微電網(wǎng)運營商提供無功輔助服務下各市場主體的利益分配

2018-03-13 14:05:01 電網(wǎng)技術　點擊量：2522 評論 (0)

摘要：隨著售電側(cè)市場改革的不斷深入,研究多個微電網(wǎng)運營商參與下的配電側(cè)市場交易和競價機制具有重要意義。針對該問題,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

針對圖1所示的配電側(cè)電力市場,微電網(wǎng)運營商和批發(fā)市場以及微電網(wǎng)運營商之間通過競價競爭中標量,任何報價過高或者過低的一方都可能導致自身利益的損失;另一方面,DSO根據(jù)各售電方的報價,綜合考慮系統(tǒng)的潮流分布和運行約束,確定購電成本最小的經(jīng)濟調(diào)度方案。因此,式(1)—(11)可以描述成一個雙層優(yōu)化問題：底層優(yōu)化實現(xiàn)DSO對市場的清算,其中目標函數(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)化問題是一個帶約束的非線性規(guī)劃問題。上層優(yōu)化實現(xiàn)微電網(wǎng)運營商利益最大化的目標。當存在多個競爭主體時,市場達到均衡的條件是各主體都不主動改變自身的報價策略,即達到納什均衡[21]。因此,上層優(yōu)化問題實質(zhì)上是一個博弈問題。以下針對雙層問題的特點,分析相應的求解方法。

2.1 底層優(yōu)化問題

底層問題的優(yōu)化變量為DSO向各個微電網(wǎng)運營商和批發(fā)市場購買的功率,核心在于如何分配各售電方的中標功率,在滿足系統(tǒng)安全運行約束的基礎上,實現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟性最優(yōu)的目標。對于此問題,本文采用跟蹤中心軌跡內(nèi)點法進行求解[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-拉夫遜法對該方程組進行求解,即可得到DSO的最優(yōu)經(jīng)濟調(diào)度方案。具體的求解流程在文獻[22]中有詳細描述,在此不再贅述。

底層優(yōu)化問題求解實現(xiàn)后,DSO下發(fā)各微電網(wǎng)運營商的中標量和市場出清電價,微電網(wǎng)運營商根據(jù)市場的出清信息更新自身報價,直至市場達到納什均衡。

2.2 上層博弈問題

上層問題的優(yōu)化變量為微電網(wǎng)運營商m的報價,核心在于求取微電網(wǎng)運營商m針對其余運營商報價的最優(yōu)報價策略。假定微電網(wǎng)運營商之間能夠根據(jù)歷史交易數(shù)據(jù)獲知彼此的報價區(qū)間,且批發(fā)市場各時段的日前節(jié)點邊際電價已知。由式(1)可知,目標函數(shù)是關于優(yōu)化變量的隱函數(shù),微電網(wǎng)運營商m的報價將影響中標的功率和市場的出清電價,從而影響其收益。

基于以上分析,本文采用遺傳算法對該問題進行求解。種群的每個個體代表微電網(wǎng)運營商m的一種報價策略,通過對種群個體的自然選擇,可以獲得微電網(wǎng)運營商m的最優(yōu)報價策略。

2.3 雙層優(yōu)化求解方法

基于以上分析,針對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)設置各微電網(wǎng)運營商的初始報價。

2)假定其余運營商報價固定,根據(jù)圖2所示方法求解微電網(wǎng)運營商m的最優(yōu)報價。

3)對所有微電網(wǎng)運營商重復步驟2),求出所有運營商的最優(yōu)策略集合。

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

對于式(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)各個微電網(wǎng)的最優(yōu)報價,采用遺傳算法求解時,每個個體包含Ne-Ns+1個變量,對應聯(lián)盟體內(nèi)各個微電網(wǎng)的一種報價策略,個體適應度為聯(lián)盟內(nèi)微電網(wǎng)收益的總和。基于圖2所示的原理,可以得到聯(lián)盟體微電網(wǎng)針對其余微電網(wǎng)的最優(yōu)報價,即聯(lián)盟內(nèi)的任何一個微電網(wǎng)改變報價都無法提高整體收益。

3 算例分析

為了驗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)點系統(tǒng)為例,對配電側(cè)日前電力市場交易進行仿真模擬。考慮配電市場中包含3個微電網(wǎng),分別位于系統(tǒng)的12、24和30節(jié)點[23],系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

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

仿真中設定各售電方的初始報價等于批發(fā)市場的節(jié)點邊際電價,仿真時段為第2日0—1 h。在該時段內(nèi)的負荷需求為2.6+j1.6 MVA;批發(fā)市場節(jié)點邊際電價為0.0762 USD/(kW•h);3個微電網(wǎng)的競價功率范圍設定為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)點的電壓上下限為0.95~1.05 pu。以下從微電網(wǎng)運行成本、微電網(wǎng)聯(lián)盟以及微電網(wǎng)提供無功輔助服務3個方面對本文所提出的雙層優(yōu)化算法進行仿真分析。

3.1 不同運行成本下的競價博弈仿真

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