本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)需求響應調度領域,具體指通過代理需求響應調度容量上報策略博弈實現(xiàn)電網(wǎng)負荷調度任務的分配的調度方法。
背景技術:
隨著風電等清潔能源的接入,電力系統(tǒng)中的間歇性能源所占比重逐漸升高??紤]到間歇性能源引起的功率波動對系統(tǒng)安全帶來的威脅,其實際并網(wǎng)量并未相應升高,尤其是風電,部分地區(qū)棄風依舊嚴重。負荷能夠作為系統(tǒng)備用提高電網(wǎng)應對功率波動的能力,且資源豐富、經(jīng)濟性好。相比儲能裝置,需求響應(demandresponse,dr)能夠大大降低運行和投資成本,滿足系統(tǒng)的備用需求。但是,負荷量龐大,通過電網(wǎng)公司進行統(tǒng)一調度并不現(xiàn)實。代理在電網(wǎng)公司和用戶之間將扮演著電力產(chǎn)生出口和用戶服務入口的角色,是電網(wǎng)連接用戶的重要一環(huán),其收益主要包括電力銷售和dr調度兩部分:一方面,代理從系統(tǒng)買電并向用戶銷售賺取售電收益,另一方面,代理通過dr調度積極參加系統(tǒng)調峰調頻及其他調度任務,增加自身收益。即在履行電量交易的職責之外,根據(jù)電網(wǎng)的調度需求對自身所轄負荷進行調度。通過代理進行負荷調度,能夠簡化系統(tǒng)調度模式,降低系統(tǒng)調度復雜度。然而,代理的dr調度容量以及調度量的分配依舊是一個問題。多個代理之間存在利益競爭,隨著電力市場的發(fā)展,單一的調度量下達模式并不能夠很好的解決這一問題。通過價格博弈能夠解決代理調度任務的分配問題,各代理將自身調度價格進行上報,電網(wǎng)根據(jù)代理上報價格進行調度任務的分配和下達。但是,價格博弈容易導致由于追求利益而出現(xiàn)惡性競爭導致最終的分配任務超過其實際完成范圍,且負荷響應本身有一定的不確定性,存在調度違約的可能,又由于不同代理掌握的負荷特性不同,同一時刻的響應能力和違約概率也不盡相同,依據(jù)上報價格進行代理調度任務分配,可能造成違約導致的調度量超過代理實際可調度量上限而受到限制且不能及時調整,這樣并不能很好保證系統(tǒng)調度的可靠性。現(xiàn)有策略鮮有在調度任務分配及實時調度中考慮負荷違約對電網(wǎng)調度的影響。
技術實現(xiàn)要素:
針對現(xiàn)有調度策略存在的上述不足,本發(fā)明的目的在于提供一種基于需求側調度容量上報策略博弈的電網(wǎng)多代理系統(tǒng)調度方法,本方法能夠在多代理系統(tǒng)(multi-agentsystem,mas)條件下計及負荷違約可能從而實現(xiàn)代理調度容量的合理分配,避免過度追求利益而對系統(tǒng)產(chǎn)生威脅,能夠提高mas需求側調度的可靠性,降低系統(tǒng)備用需求。
本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
一種基于需求側調度容量上報策略博弈的電網(wǎng)多代理系統(tǒng)調度方法,其特征在于:按如下步驟進行,
1)電網(wǎng)公司調度中心獲得風電場日前預測出力后,根據(jù)系統(tǒng)備用需求以及常規(guī)備用能力,公布系統(tǒng)總的dr備用需求并下達給各代理;
2)各代理相互之間作為博弈方,根據(jù)自身負荷可調度能力及履約能力,顧及自身調度極限及調度收益,進行dr可調度量上報策略的選擇,并上報dr可調度量;
代理i上報的dr可調度量qm,t,i應不高于代理i最大可調度量qmax,t,i;
