基于源荷互动的新能源参与中长期分时段交易的方法

1.本发明属于新能源消纳技术领域，尤其涉及基于源荷互动的新能源参与中长期分时段交易的方法。


背景技术：

2.以新能源为主体的新型电力系统，为我国能源结构优化和低碳建设提供助力的同时也对新能源的消纳和电力供需稳定提出了新的要求。考虑到新型电力系统建设过程中不可避免的高比例新能源接入问题，不少地区提出了针对新能源消纳的绿电交易模式。在这种模式下，风光等新能源可以通过与储能、灵活性负荷等需求侧资源互动来降低可再生能源的波动性，实现高比例新能源的全额消纳，提升了源网荷储多方的市场效益。
3.本发明立足于现阶段新能源参与电力市场的基本情况，通过构建考虑需求侧灵活性可调资源与新能源的源荷互动合作博弈模型，以有效缓解新能源波动性大的问题，在该过程中通过构建需求侧可调负荷的联盟形成较为稳定的净出力联盟，从而在保障电力供应稳定的同时使得能源供应更加绿色清洁。


技术实现要素：

4.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
5.基于源荷互动的新能源参与中长期分时段交易的方法，包括如下步骤：
6.确定合作博弈的参与方，建立合作博弈模型，并获取模型目标函数；其中，所述合作博弈的参与方包括新能源厂商和可调负荷用户；目标函数为新能源厂商与可调负荷用户的合作收益最大化，所述合作收益最大化通过合作剩余价值、个体参与的剩余价值来进行评价；
7.确定合作博弈模型的物理场景约束；
8.确定可调负荷用户与新能源厂商的效益分配策略；
9.对所述合作博弈模型进行求解，得到新能源厂商的分时段出力计划与与可调负荷用户的分时段用电计划。
10.进一步的，所述效益分配策略为：采用shapley值理论进行效益分配。
11.进一步的，所述shapley值理论进行效益分配的方法为：
[0012][0013]
其中，y(s)为联盟成员的分配系数，v(s)为合作联盟去除成员i后的联盟总成员效益系数，[v(s∪{i})]为合作联盟去除成员i后的联盟总成员效益与成员i效益的和系数；为合作联盟去除成员i后的联盟总成员；
[0014]
[0015]
引入修正因子进行效益分配调整，则有如公式(11)所示的效益分配函数：
[0016][0017]
其中，ηi为联盟成员i的修正系数；w(s)为集合s的共同效益；代表联盟成员i的修正值与平均值的差值；v(n)为成员i加入联盟s后的n个个体的效益总系数。
[0018]
进一步的，所述合作博弈模型的目标函数为：
[0019]
w2＝wn+w
l-c
ꢀꢀ
(4)
[0020]
其中，w2为新能源与可调负荷用户联盟的总收益；wn为新能源厂商收益；w
l
为可调负荷用户的市场效益；c为偏差考核成本；其中：
[0021][0022][0023]
其中，t为时段t的总数；δt为各个时段的时长；p
n,t
为可再生能源厂商在t时段的出力；p
l,t
为可调负荷在t时段消纳的可再生能源电力；p
l,t
为可调负荷用户在t时段的出力；c
n,t
为新能源与可调负荷用户在t时段的度电成本；g
l
为可调负荷实现的绿证收益；cb为可调负荷中储能的运维成本；c
n2,t
为新能源在t时段的弃电成本，用以体现新能源与火电打捆带来的新能源消纳电力提升效益；其中：
[0024][0025]
其中，ε为惩罚系数；p
o,t
为新能源厂商在t时段的预测出力。
[0026]
进一步的，偏差考核成本c为：
[0027][0028]
式中，p
l,t
为可调负荷在t时段消纳的可再生能源电力；ch、c
l
分别为正负偏差的度电考核费用。
[0029]
进一步的，在确定可调负荷用户与新能源厂商的效益分配策略时，需满足联盟收益创造能力高于个体收益创造能力，即：
[0030][0031]
其中，v({n})为联盟合作剩余价值；v(i)为个体参与的剩余价值；v({l，l+1
……
,n})为其他个体合作剩余，l＝2、3、4
……
n-1。
[0032]
进一步的，在确定可调负荷用户与新能源厂商的效益分配策略时，对于联盟内的所有成员必须满足每个成员所分得的合作剩余xi高于个体参与时的剩余价值v(i)，即：
[0033]
x1+x2+
…
+xn＝v({n})
ꢀꢀ
(2)
