一种商业和公共动态博弈的电力系统风险规避投资方法技术方案

一种商业和公共动态博弈的电力系统风险规避投资方法，包含以下步骤：S1、获取待扩展规划电网的数据；S2、建立电力系统典型运行场景；S3、确定商业和公共事业的规划项目及投资决策顺序；S4、建立以最大化收益为目标的商业投资模型；S5、建立公共事业投资模型；S6、建立联合出清模型；S7、构建商业和公共事业联合博弈投资模型；S8、将随机规划理论应用于动态博弈投资模型，建立考虑风险规避的期望值投资模型，给出求解流程；S9、判断商业和公共事业投资者是否达到预期满意度；本发明专利技术基于主从博弈模型全面考虑商业和公共投资决策的目标函数，并采用强对偶理论求解得到博弈模型的最优均衡解。用强对偶理论求解得到博弈模型的最优均衡解。用强对偶理论求解得到博弈模型的最优均衡解。

【技术实现步骤摘要】
一种商业和公共动态博弈的电力系统风险规避投资方法


[0001]本专利技术属于电力市场战略投资
，涉及一种商业和公共动态博弈的电力系统风险规避投资方法。

技术介绍

[0002]世界各国经济和人口的快速增长，能源需求呈现出多元化和清洁化的发展趋势；随着环保意识的增强和能源消费理念的改善，以化石能源为核心的电源结构逐渐向可再生能源转变；大量文献使用不同技术从不同角度来探讨电力系统联合投资问题；
[0003]文献(Sharan I,Balasubramanian R.Generation expansion planning with high penetration of wind power.International Journal of Emerging Electric Power Systems,2016,17(04):401
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423)考虑传统机组燃料运输与线路潮流约束，建立可再生能源与输电网联合规划模型；
[0004]文献(Shahab D,Nima A.Robust transmission and energy storage expansion planning in wind farm integrated power systems considering transmission switching.IEEE Transactions on Sustainable Energy,2016,7(02):765
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774)考虑风电和负荷的不确定性，计及电力系统运行约束建立以系统成本最低为目标的多时段优化模型；
[0005]文献(颜伟,吕冰,赵霞等.含高渗透率风电配网中电池储能系统和开关的协调规划.电力自动化设备,2015,35(03):6
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11)提出联合优化储能和配电网结构的规划模型以探索储能系统对电网的运行价值；
[0006]文献(田坤鹏,孙伟卿,韩冬等.满足非水可再生能源发电量占比目标的“源
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网
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储”协调规划[J].电力自动化设备,2021,41(01):98
‑
108)围绕配额制背景下电力系统规划问题，提出考虑可再生能源、输电网和储能相互作用的协调规划模型。文献(杨修宇,穆钢,柴国峰等.考虑灵活性供需平衡的源
‑
储
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网一体化规划方法.电网技术,2020,44(09):3238
‑
3246)聚焦于可再生能源并网后电力系统灵活性供需失衡问题，提出“源
‑
网
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储”一体化规划方法以提高电力系统实时平衡的能力；
[0007]文献(Hamidpour H,Aghaei J,Pirouzi S,et al.Flexible,reliable and renewable power system resource planning considering energy storage systems and demand response programs[J].IET Renewable Power Generation,2019,13(11):1862
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1872)提出一种灵活、可靠、可再生的电力系统资源规划方法，基于交流潮流模型提出考虑需求响应的发电、输电和储能协调规划方法，论证多种柔性资源对提高灵活性和可靠性的作用；
[0008]以风电、光伏为代表的可再生能源具有运行成本低、资源储量丰富等优点，受到公共事业投资者的青睐，因此建设高比例可再生能源系统成为新一代电力系统的主要特征；然而，可再生能源具有投资成本高、发电功率波动大的缺点，存在潜在的输电阻塞风险，或将危及电力系统安全稳定运行；
[0009]此外，可再生能源的不确定性将会影响资源配置和系统运行效率，阻碍电力市场的建设和可再生能源的高效开发；现有协调规划模型聚焦于整个规划视野内设计最优的发电和输电计划，这种垂直一体化规划模式具有较大的资本负担，难以形成有效的资源配置方案；高比例可再生能源背景下，现有规划模式难以为电力市场参与者提供安全和非歧视性的能源交易环境；为进一步提高商业投资者参与电力系统建设的积极性，迫切需要公共事业规划者营造自由的市场环境，开放电力系统扩建项目以缓解自身资本负担；随着电力市场的发展和逐步开放，具有不同决策目标的公共和商业投资行为更具战略性，迫切需要能够考虑不同投资主体动态博弈的电力系统协调规划方法。