qm,t,i≤qmax,t,i(7)
3)電網(wǎng)公司將各代理的上報量進行求和,判斷總上報量是否滿足系統(tǒng)要求:若不滿足,則要求各代理再次進行容量上報,達到最大上報次數(shù)后仍不滿足,則根據(jù)最大上報量綜合系統(tǒng)自身備用情況,按照可允許最大風電量并網(wǎng),此時電網(wǎng)公司分配給各代理的dr調度容量即為其上報量;如果滿足,則根據(jù)各代理歷史履約能力信任度進行dr調度容量的下達;各代理分配獲得的dr調度容量由代理上報量和電網(wǎng)信任度兩方面因素決定:信任度一定的情況下上報量越多,電網(wǎng)公司分配的dr調度容量越多;
4)計算電網(wǎng)公司總調度成本:電網(wǎng)公司在滿足系統(tǒng)調度需求前提下,以總調度成本最小化為目標;電網(wǎng)公司總調度成本為調度容量成本和調度補償成之和,即,
c=cr+cdispatch
其中電網(wǎng)公司對m個代理的調度容量成本為
其中,
電網(wǎng)的單位電量調度補償與信任度有關,較高的信任度能夠獲得較高的調度補償;相反,如果代理違約率較高,電網(wǎng)對其信任度較低,單位電量的補償較少;
設電網(wǎng)對代理i的理想信任度為γ0,對應補償電價為c0,m,那么對應信任度γi下的補償電價cm,t,i為
電網(wǎng)公司的調度補償成本為
其中,qact,t,i為t時刻對代理i的實時調度量;
電網(wǎng)公司在調度時需滿足如下約束條件,即式(11)-(15):
電網(wǎng)公司對m個代理容量分配原則為
其中,qtotal,t為t時刻總負荷備用需求;
電網(wǎng)分配代理i的dr調度容量
電網(wǎng)在分配調度容量時,應考慮代理違約導致的最大電量缺失總和小于電網(wǎng)備用容量;
其中,rdown,t、rup,t分別是系統(tǒng)的上、下備用容量,
另外,每個代理實際調度量約束
定義δpwg為風電輸出功率波動量,那么系統(tǒng)調度平衡約束可表示為
5)各代理獲得dr調度容量后,再進行自身負責負荷的調度,某代理一個調度周期內的總收益為博弈收益cgame、調度收益以及實時pdr調度電價差之和減去違約懲罰,即
其中,
以電網(wǎng)公司調度成本最小化及各代理各自的總收益最大化為目標函數(shù)進行求解,根據(jù)求解結果進行調度即可。
其中博弈收益cgame按如下方法確定,
調度時負荷存在違約可能,用戶違約電量服從截斷正態(tài)分布,δl、δr為兩個已知實數(shù),則δ在[δl,δr]條件下的概率密度函數(shù)為
其中
q為用戶可調度電量,令q’=|q|,那么用戶的違約電量在[0,q’]范圍內,不同代理用戶的響應特性通過資源特性系數(shù)α來表征;用戶的違約電量期望為
設代理負責l個用戶負荷,那么代理的違約率ωm表示為
負荷會在代理實時調度量下達后上報自身實際響應值,t時刻的違約電量會在t時刻實時調度前由代理采集;
代理違約將受到電網(wǎng)公司較高懲罰,降低電網(wǎng)公司對其信任度,影響電網(wǎng)公司調度任務的分配;設電網(wǎng)公司信任度γ與代理實際違約率在第一象限呈二次函數(shù)關系,即隨著違約率的升高,信任度逐漸下降,關系見式(4);
其中,ωmu為電網(wǎng)所能忍受的最大違約率;a、b為二次函數(shù)系數(shù);
各代理在博弈過程中,電網(wǎng)根據(jù)代理上報情況進行任務分配,代理根據(jù)任務分配情況調整自身上報傾向從而改變上報策略;在多次博弈后,最終達到均衡狀態(tài),代理收益達到電網(wǎng)分配條件下的博弈最大值,且沒有改變自身策略的傾向;
