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基于不动点映射的多微网与配电网主从博弈定价策略及均衡求解方法

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电测与仪表 2023年第11期60卷 37-44页

作者：郝元钊吴豫苗福丰刘一欣国网河南省电力公司郑州450052 天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072

随着配电侧微电网接入数量的逐年提升和市场化改革的推进,开展多微网与配电网的协同优化定价问题具有重要意义。针对该问题,文中提出基于不动点映射的主从博弈定价策略,并分析系统博弈均衡状态的求解方法。建立了含多微网接入的配电网... 详细信息

随着配电侧微电网接入数量的逐年提升和市场化改革的推进,开展多微网与配电网的协同优化定价问题具有重要意义。针对该问题,文中提出基于不动点映射的主从博弈定价策略,并分析系统博弈均衡状态的求解方法。建立了含多微网接入的配电网二阶锥最优潮流模型,并推导其等价的对偶模型以获得准确的节点边际电价。考虑储能、分布式光伏和弹性负荷的协调,建立基于价格响应的微网群运行优化模型。基于不动点理论描述含多微网的配电系统定价策略,利用基于外推改进的最佳响应算法进行求解实现博弈均衡,并基于压缩映射定理证明所提算法的收敛性。基于改进IEEE-33节点配电系统案例的仿真结果表明,所提方法能够有效求解多主体博弈问题并获得均衡解,且具有更高的求解效率。

关键词：多微网不动点映射主从博弈节点边际电价改进最佳响应算法

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多微网互联系统的动态经济调度研究

太阳能学报 2018年第5期39卷 1426-1433页

作者：吴红斌孙瑞松蔡高原合肥工业大学电气与自动化工程学院

综合考虑多微网系统的安装成本、运行成本和环境效益等因素,计及风、光、负荷的不确定性影响,建立多微网互联系统的动态经济调度模型,采用结合蒙特卡洛模拟的粒子群优化算法（MCS-PSO）进行求解。通过算例系统,分析互联系统调度优化结果... 详细信息

综合考虑多微网系统的安装成本、运行成本和环境效益等因素,计及风、光、负荷的不确定性影响,建立多微网互联系统的动态经济调度模型,采用结合蒙特卡洛模拟的粒子群优化算法（MCS-PSO）进行求解。通过算例系统,分析互联系统调度优化结果,验证所提策略的有效性,并讨论置信水平对多微网系统动态经济调度结果的影响。

关键词：多微网分层控制动态经济调度置信水平 MCS-PSO

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多微网系统关键技术综述

电网技术 2020年第10期44卷 3804-3820页

作者：刘迎澍陈曦李斌朱介北天津大学电气自动化与信息工程学院天津市南开区300072

多微网系统是解决大规模分布式可再生能源消纳,降低其出力随机性和不可预测性对电网带来的冲击,保障区域内负荷供电可靠性的有效手段,因而必将成为未来能源互联网的重要组成部分。根据现有研究工作,对多微网系统的互联方式、系统能量管... 详细信息

多微网系统是解决大规模分布式可再生能源消纳,降低其出力随机性和不可预测性对电网带来的冲击,保障区域内负荷供电可靠性的有效手段,因而必将成为未来能源互联网的重要组成部分。根据现有研究工作,对多微网系统的互联方式、系统能量管理的协同优化调度、运行控制策略、稳定性分析及电能交易模式等关键技术的研究发展现状进行了综述,并对多微网系统的发展趋势进行了展望。

关键词：多微网互联方式优化控制电能交易

考虑风光不确定性的综合能源多微网分布鲁棒优化调度研究

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考虑风光不确定性的综合能源多微网分布鲁棒优化调度研究

作者：黄光耀南昌大学

学位级别：硕士

在实现碳达峰、碳中和的背景下,清洁能源得到广泛运用和发展。风电、光伏等新能源出力存在随机性、波动性,给电力系统带来了稳定性、安全性和经济性等方面的问题。建立安全可靠含清洁能源的微电网经济调度模型,在提高电力系统运行水平... 详细信息