[0034]
xi≥v(i)
ꢀꢀ
(3)。
[0035]
进一步的，对所述合作博弈模型进行求解时可采用matlab约束优化工具箱进行优化求解。
[0036]
进一步的，所述合作博弈模型的物理传输约束包括可调负荷用户调节容量限制、当日总电量需求约束。
[0037]
本发明的优点和积极效果是：
[0038]
本发明充分考虑虚拟电厂聚合负荷在电力交换中的规模和竞争力，结合现阶段新能源发电日益增长的消纳需求，构建考虑源端新能源电厂与荷端可调负荷的互动消纳办法；该方法一方面通过合作博弈模型充分利用可调负荷的负荷调节能力消纳新能源，并满足聚合可调负荷的成本控制需求；另一方面通过分时段交易过程挖掘新能源厂商的电能供应潜力，以最大限度提高新能源发电占比，实现低碳节能生产。
附图说明
[0039]
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
[0040]
图1为本发明实施例2提供的新能源预测出力曲线；
[0041]
图2为本发明实施例2提供的可调负荷用户初始负荷曲线；
[0042]
图3为本发明实施例2提供的考虑源荷互动的新能源消纳曲线变化线。
具体实施方式
[0043]
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0044]
实施例1
[0045]
本实施例提供的基于源荷互动的新能源参与中长期分时段交易的方法，包括如下步骤：
[0046]
确定合作博弈的参与方，建立合作博弈模型，并获取模型目标函数；其中，所述合作博弈的参与方包括新能源厂商和可调负荷用户；目标函数为新能源厂商与可调负荷用户的合作收益最大化，所述合作收益最大化通过合作剩余价值、个体参与的剩余价值来进行评价；
[0047]
确定合作博弈模型的物理场景约束；
[0048]
确定可调负荷用户与新能源厂商的效益分配策略；
[0049]
对所述合作博弈模型进行求解，得到新能源厂商的分时段出力计划与与可调负荷用户的分时段用电计划。
[0050]
所述效益分配策略为：采用shapley值理论进行效益分配；具体的：
[0051]
所述shapley值理论进行效益分配的方法为：
[0052][0053]
其中，y(s)为联盟成员的分配系数，v(s)为合作联盟去除成员i后的联盟总成员效益系数，[v(s∪{i})]为合作联盟去除成员i后的联盟总成员效益与成员i效益的和系数；为合作联盟去除成员i后的联盟总成员；
[0054][0055]
引入修正因子进行效益分配调整，则有如公式(11)所示的效益分配函数：
[0056][0057]
其中，ηi为联盟成员i的修正系数；w(s)为集合s的共同效益；代表联盟成员i的修正值与平均值的差值；v(n)为成员i加入联盟s后的n个个体的效益总系数。
[0058]
所述合作博弈模型的目标函数为：
[0059]
w2＝wn+w
l-c
ꢀꢀ
(4)
[0060]
其中，w2为新能源与可调负荷用户联盟的总收益；wn为新能源厂商收益；w
l
为可调负荷用户的市场效益；c为偏差考核成本；其中：
[0061][0062][0063]
其中，t为时段t的总数；δt为各个时段的时长；p
n,t
为可再生能源厂商在t时段的出力；p
l,t
为可调负荷在t时段消纳的可再生能源电力；p
l,t
为可调负荷用户在t时段的出力；c
n,t
为新能源与可调负荷用户在t时段的度电成本；g
l
为可调负荷实现的绿证收益；cb为可调负荷中储能的运维成本；c
n2,t
为新能源在t时段的弃电成本，用以体现新能源与火电打捆带来的新能源消纳电力提升效益；其中：
[0064][0065]
其中，ε为惩罚系数；p
o,t
为新能源厂商在t时段的预测出力。
[0066]
偏差考核成本c为：
[0067][0068]
式中，p
l,t
为可调负荷在t时段消纳的可再生能源电力；ch、c
l
分别为正负偏差的度电考核费用。
[0069]
在确定可调负荷用户与新能源厂商的效益分配策略时，需满足联盟收益创造能力高于个体收益创造能力，即：
[0070][0071]
其中，v({n})为联盟合作剩余价值；v(i)为个体参与的剩余价值；v({l，l+1
……
,n})为其他个体合作剩余，l＝2、3、4