代理的博弈策略集g為上報的dr可調度量qm,t,第i個代理的博弈收益函數(shù)cgame可表示為
其中,χi為代理i容量上報風險系數(shù),qm,t,i為代理i上報的dr可調度量,cq,t,i為單位調度容量成本;
χ由式(6)確定;
其中qt,i指t時刻用戶負荷i的可調度電量。
與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明具有如下有益效果:
本發(fā)明構建了基于mas的dr調度容量上報策略博弈的電網(wǎng)調度模型,考慮了負荷違約情況對調度容量分配的影響。與現(xiàn)有代理電價上報博弈方式相比,電網(wǎng)公司能夠更加直觀的分析代理可調度量極限,考慮dr資源的不確定性,從而計及違約可能進行代理調度任務分配,避免過度追求降低調度成本而造成調度任務越限,以及由于負荷違約造成調度任務無法完成。驗證了pdr降低代理違約懲罰費用、減小系統(tǒng)常規(guī)備用調度的效果,為電網(wǎng)公司降低系統(tǒng)備用需求以及代理提高自身收益、降低違約懲罰費用提供了方法。
附圖說明
圖1-基于mas的電網(wǎng)調度結構示意圖。
圖2-負荷及風電出力曲線圖。
圖3-pareto前沿解集示意圖。
圖4-代理分時容量分配及實時調度情況對比圖。
圖5-電價調節(jié)系數(shù)λ波動圖。
圖6-pdr調度前后系統(tǒng)備用調度情況對比圖。
圖7-系統(tǒng)備用總調度情況對比圖。
具體實施方式
以下結合說明書附圖對本發(fā)明作進一步詳述。
本發(fā)明基于mas的dr調度需要解決代理的調度任務分配問題,即如何在負荷側對電網(wǎng)消納間歇性能源(本發(fā)明主要考慮風電)所需dr調度容量和調度量進行分配。
本發(fā)明構建的基于mas的電網(wǎng)調度模式如圖1所示。
基于mas的電網(wǎng)調度結構包含以下幾個部分:①電網(wǎng)調度層:主要通過電網(wǎng)信息采集及調度系統(tǒng)負責調度容量的分配以及調度任務的下達;②代理決策層:通過代理信息采集及調度系統(tǒng)負責根據(jù)電網(wǎng)調度層的要求進行可調度量的上報以及負荷調度任務的下達;③負荷響應層:通過智能控制終端采集用電信息以及對調度信號做出快速反應,執(zhí)行代理的調度任務。
電網(wǎng)公司調度中心獲得風電場日前預測出力后,根據(jù)系統(tǒng)備用需求以及常規(guī)備用能力,公布系統(tǒng)總的dr備用需求并下達給代理。代理根據(jù)自身負荷可調度能力及履約能力,顧及自身調度極限,上報dr可調度量。電網(wǎng)公司將各代理的上報量進行求和,判斷總上報量是否滿足系統(tǒng)要求:若不滿足,則要求代理再次進行容量上報,達到最大上報次數(shù)后仍不滿足,則根據(jù)最大上報量綜合系統(tǒng)自身備用情況,按照可允許最大風電量并網(wǎng);如果滿足,則根據(jù)代理歷史履約能力信任度進行dr調度容量的下達。各代理分配容量由代理上報容量和電網(wǎng)信任度兩方面因素決定:信任度一定的情況下容量上報越多,電網(wǎng)公司分配的備用量越多;但是,過度備用上報會影響代理的履約能力,承擔較高的違約風險,影響電網(wǎng)公司信任度,導致分配容量的下降。
實際時調度時,代理需根據(jù)電網(wǎng)調度中心下達的調度指令進行負荷調度。此部分負荷的調度屬于idr策略,根據(jù)事先的合同內容進行。實時電價由電網(wǎng)公司負責制定,因此,pdr的調度決策方為電網(wǎng)公司。同時,為了給予代理一定的調度靈活性,允許其一定范圍內的電價修訂權限,從而在必要時適當增加其負荷調度能力。
