一种计及DLMP的虚拟电厂调频收益分配方法及装置

本发明属于虚拟电厂，具体涉及一种计及dlmp的虚拟电厂调频收益分配方法及装置。

背景技术：

1、目前，在新型电力系统中，源-网-荷-储各环节高度电力电子化造成电力系统转动惯量降低，使得调频辅助服务需求逐年增加，通过在发电侧增加发电机备用容量的传统调频方式已经不能满足新型电力系统调频需求。一些小容量分布式发电机组、分布式储能和柔性负荷(flexible loads,fls)等分布式能源(distributed energy resources,ders)具备较好的灵活性及快速响应能力，但由于其容量较小，不符合电力市场准入标准或者单独参与电力市场成本过高。对这些ders进行有效聚合调控对于解决电力系统辅助服务资源不足的问题具有重要意义。

2、虚拟电厂(virtual power plant,vpp)是利用先进的信息通信技术，实现对ders、储能系统(energy storage systems,esss)和fls等多种分布式资源的统一聚合和协调优化，作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的协调管理系统。vpp的协调优化降低了分布式资源独立参与电力市场的风险，有助于激发边侧资源的灵活性，实现分布式资源经济效益最大化。

3、vpp作为一个独立的市场主体，具有联盟的特性，其与内部聚合主体和外部合作伙伴间均需建立公平的利益分配机制，以保证vpp聚合的稳定性和可持续发展，对聚合主体参与市场的贡献进行合理评估是vpp利益分配的关键；同时，作为聚合多类型ders的合作联盟，在参与调频辅助服务市场时，vpp以整体效益最优为目标对聚合主体进行统一调控，通过不同类型资源间协调互补降低其参与市场面临的不确定性风险，获得比单一类型聚合主体参与市场更高的收益。在该过程中，vpp由于要兼顾不同主体的合作，其调控策略与各聚合主体自身的调频出力最优策略并不完全一致。因此，仅采用基于聚合资源调频出力贡献进行利益分配的方法并不能满足各聚合主体的利益诉求。

4、vpp可基于主从合作关系或对等合作关系与聚合主体达成合作，不同形式的合作关系中聚合主体利益诉求的谈判力并不相同。基于主从合作关系的以vpp为主导的多聚合主体利益分配问题属于典型的多参与者的合作博弈。在主从合作关系中，处于主导地位的vpp拥有更多的利益分配决策权，根据聚合主体在调频市场的出力信息进行合理有效的贡献评估。

5、基于对等合作关系达成合作的vpp内部，其聚合主体拥有更多的利益诉求主动权，并且不同类型聚合主体由于其自身设备运行特点和所处地理位置不同等原因，其单位调频成本并不相同，不同聚合主体的利益诉求也存在差异。同时，处于对等地位的vpp并不能完全获得聚合主体的真实成本信息，当vpp与各聚合主体处于对等地位进行利益分配时，聚合主体的调频成本和利益诉求主动性起着较为重要的作用。因此，vpp内部利益分配需要在考虑各聚合主体调频出力贡献的同时，兼顾各聚合主体利益诉求及调频成本，构建公平合理的利益分配方法，以巩固vpp的合作稳定性。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种计及dlmp的虚拟电厂调频收益分配方法及装置，将地理因素对各聚合主体调频成本的影响转化为经济性指标，兼顾各聚合主体利益诉求，提出基于贝叶斯博弈的虚拟电厂内部调频收益分配策略。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种计及dlmp的虚拟电厂调频收益分配方法，包括以下步骤：

3、s1、计及阻塞成本的配电网节点边际电价分析，建立配电网经济调度模型，所述配电网经济调度模型包括配电网经济调度模型目标函数、热电联产机组成本函数和电功率成本函数；对所述配电网经济调度模型引入拉格朗日乘子进行约束转化，将所述配电网经济调度模型的目标函数构造成拉格朗日函数形式；

4、s2、计及配电网节点边际电价计算聚合主体调频成本价格，计算虚拟电厂参与调频辅助服务市场的收益；

5、s3、构建基于贝叶斯博弈的虚拟电厂与聚合主体利益分配的博弈价格策略，根据博弈价格策略分布区间对博弈参与者进行类型划分，计算第k轮博弈虚拟电厂与聚合主体的利益期望，并判断基于贝叶斯博弈的虚拟电厂内部利益分配策略的均衡点条件；

6、s4、在首轮博弈不匹配的情况下，采用先验概率估测博弈对方的报价均值及交易达成概率；通过线性松弛算法调整博弈双方自身报价，直至达到贝叶斯-nash均衡，达成博弈双方交易。

