本發(fā)明涉及虛擬電廠，特別是涉及一種多虛擬電廠與配電系統(tǒng)雙重博弈方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著對清潔能源的大力推廣，大量分布式可再生能源接入配電系統(tǒng)。這些分布式可再生能源具有分散性、間歇性和不確定性等特點(diǎn)，給配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了挑戰(zhàn)。多虛擬電廠作為一種靈活的能源管理方式，可以將眾多分布式可再生能源聚合起來，形成虛擬電廠，與配電系統(tǒng)進(jìn)行互動(dòng)，確定最優(yōu)的發(fā)電計(jì)劃和交易策略，從而實(shí)現(xiàn)自身利益最大化。

2、現(xiàn)有的虛擬電廠與配電系統(tǒng)博弈方法主要是基于雙層規(guī)劃的博弈方法和基于stackelberg博弈的方法?；陔p層規(guī)劃的博弈方法是下層虛擬電廠根據(jù)上層配電系統(tǒng)給定的約束條件，優(yōu)化內(nèi)部的分布式能源和儲能設(shè)備的調(diào)度策略，然后將結(jié)果反饋給上層配電系統(tǒng)，上層配電系統(tǒng)再根據(jù)下層虛擬電廠的反饋調(diào)整自己的決策變量，經(jīng)過多輪迭代求解得到雙層規(guī)劃的最優(yōu)解?；趕tackelberg博弈的方法是將配電系統(tǒng)視為領(lǐng)導(dǎo)者，虛擬電廠視為追隨者。領(lǐng)導(dǎo)者先制定策略，如制定電力市場的規(guī)則、確定向虛擬電廠購電的價(jià)格范圍等，追隨者根據(jù)領(lǐng)導(dǎo)者的策略，調(diào)整自身的發(fā)電計(jì)劃、儲能充放電計(jì)劃等，以最大化自身利益。

3、然而，現(xiàn)有的博弈方法往往基于一些簡化的假設(shè)。例如，假設(shè)虛擬電廠內(nèi)部的分布式能源具有完全可預(yù)測性和可控性。但在實(shí)際中，可再生能源的發(fā)電具有很強(qiáng)的間歇性和不確定性，同時(shí)負(fù)荷需求也具有很大的波動(dòng)性。這些假設(shè)使得模型在實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)較大偏差，導(dǎo)致博弈結(jié)果無法準(zhǔn)確反映真實(shí)的互動(dòng)情況，進(jìn)而影響虛擬電廠和配電系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行決策。目前對于不確定性的處理主要有魯棒優(yōu)化方法和隨機(jī)優(yōu)化方法。魯棒優(yōu)化方法是在構(gòu)建的不確定性集合中尋找最惡劣情況下的解，往往存在過于保守的問題。隨機(jī)優(yōu)化是對不確定因素的概率分布進(jìn)行建模，尋找期望最優(yōu)時(shí)的解，主要依賴于能否構(gòu)建精確的概率分布，可能由于隨機(jī)性的影響而無法找到全局最優(yōu)解。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有博弈方法存在的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種多虛擬電廠與配電系統(tǒng)雙重博弈方法及系統(tǒng)。

2、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多虛擬電廠與配電系統(tǒng)雙重博弈方法，包括：

3、以最小化運(yùn)行成本為目標(biāo)，分別構(gòu)建配電系統(tǒng)運(yùn)行模型和虛擬電廠運(yùn)行模型；

4、根據(jù)分布式光伏的不確定性構(gòu)建基于kl散度的模糊集，并基于所述模糊集將所述配電系統(tǒng)運(yùn)行模型和所述虛擬電廠運(yùn)行模型分別轉(zhuǎn)化為配電系統(tǒng)運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型和虛擬電廠運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型；

5、以基于所述配電系統(tǒng)運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型確定的電價(jià)策略和基于所述虛擬電廠運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型確定的上網(wǎng)功率為交互變量，構(gòu)建多虛擬電廠與配電系統(tǒng)之間的第一重博弈模型；

6、以基于所述電價(jià)策略和所述虛擬電廠運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型確定的各虛擬電廠之間傳輸?shù)挠泄β蕿榻换プ兞?，?gòu)建各虛擬電廠之間的第二重博弈模型；

7、基于所述第一重博弈模型和所述第二重博弈模型，構(gòu)建多虛擬電廠與配電系統(tǒng)的雙重博弈模型；

8、對所述雙重博弈模型進(jìn)行求解，得到上級電網(wǎng)的最優(yōu)發(fā)電計(jì)劃和虛擬電廠與配電系統(tǒng)之間的最優(yōu)能量互動(dòng)策略。