調度時負荷存在違約可能,用戶違約電量服從截斷正態(tài)分布,δl、δr為兩個已知實數(shù),則δ在[δl,δr]條件下的概率密度函數(shù)為
其中
q為用戶可調度電量,令q’=|q|,那么用戶的違約電量在[0,q’]范圍內,不同代理用戶的響應特性通過資源特性系數(shù)α來表征。用戶的違約電量期望為
設代理負責l個用戶負荷,那么代理的違約率ωm可表示為
負荷會在代理實時調度量下達后上報自身實際響應值,t時刻的違約電量會在t時刻實時調度前由代理采集。
代理違約將受到電網(wǎng)公司較高懲罰,降低電網(wǎng)公司對其信任度,影響電網(wǎng)公司調度任務的分配。設電網(wǎng)公司信任度γ與代理實際違約率在第一象限呈二次函數(shù)關系,即隨著違約率的升高,信任度逐漸下降,關系見式(4)。
其中,ωmu為電網(wǎng)所能忍受的最大違約率。
mas模式下,由于調度周期內的調度總需求一定,為了盡可能多的獲取dr調度收益,代理之間的利己目標必然會形成競爭,也就存在著博弈關系。
電網(wǎng)公司公布所需dr容量后,各代理作為博弈方,根據(jù)自身負荷可調度量進行dr可調度容量上報策略的選擇。代理可以為了保證較低的違約可能而上報較低的可調度容量規(guī)避較高的違約懲罰,同時也可以選擇上報較高的可調度容量來獲得較高的調度容量收益。每個代理并不知道其他代理的選擇傾向,但是由于總調度需求量一定,代理的容量收益相互影響。在博弈過程中,電網(wǎng)根據(jù)代理上報情況進行任務分配,代理根據(jù)任務分配情況調整自身上報傾向從而改變上報策略。在多次博弈后,最終達到均衡狀態(tài),代理收益達到電網(wǎng)分配條件下的博弈最大值,且沒有改變自身策略的傾向。
代理的博弈策略集g為上報的dr可調度量qm,t,第i個代理博弈的收益函數(shù)cgame可表示為
其中,χi為代理i容量上報風險系數(shù),qm,t,i為代理i上報的可調度量,cq,t,i為單位調度容量成本。
χ由式(6)確定。
上報容量應不高于代理最大可調度量qmax,t,i。
qm,t,i≤qmax,t,i(7)
納什均衡存在的證明:
對于策略集中的任意兩個策略g1、g2∈g,以及
在滿足系統(tǒng)調度需求前提下,電網(wǎng)公司希望最小化總調度成本??傉{度成本主要由調度容量成本和調度補償成本兩方面構成。
電網(wǎng)公司對m個代理的調度容量成本為
其中,
電網(wǎng)的單位電量調度補償與信任度有關,較高的信任度能夠獲得較高的調度補償;相反,如果代理違約率較高,電網(wǎng)對其信任度較低,單位電量的補償較少。
設電網(wǎng)對代理i的理想信任度為γ0,對應補償電價為c0,m,那么對應信任度γi下的補償電價cm,t,i為
電網(wǎng)公司的調度補償成本為
其中,qact,t,i為t時刻對代理i的實時調度量。
電網(wǎng)公司對m個代理容量分配原則為
其中,qtotal,t為t時刻總負荷備用需求。
電網(wǎng)分配的調度容量不應大于代理i上報的可調度容量
電網(wǎng)在分配調度容量時,應考慮代理違約導致的最大電量缺失總和小于電網(wǎng)備用容量。
其中,rdown,t、rup,t分別是系統(tǒng)的上、下備用容量,
另外,每個代理實際調度量約束
定義δpwg為風電輸出功率波動量,那么系統(tǒng)調度平衡約束可表示為
代理在參與系統(tǒng)dr調度的同時,也承擔著從電網(wǎng)買電并向用戶售電的職責,其對電價有著一定的調節(jié)權限,因此,如果用戶違約導致調度量無法完成,為了減輕懲罰,代理通過實時電價調整盡可能調度pdr完成電網(wǎng)下達的調度量,減小自身違約電量。雖然pdr是負荷自發(fā)響應行為,響應實時性較差,響應量較小,但仍可減小一定的調度電量違約,且隨著智能家居的發(fā)展,pdr用戶對于電價的響應速度將會得到提升,響應量也將增加。