在实现碳达峰、碳中和的背景下,清洁能源得到广泛运用和发展。风电、光伏等新能源出力存在随机性、波动性,给电力系统带来了稳定性、安全性和经济性等方面的问题。建立安全可靠含清洁能源的微电网经济调度模型,在提高电力系统运行水平和促进清洁能源消纳等方面具有重要意义。首先,在介绍风电、光伏出力不确定性基础上,给出了处理不确定性问题的鲁棒优化方法和相关数学模型,阐述了对应的求解策略。考虑到传统鲁棒优化的保守问题,介绍了分布鲁棒的分类及模糊集的构造方法,并总结了不同模糊集下模型的求解思路。其次,在介绍冷热电联供型微电网的结构和数学模型基础上,制定了考虑风、光不确定性综合能源微网的调度策略,以微网中燃料成本、运维成本和与电网交互成本最低为目标函数,在功率平衡、机组出力等约束下,通过构建min-max-min两阶段模型,将目标分解为主、子问题进行求解。并通过计算不同置信度下系统的成本,验证模型的保守程度。对比不同场景下储能装置对微网经济性的影响,分析了储能装置的作用和地位。最后,为增加风电、光伏的消纳,对多微网经济调度进行研究,在构建冷热电联供、热电联供、冷电联供型多微网系统数学模型的基础上,引入碳交易策略,结合需求响应机制,以多微网系统综合运行成本最低为目标进行研究,算例表明,系统的经济性得到了提高。

关键词：优化调度分布鲁棒优化多微网碳交易需求响应

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计及网络约束的多微网分布式交易运营优化

计及网络约束的多微网分布式交易运营优化

作者：王灼济南大学

学位级别：硕士

微网是一种有效整合分布式发电机组、储能设施、可再生能源及负荷的区域电力系统,其出现为电力市场提供了新的交易范式,如点对点（Peer to Peer,P2P）交易和聚合交易等。多微网P2P能源交易可以有效提高各独立微网运行效率及经济效益。然... 详细信息

微网是一种有效整合分布式发电机组、储能设施、可再生能源及负荷的区域电力系统,其出现为电力市场提供了新的交易范式,如点对点（Peer to Peer,P2P）交易和聚合交易等。多微网P2P能源交易可以有效提高各独立微网运行效率及经济效益。然而,如何保证多微网P2P能源交易契合电力系统实际技术条件和运营理念,如何在确保各交易主体隐私的情况下实现多微网最优交易,是一系列极具挑战性的问题。本文以微网运行经济性为目标,研究计及配电网潮流和考虑机组组合的多微网分布式交易运营优化问题。本文具体研究工作如下。首先,建立以经济性为目标的多微网运营交易优化数学模型,包括微网内部各类型发电资源运行模型及多微网之间的交易模型。该模型可被表述为混合整数二次规划（Mixed Integer Quadratic Programming,MIQP）问题。其次,针对现有常规分布式优化方法难以保证计及机组组合的多微网P2P交易收敛性和最优性等问题,提出一种交替优化方法（Alternating Optimization Method,AOM）分布式求解多微网最优交易和运行方案。该方法由交替方向乘子法（Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM）和MIQP方法组成,用于交替求解连续变量和0-1离散变量。设计了带阈值的近似舍入方法处理因连续化离散变量导致的机组出力越限问题,并且平滑了ADMM和MIQP模块之间的参数传递过程。仿真结果表明,AOM可实现带机组组合约束的多微网分布式交易最优性,并且阈值可有效地调整发电机的运行范围从而提高机组运行效率。最后,提出一种双层分布式交易优化框架,实现配电系统运营商物理校验与多微网逻辑P2P交易之间的协商。上层建立了条件最优潮流模型,以保证区域配电网的安全运行和最小化网络损耗。下层考虑到配电网潮流约束,重构多微网P2P能源交易模型,保证多微网与配电网间的买卖电及多微网P2P能源交易全部通过配电网传输并且满足潮流约束。为了实现配电系统运营商和多微网及不同微网之间决策过程的一致性和连续性,设计了一种由并行目标分析级联法和AOM组成的嵌套双层分布式算法。构建了上下层之间的直接协商机制,增强了电力市场参与者的自主性以及参与者间的交互性,从而提升交易结果的应用价值。此外,引入自适应罚函数更新方法缓解算法对参数初始值的敏感性。仿真结果表明,所提分布式交易优化方法有利于降低多微网运营成本,所得多微网P2P交易方案能够满足配电网潮流约束;自适应罚函数更新方法降低了模型求解对参数初始值的敏感性;与传统顺序分布式算法相比,所提并行分布式算法具有更高的计算效率。

