，決策配電網(wǎng)電價(jià)。

2）直接協(xié)調(diào)層VPPA的優(yōu)化模型

虛擬電廠智能體VPPA的優(yōu)化目標(biāo)是追求內(nèi)部PEAs及LAs收益的最大化。決策在某一配電網(wǎng)電價(jià)條件下，VPPA內(nèi)源-荷的響應(yīng)功率。通過(guò)協(xié)調(diào)優(yōu)化內(nèi)部電動(dòng)汽車、常規(guī)火電機(jī)組、分布式風(fēng)電機(jī)組、空調(diào)可調(diào)度負(fù)荷等的運(yùn)行狀態(tài)，來(lái)實(shí)現(xiàn)整體VPPA的收益最大化。

3）直接協(xié)調(diào)層MGA的優(yōu)化模型

微電網(wǎng)智能體MGA的優(yōu)化目標(biāo)與VPPA的作用方式不同。微電網(wǎng)是一個(gè)獨(dú)立的智能體主元，擁有獨(dú)立的優(yōu)化目標(biāo)，其利益與微電網(wǎng)上并網(wǎng)的源-荷存在博弈關(guān)系。微電網(wǎng)從并網(wǎng)的源-荷購(gòu)電，而向上層并網(wǎng)的配電網(wǎng)售電。在某一配電網(wǎng)電價(jià)已知條件下，決策微電網(wǎng)電價(jià)。

4）間接協(xié)調(diào)層并網(wǎng)微電網(wǎng)的PEAs及LAs的優(yōu)化模型

并網(wǎng)微電網(wǎng)的PEAs及LAs會(huì)針對(duì)每一個(gè)微電網(wǎng)電價(jià)做出優(yōu)化響應(yīng)。決策在某一微電網(wǎng)電價(jià)條件下，并網(wǎng)微電網(wǎng)的PEAs及LAs的響應(yīng)功率。可以發(fā)現(xiàn)，這一過(guò)程與VPPA的優(yōu)化過(guò)程極為相似。只是參與優(yōu)化的PEAs及LAs不再是虛擬電廠內(nèi)的源、荷智能體，而是并網(wǎng)微電網(wǎng)的源、荷智能體。

4求解方法

基于多智能體多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制的模糊機(jī)會(huì)約束協(xié)調(diào)優(yōu)化模型包含大量模糊參數(shù)和模糊機(jī)會(huì)約束條件，數(shù)學(xué)性質(zhì)模糊，難以采用基于導(dǎo)數(shù)的優(yōu)化方法直接求解。本文采用等價(jià)類轉(zhuǎn)化的方式來(lái)處理模糊機(jī)會(huì)約束條件，將模糊機(jī)會(huì)約束轉(zhuǎn)化為確定性約束。采用基于模糊模擬的BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)逼近帶有模糊參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)數(shù)學(xué)樂(lè)觀值。

經(jīng)過(guò)不確定性處理的優(yōu)化模型約束中已不含隨機(jī)變量，但目標(biāo)函數(shù)由BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)逼近，仍然難以用傳統(tǒng)優(yōu)化工具進(jìn)行求解。同時(shí)，多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制中，要求對(duì)若干不同激勵(lì)電價(jià)下的響應(yīng)功率和成本進(jìn)行計(jì)算，這樣的遍歷式尋優(yōu)思路效率極低，不適合實(shí)際應(yīng)用。因此，本文采用蝙蝠算法求解含BP神經(jīng)元的模型，采用黃金分割法模擬多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制。

5算例分析與討論

1）多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制對(duì)比分析

分別進(jìn)行如下市場(chǎng)機(jī)制下的配電網(wǎng)源-網(wǎng)-荷協(xié)調(diào)優(yōu)化仿真：不計(jì)風(fēng)險(xiǎn)的多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制；計(jì)及風(fēng)險(xiǎn)的多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制；傳統(tǒng)集中市場(chǎng)機(jī)制。

可發(fā)現(xiàn)，不計(jì)風(fēng)險(xiǎn)條件下多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制的配電網(wǎng)源-網(wǎng)-荷協(xié)調(diào)最優(yōu)電價(jià)與配網(wǎng)運(yùn)行成本均與傳統(tǒng)集中市場(chǎng)模式相同。在這一模式下，市場(chǎng)參與者主動(dòng)參與協(xié)調(diào)過(guò)程，同樣實(shí)現(xiàn)了社會(huì)效益最大化的市場(chǎng)目標(biāo)。而計(jì)及風(fēng)險(xiǎn)的多層電價(jià)響應(yīng)模式下，與其他兩種模式相比配網(wǎng)最優(yōu)電價(jià)較低，這主要是因?yàn)楸疚哪Ｊ接?jì)及風(fēng)險(xiǎn)，允許存在一定的不平衡功率。同時(shí)，本文模式下配電網(wǎng)的成本也更低，這主要是因?yàn)橛?jì)及風(fēng)險(xiǎn)條件下，配網(wǎng)從PEAs及LAs購(gòu)得發(fā)電功率更低，配網(wǎng)電價(jià)也更低。

