一种考虑需求侧响应的基于博弈论的主动配电网孤岛恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑需求侧响应的基于博弈论的主动配电网孤岛恢复方法。以实现失电负荷恢复供电最大化为目标，基于需求响应视角，利用各种分布式能源DER(distributed energy resource)对主动配电网进行协同恢复，提出了基于博弈论的主动配电网孤岛恢复策略。首先分析需求响应对配电网故障恢复的影响，建立分时电价下的需求响应模型，平抑负荷曲线的峰值；以恢复负荷量最大为目标，将不同的分布式电源(DG)作为博弈参与者，建立合作和非合作博弈恢复模型。然后给出基于合作和非合作博弈的孤岛恢复方法；最后，根据DG的利用率(Utilization Rate，UR)和负荷恢复率(restoration rate，RR)指标对孤岛范围进行微调，得到最优的恢复方案，即纳什均衡解。

An island restoration method of active distribution network based on game theory considering demand side response

The invention discloses an island restoration method of an active distribution network based on game theory, taking into consideration the demand side response. In order to achieve the load to restore power maximization as the goal, based on the perspective of demand response, using a variety of distributed energy DER (distributed energy resource) on active distribution network coordinated recovery, put forward recovery strategy of active distribution network islanding based on game theory. First analyzes the demand response effect on the recovery of distribution network fault, the establishment of price demand response model, stabilize the peak load curve; to restore load as the goal, distributed power will be different (DG) as the players of the game, the establishment of cooperative and non cooperative game model. Then, cooperative and non cooperative game Island restoration method based on; finally, according to the utilization rate of DG (Utilization Rate, UR) and the load recovery rate (restoration rate, RR index) to fine tune the range of the island, the optimal recovery scheme, namely Nash equilibrium solution.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑需求侧响应的基于博弈论的主动配电网孤岛恢复方法
本专利技术涉及主动配电网故障恢复领域，具体考虑需求侧响应的基于博弈论的主动配电网孤岛恢复方法。
技术介绍
主动配电网——国际大电网会议C6.11项目组于2008年提出了主动配电网(activedistributionnetwork,ADN)的概念。相比于传统配电网具有对可再生能源更大的接纳能力，更高的资产利用率，可以实现电动汽车(electricvehicle，EV)、分布式电源(distributedgeneration，DG)、需求侧的主动管理。主动配电网的运行及控制方式变得灵活复杂的同时，发生故障的概率也相应提升。配电网恢复重构是保障配电网可靠、高效运行的核心能力和有效手段，也是主动配电网自愈功能的主要任务。配电网故障恢复——国内外对配电网故障恢复进行了卓有成效的研究。恢复思路主要有三大类。一是配电网整体的恢复重构；二是配电网故障重构和孤岛相结合；三是配电网通过形成多个孤岛进行故障恢复。采取何种恢复思路，需要根据DG的特性、位置和故障停电区域的供电系统决定。查新课题重点研究DG渗透率较高的停电区域的恢复方法，因此重点研究第三种思路。IEEE1547-2003标准鼓励计划性孤岛(intentionalislanding)运行，以加快电网故障时的恢复速度，提高电网的自愈能力。目前相应的求解方法主要有：拉格朗日算法、树背包法、分支定界法、图论等。