一种基于讨价还价博弈的分布式能源收益分配策略制造技术

本发明专利技术公开了一种基于讨价还价博弈的分布式能源收益分配策略：根据DER风险水平对收益分配结果的影响确定效用函数；根据个人理性条件确定谈判初始点；考虑边际贡献、不确定性预测精度及平衡市场惩罚力度量化谈判力；基于上述确定的效用函数、谈判力初始点和谈判力，构建VPP的收益分配模型；采用内点法对分配模型求解，得到各参与者的份额。本发明专利技术建立一个相对公平、合理的DER合作收益分配机制，将DER风险水平因素纳入利润分配模型中，对间歇性电源(如风机、光伏)的预测表现进行量化评价。

A distributed energy distribution strategy based on Bargaining Game

The invention discloses a bargaining game strategy based on distributed energy income distribution effect of DER: according to the level of risk to income distribution results to determine the utility function; according to the individual conditions to determine the initial point of rational negotiation; marginal contribution, uncertainty of prediction accuracy and balance the market punishment quantitative bargaining power; the utility function, the determination of bargaining power the initial and the bargaining power based on income distribution model of VPP; the interior point method for solving distribution model, each participant's share. The invention establishes a relatively fair and reasonable DER cooperation profit distribution mechanism, and integrates the DER risk level factors into the profit distribution model, and quantifies the prediction performance of intermittent power supply (such as blower and photovoltaic).