9、優(yōu)選地，所述以最小化運(yùn)行成本為目標(biāo)，分別構(gòu)建配電系統(tǒng)運(yùn)行模型和虛擬電廠運(yùn)行模型，包括：

10、以最小化配電系統(tǒng)運(yùn)行成本為目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建初始配電系統(tǒng)運(yùn)行模型，并采用第一約束條件對所述初始配電系統(tǒng)運(yùn)行模型進(jìn)行約束，得到配電系統(tǒng)運(yùn)行模型，其中，所述第一約束條件包括第一分布式光伏運(yùn)行約束、第一燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行約束、第一儲能運(yùn)行約束、第一無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行約束、虛擬電廠價(jià)格制定約束和潮流約束；

11、以最小化虛擬電廠運(yùn)行成本為目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建初始虛擬電廠運(yùn)行模型，并采用第二約束條件對所述初始虛擬電廠運(yùn)行模型進(jìn)行約束，得到虛擬電廠運(yùn)行模型，其中，所述第二約束條件包括第二分布式光伏運(yùn)行約束、第二燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行約束、第二儲能運(yùn)行約束、第二無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行約束、虛擬電廠之間能量交換約束和功率平衡約束。

12、優(yōu)選地，采用如下公式表征所述配電系統(tǒng)運(yùn)行模型的目標(biāo)函數(shù)：

13、

14、其中，表示配電系統(tǒng)運(yùn)行成本，t表示運(yùn)行總時(shí)間，表示t時(shí)刻配電系統(tǒng)中分布式光伏運(yùn)行成本，表示t時(shí)刻配電系統(tǒng)中燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行成本，表示t時(shí)刻配電系統(tǒng)中儲能運(yùn)行成本，表示t時(shí)刻配電系統(tǒng)與虛擬電廠的能量交換成本；

15、采用如下公式表征所述第一分布式光伏約束：

16、

17、

18、其中，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處分布式光伏的有功傳輸量，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處分布式光伏的無功傳輸量，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處分布式光伏的有功傳輸量上限，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處分布式光伏的發(fā)電容量；

19、采用如下公式表征所述第一燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行約束：

20、

21、

22、其中，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處燃?xì)廨啓C(jī)的有功傳輸量，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處燃?xì)廨啓C(jī)的無功傳輸量，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處燃?xì)廨啓C(jī)的有功傳輸量上限，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處燃?xì)廨啓C(jī)的功率因數(shù)；

23、采用如下公式表征所述第一儲能運(yùn)行約束：

24、

25、

26、

27、其中，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處儲能充電狀態(tài)，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處儲能放電狀態(tài)，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處儲能充電功率，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處儲能放電功率，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處儲能充電功率下限，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處儲能充電功率上限，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處儲能放電功率下限，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處儲能放電功率上限；

28、采用如下公式表征所述第一無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行約束：

29、

30、其中，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處無功補(bǔ)償裝置提供的無功大小，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處無功補(bǔ)償裝置提供的無功下限，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處無功補(bǔ)償裝置提供的無功上限；

31、采用如下公式表征所述虛擬電廠價(jià)格制定約束：

32、

33、

34、其中，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻第n個(gè)虛擬電廠的有功電價(jià)，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻第n個(gè)虛擬電廠的無功電價(jià)，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻第n個(gè)虛擬電廠的有功電價(jià)下限，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻第n個(gè)虛擬電廠的有功電價(jià)上限，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻第n個(gè)虛擬電廠的無功電價(jià)下限，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻第n個(gè)虛擬電廠的無功電價(jià)上限；

35、采用如下公式表征所述潮流約束：

36、

37、

38、

39、其中，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j處有功節(jié)點(diǎn)注入量，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)j處無功節(jié)點(diǎn)注入量，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處有功節(jié)點(diǎn)注入量，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處無功節(jié)點(diǎn)注入量，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻線路jk首端有功大小，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻線路jk首端無功大小，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻線路ij首端有功大小，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻線路ij首端無功大小，表示配電系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)集合，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處有功負(fù)荷，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處無功負(fù)荷，表示配電系統(tǒng)和虛擬電廠交互的有功量，表示配電系統(tǒng)和虛擬電廠交互的無功量，表示線路ij的電阻，表示線路ij電抗，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處電壓，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處電壓下限，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處電壓上限，表示線路ij可承受流過電流上限，表示配電系統(tǒng)t時(shí)刻線路ij上的電流。