关键词：多微网最优潮流分布式优化 P2P能源交易机组组合

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区域多微网综合能源系统随机优化运行研究

区域多微网综合能源系统随机优化运行研究

作者：郑莉珺广西大学

学位级别：硕士

在生态优先、绿色低碳发展的大背景下,能提高能源的利用效率且不背离经济发展主线的综合能源系统（Integrated energy system,IES）成为了能源领域的研究热点。而多微电网在解决IES中大量分布式可再生能源消纳、保障供电可靠安全等问题... 详细信息

在生态优先、绿色低碳发展的大背景下,能提高能源的利用效率且不背离经济发展主线的综合能源系统（Integrated energy system,IES）成为了能源领域的研究热点。而多微电网在解决IES中大量分布式可再生能源消纳、保障供电可靠安全等问题上有突出表现。多微网综合能源系统包含区域内多个微电网以及配电网、配气网等。通过协同交互,上层配网系统的调配能力和不同微网的内部资源特性可以得到充分发挥,整个系统的资源配置进一步优化,系统的经济效益获得提升。然而,多微网综合能源系统中容纳了多种形式的输入能源、耦合性强的设备、多元化的负荷类型和多层次的系统通信等,这给整个系统的优化运行带来了巨大的挑战。因此,本文针对多微网接入上层配电系统时出现的网络损耗增大、可再生能源利用率低,以及如何在电热系统中实现多储能的高效配合和调动用户侧的负荷潜力等问题,开展了如下的研究:（1）绪论部分针对多微网综合能源系统的发展现状进行了系统性地归纳总结,指出了课题研究领域的热点难点。在系统建模方面,第二章节分别采用传统多微网系统建模和能源枢纽系统建模,梳理了系统中常见的能量转换设备、能量存储设备以及发电端的能量生产设备的数学模型和矩阵模型。其次,在可再生能源出力的随机特性、储能与电价以及需求响应相结合等方面进行了深一步的研究。（2）本文针对电热多微网系统的优化运行问题,研究了考虑可再生能源出力不确定性的多个热电联产（Combined heat and power,CHP）型微网与多节点配电系统互联的双层优化策略。文中将多个微电网和多节点配电系统看作不同的主体,把整个系统分为上下两层。在实际建模过程中,下层采用场景法来考虑风光出力的不确定性因素,以微网在各场景下的最小加权成本和为目标,优化得到各微电网的买卖电功率。上层以优化所得的买卖电功率为约束,并以最小配电系统网损成本为目标,将功率分配问题转换成求解最优潮流的问题。最后实验以两个供能不同的CHP型微网接入上层配电系统为算例,验证了所提双层优化策略的有效性。结果表明:风光的通用分布和后向场景削减法的使用减少了可再生能源出力的不确定性对系统带来的影响;探究了蓄热电锅炉、蓄电池等耦合元件与其他设备的协调配合方案,提高了系统的灵活性,以经济最优的方式消纳了更多的可再生能源。（3）为了充分发挥用户侧的负荷潜力,改善多个能源枢纽并网整体调度问题,本文提出了考虑综合能源需求响应的能源枢纽并网随机优化运行策略。文中采用通用分布和场景削减法来处理风光出力的不确定性问题,通过对大量场景约简来获得反映风光随机特性的典型场景。计及系统运行过程的能源成本、需求响应补偿成本、运维成本,考虑负荷转移与削减以及电、热、冷功率平衡等约束,将基于图论的能源枢纽结构用矩阵形式建模,从而建立考虑综合需求响应的能源枢纽模型。其次,上层电网以优化所得的买卖电功率为约束,并以网损成本最小为目标,使用二阶锥松弛技术,建立线性化的最优潮流模型。最后,以两个能源枢纽接入上层IEEE-30节点电力系统为仿真算例,验证了所提的综合能源系统的多能协同优势。结果表明:系统消纳风光的比例得到了提高,系统实施综合需求响应后的日运行成本也显著降低。此外,用矩阵形式描述能源枢纽中的能量流动、设备内部的能量转换、设备间的能量互联,具有简洁和拓展性强的优点。此方法适用于不同规模的综合能源系统的合理建模,具体形象地表述了多能耦合的复杂关系。