需求侧响应(demandresponse，DR)——是指电力用户(包括拥有EV、拥有DG、拥有储能系统(energystoragesystem，ESS)等的用户和普通用户)针对市场价格信号或激励机制做出响应并改变正常电力消费模式的市场参与行为。需求侧管理已经在很多个国家和地区开展多年，实践证明它可以有效调度DG、ESS、EV等DER并改善负荷曲线，减少某时段的用电负荷以响应电力供应，尤其是在负荷高峰时配电网发生故障，可以平抑负荷峰值，减缓恢复供电的压力，提高系统稳定性。博弈论——工程博弈论在电力系统的应用久已有之，但是大多应用于配电网的经济调度、规划、控制等方面，应用于配电网故障恢复的少之又少。博弈论分为非合作博弈和合作博弈。博弈论包括的基本要素有：参与人、方法(战略)、收益。参与人指的是博弈中选择行动以最大化自己效用的决策主体。方法(战略)指的是参与人选择行动的规则。收益指的是参与人从博弈中获得的效用水平。博弈分析的目的就是通过博弈方法实现多决策主体的收益均衡。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种考虑需求侧响应的基于博弈论的主动配电网孤岛恢复方法。为实现上述目的，采用了以下技术方案，本专利技术所述方法步骤如下：步骤1，分析需求响应对配电网故障恢复的影响，建立分时电价下的需求响应模型，平抑负荷曲线的峰值；步骤2，以恢复负荷量最大为目标，将不同的分布式电源(DG)作为博弈参与者，建立合作博弈和非合作博弈恢复模型；步骤3，给出合作和非合作博弈方法；进一步提高配电网稳定、可持续的供电能力。步骤4，根据DG的利用率(UtilizationRate，UR)和负荷恢复率(restorationrate，RR)指标对孤岛范围进行微调，得到最优的恢复方案，即纳什均衡解；实现失电负荷的最大恢复，对能源进行合理配置。进一步的，分时电价影响下需求响应模型的建立方法如下：峰谷分时电价实施前后用户的用电量变化关系如下式，由此可得电价调整后用户响应的电量；式中：Q01、Q02、Q03表示传统电价响应下用户的用电量，Q1、Q2、Q3表示峰谷分时电价响应下用户的用电量，E为电量电价弹性矩阵；ΔP/P表示电价调整前后变化量；为达到需求侧优化负荷曲线的目的，以削峰填谷为目标制定峰谷分时电价，保障负荷曲线最大峰负荷最小化，最低谷负荷最大化，从而改善负荷曲线，提高系统运行可持续性和稳定性；目标函数为：式中：L0i(t)为优化前负荷；Δt为各时段持续时长；为各个时段用电量变化在该时段的分摊；需要满足以下两个约束条件，实行峰谷分时电价后保证用户侧平均电价水平不上涨：不会因为反应过度而导致峰谷飘移、甚至峰谷倒错等现象；公式表示分别为式中：P0表示实行峰谷电价前的用户平均购电价格，￥/kW.h；0.8L≤L*≤1.2L式中：L为用户响应分时电价前负荷，L*为用户响应分时电价后负荷。进一步的，合作博弈和非合作博弈恢复模型的建立方法如下：1博弈参与人和策略在含有大量DG的主动配电网中，不同DG之间的目的是使整个配电网在故障状态下能够实现自愈，并最大限度地恢复重要负载的供电。尽管从此意义上说，各个DG是为了配电网整体负荷的恢复而表现出协调合作的关系，但同时他们之间又存在着竞争的关系。因为每个DG都希望自身的能量被充分利用。可参与故障恢复的DG有EV形成的虚拟DG、含光储的DG、不含光储的DG、含风储DG、不含风储DG、微型燃气轮机、柴油发电机、小型水电、蓄电池等，按照DG不同特性大致可以分为三类，1)不具备黑启动能力的DG；如不含储能装置的太阳能发电和风能发电、小型水电等；2)具备黑启动能力的清洁DG；如含有储能装置的风能发电和太阳能发电、蓄电池等；3)具备黑启动能力的传统DG，如微型燃气轮机、柴油发电机等。从以上三类DG中分别选其一再加上EV形成的虚拟DG作为博弈参与人，进行故障恢复的深入研究。参与人包括：含光储DG、不含光储的DG、EV形成的虚拟DG和柴油发电机形成的DG。(1)非合作博弈假设有n个DG，n个博弈参与人的集合可以表示为N＝{Aj}，其中j＝1,2,...,n；每个DG的方法是确定孤岛的划分区域，Ai的重构方法表示为φi＝{Li}，即某个DG包含的负荷集合，其中，Li表示第i个DG孤岛区域内包含的负荷节点；(2)合作博弈合作博弈是以特征函数的形式(characteristicfunction)(N,P)给出，简称博弈的特征型，也称联盟型(coalitionalform)；其中N依然表示参与人的集合，S是N的子集，表示参与人之间的联盟，合作博弈的参与人是以几个DG组成联盟的形式参与到博弈重构中，合作博弈的重构方法的集合为其中，LLi表示第i个DG联盟区域内包含的负荷节点；2收益函数含光储DG代表清洁能源光伏发电的利益，具有环保的收益，下文简称为清洁DG；柴油发电机DG出力稳定，具有可靠的收益，下文简称为传统DG；EV形成的虚拟DG是一种移动式的储能电源，具有荷源二性，既可以在故障时为电网提供放电服务，又作为一种可控负荷吸收电能，可以实现电能的灵活调度，下文称为灵活DG；每一类DG都希望自身的能量被充分利用尽可能多地恢复失电负荷，从而获得较大的价值，因此本文定义DG的利用率(utilizationrate)作为其收益函数；公式如下：式中：Pj为参与恢复的第j个DG发电量，单位是kW；C为DG所在供电孤岛区域内的所有负荷集合；Li为由DG供电的节点i的负荷量，单位是kW；3恢复模型3.1目标函数在配电网断电的紧急情况下，需要通过DG形成孤岛尽快对失电区域进行故障恢复，网损的计算已经不是十分重要。因此，本文以负荷的最大恢复量作为目标函数：式中：λi为负荷的状态变量，负荷i失电时为0，得电时为1；Li-get为节点i恢复的负荷量，kW；本文定义负本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑需求侧响应的基于博弈论的主动配电网孤岛恢复方法，其特征在于，所述方法步骤如下：步骤1，分析需求响应对配电网故障恢复的影响，建立分时电价下的需求响应模型，平抑负荷曲线的峰值；步骤2，以恢复负荷量最大为目标，将不同的分布式电源(DG)作为博弈参与者，建立合作博弈和非合作博弈恢复模型；步骤3，给出合作和非合作博弈方法；步骤4，根据DG的利用率(Utilization Rate，UR)和负荷恢复率(restoration rate，RR)指标对孤岛范围进行微调，得到最优的恢复方案，即纳什均衡解；实现失电负荷的最大恢复，对能源进行合理配置。