40、優(yōu)選地，采用如下公式表征所述虛擬電廠運(yùn)行模型的目標(biāo)函數(shù)：

41、

42、其中，表示第n個(gè)虛擬電廠運(yùn)行成本，表示t時(shí)刻第n個(gè)虛擬電廠中分布式光伏運(yùn)行成本，表示t時(shí)刻第n個(gè)虛擬電廠中燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行成本，表示t時(shí)刻第n個(gè)虛擬電廠中儲能運(yùn)行成本，表示t時(shí)刻第n個(gè)虛擬電廠與配電系統(tǒng)的能量交換成本，表示t時(shí)刻第n個(gè)虛擬電廠與其他虛擬電廠之間的能量交互成本；

43、采用如下公式表征所述第二分布式光伏約束：

44、

45、

46、其中，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處分布式光伏的有功傳輸量，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處分布式光伏的無功傳輸量，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處分布式光伏的有功傳輸量上限，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處分布式光伏的發(fā)電容量；

47、采用如下公式表征所述第二燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行約束：

48、

49、

50、其中，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處燃?xì)廨啓C(jī)的有功傳輸量，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處燃?xì)廨啓C(jī)的無功傳輸量，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處燃?xì)廨啓C(jī)的有功傳輸量上限，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處燃?xì)廨啓C(jī)的功率因數(shù)；

51、采用如下公式表征所述第二儲能運(yùn)行約束：

52、

53、

54、

55、其中，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處儲能充電狀態(tài)，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處儲能放電狀態(tài)，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處儲能充電功率，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處儲能放電功率，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處儲能充電功率下限，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處儲能充電功率上限，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處儲能放電功率下限，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處儲能放電功率上限；

56、采用如下公式表征所述第二無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行約束：

57、

58、其中，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處無功補(bǔ)償裝置提供的無功大小，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處無功補(bǔ)償裝置提供的無功下限，表示虛擬電廠t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i處無功補(bǔ)償裝置提供的無功上限；

59、采用如下公式表征所述虛擬電廠之間能量交換約束：

60、

61、

62、其中，表示第m個(gè)虛擬電廠向第n個(gè)虛擬電廠在t時(shí)刻傳輸?shù)哪芰?，表示第n個(gè)虛擬電廠向第m個(gè)虛擬電廠在t時(shí)刻傳輸?shù)哪芰?，表示第n個(gè)虛擬電廠在t時(shí)刻的有功負(fù)荷；

63、采用如下公式表征所述功率平衡約束：

64、

65、

66、其中，表示第n個(gè)虛擬電廠在t時(shí)刻的無功負(fù)荷，表示配電系統(tǒng)和虛擬電廠交互的有功量，表示除第n個(gè)虛擬電廠外的其他虛擬電廠，表示配電系統(tǒng)和虛擬電廠交互的無功量。

67、優(yōu)選地，所述根據(jù)分布式光伏的不確定性構(gòu)建基于kl散度的模糊集，并基于所述模糊集將所述配電系統(tǒng)運(yùn)行模型和所述虛擬電廠運(yùn)行模型分別轉(zhuǎn)化為配電系統(tǒng)運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型和虛擬電廠運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型，包括：

68、對分布式光伏歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行場景聚類，得到多個(gè)特征場景和每一所述特征場景的初始概率分布，其中，所述分布式光伏歷史數(shù)據(jù)包括分布式光伏出力歷史數(shù)據(jù)和分布式光伏負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)；

69、基于kl散度對每一所述特征場景的初始概率分布和真實(shí)概率分布之間誤差的約束，構(gòu)建概率分布不確定性集合，并將所述概率分布不確定性集合表征為模糊集；

70、基于所述模糊集和兩階段決策變量設(shè)置規(guī)則，將所述配電系統(tǒng)運(yùn)行模型轉(zhuǎn)化為配電系統(tǒng)運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型，其中，所述兩階段決策變量設(shè)置規(guī)則為將離散變量設(shè)置為第一階段決策變量，將非離散變量設(shè)置為第二階段決策變量；

71、基于所述模糊集和所述兩階段決策變量設(shè)置規(guī)則，將所述虛擬電廠運(yùn)行模型轉(zhuǎn)化為虛擬電廠運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型。

72、優(yōu)選地，采用如下公式表征所述配電系統(tǒng)運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型或所述虛擬電廠運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型：

73、

74、

75、

76、其中，s表示特征場景序號，表示特征場景總數(shù)，表示特征場景s的真實(shí)概率分布，表示模糊集，表示第一階段決策變量，表示第二階段決策變量，表示第一階段決策變量約束集合，表示第二階段決策變量約束集合，、、、、、、、、、、、、、表示決策變量約束對應(yīng)的常數(shù)矩陣。

77、優(yōu)選地，所述以基于所述配電系統(tǒng)運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型確定的電價(jià)策略和基于所述虛擬電廠運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型確定的上網(wǎng)功率為交互變量，構(gòu)建多虛擬電廠與配電系統(tǒng)之間的第一重博弈模型，包括：