7、作为计及dlmp的虚拟电厂调频收益分配方法优选方案，步骤s1中，配电网经济调度模型目标函数为：

8、

9、式中，ng表示发电机节点总数；ci表示节点i机组的发电成本函数；pg,i表示节点i机组的发电功率；

10、步骤s1中，热电联产机组成本函数为：

11、

12、式中，ci,chp表示节点i下chp机组的发电成本；pi,chp表示节点i下chp机组的发电功率；ai、bi、ci表示chp机组耗量特性拟合常数；

13、步骤s1中，电功率成本函数为：

14、ci,e＝cepricepi,e          (3)

15、式中，ci,e表示节点i的注入电功率成本；pi,e表示节点i的注入电功率；ceprice表示上级电网电价。

16、作为计及dlmp的虚拟电厂调频收益分配方法优选方案，步骤s1中，对所述配电网经济调度模型引入拉格朗日乘子进行约束转化包括：

17、系统平衡约束：

18、

19、式中，nl表示负荷节点总数；pd,i表示节点i系统负荷；ploss表示网损；

20、发电机组出力限制约束：

21、pg,i,min≤pg,i≤pg,i,max          (5)

22、式中，pg,i,min和pg,i,min分别表示发电机组出力下、上限；

23、网络传输容量约束：

24、

25、式中，fk-i表示直流功率传输分布因子；pkmax表示线路传输容量的上限；

26、将所述配电网经济调度模型的目标函数构造成拉格朗日函数形式为：

27、

28、式中，k表示支路编号；nk表示支路数目；λ表示系统功率平衡约束的影子价格，反映了电能供需平衡状况；μk表示线路容量约束的拉格朗日乘子；

29、拉格朗日函数取得最小值条件为：

30、

31、节点i的节点边际电价的计算表达式为：

32、

33、式中，表示节点阻塞电价，当节点关联的传输线路无阻塞时，该节点阻塞电价为0。

34、作为计及dlmp的虚拟电厂调频收益分配方法优选方案，步骤s2中，计及配电网节点边际电价计算聚合主体调频成本价格为：

35、

36、式中，nl表示聚合主体m所聚合资源所在节点数目；wl(clmp,l)表示在节点l的调频资源计及配电网节点边际电价的调频成本价格；wl(clmp,l)的表达式为：

37、

38、式中，nt表示调度时段；t表示调频调度时刻，t值在1-nt之间；和分别表示聚合主体m的调频容量成本和调频里程成本，em,t表示聚合主体m的调频容量，为聚合主体m的在t时刻的调频里程，表示聚合主体m在t时刻的调频功率。

39、作为计及dlmp的虚拟电厂调频收益分配方法优选方案，步骤s2中，计算虚拟电厂参与调频辅助服务市场的收益模型为：

40、

41、式中，wvpp表示虚拟电厂的调频结算收益；evpp,t表示虚拟电厂在调频市场中标的调频容量；pvpp,t表示虚拟电厂实际调频里程；表示虚拟电厂参与调频辅助服务市场的容量价格；表示虚拟电厂的里程价格；πb,t表示惩罚价格系数，表示不平衡里程。

42、作为计及dlmp的虚拟电厂调频收益分配方法优选方案，步骤s3中，构建基于贝叶斯博弈的虚拟电厂与聚合主体利益分配的博弈价格策略的步骤具体包括：

43、设虚拟电厂与聚合主体m构成参与者集合n＝{vpp,m}，虚拟电厂与聚合主体的博弈价格策略均服从均匀分布，在聚合主体的价格策略中，以计及配电网节点边际电价的调频成本价格为下限，在预设利益范围内向上均匀分布，确定出博弈双方定价策略；

44、根据博弈双方定价策略分布区间，将博弈参与者划分为指定类型，根据概率分布函数进行推断对方真实利益范围信息，并根据每轮对方博弈报价信息获得交易达成后验概率，形成信念集合p；

45、将虚拟电厂与博弈主体m的所有博弈报价策略方案构成策略空间集合a，以前一轮报价为参考，博弈双方考虑交易达成概率的信念集合p，以最大化自身收益期望为目标调整自身报价形成新的策略si，经博弈后直至聚合主体整体利益期望在预设精度范围内，达到贝叶斯-nash均衡，交易成立，确定交易价格。

46、作为计及dlmp的虚拟电厂调频收益分配方法优选方案，步骤s3中，根据每轮对方博弈报价信息获得交易达成后验概率，形成信念集合p的表达式为：

47、

48、式中，k`表示双方博弈次数，表示第k`次博弈交易达成的概率；表示虚拟电厂第k`次博弈价格；表示聚合主体m第k`次博弈价格；表示虚拟电厂第k`-1次博弈价格；表示聚合主体m第k`-1次博弈价格；；表示虚拟电厂可支付最高价格；clmp,m表示聚合主体m计及配电网节点边际电价的调频成本价格；