……
n-1。
[0072]
在确定可调负荷用户与新能源厂商的效益分配策略时，对于联盟内的所有成员必须满足每个成员所分得的合作剩余xi高于个体参与时的剩余价值v(i)，即：
[0073]
x1+x2+
…
+xn＝v({n})
ꢀꢀ
(2)
[0074]
xi≥v(i)
ꢀꢀ
(3)。
[0075]
对所述合作博弈模型进行求解时可采用matlab约束优化工具箱进行优化求解。
[0076]
所述合作博弈模型的物理传输约束包括可调负荷用户调节容量限制、当日总电量需求约束；具体的：
[0077]
p
l,min
≤p
l,t
≤p
l,max
[0078][0079]
其中，p
l,min
为可调大用户的最低消纳功率；p
l,max
为可调大用户的最高消纳功率；q
l,min
为当日可调大用户的最低电量需求；q
l,max
为当日可调大用户的最高电量需求。
[0080]
在具体实施例里，可以设置用户最高、最低消耗功率为原始功率的0.2倍、1.8倍，当日电量需求不变。
[0081]
实施例2
[0082]
在本实施例中，利用实施例1中的方法进行基于源荷互动的新能源参与中长期分时段交易的方法，具体内容如下：
[0083]
相关场景参数有：设置新能源预测出力曲线如图1所示；可调负荷用户的初始负荷曲线如图2所示；电力市场分分时段电价如表1所示。电力市场合约考核费用按5％计算；考虑到绿证市场和碳市场数据的稳定性较弱，暂时不予考虑。
[0084]
表1电力市场用户侧分时段电价
[0085][0086]
在本实施例中设置可调负荷用户最高、最低消耗功率为原始功率的0.2倍和1.8倍，当日电量需求不变；设置可调负荷用户和新能源厂商的效益分配修正系数θi分别为0.58、0.42；
[0087]
采用matlab约束优化工具箱进行优化求解，在考虑源荷互动的新能源消纳场景中，通过博弈优化得到新能源消纳曲线的变化情况如图3所示。
[0088]
为评价合作博弈过程中带来的效益增量，对联盟形成前的可调负荷用户和新能源厂商的市场效益进行测算，新能源厂商有如公式(12)所示的市场剩余，可调负荷用户有如公式(6)所示的市场剩余。
[0089]
据此计算联盟实现和增量效益δw2如公式(13)所示：
[0090][0091]
δw2＝wn'+w
l
ꢀꢀ
(13)
[0092]
通过可调大用户及时响应新能源的负荷调节需求，增加了新能源消纳0.98mwh、占比约16.21％；减少新能源厂商的偏差考核费用41.95元/日；实现新能源厂商增量收益532.46元/日，收益提升幅度达18.71％；实现可调负荷用户增量收益735.30元/日；实现源荷互动效益总提升1267.75元/日。可见，通过可调大用户的调节有力地促进了新能源消纳，提升了新能源厂商的售电收益、节约了新能源厂商的考核成本，并提升了可调节大用户的市场收益。
[0093]
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.基于源荷互动的新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，包括如下步骤：确定合作博弈的参与方，建立合作博弈模型，并获取模型目标函数；其中，所述合作博弈的参与方包括新能源厂商和可调负荷用户；目标函数为新能源厂商与可调负荷用户的合作收益最大化，所述合作收益最大化通过合作剩余价值、个体参与的剩余价值来进行评价；确定合作博弈模型的物理场景约束；确定可调负荷用户与新能源厂商的效益分配策略；对所述合作博弈模型进行求解，得到新能源厂商的分时段出力计划与与可调负荷用户的分时段用电计划。2.根据权利要求1所述的基于源荷互动的新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，所述效益分配策略为：采用shapley值理论进行效益分配。3.根据权利要求2所述的基于源荷互动的新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，所述shapley值理论进行效益分配的方法为：其中，y(s)为联盟成员的分配系数，v(s)为合作联盟去除成员i后的联盟总成员效益系数，[v(s∪{i})]为合作联盟去除成员i后的联盟总成员效益与成员i效益的和系数；为合作联盟去除成员i后的联盟总成员；引入修正因子进行效益分配调整，则有如公式(11)所示的效益分配函数：其中，η
