一种基于纳什谈判的多虚拟电厂协同优化运行方案制造技术

本发明专利技术公开了一种基于纳什谈判的多虚拟电厂协同优化运行方案，涉及多虚拟电厂的协同优化运行领域，包括多个虚拟电厂，所述多个虚拟电厂构成一个综合能源合作社区，所述多个虚拟电厂之间的协调交互构建为基于纳什谈判的合作互动模型：

A Nash Negotiation-based Collaborative Optimal Operation Scheme for Multi-Virtual Power Plants

【技术实现步骤摘要】
一种基于纳什谈判的多虚拟电厂协同优化运行方案
本专利技术涉及多虚拟电厂的协同优化运行领域，尤其涉及一种基于纳什谈判的多虚拟电厂协同优化运行方案。
技术介绍
随着综合能源系统、能源互联网等理念的推广，能源行业朝着安全、高效、可持续的多能综合能源利用模式不断发展。基于分布式能源的热电联供系统通过能量的梯级利用，实现了更高能源利用率、更低能源成本以及更好环保型等多功能目标，亦成为未来能源系统的重要方向和形式(参见文献1：曾鸣,武赓,李冉,等.能源互联网中综合需求侧响应的关键问题及展望[J].电网技术,2016,40(11):3391-3398.ZENGMing,WUGeng,LIRan,etal.Keyproblemsandprospectsofintegrateddemandresponseinenergyinternet[J].PowerSystemTechnology,2016,40(11):3391-3398.)。由于不同类型分布式能源地理位置分散，彼此间缺乏协调，难免存在资源配置不合理、系统整体安全性不强等问题。依托于先进的通信、计量、控制技术，虚拟电厂技术(参见文献2：周亦洲,孙国强,黄文进,等.多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型[J].中国电机工程学报,2017,37(23):6780-6790+7069.ZHOUYizhou,SUNGuoqiang,HUANGWenjin,etal.Optimizedmulti-regionalintegratedenergycoordinatedschedulingofavirtualpowerplant[J].ProceedingsofCSEE,2017,37(23):6780-6790+7069.)亦可用于聚合不同区域的分布式能源，并通过更高层面的软件控制，实现不同区域综合能源系统的协调优化控制，从而获得更高的经济和环保效益。虚拟电厂能够结合分布式电源的运行需求或电力市场需求合理调整内部的优化策略，在实现内部协同运行并满足电力市场需求的同时，达到环境和经济效益的最优。隶属于不同利益主体，不同虚拟电厂根据自身运行目标，整体不同分布式资源参与市场运行。虚拟电厂运行决策中，不仅需要合理整合控制自身内部资源，也需根据外界情况，考虑与其他虚拟电厂的竞争或合作交互。目前虚拟电厂的研究大多着眼于单一虚拟电厂市场环境下的优化运行，而针对多虚拟电厂互动关系的探讨则相对空白。文献[4](FuH,ZhangXP.MarketEquilibriuminActiveDistributionSystemwithμVPPs:ACoevolutionaryApproach[J].IEEEAccess,2017,5:8194-8204.)建立多个虚拟电厂在主动配电市场下的双层非合作博弈模型，上层表征不同虚拟电厂作为独立报价主体自主优化运行，下层表征市场出清的社会效益最大化。结果表明虚拟电厂的竞标/报价策略不仅取决于分布式电源的并网水平，同时受对手(其他虚拟电厂)报价策略的影响。文献[5](周博,吕林,高红均,等.多虚拟电厂日前鲁棒交易策略研究[J].电网技术,2018,42(08):2694-2703.ZHOUBo,LVLin,GAOHongjun,etal.Robustday-aheadtradingstrategyformulti-virtualpowerplant[J].PowerSystemTechnology,2018,42(08):2694-2703.)亦构建了多虚拟电厂非合作博弈模型，各虚拟电厂主体充分考虑其余竞争者的策略影响追求自身效益最大化。值得注意的是，上述研究中虚拟电厂的互动关系为非合作竞争关系，各个虚拟电厂独立运行追求自身效益最大化，而未能考虑不同虚拟电厂间的合作互补关系。考虑到不同虚拟电厂内部源荷差异，同一时刻下，某些虚拟电厂可能产生剩余电力，而某些虚拟电厂可能存在电力短缺，文献[6](WangY,AiX,TanZ,etal.InteractiveDispatchModesandBiddingStrategyofMultipleVirtualPowerPlantsBasedonDemandResponseandGameTheory[J].IEEETransactionsonSmartGrid,2016,7(1):510-519.)构建了多虚拟电厂的协同互动模型，从而充分利用不同虚拟电厂间的互补差异特性。然而，文献[6]中的不同虚拟电厂受控于同一个协调控制中心，这实际上等效于一个更大的虚拟电厂，而忽略了不同虚拟电厂决策主体的独立性。文献[7](刘思源,艾芊,郑建平,等.多时间尺度的多虚拟电厂双层协调机制与运行策略[J].中国电机工程学报,2018,38(03):753-761.LIUSiyuan,AIQian,ZHENGJianping,etal.Bilevelcoordinationmechanismandoperationstrategyofmulti-timescalemultiplevirtualpowerplants[J].ProceedingsofCESS,2018,38(03):753-761.)亦考虑了不同虚拟电厂合作直接交易的可能，并将虚拟电厂的协同互动构建为合作博弈模型。需要注意，虽然合作博弈中利润分配机制的建立保证了不同虚拟电厂收益的独立性，然而在协同调度期间仍依赖于一个共同的调控中心。文献[8](刘继春,唐虎,向月,等.考虑多个虚拟发电厂参与的多阶段市场交易方法[J].电力建设,2017,38(03):137-144.LIUJichun,TANGHu,XIANGYue,etal.Multi-stagemarkettransactionmethodwithparticipationofvirtualpowerplants[J].ElectricPowerConstruction,2017,38(03):137-144.)亦考虑了多虚拟电厂间进行互补供电的情况：虚拟电厂在满足内部供需的基础上，将盈余电量在不同虚拟电厂之间共享。买方虚拟电厂与卖方虚拟电厂之间呈现序贯谈判关系。上述文献从竞争或合作的角度分别论述了多虚拟电厂间的互动情况，然而需要指出的是，上述研究主要围绕电量交互的形式进行优化，对综合能源背景下的电热耦合情况尚未涉及。热电联产机组作为虚拟电厂常见成员之一，在能源互联网发展中占有很大比重，势必也将影响今后虚拟电厂的能源类型。与此同时，上述关于虚拟电厂协同合作的研究忽略了虚拟电厂合作过程中的决策独立性和信息隐私性。不同于单个虚拟电厂运行受控于一个运行控制中心，多虚拟电厂的合作互动涉及多元利益主体与多个控制中心的协调优化。由于不同虚拟电厂隶属于不同运营主体，多虚拟电厂之间的合作运行必须保证参与主体利益需求的差异性。与此同时，随着信息管理技术的发展，参与者对信息隐私要求逐步提高，多虚拟电厂间的合作运行也应当尽量保证各虚拟电厂合作过程中的信息隐私性。因此，在鼓励多虚拟电厂合作交互的基础上，如何保证各虚拟电厂的决策主体的独立性和信息隐私性具有重要意义。相关的其它参考文献还包括：文献9：LiuN,HeL,YuX,etal.Mul本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于纳什谈判的多虚拟电厂协同优化运行方案，其特征在于，包括多个虚拟电厂，所述多个虚拟电厂构成一个综合能源合作社区，所述多个虚拟电厂之间的协调交互构建为基于纳什谈判的合作互动模型，所述合作互动模型的目标函数为：