【技术实现步骤摘要】
一种基于讨价还价博弈的分布式能源收益分配策略
本专利技术涉及新能源与电力系统优化运行，更具体的说，是涉及一种基于讨价还价博弈的分布式能源收益分配策略。
技术介绍
随着全球能源紧缺与环境压力问题的日益凸显，以可再生能源(renewableenergysources，RES)为主要形式的分布式能源(distributedenergyresources，DER)开始在电网中出现，并以迅猛的速度发展。尽管其部署在原则上可以减少对传统发电厂的依赖，但其单机容量小，随机性波动性强等特点阻碍了其单独参与电力市场的进程。各DER的特性存在差异，存在很强的互补性，通过合作以虚拟电厂(virtualpowerplant，VPP)的形式参与电网运行与市场交易，可有效解决上述问题并提高其经济利益。在竞争的电力市场环境下，各DER的投资与财务是独立的，如何建立较为公平、合理、透明的利益分配机制，是成功维护VPP内DER合作关系的关键，将在很大程度上影响DER的并网与扩建。现有关于VPP的研究多关注于其作为整体参与电力市场竞标，而对利益分配机制的研究较少。文献[1]建立了VPP的两阶段随机调度模型，并分别用Shapley值与核仁(Nucleolus)法进行了收益分配。以上两种方法是合作博弈中的经典方法，在利益分摊方面得到了广泛应用，能在一定程度上保证分配的公平性。然而，Shapley值法仅关注于参与者的边际贡献，其实质是对成员边际贡献的加权平均；该法的另一缺陷是不能保证分配结果位于核中。核仁法的思想是使对分配方案的最大不满意程度降到最低，但同样忽视了参与者的特性。文献[2]从增加联盟稳定性的角度出发，考虑DER边际贡献及不确定性预测水平的差异，在Shapley值的分配结果基础上进行微调，然而未计及风险水平对收益分配的影响。文献[3]研究了多个VPP的联合调度及利益分配问题，建立了基于奖惩的合作评判参考，并提出按实际出力比重分配收益，按固定比重分配奖惩的方法，但比重参数需人为设定，难免有失偏颇。相关理论基础：定义1设N＝{1,2,…,n}为博弈者集合，N的任意子集称为一个联盟。定义2给定博弈者集合N，联盟S的总收益v(S)，若v满足则称v(·)为特征函数。定义3联盟博弈(N，v)，N＝{1,2,…,n}，博弈的每个参与者i的收益值xi构成n维向量x＝(x1,x2,…,xn)满足xi≥v({i})(1)则称x为联盟博弈(N，v)的一个分配。定义4对任意联盟所有满足的分配x构成的集合称为该联盟博弈的核(core)，记为C(N，v)。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于讨价还价博弈的分布式能源收益分配策略，建立一个相对公平、合理的DER合作收益分配机制，将DER风险水平因素纳入利润分配模型中，对间歇性电源(如风机、光伏)的预测表现进行量化评价。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术的基于讨价还价博弈的分布式能源收益分配策略，包括以下步骤：步骤一，根据DER风险水平对收益分配结果的影响确定效用函数：其中，ci、bi为待定系数，当给定βi后通过(0,0)、(1,1)两个特殊点求得；步骤二，根据个人理性条件确定谈判初始点：其中，v({i})是DERi的收益，v(N)是大联盟的收益；步骤三，考虑边际贡献、不确定性预测精度及平衡市场惩罚力度量化谈判力；步骤四，基于上述确定的效用函数、谈判力初始点和谈判力，构建VPP的收益分配模型：其中，xi∈(0,1)是参与者分配到的收益在大联盟总收益中的占比，为决策变量；Ui(·)是效用函数；αi＞0为各成员的谈判力，满足N为参与者数量；xi,min为参与者的谈判力初始点。步骤五，采用内点法对步骤四的分配模型求解，得到各参与者的份额：步骤三中谈判力的量化过程：(1)边际贡献是DER的直观表现，定义如下：(2)预测精度评分的定义如下：其中，为预测精度评分，“完美预测者”的值为1；Fi为DER上报的预测误差累积分布；eit为实际误差；Pit、分别为DER的实际出力和平均预测出力；rB+、rB-分别表示正、负不平衡价格系数；ρB+、ρB-非负，为本专利定义的正、负不平衡惩罚力度系数，其值越大，惩罚力度越大；c为尺度因子，取10；(3)综合以上两个因素，得到DER的总评分：其中，w1、w2分别为边际贡献和预测精度在谈判力中所占的权重，满足w1+w2＝1，需在联盟形成前达成共识，并随联盟成员的变动而动态调整；对上式规范化处理，即得到各DER的谈判力：与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：(1)本专利技术综合考虑了风险态度、实际贡献、预测精度、市场机制对不平衡量的惩罚力度等因素，可以得到较为公平、合理的收益分配结果，且保证该结果位于核中；(2)本专利技术分配机制可以激励各DER尤其是随机性电源提高其对不确定性的预测精度，来获取更多的收益与合作剩余；(3)本专利技术分配模型中，DER无法在不提高自身贡献的前提下，仅通过谎报风险态度的行为来增加收益与合作剩余。附图说明图1是预测误差的累积分布函数曲线图；图2是效用函数曲线图；图3是预测精度对风机收益影响示意图；图4是风险态度对光伏收益影响示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。讨价还价博弈(BargainingGame)理论作为博弈论的重要分支，是研究利益分配问题的有力工具，可更为准确地刻画合作收益的分配过程，更为方便地计及各种因素对分配结果的影响，已成功地应用于网络资源分配、企业集团的利益分配、中长期购电计划制定等领域。对于一般的讨价还价问题，Nash在4条公设(个人理性、Pareto强有效性、尺度协变性、无关选择的独立性)下证明了，使得广义纳什积最大化的解就是该问题的均衡解(广义Nash讨价还价解)。本专利技术的基于讨价还价博弈的分布式能源收益分配策略，包括以下步骤：步骤一，根据DER风险水平对收益分配结果的影响确定效用函数：效用(utility)描述的是决策者对收益的偏好，具有主观和客观两重特性，能够反映决策者的风险态度。经标准化处理，效用函数是定义域和值域都在[0,1]区间的一个单调递增函数。采用风险系数作为折算标准，当β＝1即风险中性时，效用函数是一条直线；当β<1即风险规避时，效用函数是一条上凹曲线，且风险厌恶水平越高，效用函数曲线越“凹”。本专利选取应用较为广泛的对数型效用函数模型。其中，ci、bi为待定系数，当给定βi后通过(0,0)、(1,1)两个特殊点求得。步骤二，根据个人理性条件确定谈判初始点：谈判初始点是各参与者可能得到的最差收益份额，表明了参与者的“底线”，若分得的收益小于谈判初始点，则谈判破裂，联盟面临解散。由个体理性，以参与者“单干”时的收益来计算是合理的，即其中，v({i})是DERi的收益，v(N)是大联盟的收益。步骤三，考虑边际贡献、不确定性预测精度及平衡市场惩罚力度量化谈判力：从Nash讨价还价解的形式上可以看出，各参与者获得的收益与其谈判力密切相关。在所有参与者的谈判力均等的条件下(对称讨价还价问题)，讨价还价解将均分参与者的效用增量；在非对称条件下，若某一参与者的谈判力增强，其将会分得更多的收益。本文将谈判力从边际贡献和不确定性预测精度两方面进行量化。(1)边际贡献本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于讨价还价博弈的分布式能源收益分配策略，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，根据DER风险水平对收益分配结果的影响确定效用函数：

【技术特征摘要】
1.一种基于讨价还价博弈的分布式能源收益分配策略，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，根据DER风险水平对收益分配结果的影响确定效用函数：其中，ci、bi为待定系数，当给定βi后通过(0,0)、(1,1)两个特殊点求得；步骤二，根据个人理性条件确定谈判初始点：其中，v({i})是DERi的收益，v(N)是大联盟的收益；步骤三，考虑边际贡献、不确定性预测精度及平衡市场惩罚力度量化谈判力；步骤四，基于上述确定的效用函数、谈判力初始点和谈判力，构建VPP的收益分配模型：其中，xi∈(0,1)是参与者分配到的收益在大联盟总收益中的占比，为决策变量；Ui(·)是效用函数；αi＞0为各成员的谈判力，满足N为参与者数量；xi,min为参与者的谈判力初始点。步骤五，采用内点法对步骤四的分配模型求解，得到各参与者的份额：2.根据权利要求1所述的基于讨价还价博弈的分布式能源收益分配策略，其特征在于，步骤三中谈判力的量化过程：(1)边际贡献是DER...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘怀东，王锦桥，冯志强，秦婷，方伟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12