一种考虑碳交易与联盟博弈的虚拟电厂聚合方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑碳交易与联盟博弈的虚拟电厂聚合方法，该方法包括以下步骤：1)根据虚拟电厂的实际碳排放量与对碳价的期望，以虚拟电厂对阶梯碳排放量的用户不满意度最小为目标，对阶梯式碳价进行区间优化；2)综合考虑功率流动与碳交易，建立虚拟电厂的效用函数，并结合联盟博弈与区间优化后的阶梯式碳价进一步构建虚拟电厂聚合模型；3)采用不确定区间鲁棒优化处理可再生能源的不确定性；4)采用基于合并

【技术实现步骤摘要】
一种考虑碳交易与联盟博弈的虚拟电厂聚合方法


[0001]本专利技术涉及虚拟电厂的调度优化领域，尤其是涉及一种考虑碳交易与联盟博弈的虚拟电厂聚合方法。

技术介绍

[0002]虚拟电厂(VPP)将不同类型的分布式资源整合起来，变成具有一定规模、可控制的虚拟发电资源，可以实现分布式资源的协调优化运行，有效提升电力资源利用效率，对实现电力低碳化、促进可再生能源并网消纳有重大意义。但单个虚拟电厂涉及的离散化分布式资源种类与数量有限，独立运行难以适应负荷需求变化，对调度指令的跟踪效果不佳；而多个虚拟电厂的联合运行又缺乏合理的协作与交互方法，为此，亟需进一步开展虚拟电厂聚合方法的研究。
[0003]目前，在对虚拟电厂优化运行的研究中，将不同的分布式资源聚合成为虚拟电厂可以实现不同的技术与经济需求，如将可再生能源、储能设备、热力发电机聚合为虚拟电厂，或将燃气纳入虚拟电厂中。此外，聚合柔性负荷或需求响应的虚拟电厂具有很大的灵活性，可用于能源和备用市场。在此基础上，将多种类资源进行协调，对虚拟电厂进行有选择性的聚合成为一种新的思路，但其中虚拟电厂的聚合只进行简单的合并，仅追求聚合联盟的效益最优，并没有充分考虑虚拟电厂的自身利益和偏好，聚合的结果难以同时兼顾联盟和个体的利益。
[0004]同时，在虚拟电厂聚合的过程中，碳排放量与碳排放成本也是影响聚合结果的重要因素，因此对碳排放价格进行合理设置也就尤为重要，阶梯式碳价相较常规碳价更加合理，但其每一档价格设置的碳排放量区间长度不变，并未考虑各阶梯用户的数目不同与其对碳价期望的差异性。
[0005]因此，急需一种考虑碳交易与联盟博弈的虚拟电厂聚合方法，既能虚拟电厂灵活高效聚合的同时，又能在调度中考虑综合效益最大化和低碳化。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑碳交易与联盟博弈的虚拟电厂聚合方法。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]一种考虑碳交易与联盟博弈的虚拟电厂聚合方法，该方法包括以下步骤：
[0009]1)根据虚拟电厂的实际碳排放量与对碳价的期望，以虚拟电厂对阶梯碳排放量的用户不满意度最小为目标，对阶梯式碳价进行区间优化；
[0010]2)综合考虑功率流动与碳交易，建立虚拟电厂的效用函数，并结合联盟博弈与区间优化后的阶梯式碳价进一步构建虚拟电厂聚合模型；
[0011]3)采用不确定区间鲁棒优化处理可再生能源的不确定性；
[0012]4)采用基于合并
‑
分裂规则的博弈算法求解虚拟电厂聚合模型，完成虚拟电厂聚
合。
[0013]所述的步骤1)中，考虑各虚拟电厂的实际碳排放量以及对碳价期望的不同，在阶梯式碳价的基础上对碳价分档区间进行优化。
[0014]所述的步骤1)中，将碳排放量分为(0,E1)，(E1,E2)，(E2,E3)
……
多个阶梯，每个阶梯内的虚拟电厂碳排放量分别为e1，e2，e3
……