关键词：多微网综合能源系统多元储能能源枢纽综合需求响应随机优化

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考虑需求侧响应的多微网双层能量优化

考虑需求侧响应的多微网双层能量优化

作者：陈浩悟华南理工大学

学位级别：硕士

近些年来,随着社会不断的发展,能源危机和环境危机日益突出。在此背景下,微电网与需求侧响应技术得到飞速发展。微电网能高效集成各分布式能源,并大幅度提升风光的利用率,是智能电网建设必不可少的一环。需求侧响应技术既可以通过各种... 详细信息

近些年来,随着社会不断的发展,能源危机和环境危机日益突出。在此背景下,微电网与需求侧响应技术得到飞速发展。微电网能高效集成各分布式能源,并大幅度提升风光的利用率,是智能电网建设必不可少的一环。需求侧响应技术既可以通过各种激励手段充分挖掘用户侧调控电能的潜力,也可以极大提升用户侧的用电效率。所以如何运用需求侧响应技术合理平衡用户侧和发电侧的利益分配问题达到双赢的局面,是目前的研究中亟待解决的问题。本文首先介绍了微电网群的结构和控制模式,对光伏发电系统、风力发电系统等可再生能源发电单元和储能单元的运行原理和工作特性进行了研究,建立了各分布式电源的模型并确定其成本函数。其次,结合双层规划对微电网用户侧和发电侧的特性分析,建立了考虑需求侧响应的微电网双层能量优化模型:上层针对用户侧,以用户购电的成本和用电满意度函数为优化目标,采用需求侧响应的手段,以动态电价的形式对用户用电进行合理调控,并采用改进PSO算法对模型求解;下层针对发电侧,在得到上层优化后的负荷曲线基础上以综合运行成本最低进行微电网的经济调度,采用cplex求解模型,并提出了根据风光消耗量调整电价的动态电价更新机制,把更新后的电价回传上层,上下两层往复求解。最后通过仿真验证了所提模型不但能增加风光利用率,还能在降低用户用电成本的基础上实现微电网经济运行,达到用户侧和发电侧双赢的局面。最后,建立了考虑需求侧响应和电动汽车有序充电的多微网双层能量优化模型,在单微网双层优化模型的基础将网络拓扑扩展到多微网,并且在用户侧考虑到了电动汽车接入。首先通过蒙特卡洛法建立了电动汽车有序和无序充电模型,然后以用户日常用电成本函数和电动汽车充电成本最小为优化目标建立上层优化模型,采用改进PSO求解得到优化后的负荷曲线;下层建立多微网经济调度模型并采用cplex求解,同时根据风光消耗量动态更新电价,以电价作为上下层桥梁进行迭代求解。以案例分析对比电动汽车有序充电和无序充电两种情况下多微网用户侧和发电侧的运行情况,验证了电动汽车有序充电削峰填谷的作用,同时也比较了需求侧响应前后用户侧的用电成本和多微网的运营成本,验证了模型的有效性。

