配电网多元主体互动博弈与分层自治运行优化方法

网川大学 SICHUANUNIVERSITY 配电网多元主体互动博奔与 分层自治运行优化方法 高红均副教授/博士生导师 四川大学电气工程学院 四川大学智能电网分析与运营控制研究室 2023年11月 研究背景 新型电力系统构建整县分布式光伏试点 构建以新能源为主体的新型电力系统，是推动能源清洁低碳转型 四川大學 SICHUANUNIVERSITY 助力碳达峰碳中和的迫切需要，是顺应能源技术进步趋势、促进系2021年4月，在国家能源局《关于2021年风电、 统转型升级的必然要求，是实现电力行业高质量发展、服务构建新光伏发电开发建设有关事项的通知（征求意见稿）》发展格局的重要途径。中，明确要求积极推进分布式光伏发电的建设， 结合乡村振兴战略启动“千乡万村沐光”行动。 传统电力新能源将逐步成为河北、山东、河南、安徽等二十余省份已 系统供给侧装机和电量主体纷纷发布整县分布式光伏试点申报方案 发用电一体“产消 者”大量涌现 分布式光伏行业开发与商业模式发生巨变 1? 用户侧取消工商业目录电价 大电网为主导、多12021年10月，国家发改委发布《关于进一步深化 种电网形态并存燃煤发电上网电价市场化改革的通知》中，，提出要 电网侧 有序推动尚未进入市场的工商业用户全部进入电力市场，取消工商业目录销售电价 新型电力清洁低碳、安全可控、灵活高56%44% 系统效、智能友好、开放互动天 进 改革后 100% 从系统角度，运行机理和平衡模式将出现深刻变化进入市场 研究背景 配电网发展 四川大學 SICHUANUNIVERSITY 当前电力改革以及电力市场的不断推进，配电网作为改革的重点环节和市场交易复杂因素的主要 集中部分，在其区域内会出现包括售电公司、微电网、智能楼宇以及虚拟电厂等复杂多类型市场 主体并存的格局。 电动汽车储能综合 风电光伏能源 智能楼宇虚拟电厂 园区微电网售电公司 多类型市场主体 交易主体不确定性供需不确定性 市场模式与交易机制 研究背景 四川大學 ICHUANUNIVERSIT 方式1：中心化（当前阶段）方式2：弱中心化（必经阶段）方式3：完全分布式（最终阶段） 配电商 M 特点特点特点 集中式运行调度市场竞争逐渐放开完全去中心化 信息收集量大分散决策、自治协同市场完全自由竞争 求解难度高配电网负责运行管理所有用户共同管理运行 研究背景 四川大学 SICHUANUNIVERSITY 口特大型城市配电网结构复杂特大型城市配电网复杂场景 随着经济的增长，特大型城市 的快速发展 市场投资技术水平 社会各方广泛参与多利益主体深度博奔角色定位动态转换 市度场维店 演化路径大规模智能量测终端 传统配电网特大型城市配电网 度 高比例清洁能源和电气化负荷 接入配电网 用户需求政策导向 受限通信网络连接 海量多源数据挖掘 信息维 “双碳目标”的提出 城市配电网规模不断增加分布式电源功率调节 城市配电网复杂程度不断增加 城市配电网低碳化运行成为要求可控负荷需求侧响应 柔性联络开闭控制 运行维度 目录 四川大學 SICHUANUNIVERSITY 多元市场主体互动博奔分析 多元主体博奔下的运行优化 分层自治重构运行优化方法 多主体间互动博奔共享一集中共享模式 四川大學 SICHUANUNIVERSITY 1.多主体集中共享机制 协调者 集中优化 主体1主体n 信息共享 分层自治 协调者 协调层 竞标出清 协调者 集中出清 主体2 主体1主体2主体n主体1主体2主体n 自治层 决策机制决策机制决策机制 独立竞标 >协调者统一决策，各主体 信息完全共享 协调者匹配供需关系、制定内》协调者统一出清，各主体独部电价，各主体独立决策，共立决策，单独报量报价，无享供需信息信息共享 性能分析性能分析性能分析 系统经济效益最好系统经济效益较好系统经济效益最差 系统风险成本最高系统风险成本较高系统风险成本最低 系统协调成本最低系统协调成本较低系统协调成本最高 多主体间互动博奔共享一集中共享模式 四川大學 SICHUANUNIVERSITY 2.