基于风险约束非对称合作博弈的共享储能公平性分配策略

本发明属于配电网储能规划，具体涉及一种基于风险约束非对称合作博弈的共享储能公平性分配策略。

背景技术：

1、近年来，为进一步发挥可再生能源的就地消纳能力，微电网得到了充分发展。微电网不同于传统的用户，具有生产者和消费者双重身份，能够实现可再生能源的自发自用，余量上网。但可再生能源具有间歇性和不确定性，对微电网和电网的运行都提出了严重的挑战。

2、在微电网中配置储能可以明显降低可再生能源的上网率，并实现了微电网利用储能的峰谷套利降低成本。但储能伴随着投资建设成本高的问题，不利于微电网使用储能应对可再生能源的不确定性，且不利于微电网控制成本。

3、同时，随着微电网成为产销者，在日益开放的分布式能源交易市场的趋势下，微电网和储能可以不通过电网进行能源交易，获得额外的效益。为促进微电网群和储能参与端对端的市场交易，需要更加公平高效的分配策略。

4、现有技术中关于微电网储能的配置策略主要集中于自身成本的优化，但是此类方法主要集中于集中优化，没有考率用户的隐私，并且没有考虑储能和微电网群之间利益的公平性分配。

技术实现思路

1、根据以上现有技术中的不足，本发明提供了一种基于风险约束非对称合作博弈的共享储能公平性分配策略，构造了公平性的分配策略，在保证各微电网和共享储能的效益的基础上，引入了风险约束处理光伏的不确定性，兼具鲁棒性和经济性。

2、为达到以上目的，本发明提供了一种基于风险约束非对称合作博弈的共享储能公平性分配策略，构建过程包括以下步骤：

3、s1、对于包含多个微电网的微电网群，以每个微电网的自身成本最小为目标，构建微电网群模型，微电网群模型的目标函数为微电网的电网交易成本、微电网的过网成本以及微电网的p2p交易成本之和，并设置微电网群模型的约束条件；

4、s2、以共享储能自身成本最小化为目标，构建共享储能模型，共享储能模型的目标函数为共享储能的电网交易成本、共享储能的运维成本、共享储能的投资建设成本、共享储能的过网成本以及共享储能的p2p交易成本之和，并设置共享储能模型的约束条件；

5、s3、构建包含非对称合作博弈谈判破裂点模型的基于非对称合作博弈的共享储能利润分配机制，并设置其约束条件；

6、s4、构建基于风险约束的共享储能利润分配模型；

7、s5、利用交替方向乘子法求解共享储能利润分配模型，得到共享储能公平性分配策略。

8、所述的s1中，微电网群模型的目标函数表示为：

9、（1）；

10、其中：

11、（2）；

12、式中，为第t时刻的分时电价；为上网电价；、分别为第i个微电网在第t时刻向电网购买的功率和售卖的功率；a、b、c分别为微燃机mt发电的二次项、一次项和常数项成本系数；t、分别为优化时刻和优化间隔；为过网费用成本系数；为第i个微电网与第j个微电网在第t时刻的p2p交易成本系数；为第i个微电网与共享储能在第t时刻的p2p交易成本系数；为第i个微电网与第j个微电网在第t时刻的交换功率；为第i个微电网与共享储能在第t时刻的交换功率；n为微电网的数量；

13、微电网群模型的约束条件为：

14、（3）；

15、式中，、分别为第i个微电网购买功率的上限和下限；、分别为第i个微电网售卖功率的上限和下限；、分别为第i个微电网在第t时刻的购买功率和售卖功率；为第i个微电网在第t时刻的交换功率；为第i个微电网在第t时刻的p2p交易成本系数；、分别为第i个微电网在第t时刻的光伏功率和负荷功率；

16、其中，式（3a）表示微电网向电网购买功率的限制；式（3b）表示微电网向电网售卖功率的限制；式（3c）表示微电网的买电和卖电不能同时进行；式（3d）表示交换功率平衡约束；式（3e）表示交易成本平衡约束；式（3f）表示第i个微电网的功率平衡。

17、共享储能为微电网提供充放电服务，使微电网降低成本。所述的s2中，共享储能模型的目标函数表示为：

18、（4）；

19、其中：

20、（5）；

21、式中，为共享储能在第t时刻向电网购买的功率；为共享储能的运维成本系数，、分别为第t时刻共享储能的充电、放电功率；r，y分别为共享储能的折现率和使用寿命；，分别为共享储能容量的投资建设成本和共享储能功率的投资建设成本；、分别为共享储能的最大容量和最大功率；为共享储能与第i个微电网在第t时刻的p2p交易成本系数；为共享储能与第i个微电网在第t时刻的交换功率；

22、共享储能模型的约束条件为：

23、（6）；

24、式中，、分别为共享储能向电网购买功率的上限、下限；、分别表示共享储能充电功率的上限、下限；、分别表示共享储能放电功率的上限、下限；为共享储能的倍率公式；、、分别为共享储能的能量状态、充电效率和放电效率；即为第t时刻共享储能的能量状态，括号内代表时刻，0则为初始时刻，t即为优化时刻；

25、其中，式（6a）表示共享储能向电网购买功率的限制；式（6b）表示共享储能的充电限制；式（6c）表示共享储能的放电限制；式（6d）表示共享储能不能同时充电和放电；式（6e）表示共享储能的最大功率；式（6f）表示共享储能的最大容量；式（6g）表示共享储能在t时刻的能量与时刻的充放电有关；式（6h）表示为延长共享储能的寿命，共享储能的剩余电量保持在0.2和1之间；式（6i）表示共享储能在一个优化周期内的充放电量一致；式（6j）表示共享储能的功率平衡。