关键词：多微网双层优化电动汽车需求侧响应改进PSO

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含多主体主动配电网中多微网经济调度研究

含多主体主动配电网中多微网经济调度研究

作者：孙韬重庆大学

学位级别：硕士

近年来随着国家政策扶持,微电网的数量在不断增加,距离较近的多个微电网可通过配电网或联络线进行连接,通过电能交易实现功率平衡,研究多微网内的调度策略并利用主动配电网的灵活性资源优化多微网与其他主体电能交易,对提升多微网的运... 详细信息

近年来随着国家政策扶持,微电网的数量在不断增加,距离较近的多个微电网可通过配电网或联络线进行连接,通过电能交易实现功率平衡,研究多微网内的调度策略并利用主动配电网的灵活性资源优化多微网与其他主体电能交易,对提升多微网的运行经济性具有重要意义。而电动汽车作为一种重要的可调节资源,其在微电网间的分布情况会对微电网调度及交易的经济性产生影响。此外在配电侧电力市场中,微电网与分布式发电商、负荷代理商等独立主体可以选择参与点对点电能交易市场,从而进一步增加电能交易的灵活性,同时配电网也由传统的被动控制转为主动控制方式,其内部增加了较多灵活性资源,如储能设备、有载调压变压器(OLTC)及静止无功补偿器(SVC)等,如何利用这些资源消除可能发生的网络安全问题,对促进多主体点对点电能交易的良好发展具有重要意义。基于以上问题,本文开展了如下研究:针对多微网调度与交易中对电动汽车分布及其平衡策略考虑不足造成各微电网利益受损的问题,提出计及电动汽车用户演化博弈的多微网日前经济调度策略。首先基于演化博弈建立了电动汽车用户-充电站的选择模型,并由此提出了一种充电站的服务费调节策略,从而调节电动汽车在微电网间的分布。其次基于主从博弈建立了微电网内部的日前双层调度模型,通过驻点法及线性松弛方法将双层模型转化为单层混合整数线性规划问题。最后采用供需比制定了多微网间的交易电价,并通过迭代求解获得最终的交易计划及交易价格。算例分析表明,通过平衡电动汽车在微电网间的分布能够提高各微电网的运行经济性并促进微电网间电能交易的良性发展。针对主动配电网点对点交易中对灵活性资源调节考虑不足,缺乏合理的成本分摊策略,进而影响电网与各主体运行经济性的问题,提出含多微网的主动配电网日前点对点交易及成本分摊策略。首先以主动配电网网损成本、购电成本及设备调度成本最小为目标,基于二阶锥规划建立了含OLTC、储能设备及SVC等灵活性资源的主动配电网调度模型。其次利用连续双向拍卖机制构建了主动配电网内多主体的点对点交易模型,获得各交易主体日前的交易计划。最后基于电压灵敏度模型提出了一种违规交易主体对灵活性资源调度成本的分摊方法。仿真结果表明,调节灵活性资源能够有效缓解主动配电网运行安全问题,且违规主体所分摊调度成本小于交易量削减惩罚成本,从而提高各主体的运行经济性,降低配电网侧设备使用成本,并通过对比验证了所提分摊方法的合理性。针对点对点交易主体实时电能偏差平衡策略未有效利用各主体偏差平衡能力的问题,建立基于合作博弈的主动配电网中多主体实时协调调度模型,并实现调度成本的合理分摊。首先以相关设备出力及购售电功率与日前计划偏差的绝对值最小为目标,分别建立主动配电网与微电网的实时滚动优化模型,并对目标函数进行线性化处理;然后将各点对点交易主体组成合作联盟,通过进一步调节设备出力,并结合负荷需求响应,实现实时偏差功率的削减,最后通过Shapley值进行调度费用的分摊。仿真结果表明各主体通过合作博弈能够充分利用微燃机与负荷需求响应产生等效购、售电功率,有效减少各时段净交易量的偏差功率,并且合作调度成本明显小于不合作时的值,证明了所提策略的有效性。