2）考慮風(fēng)險(xiǎn)對(duì)源-網(wǎng)-荷協(xié)調(diào)優(yōu)化的影響

不同的置信度水平可以反應(yīng)參與協(xié)調(diào)優(yōu)化智能體對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的接受程度。改變置信水平進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。分別取置信水平為0.5，0.6，0.7，0.8，0.9進(jìn)行仿真。可以看出，無(wú)論對(duì)于何種電價(jià)，置信水平越高，VPPA的收益就越低。

不同的模糊參數(shù)刻畫(huà)方式體現(xiàn)了多智能體對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的靈活考慮與接受程度。考慮采用三種隸屬度函數(shù)對(duì)模糊變量進(jìn)行刻畫(huà)：①三角形模糊刻畫(huà)方案。②梯形模糊刻畫(huà)方案。③矩形模糊刻畫(huà)方案。結(jié)果可以看出，對(duì)于前兩種優(yōu)化方案而言，配電網(wǎng)的總成本均會(huì)隨置信水平的升高而增加。這主要是由于，機(jī)會(huì)約束的置信水平要求越高，說(shuō)明參與調(diào)度主體對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的接受程度越小，優(yōu)化調(diào)度算法為實(shí)現(xiàn)這樣趨于保守的調(diào)度要求，會(huì)增加成本。

3）求解算法的計(jì)算精度與計(jì)算效率

將本文所提的結(jié)合蝙蝠算法的黃金分割法與其他由遺傳算法和模式搜索算法構(gòu)成的復(fù)合智能算法進(jìn)行比較，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1算法比較分析

由表1可見(jiàn)，從最優(yōu)電價(jià)看，本文所提算法與其他對(duì)比算法取得了相同精度的優(yōu)化結(jié)果。從計(jì)算效率上看，對(duì)于配電網(wǎng)而言算法1只需11次就完成了計(jì)算，與算法2持平，遠(yuǎn)低于算法3、4的34次。這主要是由于黃金分割法充分利用了配網(wǎng)成本與配網(wǎng)電價(jià)的單谷一維函數(shù)關(guān)系進(jìn)行最優(yōu)電價(jià)搜索，計(jì)算高效；而模式搜索算法未計(jì)及這一單谷特性而反復(fù)放大搜索范圍進(jìn)行試探，增加了計(jì)算次數(shù)。因此，結(jié)合蝙蝠算法的黃金分割法對(duì)于求解本文模型體現(xiàn)了良好的精確性與高效性。

6結(jié)論

1）多智能體系統(tǒng)可有效協(xié)調(diào)主動(dòng)配電網(wǎng)環(huán)境下的源、網(wǎng)、荷利益主體，基于多智能體的多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制可對(duì)不同層級(jí)上復(fù)雜的源、網(wǎng)、荷結(jié)構(gòu)進(jìn)行協(xié)調(diào)，充分發(fā)揮高比例可再生能源和主動(dòng)負(fù)荷的潛力。

2）模糊參數(shù)和模糊機(jī)會(huì)約束規(guī)劃可以簡(jiǎn)潔有效地處理可再生能源高滲透率電網(wǎng)的諸多不確定因素，計(jì)及各智能體對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的追求與厭惡程度。模糊機(jī)會(huì)約束的等價(jià)類轉(zhuǎn)化和結(jié)合BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的模糊模擬可以有效簡(jiǎn)化模糊規(guī)劃，而結(jié)合蝙蝠算法的黃金分割法使得多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制求解得到極大簡(jiǎn)化。

3）本文對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的考慮僅為對(duì)模糊機(jī)會(huì)約束置信度水平的控制，可以進(jìn)一步引入風(fēng)險(xiǎn)考核指標(biāo)進(jìn)行下一步深入研究。（徐熙林，宋依群，姚良忠，索瑞鴻，嚴(yán)正）

原標(biāo)題:上海交通大學(xué) 徐熙林，宋依群；中國(guó)電科院姚良忠等：基于多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制的主動(dòng)配電網(wǎng)源-網(wǎng)-荷協(xié)調(diào)方法

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