26、所述的s3中，基于非对称合作博弈的共享储能利润分配机制表示为：

27、（7）；

28、式中，、分别表示共享储能和微电网i的贡献率指标；为谈判破裂点，即表示微电网i各自投资建设储能时的成本；

29、基于非对称合作博弈的共享储能利润分配机制的约束条件为：

30、（8）；

31、为公平分配共享储能对微电网带来的额外利益，本发明首先确定在未达成合作时的各微电网的成本，即非对称合作博弈的谈判破裂点。与共享储能相对应的是分布式储能模型。

32、其中，式（8a）和式（8b）确保非对称合作博弈的个体理性和帕累托最优性；

33、对于，建立非对称合作博弈谈判破裂点模型，表示为：

34、（9）；

35、式中，、、分别表示微电网i的各自电网交易成本、微电网i的储能运维成本、微电网i的储能投资成本；

36、其中：

37、（10）；

38、式中，、分别是在第i个微电网在第t时刻向电网购买和售卖的功率；、分别是第i个微电网在第t时刻储能的充电、放电功率；、分别第i个微电网的储能的最大容量和最大功率；

39、非对称合作博弈谈判破裂点模型的约束条件为：

40、（11）；

41、式中，、分别为第i个微电网向电网购买功率的上限、下限；、分别为第i个微电网向电网售卖功率的上限、下限；、分别为第i个微电网储能的充电上限、下限；、分别为第i个微电网储能的放电上限、下限；表示第i个微电网在第t时刻的储能的能量状态。

42、各个约束的含义同式（6）。

43、所述的s4中，构建基于风险约束的共享储能利润分配模型的步骤为：

44、s41、利用盒式不确定性集描述净负荷的不确定性：

45、（12）；

46、式中，α、u、分别为不确定性半径、不确定性变量和不确定性变量的预测值；

47、s42、基于盒式不确定性集，建立风险约束模型：

48、（13）；

49、式中，、、β分别为不确定性环境下的成本、确定性环境下的成本和风险规避因子；、分别为等式约束和不等式约束；

50、s43、将基于风险约束的共享储能利润分配模型分解为联盟福利最大化问题和基于非对称合作博弈的收益分配子问题：

51、s431、对于联盟福利最大化问题，将风险约束引入联盟福利最大化问题，基于纳什议价原理将求解联盟福利最大化问题转化成联盟成本最小化问题，表示为：

52、（14）；

53、式中，、分别为确定性环境下共享储能和第i个微电网的成本；、分别为不确定性环境下共享储能和第i个微电网的成本；αi表示第i个微电网的不确定性半径；

54、其中，在求解联盟成本最小化问题时，微电网群以及共享储能之间的p2p交易成本满足以及，即为满足；

55、由风险约束模型可知，当第i个微电网的净负荷取到时联盟成本达到最大，此时的基于风险约束的联盟成本最小化问题转换为：

56、（15）；

57、式中，为第i个微电网的净负荷预测值；

58、s432、对于基于非对称合作博弈的收益分配子问题，使用基于自然对数的非线性函数进行和的量化：

59、s4321、根据联盟福利最大化问题计算的微电网群以及共享储能之间的p2p交易功率，计算所有优化时刻提供的能量和获得的能量；

60、s4322、计算微电网群和共享储能的议价能力，即为和，其具体公式为：

61、（16）；

62、式中，、、分别为所有优化时刻提供的能量、所有优化时刻提供能量的最大值、所有优化时刻提供能量的最小值；

63、s4323、将和引入到式（7）和纳什议价原理，建立基于非对称合作博弈的收益分配子问题为：

64、（17）；

65、式中：为联盟成本最小化问题中计算得到的除去p2p交易后的共享储能优化成本，为第i个微电网的优化成本；

66、s4324、对式（17）取对数，将最大值问题转换为最小值问题：

67、（18）。

68、所述的s5中，利用gurobi求解器以0.01%的误差进行求解。

69、所述的s5中，求解过程为：

70、s51、对于基于非对称合作博弈的收益分配子问题，其等式约束为：

71、（19）；

72、式中，为第j个微电网与第i个微电网在第t时刻的p2p交易成本系数；

73、s52、建立基于非对称合作博弈的收益分配子问题的增广拉格朗日函数：

74、（20）；

75、式中，、分别为第i个微电网的拉格朗日函数和共享储能的拉格朗日函数；、、分别为约束交易价格的拉格朗日乘子，其具体迭代更新公式为式（22）；、分别为微电网i和共享储能的惩罚因子；

76、s53、计算微电网和共享储能的p2p交易成本：

77、（21）；

78、s54、更新拉格朗日乘子：

79、（22）；

80、式中，k是迭代次数；

81、s55、判断是否收敛，是则完成分布式求解：

82、（23）；

83、式中，为迭代次数k+1时微电网i在第t时刻与微电网j的p2p交易成本系数；为迭代次数k时微电网i在第t时刻与微电网j的p2p交易成本系数；为迭代次数k+1时微电网i在第t时刻与共享储能的p2p交易成本系数；为迭代次数k时微电网i在第t时刻与共享储能的p2p交易成本系数。

84、本发明中涉及到的模型计算可以通过电子设备执行，电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，通过处理器执行程序（求解器）实现上述的算法。

85、本发明所具有的有益效果是：

86、本发明构造了公平性的分配策略，在保证各微电网和共享储能的效益的基础上，引入了风险约束处理光伏的不确定性，兼具鲁棒性和经济性。同时，本发明还引入了非对称合作博弈，激励微电网群和共享储能参与p2p交易，增加微电网和共享储能的额外收益。与标准合作博弈相比，可以更好的衡量微电网和共享储能的价值，提高联盟效益。