i
为联盟成员i的修正系数；w(s)为集合s的共同效益；代表联盟成员i的修正值与平均值的差值；v(n)为成员i加入联盟s后的n个个体的效益总系数。4.根据权利要求1所述的基于源荷互动的新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，所述合作博弈模型的目标函数为：w2＝w
n
+w
l-c
ꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，w2为新能源与可调负荷用户联盟的总收益；w
n
为新能源厂商收益；w
l
为可调负荷用户的市场效益；c为偏差考核成本；其中：用户的市场效益；c为偏差考核成本；其中：其中，t为时段t的总数；δt为各个时段的时长；p
n,t
为可再生能源厂商在t时段的出力；p
l,t
为可调负荷在t时段消纳的可再生能源电力；p
l,t
为可调负荷用户在t时段的出力；c
n,t
为
新能源与可调负荷用户在t时段的度电成本；g
l
为可调负荷实现的绿证收益；c
b
为可调负荷中储能的运维成本；c
n2,t
为新能源在t时段的弃电成本，用以体现新能源与火电打捆带来的新能源消纳电力提升效益；其中：其中，ε为惩罚系数；p
o,t
为新能源厂商在t时段的预测出力。5.根据权利要求4所述的基于源荷互动的新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，偏差考核成本c为：式中，p
l,t
为可调负荷在t时段消纳的可再生能源电力；c
h
、c
l
分别为正负偏差的度电考核费用。6.根据权利要求3所述的基于源荷互动的新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，在确定可调负荷用户与新能源厂商的效益分配策略时，需满足联盟收益创造能力高于个体收益创造能力，即：其中，v({n})为联盟合作剩余价值；v(i)为个体参与的剩余价值；v({l，l+1
……
,n})为其他个体合作剩余，l＝2、3、4
……
n-1。7.根据权利要求3所述的基于源荷互动的新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，在确定可调负荷用户与新能源厂商的效益分配策略时，对于联盟内的所有成员必须满足每个成员所分得的合作剩余x
i
高于个体参与时的剩余价值v(i)，即：x1+x2+
…
+x
n
＝v({n})
ꢀꢀꢀ
(2)x
i
≥v(i)
ꢀꢀꢀ
(3)。8.根据权利要求1所述的基于源荷互动的新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，对所述合作博弈模型进行求解时可采用matlab约束优化工具箱进行优化求解。9.根据权利要求1所述的基于源荷互动的新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，所述合作博弈模型的物理传输约束包括可调负荷用户调节容量限制、当日总电量需求约束。

技术总结
本发明涉及基于源荷互动的新能源参与中长期分时段交易的方法，包括如下步骤：确定合作博弈的参与方，建立合作博弈模型，并获取模型目标函数；其中，所述合作博弈的参与方包括新能源厂商和可调负荷用户；目标函数为新能源厂商与可调负荷用户的合作收益最大化，所述合作收益最大化通过合作剩余价值、个体参与的剩余价值来进行评价；确定合作博弈模型的物理场景约束；确定可调负荷用户与新能源厂商的效益分配策略；对所述合作博弈模型进行求解，得到新能源厂商的分时段出力计划与可调负荷用户的分时段用电计划；本发明通过合作博弈模型充分利用可调负荷的负荷调节能力消纳新能源，并满足聚合可调负荷的成本控制需求，实现低碳节能生产。能生产。能生产。


技术研发人员：张显 刘敦楠 张楠 董晓亮 李根柱 徐玉杰
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/22