技术实现思路

[0010]针对现有技术存在的问题和需求，本专利技术旨在提供一种商业和公共动态博弈的电力系统风险规避投资方法，以满足公共事业和商业投资者的技术需求；该方法包括以下步骤：
[0011]S1、获取待扩展规划电网的发电机运行数据、电网结构、历史负荷、可再生能源运行数据信息；
[0012]S2、根据电力系统历史运行数据，建立可再生能源和负荷的典型场景；
[0013]S3、确定商业和公共事业的扩展规划项目信息以及投资决策顺序；
[0014]S4、建立以最大化收益为目标的商业投资模型；
[0015]S5、建立以最大化社会福利为目标的公共事业投资模型；
[0016]S6、在商业投资、公共事业投资、电网基本信息的基础上，建立能量和辅助服务市场联合出清模型，该模型以最小化电力系统运行成本为目标函数并计及多种安全运行约束；
[0017]S7、基于主从博弈关系构建具有三级优化结构的电力系统规划模型，通过数学理论推导将多层级优化模型转化为容易求解的混合整数规划模型；
[0018]S8、应用随机规划理论，将确定性的主从博弈模型扩展为基于场景的期望值模型，采用MATLAB仿真平台以及CPLEX求解器编程求解；
[0019]S9、判断规划方案中商业投资收益和社会福利是否达到预期满意度，能够通过增加商业和公共事业投资成本以实现各自的预期目标；如果满意则输出规划方案；如果不满意，则返回S7修改模型中投资成本上限。
[0020]作为优选方案，步骤S3中商业投资者作为主从博弈的领导者，能够参与电源、输电网和储能项目，在决策顺序上有第一级的优先决策权；公共事业投资者作为主从博弈中的跟随者，能够参与电源和储能扩展规划项目，在决策顺序上有第二级的较优先决策权；独立系统运营商进行市场优化出清，有第三级的最后决策权；其中，所述可再生能源包括风电、光伏、水电、生物质能中的一种或多种；储能包括压缩空气、抽水蓄能、化学储能的一种或多种。
[0021]作为优选方案，所述S4中，以节点边际电价为信号建立以最大化收益为目标的商业投资模型。
[0022]商业输电线投资模型的目标函数为：
[0023][0024]商业可再生能源投资模型的目标函数为：
[0025][0026]式中：为商业可再生能源的总收入，t为时间索引，T为时间集合，i为节点索引，为商业可再生能源节点的集合，为节点i的节点边际电价，为节点i上的商本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种商业和公共动态博弈的电力系统风险规避投资方法，其特征在于：包含以下步骤：S1、获取待扩展规划电网的发电机运行数据、电网结构、历史负荷、可再生能源运行数据信息；S2、根据电力系统历史运行数据，建立可再生能源和负荷的典型场景；S3、确定商业和公共事业的扩展规划项目信息以及投资决策顺序；S4、建立以最大化收益为目标的商业投资模型；S5、建立以最大化社会福利为目标的公共事业投资模型；S6、在商业投资、公共事业投资、电网基本信息的基础上，建立能量和辅助服务市场联合出清模型，该模型以最小化电力系统运行成本为目标函数并计及多种安全运行约束；S7、基于主从博弈关系构建具有三级优化结构的电力系统规划模型，通过数学理论推导将多层级优化模型转化为容易求解的混合整数规划模型；S8、应用随机规划理论，将确定性的主从博弈模型扩展为基于场景的期望值模型，采用MATLAB仿真平台以及CPLEX求解器编程求解；S9、判断规划方案中商业投资收益和社会福利是否达到预期满意度，可通过增加商业和公共事业投资成本以实现各自的预期目标；如果满意则输出规划方案；如果不满意，则返回S7修改模型中投资成本上限。2.根据权利要求1所述的商业和公共动态博弈的电力系统风险规避投资方法，其特征在于：步骤S3中商业投资者作为主从博弈的领导者，能够参与电源、输电网和储能项目，在决策顺序上有第一级的优先决策权；公共事业投资者作为主从博弈中的跟随者，能够参与电源和储能扩展规划项目，在决策顺序上有第二级的较优先决策权；独立系统运营商进行市场优化出清，有第三级的最后决策权。3.根据权利要求1所述的商业和公共动态博弈的电力系统风险规避投资方法，其特征在于：步骤S4中商业投资者联合投资电源、输电线和储能且拥有自主控制权，通过合理的投资和运行策略以获取可观的市场收益；市场收益是基于节点边际电价、系统备用边际价格、以及相应的功率结算；考虑商业投资收益率约束以减少资本回收周期。商业可再生能源的收入如下：式中：为商业可再生能源的总收入，t为时间索引，T为时间集合，i为节点索引，为商业可再生能源节点的集合，为节点i的节点边际电价，为节点i上的商业可再生能源在第t时刻的生产功率；商业储能的收入如下：式中：为商业储能在能量和备用市场上的总收入，为商业储能节点的集合，和分别为向上和向下备用价格，和分别为节点i上储能在t时刻的放电和充电功
率，和为节点i上储能在t时刻的备用功率；商业输电线的收入如下：式中：为输电线的市场收入，N为所有节点集合，和分别为节点注入功率和注出功率；输电线在节点上的注入和流出功率约束如下：式中：LC|+i为向节点i注入功率的线路集合，LC
‑
i为从节点i注出功率的线路集合；l为线路标准容量块索引，H为离散化的线路容量块，为节点i和j之间第l条线路的传输功率；其中，输电线容量采用多个容量块组合的形式，以适应不同电网的扩展规划需求；商业输电线的传输功率约束如下：式中：为第l条线路的电纳，为节点i的相角，为节点i和j之间线路的决策变量，M为足够大的正数；为第l条线路的传输极限；节点边际...

【专利技术属性】
技术研发人员：田坤鹏，臧义，王均，赵亮，刘非凡，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：