pdr的響應行為通過需求價格彈性來描述。
其中,δqpdr、qpdr、δp、p、εr分別是pdr用戶電量變化量、pdr用戶響應前電量、電價變化量、初始電價以及需求價格彈性系數(shù)。
電網(wǎng)公司對代理的電價調整有一定約束,允許其在一定范圍內調整電價。
其中,λd、λu分別是電價調整率上下限約束,
λ為實際電價調整率,由pdr用戶響應模型可以得到式(18)。
綜上,代理作為整個系統(tǒng)的中間部分,負責連接電網(wǎng)公司與用戶,既承擔著電網(wǎng)公司調度任務的執(zhí)行與再分配,也負責著用戶與電網(wǎng)公司間的電量交易。因此,某一代理一個調度周期內的總收益為博弈收益、調度收益以及實時pdr調度電價差(即售電收益)之和減去違約懲罰,即
其中,
本發(fā)明以電網(wǎng)公司總調度成本最小化即式(8)與式(10)之和及每個代理各自的總收益(即公式(19))最大化作為目標函數(shù)并對多目標函數(shù)求解,根據(jù)求解結果進行調度即可。本文所建模型為多目標優(yōu)化模型,選擇多目標和聲搜索算法求解,和聲庫即為代理備選策略集合,在每次更新和聲庫后,選取和聲庫中優(yōu)選策略加入優(yōu)選記憶庫,模擬了博弈參與者不斷選擇更優(yōu)策略放棄次優(yōu)策略的過程,在滿足約束條件的情況下求得均衡解,獲得最終的調度策略集合。
以下結合具體實施例進一步說明本發(fā)明。
設某地電網(wǎng)有a、b兩個代理,共同承擔該地負荷調度任務,負荷及風電出力曲線見圖2。由于超短期風電出力預測精度只能達到80%左右,為了保證系統(tǒng)安全及風電盡可能消納,本發(fā)明的dr調度容量需求定為風電功率預測值的20%。
取μ=0,特性系數(shù)α分別取0.15、0.2,根據(jù)式(2)、(3)計算可得兩個代理的負荷違約率分別為11.97%和15.96%。
pareto前沿解見圖3。該pareto前沿平面與左后平面和右后平面的交線均呈凸曲線,這表明電網(wǎng)公司的總調度成本與代理a、b的收益之間呈正相關,即代理收益越高,電網(wǎng)公司的總調度成本越高。前沿平面與下平面的交線為凸曲線,這表明代理a、b之間收益相互影響。一方的收益變化,另外一方的收益便會隨之變化。該前沿平面實際上為兩個代理a、b博弈以后各自能夠獲得的最大收益。其上任意一點可以看成是在一個代理確定策略獲得收益時,另一代理選擇最優(yōu)策略后所能夠獲得的最大收益,即均衡解。
對所求解進行歸一化處理選取最優(yōu)折衷解。電網(wǎng)公司作為調度決策方,對調度任務分配有決策權。因此在作歸一化處理時,通過層次分析法計算各方對應權重。電網(wǎng)公司成本對應權重值0.4286,代理a、b均為0.2857,排序過后得到最優(yōu)折衷解,其對應的代理上報可調度容量以及實際總調度量見表1。
表1代理調度情況
表1中,代理上報可調度量為各時刻可完成的備用容量之和,總調度量是電網(wǎng)公司分時下達的負荷調度需求量的絕對值之和。根據(jù)補償原則,代理b實時調度的補償成本小于代理a,電網(wǎng)公司將更多的負荷調度任務下達給代理b。同時,代理a作為違約率較低的代理,能夠在代理b違約時提供較為可靠的調度備用。
