双边电力市场环境下的配电网分布式优化方法技术

本发明专利技术公开了一种双边电力市场环境下的配电网分布式优化方法，该方法包括：(1)构建双边市场环境下的配电网系统，包括配电网系统运营商DSO、买电用户和卖电用户，各用户配备可控单元和不可控单元；(2)分别构建市场用户优化模型和DSO安全校核模型；(3)优化求解市场出清，在期望交易功率修正阶段市场用户求解市场用户优化模型，用户间采用ADMM算法迭代更新期望交易功率，DSO调用安全校核模型对迭代结果进行校核；在期望交易电价修正阶段通过修改竞价系数修正交易电价。本发明专利技术采用分布式优化求解市场条件下的配电网优化问题，兼顾了不同主体的利益和系统安全性，市场用户间只需交换少量信息即可实现资源配置，简化了网络通信难度。

Distributed optimization method of distribution network in bilateral electricity market environment

The invention discloses a distributed optimization method for distribution network in a bilateral power market environment, which includes: (1) constructing a distribution network system in a bilateral market environment, including distribution network operators DSO, power buyers and power sellers, each user equipped with controllable and uncontrollable units; (2) constructing market user optimization model and DSO security verification model respectively; (3) optimizing requirements Solve the market clearing, solve the market user optimization model in the revision stage of expected transaction power, update the expected transaction power iteratively by ADMM algorithm among users, and check the iteration results by DSO calling the security checking model; revise the transaction price by modifying the bidding coefficient in the revision stage of expected transaction price. The invention adopts distributed optimization to solve the distribution network optimization problem under market conditions, taking into account the interests of different subjects and system security, and realizes resource allocation by exchanging a small amount of information among market users, thus simplifying the difficulty of network communication.

