一种基于离差最小化算法和博弈论联盟收益分配方法与流程

本发明涉及属于电力系统，涉及一种基于离差最小化算法和博弈论联盟收益分配方法。

背景技术：

1、风、光等新能源在中国受到了广泛的关注，电力系统中新能源的渗透率将不断提高，然而，大量新能源接入电网也对电网供需平衡提出了更高的要求，储能被认为是解决新能源消纳的有效途径。新能源配储模式下，可再生能源发电商通过组建合作联盟以提高能量市场收益、降低偏差考核成本，该部分收益应在联盟成员间充分分配。从博弈论的角度，可以将其视作多人合作对策问题。shapley值、最小费用剩余资金(minimum costsremaining savings,mcrs)等常用分配方法是用于解决多人合作对策问题的数学方法，根据联盟成员给合作带来的收益增值比例分配合作的利益。然而，上述方法进行联盟的利益分配时只考虑了成员对联盟的贡献程度，将各参与者理想地归为同一类别，并没有考虑发电商的个体差异和独特性。实际市场中，发电商由于其发电规模、储能规模、预测能力、风险承受能力的差异，在联盟收益分配谈判时将表现出不同的话语权和谈判力。因此，本发明选取联盟收益贡献率、资源稀缺性、不可替代性以及联盟收益依赖性4个指标，运用离差最小化法对各指标进行赋权，对合作博弈传统shapley值解进行改进，构建基于离差最小化算法和博弈论的可再生能源发电商合作联盟收益分配模型。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供种基于离差最小化算法和博弈论联盟收益分配方法，该方法通过选取联盟收益贡献率、资源稀缺性、不可替代性以及联盟收益依赖性指标，依托离差最小化法对各指标进行赋权，对合作博弈传统shapley值解进行改进，实现可再生能源发电商合作联盟收益合理分配。

2、本发明采用以下的技术方案：

3、步骤1：根据各发电商在其发电规模、储能规模、预测能力、风险承受能力的方面的差异，选取联盟收益贡献率、资源稀缺性、不可替代性以及联盟收益依赖性4个指标；

4、步骤2：综合考虑各成员分配意愿，在引入独立第三方的评价意见的基础上建立指标重要性评价矩阵r，利用离差最小化法来确定各指标权重；

5、步骤1根据各发电商在其发电规模、储能规模、预测能力、风险承受能力的方面的差异，选取联盟收益贡献率、资源稀缺性、不可替代性以及联盟收益依赖性4个指标，具体如下：

6、(1)联盟收益贡献率

7、shapley值将个体对联盟的边际贡献的大小作为个体分配的依据，可再生能源发电商i在合作联盟n中的shapley值收益分配结果ri,n可表示为：

8、

9、式中，s为联盟n中部分发电商组成的虚拟合作联盟，|s|为虚拟合作联盟中发电商个数；(rs-rs-i)表示售电公司i加入虚拟联盟s前后给该联盟带来的边际收益。

10、由于所有可能的组合都会在上式中计算，因此计算复杂度将随着发电商数量的增加而迅速增加，时间复杂度为o(n！)，当n较大时，计算时间是无法接受的。为解决该问题，引入双边shapley值法(bsv)作为替代方案。对于联盟n中发电商i的收入分配，bsv将联盟划分为{i}和{n-i}，将计算过程的时间复杂度降低到o(n)。发电商i的分配收入可表示为

11、

12、然而，上式的结果可能无法保证联盟收入的充分分配，剩余部分可以表示为

13、

14、按比例分配δr，bsv下发电商i的最终分配收入表示为

15、

16、bsv以降低精度为代价降低了shapley值的计算复杂度，提高了有效求解模型的可行性。因此，发电商i在合作联盟n中的边际收益贡献度指标可用bsv收益分配结果占联盟总收益比例衡量，即

17、

18、(2)联盟资源稀缺性

19、可再生能源发电商联盟收益除了来源于成员间的集群互补效应，还来源于可再生能源所拥有储能资源的共享。储能共享模式下，发电商拥有的储能资源是提升联盟收益的关键要素之一。显然，发电商所拥有储能资源的量会影响其在联盟收益分配中的地位。

20、传统shapley值法仅通过数学手段进行收益分配，忽略了发电商联盟中个体作为灵活资源提供者的角色差异。从合作的角度，资源依赖理论认为联盟成员间的资源依赖关系决定了其收益分配权，而资源稀缺性是影响联盟对该资源依赖程度的决定性因素。发电商拥有的灵活性资源的稀缺程度越高，其在联盟中的不可替代程度越高，在收益分配谈判时就处于越有利的地位。

