一种基于新能源与储能合作博弈及收益分配的优化方法与流程

本发明涉及电气工程，尤其是涉及一种基于新能源与储能合作博弈及收益分配的优化方法。

背景技术：

1、未来的电力系统会向以新能源为主体的新型电力系统发展，但是新能源具有随机性、波动性和间歇性等特点，为了维护电力系统的安全稳定运行，需要大量储能设施与新能源电站相配合。在电源侧，储能电站可以通过长期与新能源场站合作形成新能源与储能联盟，促进新能源消纳。

2、近年来，新能源与储能相关政策不断出台，但新能源与储能以何种方式合作仍不明确。目前新能源与储能的合作方法中，储能将一定比例或全部容量交由新能源场站调度，新能源场站支付租赁费用，或事后进行收益分摊。这种改变储能电站调度权的合作形式不能充分考虑储能电站自身的收益，难以使新能源场站与储能电站长期合作运行。针对这一问题，需要一种可以保证新能源场站与储能电站收益均有所提高的合作博弈与收益分配方法。针对新能源与储能合作博弈及收益分配方法的相应研究工作具有重要的理论与工程价值。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明基于联盟成员贡献度的不同，结合前景理论的思想，提出一种基于新能源与储能合作博弈及收益分配的优化方法，以达成设计新能源与储能合作模式的目的。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于新能源与储能合作博弈及收益分配的优化方法，包括如下步骤：

4、(1)在日前阶段：新能源场站提交出力预测曲线和与预测误差相关的参数，进行出力预测场景的生成与削减，得到新能源场站的出力场景；储能电站提供从所生成的电价场景中得到的实时电能量市场购电曲线，与新能源场站的出力场景分别对应；然后由新能源与储能联盟运行合作运行的优化模型，求解出在日前市场的投标量，并进行日前电能量市场的投标；

5、(2)在日内阶段：新能源场站进行超短期出力预测，并向联盟提供预测的相关信息；储能电站分时向联盟提供其在实时市场中的购电需求；联盟根据新能源场站和储能电站提供的信息，安排新能源与储能的出力和充电计划；新能源场站和储能电站分别根据计划供电和充电，联盟监督新能源场站与储能的充放电行为；

6、(3)在事后阶段：联盟计算收益情况，并通过新能源场站和储能电站在日前、日内两阶段提供的信息，计算所需要的前景价值和夏普利值参数，从而计算出联盟各成员的议价能力；最后联盟求解不对称纳什议价模型即获得联盟中的各个成员分配收益。

7、进一步地，所述步骤(1)中出力预测场景的生成与削减，具体为：使用正态分布模型来描述新能源出力预测误差，结合日前电能量市场的规则，将对新能源场站每一时刻的实际出力都使用不同的正态分布方差值来进行场景生成。

8、进一步地，所述步骤(1)中新能源与储能联盟合作运行的优化模型，求解出在日前市场的投标量，优化模型在电力市场的收益采用目标函数来表示，所述目标函数的表达式如下：

9、为联盟在实时电能量市场中的不平衡结算收益，式中第三项为储能电站在合作运行模型中所带来的收益提高量；

10、其中，δt为市场投标时间尺度，t为总时间段数，n为总场景数，为πn场景n发生的概率，为合作运行模型中新能源场站t时刻在日前市场中的投标，为t时刻日前市场的价格，为合作运行模型中新能源场站场景n中t时刻实时市场中正向不平衡结算电量，是联盟中i个新能源场站共同的投标量，为合作运行模型中新能源场站场景n中t时刻实时市场中负向不平衡结算电量，为场景n中t时刻正向不平衡结算价格，为场景n中t时刻负向不平衡结算价格，为场景n中t时刻新能源场站向储能电站j提供的功率，为场景n中t时刻的实时市场价格；