【技术特征摘要】
1.一种基于纳什谈判的多虚拟电厂协同优化运行方案，其特征在于，包括多个虚拟电厂，所述多个虚拟电厂构成一个综合能源合作社区，所述多个虚拟电厂之间的协调交互构建为基于纳什谈判的合作互动模型，所述合作互动模型的目标函数为：式中：N为虚拟电厂的数量；为虚拟电厂i在非合作独立运行的成本，为已知输入参量，由虚拟电厂i独立计算，且不包括与其他虚拟电厂的运行交易成本为虚拟电厂i与电网交易成本，为t时段虚拟电厂i的从主网购电量和向主网售电量，不随场景变化，则为对应的单位购电费用和售电费用；为虚拟电厂i的购气成本，为天然气公司的售气价格，分别为t时段场景s下虚拟电厂i内热电联产机组和燃气锅炉的天然气耗量；用户效用函数由两部分构成，即用户的用电效用减去用户的不舒适度成本为t时段场景s下虚拟电厂i用户的用电量和弃热量，ki、ai为对应的偏好系数；对应子区域内热电联产机组、燃气锅炉、电储能、及热储能设备的单位运行成本；为t时段场景s下虚拟电厂i从其他虚拟电厂处的购电量和售电量，为对应的社区交易购、售电价，为t时段虚拟电厂i从其他虚拟电厂处的购热量和售热量，为对应的热能交易价格；所述多个虚拟电厂之间的交易成本以及交易量在所述综合能源合作社区内呈现社区平衡状态：即任意时刻下，所有买方虚拟电厂的社区交易能量等于所有卖方虚拟电厂的社区交易能量；且所有买方虚拟电厂的社区交易成本等于所有卖方虚拟电厂的社区交易收入，如式(2)～(5)所示：社区交易电能所述社区交易电能为正表示虚拟电厂i从所述综合能源合作社区购买电能，所述社区交易电能为负则表示虚拟电厂i向所述综合能源合作社区出售电能；社区交易热能所述社区交易热能为正表示虚拟电厂i从所述综合能源合作社区购买热能，所述社区交易热能为负则表示虚拟电厂i向所述综合能源合作社区出售热能；式(2)和(3)可转化为：虚拟电厂i的社区电能交易成本虚拟电厂i的社区热能交易成本式(4)和(5)可转化为：所述合作互动模型为：2.如权利要求1所述的基于纳什谈判的多虚拟电厂协同优化运行方案，其特征在于，所述虚拟电厂保持决策独立性和信息隐私性。3.如权利要求1所述的基于纳什谈判的多虚拟电厂协同优化运行方案，其特征在于，所述合作互动模型的求解采取交替方向乘子法；假定标准优化问题的一般形式如下：式中：x为局部变量，z为全局变量，其对应的增广拉格朗日函数为：式中：λ为拉格朗日乘子，ρ为惩罚因子；所述交替方向乘子法的迭代过程表述如下：λ[k+1]:＝λ[k]+ρ(Ax[k+1]+Bz[k+1]-c)(15)在所述迭代过程中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：范松丽，艾芊，刘思源，方燕琼，何奇琳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31