圖4是代理a、代理b的分時容量分配圖以及實時調度情況。由于代理a的違約率低于代理b,因此,電網(wǎng)實時分配代理a的負荷調度率高于代理b,尤其在8時風電出力較大時刻,電網(wǎng)所需的調度備用量較大,為了保證系統(tǒng)調度的可靠性,實時調度時,電網(wǎng)優(yōu)先選擇調度違約率較低的代理a,相比代理b,代理a的負荷調度率較高,基本接近分配的調度容量上限,而代理b的負荷調度率低于代理a。大多數(shù)時刻,代理b的調度量正負波動較代理a更為頻繁,這是電網(wǎng)公司出于調度經(jīng)濟性的考慮,主要分配給代理b需求較低且變化頻繁的負荷調度任務。
為了降低自身違約電量,減少違約懲罰費用的繳納,代理通過適當?shù)碾妰r修正進行pdr用戶調度。
如果t時刻負荷違約電量與調度需求之和小于代理上報的可調度量,則該時刻的負荷違約對系統(tǒng)調度沒有影響,代理能夠在內部進行負荷違約電量的平衡;如果兩者之和大于代理上報的可調度量,代理無法完全平衡負荷違約電量,此時需要進行pdr調度。
圖5為代理a、b分時λ值。其中λ為1的時刻點,表示此時代理無需進行pdr調度,負荷違約電量與調度需求量之和不超過自身可調度量上報值;λ不為1也不超過限制的時刻點,代理能夠通過pdr調度應對負荷違約造成的調度功率偏差;對于λ值超過限制的時刻點,由于負荷違約造成的調度量缺失過多,代理無法通過pdr調度實現(xiàn)電量平衡,需要電網(wǎng)公司對系統(tǒng)常規(guī)備用進行調度。
表2是不同情況下各代理需要電網(wǎng)通過系統(tǒng)備用完成平衡的負荷量及對應需要繳納的懲罰費用對比。不考慮負荷違約時,電網(wǎng)的調度容量分配將最大限度按照較高的利用率下達給代理。由于認為代理不存在違約,電網(wǎng)分配的調度容量裕度較小,因此負荷違約造成的違約電量以及違約懲罰均較高。而在計及負荷違約時,由于電網(wǎng)分配調度容量時的裕度較高,此時的代理違約電量及違約懲罰均小于不考慮違約情況。代理a的可調度量上報值小于代理b,用戶違約導致的完成調度任務所需調度量超過可調度量上報值的總量便高于代理b。經(jīng)過pdr調度,代理違約電量以及需要繳納的違約費用下降明顯,說明pdr能夠較好的降低代理實際違約電量,提高代理收益。代理無法調度平衡的違約量違約電量通過電網(wǎng)公司調度系統(tǒng)備用進行平衡。為使系統(tǒng)備用增減趨勢與負荷需求相一致而便于對比分析,本發(fā)明從負荷角度出發(fā),將其看作負的負荷資源,pdr調度前后系統(tǒng)備用調度情況見圖6。
表2代理違約懲罰對比
從圖6可以很明顯看出,pdr調度前的系統(tǒng)備用量高于pdr調度后的系統(tǒng)備用調度量。代理通過pdr調度,不僅能夠降低自身違約懲罰費用,同時也能在一定程度上降低系統(tǒng)備用需求。系統(tǒng)總備用調度量由250.88mw下降到125.10mw,降幅達50.14%。
如果電網(wǎng)公司在進行容量分配時不考慮代理的違約可能,那么鑒于降低調度成本的目的,代理的調度容量備用將剛好滿足系統(tǒng)的調度需求而沒有裕度。此情況下一旦負荷發(fā)生違約,電網(wǎng)系統(tǒng)備用調度量也將大幅增加。系統(tǒng)備用總調度情況對比如圖7所示。
最后需要說明的是,本發(fā)明的上述實例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例,而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。盡管申請人參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明,對于所屬領域的普通技術人員來說,在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。