49、虚拟电厂与聚合主体的利益期望eu的表达式为：

50、

51、

52、式中，euvpp,k`为第k`次报价虚拟电厂的利益期望值，eum,k`为第k`次报价聚合主体m的利益期望值，表示第k`次博弈交易达成的概率；表示虚拟电厂第k`次博弈价格；表示聚合主体m第k`次博弈价格；cvpp,m表示虚拟电厂可支付最高价格；clmp,m表示聚合主体m计及配电网节点边际电价的调频成本价格；

53、

54、式中，和分别表示博弈双方基于已知对方均匀分布策略预测对方博弈价格的均值；

55、步骤s3中，经博弈后直至聚合主体整体利益期望在预设精度范围内，达到贝叶斯-nash均衡的表达式为：

56、

57、式中，si,op为博弈参与者节点i的最优策略，ui的含义是博弈参与者i的利益，h＝{h1,h2,...,hn}为博弈参与者类型集合，pi＝pi(t-i|ti)表示博弈参与者节点i在公有信息的基础上形成对剩余参与者概率的判断；

58、通过聚合主体利益期望变化表示虚拟电厂利益期望变化：

59、

60、式中，ψvm表示所有改变策略的聚合主体预期利益变化总和。

61、作为计及dlmp的虚拟电厂调频收益分配方法优选方案，步骤s4中，第一次博弈后双方的报价预测模型表达式为：

62、

63、第k`次博弈双方交易价格均值的预测模型表达式为：

64、

65、第k`次博弈交易达成概率的预测模型表达式为：

66、

67、式中，和分别表示虚拟电厂和聚合主体的首次博弈报价。

68、作为计及dlmp的虚拟电厂调频收益分配方法优选方案，步骤s4中，通过线性松弛算法调整博弈双方自身报价，直至达到贝叶斯-nash均衡，达成博弈双方交易过程，聚合主体m的报价调整策略为：

69、

70、

71、式中，为聚合主体m预期利益变化最大时对应的报价策略，μ表示聚合主体博弈价格的策略调整权重值；

72、虚拟电厂的报价调整策略为：

73、

74、

75、式中，为虚拟电厂利益期望值最大时对应的报价策略，euvpp,k`+1为第k`+1次博弈虚拟电厂的利益期望，θ表示虚拟电厂博弈价格的策略调整权重值；

76、ψvm≤χ          (26)

77、式中，χ表示达成博弈均衡的精度值。

78、本发明还提供一种计及dlmp的虚拟电厂调频收益分配装置，采用上述或其任意可能实现方式的一种计及dlmp的虚拟电厂调频收益分配方法，包括：

79、配电网经济调度模型构建模块，用于计及阻塞成本的配电网节点边际电价分析，建立配电网经济调度模型，所述配电网经济调度模型包括配电网经济调度模型目标函数、热电联产机组成本函数和电功率成本函数；

80、模型约束转换模块，用于对所述配电网经济调度模型引入拉格朗日乘子进行约束转化，将所述配电网经济调度模型的目标函数构造成拉格朗日函数形式；

81、服务市场收益分析模块，用于计及配电网节点边际电价计算聚合主体调频成本价格，计算虚拟电厂参与调频辅助服务市场的收益；

82、博弈价格策略分析模块，用于构建基于贝叶斯博弈的虚拟电厂与聚合主体利益分配的博弈价格策略，根据博弈价格策略分布区间对博弈参与者进行类型划分，计算第k轮博弈虚拟电厂与聚合主体的利益期望，并判断基于贝叶斯博弈的虚拟电厂内部利益分配策略的均衡点条件；

83、博弈价格调整模块，用于在首轮博弈不匹配的情况下，采用先验概率估测博弈对方的报价均值及交易达成概率；通过线性松弛算法调整博弈双方自身报价，直至达到贝叶斯-nash均衡，达成博弈双方交易。

84、本发明具有如下优点：考虑聚合资源所处网络位置对聚合资源参与调频的影响，采用计及配电网节点边际电价的聚合主体调频成本计算模型，将地理影响因素的影响转化为经济性指标，精细化表征各聚合主体调频成本，提高效益分配过程的公平性；针对基于对等合作关系达成合作的虚拟电厂，提出基于贝叶斯博弈的虚拟电厂与聚合主体之间的利益分配策略，该策略通过双方博弈竞价过程保障了虚拟电厂和聚合主体基于对等地位进行利益诉求的交互，给予聚合主体更多的利益诉求主动权，从而保证了虚拟电厂与各聚合主体合作的稳定性；聚合主体与虚拟电厂在博弈过程中基于后验概率评估自身利益期望值，并基于线性松弛算法对自身报价策略进行调整参与下一轮博弈；基于线性松弛算法的报价策略避免了博弈过程中博弈双方报价涨幅过大、难以收敛至均衡点的问题，加快博弈收敛速度。