21、定义为发电商i在联盟中接受集中调度后其当日各时段闲置的储能资源总量之和，可表示为

22、

23、为衡量各发电商储能资源在联盟中的贡献情况，定义pis,idle为发电商i在独立运行时当日各时段闲置的储能资源总量之和，则可得发电商i参与联盟贡献的稀缺性资源量值可表示为：

24、

25、非负函数a(·)用于标准化pis,ctb，可表示为：

26、

27、接着，为衡量各发电商储能资源在联盟中的不可替代性联盟中的资源稀缺性指标可表示为

28、

29、式中，(ai,n-ai)越大，发电商i越表现为储能资源提供者，将获得越大比例的联盟收益分配。

30、(3)联盟不可替代性

31、合作联盟的资源依赖性还包含资源在联盟中的不可替代性，即合作伙伴资源的结构重要性。即使可再生能源发电商的可再生能源类型相同，其发电规模、所拥有的储能规模、风险倾向等也会造成联盟合作关系差异。可再生能源发电商在市场中所属发电商类型成员数目越少，则其在确定的联盟结构中的不可替代程度越高，其他成员对其的依赖性越强。联盟成员间的这种不对称依赖关系使得不可替代程度较低的发电商甚至愿意通过让利等方式维持合作以获取联盟收益，在谈判中处于被动的状态。

32、因此，定义成员i从属类别资源中的发电商总数为ki，则其在联盟中的不可替代性指标可表示为

33、

34、从上式可以推断出，ki越小，成员i的谈判力越大。

35、(4)联盟依赖性

36、从智猪博弈(boxed pigs)角度对发电商的联盟策略进行分析。在实际合作中，发电商分配得到的收益达不到其预期时，其对联盟的依赖性较低，智猪博弈认为，对联盟依赖性较低的发电商更有可能存在占优对策，即“搭便车”行为，在联盟谈判中表现为较强的议价能力，当分配收益达不到其目标时有可能拒绝参与联盟合作。为维持合作，对联盟具有较高依赖程度的发电商愿意在谈判中做出让步。

37、定义发电商对合作联盟n的依赖性指数为：

38、

39、式中：μ为发电商联盟依赖性参数；ri,n为shapley值下可再生能源发电商i的联盟收益分配期望；ri为发电商i独立决策的市场收益。越小表明发电商i对联盟n的依赖程度越低，在合作谈判时拥有更强的谈判力。

40、步骤2综合考虑各成员分配意愿，在引入独立第三方的评价意见的基础上建立指标重要性评价矩阵r，利用离差最小化法来确定各指标权重，具体如下：

41、为避免单一指标的片面性，尽可能考虑各成员的不同诉求，采用考虑各参与主体利益均衡的离差最小化法来确定各指标的权重。由于各成员都希望对自己有利指标的重要性权重越大越好，为保证公平合理，综合考虑各成员分配意愿，在引入独立第三方的评价意见的基础上建立指标重要性评价矩阵r来确定各指标权重，r＝[rij](n+1)×m。其中，rij(i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m)代表第i个主体希望设定的第j个指标的权重大小；r(n+1)m(j＝1,2,…,m)代表独立第三方给各指标的权重大小。为避免各主体主观地将对自身有利的指标权重设为1，其他指标权重设为0，故规定

42、

43、在此基础之上，求解如下的最小化群体评价矩阵r的偏差模型，即可求得各指标的权重。

44、

45、式中，表示发电商i的话语权因子，可表示为：

46、

47、式中，pirated为发电商i的装机容量；为联盟中规模最大的发电商的装机容量；gre为联盟中发电商的类别数目。上式表明发电商的话语权和其装机容量呈正比。

48、因此，在收益贡献率、资源稀缺性、不可替代性、联盟依赖性4个收益分配指标下，第i家发电商的收益分配系数vi可表示为

49、

50、式中，ω1、ω2、ω3、ω4分别为收益贡献率、资源稀缺性、不可替代性、联盟收益依赖性指标的权重。

51、综上，第i家发电商在合作联盟n中的收益分配结果ri,n可表示为

52、

53、本发明的有益效果是：

54、本发明针对由可再生能源发电商构成的合作联盟内部收益分配问题，选取联盟收益贡献率、资源稀缺性、不可替代性以及联盟收益依赖性4个指标，运用离差最小化法对各指标进行赋权，对合作博弈传统shapley值解进行改进，构建可再生能源发电商合作联盟收益分配模型，有利于合作联盟成员之间收益的合理分配。