关键词：多微网主动配电网灵活性资源经济调度成本分摊

基于有限时间一致性的多微网分布式协调控制研究

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基于有限时间一致性的多微网分布式协调控制研究

作者：程奕凌南京邮电大学

学位级别：硕士

“双碳”目标驱动下的电力清洁低碳化将推动以可再生能源为主体的新型电力系统建设,如何降低大规模分布式电源接入的影响是构建新型电力系统亟待解决的关键问题。微电网通过就地整合可再生能源、储能和负荷等装置,凭借其灵活的运行方式... 详细信息

“双碳”目标驱动下的电力清洁低碳化将推动以可再生能源为主体的新型电力系统建设,如何降低大规模分布式电源接入的影响是构建新型电力系统亟待解决的关键问题。微电网通过就地整合可再生能源、储能和负荷等装置,凭借其灵活的运行方式,被认为是管理分布式电源的有效手段。将地理位置相近的微电网互连形成多微网系统,通过子微网间的功率交互,能够克服单一微电网调节能力不足、抗扰动能力弱的缺陷,进一步提升分布式电源的消纳水平并增强供电可靠性。由于多微网系统内包含更多的分布式电源,子微网间也存在更复杂的电能、信息交互,因此设计合理的协调控制策略,是提升多微网运行性能的关键。多智能体一致性算法利用智能体间的信息交互,最终使其状态趋于一致,为多微网的协调控制提供了可行方案。本文以孤岛交流多微网为研究对象,从系统建模、理论分析、策略设计、仿真验证等方面,深入研究基于有限时间一致性的多微网分布式协调控制问题。具体研究内容如下:(1)基于多智能体的多微网分布式控制架构提出了基于多智能体的多微网分布式控制架构。将多微网系统与多智能体系统建立对应关系,并基于图论建立了智能体间通信网络的数学模型。通信网络包括子微网内通信网络和子微网间通信网络,其中分布式电源智能体在子微网内通信网络上交互信息,微电网智能体在子微网间通信网络上交互信息。利用智能体间的稀疏通信,分布式地完成控制任务,克服了集中式控制依赖中央控制器和分散式控制无法实现全局协调的弊端。(2)基于有限时间一致性的多微网分布式协调控制策略多微网分布式协调控制策略包含一次下垂控制、频率/电压二次调节和三次经济调度,其中三次经济调度包括子微网内经济调度和子微网间经济调度。在一次下垂控制的基础上,分布式电源智能体通过一致性算法得到频率/电压修正项并计算分布式电源最优出力,实现频率/电压二次调节和子微网内经济调度;微电网智能体协调微电网间的功率交互并通过一致性算法计算功率互济时子微网最优出力,实现子微网间经济调度。为了克服传统一致性算法的局限性,实现有限时间内的控制目标,提出一种改进的快速有限时间一致性算法。利用李雅普诺夫稳定性理论、La Salle不变集原理和有限时间稳定理论分析了所提算法的收敛性能。仿真结果验证了所提算法能够加快收敛速度且具备良好的抗干扰性。(3)基于参与因子准则的多微网鲁棒经济调度现有经济调度策略大多基于功率预测进行,即在某一调度区间内认为负荷/可再生能源功率为一固定值,很少考虑如何维持负荷/可再生能源功率不确定性波动影响下调度策略的效果。提出一种基于参与因子准则的多微网鲁棒经济调度策略,在考虑子微网间的功率交互后,建立子微网间经济调度模型和子微网内经济调度模型;利用一致性算法求解子微网和分布式电源的最优出力,在此基础上当子微网内负荷/可再生能源波动时,根据参与因子动态调节可控分布式电源的出力,使各子微网平抑自身的功率波动,保证子微网间的功率交互不受影响,以提升调度策略应对不确定性的鲁棒性。仿真结果表明在负荷/可再生能源波动时,所提调度策略依然能保持良好的优化效果。

关键词：多微网多智能体有限时间一致性分布式协调控制鲁棒经济调度