微電網運營商提供無功輔助服務下各市場主體的利益分配

2018-03-13 14:05:01 電網技術　點擊量：評論 (0)

摘要：隨著售電側市場改革的不斷深入,研究多個微電網運營商參與下的配電側市場交易和競價機制具有重要意義。針對該問題,提出了一種雙層優化

2 完全信息博弈下的雙層優化方法

針對圖1所示的配電側電力市場,微電網運營商和批發市場以及微電網運營商之間通過競價競爭中標量,任何報價過高或者過低的一方都可能導致自身利益的損失;另一方面,DSO根據各售電方的報價,綜合考慮系統的潮流分布和運行約束,確定購電成本最小的經濟調度方案。因此,式(1)—(11)可以描述成一個雙層優化問題：底層優化實現DSO對市場的清算,其中目標函數、等式約束和不等式約束大部分都是非線性函數,因此,底層優化問題是一個帶約束的非線性規劃問題。上層優化實現微電網運營商利益最大化的目標。當存在多個競爭主體時,市場達到均衡的條件是各主體都不主動改變自身的報價策略,即達到納什均衡[21]。因此,上層優化問題實質上是一個博弈問題。以下針對雙層問題的特點,分析相應的求解方法。

2.1 底層優化問題

底層問題的優化變量為DSO向各個微電網運營商和批發市場購買的功率,核心在于如何分配各售電方的中標功率,在滿足系統安全運行約束的基礎上,實現系統經濟性最優的目標。對于此問題,本文采用跟蹤中心軌跡內點法進行求解[22],其緊湊形式如下：

根據拉格朗日函數極小值存在的必要條件和相應的KKT條件,可得到一系列非線性方程組,最后利用牛頓-拉夫遜法對該方程組進行求解,即可得到DSO的最優經濟調度方案。具體的求解流程在文獻[22]中有詳細描述,在此不再贅述。

底層優化問題求解實現后,DSO下發各微電網運營商的中標量和市場出清電價,微電網運營商根據市場的出清信息更新自身報價,直至市場達到納什均衡。

2.2 上層博弈問題

上層問題的優化變量為微電網運營商m的報價,核心在于求取微電網運營商m針對其余運營商報價的最優報價策略。假定微電網運營商之間能夠根據歷史交易數據獲知彼此的報價區間,且批發市場各時段的日前節點邊際電價已知。由式(1)可知,目標函數是關于優化變量的隱函數,微電網運營商m的報價將影響中標的功率和市場的出清電價,從而影響其收益。

基于以上分析,本文采用遺傳算法對該問題進行求解。種群的每個個體代表微電網運營商m的一種報價策略,通過對種群個體的自然選擇,可以獲得微電網運營商m的最優報價策略。

2.3 雙層優化求解方法

基于以上分析,針對本文所提出的多微電網參與下的配電側電力市場競價模型求解流程見圖3。

圖2 雙層優化算法結構

圖3 廣義納什均衡求解流程

1)設置各微電網運營商的初始報價。

2)假定其余運營商報價固定,根據圖2所示方法求解微電網運營商m的最優報價。

3)對所有微電網運營商重復步驟2),求出所有運營商的最優策略集合。

4)比較微電網運營商前后兩次的報價是否發生改變,若存在任一運營商的報價改變,則返回步驟2),直至所有運營商都不再改變報價。

對于式(4)所示的微電網聯盟的情況,優化變量為聯盟體內各個微電網的最優報價,采用遺傳算法求解時,每個個體包含Ne-Ns+1個變量,對應聯盟體內各個微電網的一種報價策略,個體適應度為聯盟內微電網收益的總和。基于圖2所示的原理,可以得到聯盟體微電網針對其余微電網的最優報價,即聯盟內的任何一個微電網改變報價都無法提高整體收益。

3 算例分析

為了驗證本文所提出的雙層優化方法的可行性,本文以IEEE 33節點系統為例,對配電側日前電力市場交易進行仿真模擬。考慮配電市場中包含3個微電網,分別位于系統的12、24和30節點[23],系統結構如圖4所示。

圖4 IEEE 33節點配電系統結構

仿真中設定各售電方的初始報價等于批發市場的節點邊際電價,仿真時段為第2日0—1 h。在該時段內的負荷需求為2.6+j1.6 MVA;批發市場節點邊際電價為0.0762 USD/(kW•h);3個微電網的競價功率范圍設定為0~2 MW;DSO向批發市場購電的范圍為0~3 MW;配電系統中各節點的電壓上下限為0.95~1.05 pu。以下從微電網運行成本、微電網聯盟以及微電網提供無功輔助服務3個方面對本文所提出的雙層優化算法進行仿真分析。

3.1 不同運行成本下的競價博弈仿真

在圖1所示的電力市場中,微電網運營商的發電成本對其競價策略和收益水平都有著顯著的影響。因此,本文首先對不同運行成本下微電網運營商的競價策略和市場的運行進行分析,仿真場景如表1所示。