共享模式决策方法 Step1：建立分层评估体系Step2：确定指标权重Step3：共享模式综合评估 综合评估模糊层次分析法反摘权法C 主观权重客观权重 经济性风险性协调性Wg mk m=l 设备信息负荷信息供需信息 mkWmk gmk 共享模式的综模式k下指标 合性能评估值m的评估值 Wmk+gmkWmk+gmk 模式k下指标m的主客观权重系数 设备类型设备参数设备数量设备约束负荷类型负荷数量供给量 需求量 mk n=l mWmk 模式k下指标m的组合权重 多主体间互动博奔共享一集中共享模式 四川大學 ICHUANUNIVERSIT 发布 3.净零能耗驱动的能源共享对等聚合方法 价格激励信号 对等需求信息、资源信息自治优化策略 工业楼宇群 共享购电价格运行优化楼宇群经济性F= r=l pinsellpsely 共享售电价格 A 商业楼宇群 楼宇群用户舒适度F.:Tsr)? 居民楼宇群电动汽车服务满意度 信息 聚合 F,= SEY-SY 分析CD节能楼宇群7优化目标综合F=pF+p,F-P,F 需求 P,+P,+p,=1 信息 能源共享中心 楼宇群代理商结合不同主体的差异性及实际情况，选择自治优化目标及其权重 能源共享对等聚合模型 口能源共享中心通过对各楼宇群上报的共享需求和配电网电价进行资源信息聚合分析，生成并对等发布能源共享价格激励信号。口各楼宇群代理商接收到能源共享中心发布的最新共享价格，对内部楼宇资源进行自治运行优化。 口在实际应用中，可将自治优化策略部署在各楼宇群代理商，可将整体协调共享策略部署在共享中心。 多主体间互动博奔共享一集中共享模式 3.净零能耗驱动的能源共享对等聚合方法 四川大學 净零能耗驱动的共享价格机制整体协调共享策略不同净零能耗水平下的共享价格 基本函数设计价格函数改进 padpopuad 电网售电-- →一情况1-共享购电 —情况1-共享售电 情况2-共享购电 情况2-共享售电 pmd)y,+pid 0≤%≤1 1 pa,+prab(12,)X,>1 npowetinE(Plauy-Pel) (iea) 0≤,≤1 - 电网购电1 -- p,7,+psridoel(1-y.)0≤7,≤1-- purdanepuad Z(phy-Peal) 7,>1(ics) 7,>1 1 -- --- [(pridhuypmid)i,+prmid0 paduparpuad 在能源共享价格制定中进一步 0.5 11.52 供需比 2.53 (peideep)y,+pnid [(ppid,buy 0≤Y,≤1 X>I 考虑整体净零能耗水平的影响，口将净零能耗引入楼宇群的短期能源协 使共享价格函数能够反映不同调应用，进一步促进能源协调共享 时段的净零能耗水平的差异 加强共享价格对楼宇群间能源 口目前净零能耗水平存在成本、排放、 互补共享的引导。能耗等计算标准，可以根据具体情况 下的考核要求进行选择 多主体间互动博奔共享一集中共享模式 4.智能楼宇群电-碳耦合互动共享 基于各楼宇的信息采集，计算联盟内部电-碳 四川大學 考虑分时碳计量的智能楼宇群电-碳耦合互动共享机制 共享价格，并向下层发布动态价格协调共享。上级热网上级电网天然气网 能源计算碳 各楼宇调整自已的用能计划，与其他楼宇进交易排放量 行共享选代得出联盟最优运行计划。联盟共享平台 电碳共 光伏楼宇：在屋顶或者空地安装分布式光储系统，利用光伏发电来满足自身的负荷需求，不足或者剩余的电能可以向联盟其他成员买卖 盟共联享联 享价格楼宇运行结果 光光农 工业楼宇：装有高能耗高碳排放设备的智能楼宇，用能需求大，需要支付昂贵的电能费用，同时因为超额 的二氧化碳排放需要支付高额的碳税， 伏楼伏楼 ........... 1N 农业楼宇：农业科技与光伏技术互补的智能楼宇，具宇宇 K 有时序平移特性，楼宇可以灵活调节自身用能计划， 业楼宇 1 农M业楼宇 业楼宇 业楼宇 在满足自身用能需求的情况下，具有低碳排放的特性。