，最小化虚拟电厂对阶梯碳排放量的用户不满意度，则有：
[0015][0016]其中，e为虚拟电厂碳排放量，F(e)为碳排放量为e的虚拟电厂数，n为阶梯碳价阶梯总数，Z为用户不满意度，E
u
、E
u+1
表示第u个碳排放量阶梯的下上限，ξ为膨胀系数函数，表示当虚拟电厂的碳排放量偏离阶梯分档碳排放值时用户不满意度的膨胀状况，且0<ξ<1、ξ>1和ξ＝1分别表示用户不满意度减速上升、加速上升和直线上升。
[0017]令ξ＝1，则简化后的目标为：
[0018][0019]其中，e
uv
为第v个虚拟电厂在第u阶梯的碳排放量，w1、w
n
分别表示在第1阶梯和第n阶梯的虚拟电厂数。
[0020]所述的步骤1)中，区间优化后得到阶梯碳排放量，并确定阶梯碳价的分档区间，在虚拟电厂的聚合过程中，聚合为同一联盟的各虚拟电厂能够优先在联盟内部进行碳配额的交互，再与主网进行交互。
[0021]所述的步骤2)中，考虑联盟之间的博弈与碳交易，以虚拟电厂群总成本最小为目标函数构建虚拟电厂聚合模型，则有：
[0022][0023][0024][0025][0026][0027]其中，φ
i
为虚拟电厂i的总成本，为发电成本，为碳交易成本，为功率交互成本，为违约成本，C
VPP
为虚拟电厂的运行成本，为可再生能源m在在t时段的出力，为可再生能源m在t时段的出力，ρ
d
为燃气轮机的单位发电成本，ρ
m
为可再生能源的单位发电成本，ρ
q
为可中断负荷的单位发电成本，ρ
h
为储能的单位发电成本，为可中断负荷q在t时段的实际出力，ρ
mil
为单位交互成本，P
i,j,t
为虚拟电厂i在t时段与同一联盟内虚拟电厂j交互的功率，正值表示功率从虚拟电厂j流向虚拟电厂i，D为燃气轮机数量，M为可再生能源数量，H为储能数量，Q为可中断负荷数量，T为时段总数，N为虚拟电厂总数，为燃气轮机d在t时段的出力，为分别储能h在t时段的放电、充电功率，H
i
、Q
i
分别为虚拟电厂i中储能与可中断负荷的数量，D
i
、M
i
分别为虚拟电厂i中燃气轮机的与可再生能源的数量，x
i,j
为虚拟电厂i与虚拟电厂j之间的距离，ΔP
i,t
为虚拟电厂i在t时段的违约电量，ρ
vio
为单位违约成本。
[0028]所述的步骤2)中，虚拟电厂聚合模型的约束条件包括：
[0029]A、功率平衡约束：
[0030][0031]其中，为可再生能源m在t时段的预测出力，为判断ES h在t时段放、充电状态的0
‑
1变量，为虚拟电厂i在t时段的目标功率；
[0032]B、系统正负备用约束：
[0033][0034][0035][0036]其中，P
AL,t
为系统在t时段的总电力负荷，分别为燃气轮机d在t时段
的最大、最小出力，分别为储能h在t时段的最大、最小放电功率，L为预设的系统备用率，P
AL,t
为中间参量；
[0037]C、交互功率约束：
[0038]X
ij
P
i,j,tmin
≤P
i,j,t
≤X
ij
P
i,j,tmax
[0039]其中，P
i,j,tmin
、P
i,j,tmax
分别为虚拟电厂i与虚拟电厂j交互功率的上下限，X
ij
为虚拟电厂i与虚拟电厂j的联盟关系，1表示两者在同一联盟中，0表示不在同一联盟中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑碳交易与联盟博弈的虚拟电厂聚合方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)根据虚拟电厂的实际碳排放量与对碳价的期望，以虚拟电厂对阶梯碳排放量的用户不满意度最小为目标，对阶梯式碳价进行区间优化；2)综合考虑功率流动与碳交易，建立虚拟电厂的效用函数，并结合联盟博弈与区间优化后的阶梯式碳价进一步构建虚拟电厂聚合模型；3)采用不确定区间鲁棒优化处理可再生能源的不确定性；4)采用基于合并