11、其目标函数的约束条件为：

12、1)新能源场站出力投标约束

13、

14、2)不平衡电价约束

15、

16、

17、3)电力电量平衡约束

18、

19、其中，为n场景下t时刻联盟中新能源场站的实际出力之和；

20、4)功率约束

21、

22、

23、

24、其中，为储能电站i在n场景下t时刻计划在实时市场中的购电。

25、进一步地，所述步骤(3)中，联盟成员议价能力的计算方法如下：

26、

27、

28、式中第一项kw，i为联盟主体对联盟边际贡献的比例，第二项ke，j为联盟主体给联盟收益带来的风险；由于储能电站不会因自身的不确定性给联盟带来收益风险，所以储能电站的议价能力计算公式中第二项为0；其中，si,w为新能源场站i的shapley值，sj,e为储能电站j的夏普利值；μ为风险偏好因子，μ＝0时表示风险中性，此时议价能力的计算只考虑边际贡献不考虑风险，μ>0时表示联盟为风险厌恶者，μ越大表示联盟的风险厌恶程度越高，不考虑μ<0的情况。

29、进一步地，所述步骤(3)中，不对称纳什议价模型的目标函数为：

30、

31、式中，表示新能源场站i在合作运行模型中所获得的收益，cw,i表示新能源场站i在非合作运行模型中所获得的收益，表示储能电站j在合作运行模型中所获得的收益，ce,j表示储能电站j在非合作运行模型中所获得的收益，kw,i表示新能源场站i的议价能力，ke,j表示储能电站j的议价能力；

32、其约束条件为：

33、

34、

35、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

36、1、采用数据驱动的思路，不需要详细的物理参数，能够避免对电力系统网络结构的详细建模，节约了计算资源，提高了计算效率；

37、2、所设计的合作博弈与收益分配方法中，新能源场站与储能电站的合作不会影响储能自身在电力市场中所获得的收益，有利于激励新能源与储能长期合作运行；

38、3、所提基于不同成员贡献度的收益分配结果相比于传统纳什议价法和shapley(夏普利)值法，能够综合考虑联盟中各个成员的边际贡献和所带来的风险。

技术特征：

1.一种基于新能源与储能合作博弈及收益分配的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述基于新能源与储能合作博弈及收益分配的优化方法，其特征在于，所述步骤(1)中出力预测场景的生成与削减，具体为：使用正态分布模型来描述新能源出力预测误差，结合日前电能量市场的规则，将对新能源场站每一时刻的实际出力都使用不同的正态分布方差值来进行场景生成。

3.根据权利要求1所述基于新能源与储能合作博弈及收益分配的优化方法，其特征在于，所述步骤(1)中新能源与储能联盟合作运行的优化模型，求解出在日前市场的投标量，优化模型在电力市场的收益采用目标函数来表示，所述目标函数的表达式如下：

4.根据权利要求1所述基于新能源与储能合作博弈及收益分配的优化方法，其特征在于，所述步骤(3)中，联盟成员议价能力的计算方法如下：

5.根据权利要求1所述基于新能源与储能合作博弈及收益分配的优化方法，其特征在于，所述步骤(3)中，不对称纳什议价模型的目标函数为：

技术总结
本发明公开了一种基于新能源与储能合作博弈及收益分配的优化方法，该优化方法是通过将多个新能源场站和多个储能电站形成一个合作联盟，新能源场站在出力过剩时将一部分电能提供给这时或相近时间段内需要从实时电能量市场购电的储能电站使用。合作运行能够使联盟的整体收益将有所提高，体现出储能电站在合作运行中的价值。在该联盟的存在下，提高多个新能源场站和多个储能电站的收益，也使这些电站之间形成合作博弈关系。本发明为数据驱动方法，不需要详细的物理参数，且将发电机组进行了简化处理，节约了计算资源，提高了计算效率。

技术研发人员：金翔,李知艺,樊恒建,顾晨临,周林,傅悦,胡嘉骅,王坤
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司经济技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12