【技术特征摘要】
1.一种考虑需求侧响应的基于博弈论的主动配电网孤岛恢复方法，其特征在于，所述方法步骤如下：步骤1，分析需求响应对配电网故障恢复的影响，建立分时电价下的需求响应模型，平抑负荷曲线的峰值；步骤2，以恢复负荷量最大为目标，将不同的分布式电源(DG)作为博弈参与者，建立合作博弈和非合作博弈恢复模型；步骤3，给出合作和非合作博弈方法；步骤4，根据DG的利用率(UtilizationRate，UR)和负荷恢复率(restorationrate，RR)指标对孤岛范围进行微调，得到最优的恢复方案，即纳什均衡解；实现失电负荷的最大恢复，对能源进行合理配置。2.根据权利要求1所述的考虑需求侧响应的基于博弈论的主动配电网孤岛恢复方法，其特征在于，分时电价影响下需求响应模型的建立方法如下：峰谷分时电价实施前后用户的用电量变化关系如下式，由此可得电价调整后用户响应的电量:式中：Q01、Q02、Q03表示传统电价响应下用户的用电量，Q1、Q2、Q3表示峰谷分时电价响应下用户的用电量，E为电量电价弹性矩阵；ΔP/P表示电价调整前后变化量；为达到需求侧优化负荷曲线的目的，以削峰填谷为目标制定峰谷分时电价，保障负荷曲线最大峰负荷最小化，最低谷负荷最大化，从而改善负荷曲线，提高系统运行可持续性和稳定性；目标函数为：式中：L0i(t)为优化前负荷；Δt为各时段持续时长；为各个时段用电量变化在该时段的分摊；需要满足以下两个约束条件，实行峰谷分时电价后保证用户侧平均电价水平不上涨：不会因为反应过度而导致峰谷飘移、甚至峰谷倒错等现象；公式表示分别为式中：P0表示实行峰谷电价前的用户平均购电价格，￥/kW.h；0.8L≤L*≤1.2L式中：L为用户响应分时电价前负荷，L*为用户响应分时电价后负荷。3.根据权利要求1所述的考虑需求侧响应的基于博弈论的主动配电网孤岛恢复方法，其特征在于，合作博弈和非合作博弈恢复模型的建立方法如下：3.1博弈参与人和方法按照DG不同特性大致可以分为三类，1)不具备黑启动能力的DG；2)具备黑启动能力的清洁DG；3)具备黑启动能力的传统DG；从以上三类DG中分别选其一再加上EV形成的虚拟DG作为博弈参与人；参与人包括：含光储DG、不含光储的DG、EV形成的虚拟DG和柴油发电机形成的DG；(1)非合作博弈假设有n个DG，n个博弈参与人的集合可以表示为N＝{Aj}，其中j＝1,2,...,n；每个DG的方法是确定孤岛的划分区域，Ai的重构方法表示为φi＝{Li}，即某个DG包含的负荷集合，其中，Li表示第i个DG孤岛区域内包含的负荷节点；(2)合作博弈合作博弈是以特征函数的形式(characteristicfunction)(N,P)给出，简称博弈的特征型，也称联盟型(coalitionalform)；其中N依然表示参与人的集合，S是N的子集，表示参与人之间的联盟，合作博弈的参与人是以几个DG组成联盟的形式参与到博弈重构中，合作博弈的重构方法的集合为其中，LLi表示第i个DG联盟区域内包含的负荷节点；3.2收益函数含光储DG代表清洁能源光伏发电的利益，简称为清洁DG；柴油发电机DG出力稳定，简称为传统DG；EV形成的虚拟DG是一种移动式的储能电源，具有荷源二性，既可以在故障时为电网提供放电服务，又作为一种可控负荷吸收电能，称为灵活DG；定义DG的利用率(utilizationrate)作为其收益函数；公式如下：式中：Pj为参与恢复的第j个DG发电量，单位是kW；C为DG所在供电孤岛区域内的所有负荷集合；Li为由DG供电的节点i的负荷量，单位是kW；3.3恢复模型3.3.1目标函数在配电网断电的紧急情况下，以负荷的最大恢复量作为目标函数：式中：λi为负荷的状态变量，负荷i失电时为0，得电时为1；Li-get为节点i恢复的负荷量，kW；定义负荷恢复率(restorationrate，RR)来评价负荷恢复相对多少，公式如下：式中：Li为节点i的负荷值，单位是kW；为节点i恢复的负荷量，单位是kW；E为所有负荷集合；3.3.2约束条件(1)辐射状结构，其公式如下：gk∈Gk式中：gk为已恢复的供电区域；Gk为保证配电网辐射状的所有拓扑结构集合；(2)配电网各线路的容量约束Il≤Ilmax,(l＝1,2,…,n)式中：Il为流过l的电流；Ilmax为流过线路l的最大电流；n为配电网支路数量；(3)节点电压约束Uimin≤Ui≤Uimax,(i＝1,2,…,m)式中：Uimin为节点i电压的下限；Uimax为节点i电压的上限；...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽君，曹玉洁，张子振，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13