‑
分裂规则的博弈算法求解虚拟电厂聚合模型，完成虚拟电厂聚合。2.根据权利要求1所述的一种考虑碳交易与联盟博弈的虚拟电厂聚合方法，其特征在于，所述的步骤1)中，考虑各虚拟电厂的实际碳排放量以及对碳价期望的不同，在阶梯式碳价的基础上对碳价分档区间进行优化。3.根据权利要求2所述的一种考虑碳交易与联盟博弈的虚拟电厂聚合方法，其特征在于，所述的步骤1)中，将碳排放量分为(0,E1)，(E1,E2)，(E2,E3)
……
多个阶梯，每个阶梯内的虚拟电厂碳排放量分别为e1，e2，e3
……
，最小化虚拟电厂对阶梯碳排放量的用户不满意度，则有：其中，e为虚拟电厂碳排放量，F(e)为碳排放量为e的虚拟电厂数，n为阶梯碳价阶梯总数，Z为用户不满意度，E
u
、E
u+1
表示第u个碳排放量阶梯的下上限，ξ为膨胀系数函数，表示当虚拟电厂的碳排放量偏离阶梯分档碳排放值时用户不满意度的膨胀状况，且0<ξ<1、ξ>1和ξ＝1分别表示用户不满意度减速上升、加速上升和直线上升。4.根据权利要求3所述的一种考虑碳交易与联盟博弈的虚拟电厂聚合方法，其特征在于，令ξ＝1，则简化后的目标为：其中，e
uv
为第v个虚拟电厂在第u阶梯的碳排放量，w1、w
n
分别表示在第1阶梯和第n阶梯的虚拟电厂数。5.根据权利要求4所述的一种考虑碳交易与联盟博弈的虚拟电厂聚合方法，其特征在于，所述的步骤1)中，区间优化后得到阶梯碳排放量，并确定阶梯碳价的分档区间，在虚拟
电厂的聚合过程中，聚合为同一联盟的各虚拟电厂能够优先在联盟内部进行碳配额的交互，再与主网进行交互。6.根据权利要求2所述的一种考虑碳交易与联盟博弈的虚拟电厂聚合方法，其特征在于，所述的步骤2)中，考虑联盟之间的博弈与碳交易，以虚拟电厂群总成本最小为目标函数构建虚拟电厂聚合模型，则有：构建虚拟电厂聚合模型，则有：构建虚拟电厂聚合模型，则有：构建虚拟电厂聚合模型，则有：构建虚拟电厂聚合模型，则有：其中，φ
i
为虚拟电厂i的总成本，为发电成本，为碳交易成本，为功率交互成本，为违约成本，C
VPP
为虚拟电厂的运行成本，为可再生能源m在在t时段的出力，为可再生能源m在t时段的出力，ρ
d
为燃气轮机的单位发电成本，ρ
m
为可再生能源的单位发电成本，ρ
q
为可中断负荷的单位发电成本，ρ
h
为储能的单位发电成本，为可中断负荷q在t时段的实际出力，ρ
mil
为单位交互成本，P
i,j,t
为虚拟电厂i在t时段与同一联盟内虚拟电厂j交互的功率，正值表示功率从虚拟电厂j流向虚拟电厂i，D为燃气轮机数量，M为可再生能源数量，H为储能数量，Q为可中断负荷数量，T为时段总数，N为虚拟电厂总数，为燃气轮机d在t时段的出力，为分别储能h在t时段的放电、充电功率，H
i
、Q
i
分别为虚拟电厂i中储能与可中断负荷的数量，D
i
、M
i
分别为虚拟电厂i中燃气轮机的与可再生能源的数量，x
i,j
为虚拟电厂i与虚拟电厂j之间的距离，ΔP
i,t
为虚拟电厂i在t时段的违约电量，ρ
vio
为单位违约成本。7.根据权利要求6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜洋，郭灵瑜，杨心刚，熊祥鸿，曹博源，杨忠光，梁伟朋，童贤靓，符杨，葛晓琳，余捷，
申请(专利权)人：华东电力试验研究院有限公司上海电力大学，
类型：发明
国别省市：