78、對所述虛擬電廠運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型進(jìn)行求解，并將求解得到的上網(wǎng)功率傳遞到配電系統(tǒng)；

79、基于所述上網(wǎng)功率對所述配電系統(tǒng)運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型進(jìn)行求解，并將求解得到的電價(jià)策略傳遞到虛擬電廠；

80、以所述電價(jià)策略和所述上網(wǎng)功率為交互變量進(jìn)行迭代互動(dòng)，直至達(dá)到納什均衡，得到多虛擬電廠與配電系統(tǒng)之間的第一重博弈模型。

81、優(yōu)選地，所述以基于所述電價(jià)策略和所述虛擬電廠運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型確定的各虛擬電廠之間傳輸?shù)挠泄β蕿榻换プ兞?，?gòu)建各虛擬電廠之間的第二重博弈模型，包括：

82、基于所述電價(jià)策略對所述虛擬電廠運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型進(jìn)行求解，得到各虛擬電廠的有功功率；

83、以各虛擬電廠之間傳輸?shù)乃鲇泄β蕿榻换プ兞窟M(jìn)行迭代互動(dòng)，直至達(dá)到納什均衡，得到各虛擬電廠之間的第二重博弈模型。

84、優(yōu)選地，所述對所述雙重博弈模型進(jìn)行求解，得到上級電網(wǎng)的最優(yōu)發(fā)電計(jì)劃和虛擬電廠與配電系統(tǒng)之間的最優(yōu)能量互動(dòng)策略，包括：

85、采用求解器對所述雙重博弈模型進(jìn)行求解，得到上級電網(wǎng)的最優(yōu)發(fā)電計(jì)劃和虛擬電廠與配電系統(tǒng)之間的最優(yōu)能量互動(dòng)策略。

86、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多虛擬電廠與配電系統(tǒng)雙重博弈系統(tǒng)，包括：

87、運(yùn)行模型構(gòu)建模塊，用于以最小化運(yùn)行成本為目標(biāo)，分別構(gòu)建配電系統(tǒng)運(yùn)行模型和虛擬電廠運(yùn)行模型；

88、分布魯棒優(yōu)化模型構(gòu)建模塊，用于根據(jù)分布式光伏的不確定性構(gòu)建基于kl散度的模糊集，并基于所述模糊集將所述配電系統(tǒng)運(yùn)行模型和所述虛擬電廠運(yùn)行模型分別轉(zhuǎn)化為配電系統(tǒng)運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型和虛擬電廠運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型；

89、第一重博弈模型構(gòu)建模塊，用于以基于所述配電系統(tǒng)運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型確定的電價(jià)策略和基于所述虛擬電廠運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型確定的上網(wǎng)功率為交互變量，構(gòu)建多虛擬電廠與配電系統(tǒng)之間的第一重博弈模型；

90、第二重博弈模型構(gòu)建模塊，用于以基于所述電價(jià)策略和所述虛擬電廠運(yùn)行分布魯棒優(yōu)化模型確定的各虛擬電廠之間傳輸?shù)挠泄β蕿榻换プ兞浚瑯?gòu)建各虛擬電廠之間的第二重博弈模型；

91、雙重博弈模型構(gòu)建模塊，用于基于所述第一重博弈模型和所述第二重博弈模型，構(gòu)建多虛擬電廠與配電系統(tǒng)的雙重博弈模型；

92、輸出結(jié)果確定模塊，用于對所述雙重博弈模型進(jìn)行求解，得到上級電網(wǎng)的最優(yōu)發(fā)電計(jì)劃和虛擬電廠與配電系統(tǒng)之間的最優(yōu)能量互動(dòng)策略。

93、本發(fā)明實(shí)施例一種多虛擬電廠與配電系統(tǒng)雙重博弈方法及系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果在于：基于kl散度考慮了分布式光伏出力和負(fù)荷的不確定性，通過調(diào)整kl散度來實(shí)現(xiàn)對分布魯棒優(yōu)化的保守性控制，提高多虛擬電廠與配電系統(tǒng)雙重博弈方法的適用性；通過以電價(jià)策略和上網(wǎng)功率為交互變量建立的配電系統(tǒng)與多虛擬電廠互動(dòng)博弈策略和以有功功率為交互變量建立的多虛擬電廠之間的合作博弈策略構(gòu)建了多虛擬電廠與配電系統(tǒng)的雙重博弈框架，有助于更好地整合分布式能源到電力系統(tǒng)中，提高整個(gè)電力系統(tǒng)的資源配置效率。