智能楼宇群电-碳耦合共享框架示意图 多主体间互动博奔共享一集中共享模式 四川大學 SICHUANUNIVERSITY 4.智能楼宇群电-碳耦合互动共享 ①分时碳计量及奖惩②电碳共享策略③楼宇决策 排放奖惩机制，深入挖掘楼宇群间的清洁能源共享 来的收益相同，需要对电能和碳排放权耦合定价以保证公平 耦合决策模型优化选 代，求解各楼宇最优 潜力。 性。 运行方案。 通过对楼宇购电碳排放进为保证用户侧楼宇群在联盟市各楼宇进行内部自主行分时计量，同时实行碳场中共享电能或者碳排放权带能量理管，根据电-碳 =6/PB SDR. RpTs= 楼#光字伏 -vo) R"R! E(P.teve),Vt ,0≤SDR≤1 用能计划 联盟共享平台 1万 电耦合 eiccor-y)()> ,SDR>1 食共享 CO2 价/送 代 CA!(p-4-1(04))a>+P() SDR 用能计划用能计划 (ete)d+el(veur-y.-2d)nSDR+n(1-SDR).0≤.SDR≤1 +nSDR>1 工业农业 川楼宇楼宇 多主体间互动博奔共享一P2P分布式模式 四川大學 P2P分布式交易机制设计 ①内部供需自平衡②竞价策略③P2P交易 通过电网公司给出零售电价和记录之前与其余产消者的P2P交易在市场中的能源交易分上网电价，产消者进行内部自历史信息，并考虑自身偏好以预期为信息发布、双边灵活主能量管理，可以实现各产消期望利益最大为目标，对产消者能商、余量市场集中撮者内部资源最优调度。量交易的投标/报价定价进行优化。合三个阶段。 minCoal=Cailay+C最优竞价模型为： minCtoal=Cuiy+Chma keme.apx,,-(eer-pil)p(r (d)d(od-d)-xeur Step1:信息发布(t=0-9:00）Step2:双边灵活磷商（t=9:00-15:00） lpsel Q 1poffering e.pslir p(puyer Pal+Pd+auPla+gdaphStep3:余量市场集中摄合（t=15:00-18:00） 四川大學 多主体间互动博奔共享一P2P分布式模式SICHUANUNIVERSITY P2P交易机制执行步骤 Step1:信息发布Step2:双边灵活商>Step3：余量市场集中撮合 ◆产消者内的能源交易委托商在每段时间可能收到其余各产消者的信息发布在完成Step2后，未成功交易的产消者可将信息上报EBSP，对 ) 公告，卖方产消者会优先选择价格较高的买方产消者进行能量灵活链商：于存在能源缺额的产消者经EBSP传送信息，由电网公司补充不 平衡功率。 产消者分别生成卖方和买方策各产消者可进一步将交易信息卖方产消者：买方产消者： 随机拆分发送给不同产消者maxEE(ppenpir-1）数活初始化，严消者能激交要要托有受集内课询信息，电网公司给各产 消者下发机始电价， b=.p s,=.pet.pdape=pal2）产消者内部自主能量管理。可以实现客产消者内部资惠最优调度，并将购 售电需求保安给能西交易委托商 3）各产消者制订投标/报价的竟价策略，随誉交题的进行不断收黛处理历史决 拟达成交易的产声消者发布情尚结果8策信息，为接下来的克价策落提供指导，选新形成稳定克价第略， 4）产遇者之尚进行P2P交易。通过信息发布，双边费活成商、余量市场集中摄合三个的段，完成产消者之间的能用供需平， 多主体间互动博奔共享一P2P分布式模式 四川大學 SICHUANUNIVERSITY P2P交易机制算例分析 ①内部供需自平衡②竞价策略③P2P交易 交易场率：005288708.91 Prol Pro 10111213141518171818.2021222324 时hpro4 产消者供需平衡产消者投标报价Pros 00元/MW 800元/MW 产消者之间只需要交换很少的信息（交易功率和交易价600元 格）就可以完成点对点匹配，很好