【技术实现步骤摘要】
双边电力市场环境下的配电网分布式优化方法
本专利技术涉及一种双边电力市场环境下的配电网分布式优化方法，属于配电网能量管理领域。
技术介绍
伴随着分布式电源的大量接入和智能电网技术的迅速发展，以微电网、负荷聚合商和售电商为代表的供用能成员，因具有独立决策能力，能通过能量管理有效管控分布式电源和柔性负荷，改变了传统电网的结构和运行方式。在一个配电网系统内常包含多个利益主体，其既可以与配电网进行能量交互，也可以相互间进行电量交易，市场条件下的配电网优化变的更为复杂，而传统的集中式优化方法存在信息收集量大、建模精度低、求解难度高等问题。
技术实现思路
专利技术目的：为了提高各用户的收益，实现市场条件下配电网资源的优化配置，同时保证系统的安全稳定性，本专利技术目的是提出一种双边电力市场环境下的配电网分布式优化方法，综合用户市场力指标建立优化模型，提高用户的中标率和收益。采用交替方向乘子(AlternatingDirectionMethodofMultipliers，ADMM)算法实现分布式求解，用户间仅需传递少量信息即可实现市场出清。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种双边电力市场环境下的配电网分布式优化方法，包括如下步骤：(1)构建双边市场环境下的配电网系统，在配电网系统中配备卖电用户、买电用户和配电网系统运营商(DistributionSystemOperator，DSO)，卖电用户包括微电网用户和售电商，买电用户为负荷聚合商；在微电网系统中配备光伏发电系统、风机发电系统、燃气轮机以及储能设备，其中燃气轮机和储能设备为可控微电源，将所述微电网中负荷分为可控负荷和不可控负荷；在售电商系统中配备光伏发电系统、风机发电系统、燃气轮机以及储能设备；在负荷聚合商系统中包括可控负荷和不可控负荷；(2)分别构建市场用户优化模型和DSO安全校核模型，其中市场用户优化模型以最小化运行成本为目标，考虑系统功率平衡约束、联络线功率约束、可控负荷用电量约束和可控微电源出力约束进行优化，分配内部各可控单元的出力及用电情况，DSO安全校核模型考虑支路潮流越限约束和节点电压越限约束对系统潮流和电压进行校核；(3)优化求解市场出清，将市场出清过程分为期望交易电价修正阶段和期望交易功率修正阶段两部分，在期望交易功率修正阶段市场用户求解市场用户优化模型，用户间采用ADMM算法迭代更新期望交易功率，随后DSO调用安全校核模型对迭代结果进行校核；在期望交易电价修正阶段通过修改竞价系数修正交易电价。在优选的实施方案中，所述步骤(2)中市场用户优化模型表示如下：式中，Ccommon为用户运行成本；Cuse为用电单元运行成本，Csell为售电单元运行成本，Cpcc为与DSO间的交换功率成本；为期望交换功率，为正表示从其他用户处买电，为负表示向其他用户卖电；为期望电价；δ为网损系数；为市场用户与大电网联络线功率，为正时为向DSO买电，为负时为向DSO卖电；为可控微电源出力，为不可控微电源出力，为不可控负荷t时刻用电需求，为可控负荷t时刻的用电量；Ppcc_min和Ppcc_max分别为联络线最小、最大功率；Pcl_min和Pcl_max分别为可控负荷最小、最大用电量；Pcms_min和Pcms_max分别为可控微电源最小、最大功率。在优选的实施方案中，市场用户期望电价与期望交换功率的关系表示如下：式中：α和β为竞价系数；市场用户用电单元成本表示如下：式中：Qt表示t时刻的用户舒适度，Qset表示用户设置的理想舒适值，μ表示惩罚因子；市场用户售电单元运行成本表示如下：式中：a、b、c为成本系数。市场用户与DSO间的交换功率成本表示如下：式中：λt为峰谷电价。在优选的实施方案中，所述步骤(2)中DSO安全校核模型为：式中：Pit为t时刻节点i的功率，流入为正，流出为负，节点i指配电网内用户i与大电网公共联络线的交点；N表示节点总数；Vit为t时刻节点i的电压；下标j:i～j表示所有与i节点相连的j节点；yij表示节点i与节点j的连接支路ij的导纳；Pmin和Pmax分别为支路潮流最小、最大值；Vmin和Vmax分别为节点电压最小、最大值。在优选的实施方案中，市场用户竞价曲线的竞价系数计算方法为：基于市场用户可控微电源的边际成本和可控负荷的用能约束，分别建立其基础竞价模型，合成用户整体基础竞价模型，随后计算用户各项市场力指标，对用户综合市场力进行量化评估并生成改进竞价模型；其中，用户整体基础竞价模型表示为：式中，p、q为根据对模拟不同市场出清电价下的市场用户中标功率得到的多个散点线性拟合得到的竞价系数；改进的竞价模型为：k是根据用户各项市场力指标生成等比例系数：k＝s1·IHHI+s2·IMRR+s3·ILerner+s4s1、s2、s3为三大指标的加权系数，是0～1间的常数；s4为[1,1.5]间的常数；其中IHHI的计算方法如下：式中：Qi为用户i的装机容量；Qj为用户j的装机容量；n为系统内总的用户数；IMRR的计算方法如下：式中：DP为系统负荷，为除用户i外的其余用户可用容量之和，为用户i的可用容量；ILerner的计算方法如下：式中：λe'x为市场预测出清电价，mci为用户i利润最大化时机组的边际成本。在优选的实施方案中，按照如下公式通过列举法获得用户整体中标功率与出清电价的多个散点：式中：为市场用户的整体期望交换功率；和分别表示出清电价为时可控微电源i的期望交换功率和可控负荷j的期望交换功率；ψcms表示可控微电源单元集合；ψcl表示可控负荷单元集合；和分别为t时刻PCC点的售电价格和PCC点的购电价格；表示电价间隔；可控微电源的期望电价与可控微电源期望交换功率的关系为：可控负荷的期望电价与可控负荷期望交换功率的关系为：式中：Tt-1、Tmax分别为t-1时刻室内温度、市场出清时室内温度、用户设置的最高温度；为t时刻室外温度；C、R和COP分别为房间的热容量、房间热阻和空调能效比；Δt为时间间隔。在优选的实施方案中，所述步骤(3)的市场出清求解流程具体为：(3-1)每个用户根据步骤(2)建立各自的市场优化模型，DSO建立安全校核模型；(3-2)初始化竞价轮次n、市场用户i的竞价系数和(3-3)初始化ADMM迭代次数k、惩罚系数ρ和市场用户i的拉格朗日惩罚系数初值(3-4)用户i求解市场优化模型，获得期望交易功率可控微电源出力、可控负荷用电和PCC点工作指令初始值，用户间传递期望交换功率；(3-5)用户进行ADMM迭代，优化计算期望交易功率、可控微电源出力、可控负荷用电以及PCC点功率，各用户更新期望交换功率(3-6)迭代收敛判据为：式中：ε为收敛门槛值；N表示用户总数；各用户判断迭代是否收敛，若收敛，停止迭代，执行步骤(3-7)；反之迭代次数k加1，更新拉格朗日乘子返回步骤(3-5)，进行下一次迭代；(3-7)DSO调用潮流校核模型检验ADMM迭代结果，判断节点功率、电压是否满足约束，若满足约束则执行步骤(3-8)，反之迭代次数k加1，并更新返回步骤(3-5)；(3-8)判断买方期望电价与卖方期望电价是否一致，若不一致则竞价轮次n加1，并更新竞价系数，返回步骤(3-3)；若一致则退出运算，本次出清结束；各用户竞价系数修正公式为：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双边电力市场环境下的配电网分布式优化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)构建双边市场环境下的配电网系统，在配电网系统中配备卖电用户、买电用户和配电网系统运营商DSO，卖电用户包括微电网用户和售电商，买电用户为负荷聚合商；在微电网系统中配备光伏发电系统、风机发电系统、燃气轮机以及储能设备，其中燃气轮机和储能设备为可控微电源，将所述微电网中负荷分为可控负荷和不可控负荷；在售电商系统中配备光伏发电系统、风机发电系统、燃气轮机以及储能设备；在负荷聚合商系统中包括可控负荷和不可控负荷；(2)分别构建市场用户优化模型和DSO安全校核模型，其中市场用户优化模型以最小化运行成本为目标，考虑系统功率平衡约束、联络线功率约束、可控负荷用电量约束和可控微电源出力约束进行优化，分配内部各可控单元的出力及用电情况，DSO安全校核模型考虑支路潮流越限约束和节点电压越限约束对系统潮流和电压进行校核；(3)优化求解市场出清，将市场出清过程分为期望交易电价修正阶段和期望交易功率修正阶段两部分，在期望交易功率修正阶段市场用户求解市场用户优化模型，用户间采用ADMM算法迭代更新期望交易功率，随后DSO调用安全校核模型对迭代结果进行校核；在期望交易电价修正阶段通过修改竞价系数修正交易电价。...

【技术特征摘要】
1.一种双边电力市场环境下的配电网分布式优化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)构建双边市场环境下的配电网系统，在配电网系统中配备卖电用户、买电用户和配电网系统运营商DSO，卖电用户包括微电网用户和售电商，买电用户为负荷聚合商；在微电网系统中配备光伏发电系统、风机发电系统、燃气轮机以及储能设备，其中燃气轮机和储能设备为可控微电源，将所述微电网中负荷分为可控负荷和不可控负荷；在售电商系统中配备光伏发电系统、风机发电系统、燃气轮机以及储能设备；在负荷聚合商系统中包括可控负荷和不可控负荷；(2)分别构建市场用户优化模型和DSO安全校核模型，其中市场用户优化模型以最小化运行成本为目标，考虑系统功率平衡约束、联络线功率约束、可控负荷用电量约束和可控微电源出力约束进行优化，分配内部各可控单元的出力及用电情况，DSO安全校核模型考虑支路潮流越限约束和节点电压越限约束对系统潮流和电压进行校核；(3)优化求解市场出清，将市场出清过程分为期望交易电价修正阶段和期望交易功率修正阶段两部分，在期望交易功率修正阶段市场用户求解市场用户优化模型，用户间采用ADMM算法迭代更新期望交易功率，随后DSO调用安全校核模型对迭代结果进行校核；在期望交易电价修正阶段通过修改竞价系数修正交易电价。2.根据权利要求1所述的双边电力市场环境下的配电网分布式优化方法，其特征在于，所述步骤(2)中市场用户优化模型表示如下：式中，Ccommon为用户运行成本；Cuse为用电单元运行成本，Csell为售电单元运行成本，Cpcc为与DSO间的交换功率成本；为期望交换功率，为正表示从其他用户处买电，为负表示向其他用户卖电；为期望电价；δ为网损系数；为市场用户与大电网联络线功率，为正时为向DSO买电，为负时为向DSO卖电；为可控微电源出力，为不可控微电源出力，为不可控负荷t时刻用电需求，为可控负荷t时刻的用电量；Ppcc_min和Ppcc_max分别为联络线最小、最大功率；Pcl_min和Pcl_max分别为可控负荷最小、最大用电量；Pcms_min和Pcms_max分别为可控微电源最小、最大功率。3.根据权利要求2所述的双边电力市场环境下的配电网分布式优化方法，其特征在于，市场用户期望电价与期望交换功率的关系表示如下：式中：α和β为竞价系数；市场用户用电单元成本表示如下：式中：Qt表示t时刻的用户舒适度，Qset表示用户设置的理想舒适值，μ表示惩罚因子；市场用户售电单元运行成本表示如下：式中：a、b、c为成本系数。市场用户与DSO间的交换功率成本表示如下：式中：λt为峰谷电价。4.根据权利要求1所述的双边电力市场环境下的配电网分布式优化方法，其特征在于，所述步骤(2)中DSO安全校核模型为：式中：Pit为t时刻节点i的功率，流入为正，流出为负，节点i指配电网内用户i与大电网公共联络线的交点；N表示节点总数；Vit为t时刻节点i的电压；下标j:i～j表示所有与i节点相连的j节点；yij表示节点i与节点j的连接支路ij的导纳；Pmin和Pmax分别为支路潮流最小、最大值；Vmin和Vmax分别为节点电压最小、最大值。5.根据权利要求3所述的双边电力市场环境下的配电网分布式优化方法，其特征在于，市场用户竞价曲线的竞价系数计算方法为：基于市场用户可控微电源的边际成本和可控负荷的用能约束，分别建立其基础竞价模型，合成用户整体基础竞价模型，随后计算用户各项市场力指标，对用户综合市场力进行量化评估并生成改进竞价模型；其中，用户整体基础竞价模型表示为：式中，p、q为根据对模拟不同市场出清电价下的市场用户中标功率得到的多个散点线性拟合...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦晓波，曹水晶，杜健雄，吴在军，盛万兴，徐斌，李冬森，
申请(专利权)人：东南大学，中国电力科学研究院有限公司，国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，国网安徽省电力有限公司金寨县供电公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32