一种促进社区微网内部多产消者能源共享的分时定价方法

技术领域

本发明涉及售电侧电力市场技术领域，具体为一种促进社区微网内部多产消者能源共享 的分时定价方法。

背景技术

近年来，世界各国的能源政策都鼓励终端用户安装屋顶光伏发电系统，这些政策驱使智 能电网中出现了一种全新的产消者主体，大规模光伏机组的发电量会出现波动，带来的不确 定性会对配电系统的安全运行产生很大的影响。而相邻产消者之间的能源交易可以提高光伏 发电的就地化利用，降低其对电力系统的负面影响。同时，这些拥有多种灵活性资源(如可控 负荷、储能系统)的产消者在其能量消费的时间上具有灵活性。因此，如何在能源共享交易市 场设计中有效地充分利用这些灵活的资源，促进产消者之间的能源共享是未来需要解决的问 题。

但是现有设计存在以下问题：

1、缺少对产消者主体内部灵活性资源的运行进行详细分析建模，以及不同类型的产消者 间有效的能源共享交易方法。

2、没有考虑设计一种分时定价机制激励产消者调整其内部灵活性资源的运行计划，从而 促进光伏发电的就地化利用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种促进社区微网内部多产消者能源共享 的分时定价方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种促进社区微网内部多产消者能源共享的分时定价方法，包括

步骤1，对社区微网内部多产消者共享交易市场特性进行分析，构建社区微网内部多产 消者共享交易框架；

步骤2，针对社区微网内部多产消者共享交易框架，设计社区微网内部多产消者共享交 易分时电价机制；

步骤3，对产消者内部灵活性资源进行建模，构建基于两阶段鲁棒模型的产消者主体市 场决策模型；

步骤4，通过嵌入列与约束生成算法的迭代求解框架对社区微网内部多产消者共享交易 分时电价机制进行求解。

优选的，所述步骤1中对社区微网内部多产消者共享交易市场特征进行分析，构建社区 微网内部产消者共享交易框架。产消者作为独立的利益主体，这些产消者主体通过相邻的馈 线相互连接，形成社区微网。因为它们具有相同的目标(例如，经济、可靠性和环境问题等)， 可以作为一个整体进行控制和管理。并且不同的产消者主体可能有不同用电特性的负荷(例如， 办公，工业，商业等)，它们具有不同的高峰用电时段，因此，可以在不同产消者之间的能源 共享可以最大限度地利用社区微网内部的可再生能源。

由于现有售电侧市场还发展不够成熟，本发明引入社区微网能源协调管理主体社区微网 产消者间的能源共享进行统一管理，其主要作用包含组织产消者主体参与社区微网内部能源 共享交易市场，收集产消者在能源共享交易市场的购售电量，确定并发布产消者主体在能源 共享市场的交易分时电价。

优选的，所述步骤2设计了社区微网内部多产消者共享交易分时定价机制，供给和需求 是经济学的基本概念。在社区微网能源共享市场中，供给值为t时间段所有卖家的总售电量

其中社区微网能源共享市场产消者主体的总售电量和总购电量分别为。

考虑到光伏发电和负荷的波动，供需比在不同时间段是不同的，根据不同运行时段的社 区微网内部共享交易买卖价格，定义社区微网共享市场交易价格集来反映波动。

社区微网能源协调管理主体是所有产消者主体的代理，其以λ

为了促进产消者主体内部负荷更多的在社区微网能源盈余时消费电能，社区微网能源共 享交易价格与供需比的关系应该呈反比例关系。因此，我们可以利用这一原则来制定电价。 首先，在上网电价约束下，将社区微网内部共享交易分时电价定义为供需比的分段函数:

其中，为λ补偿价格(0≤λ≤λ

优选的，所述步骤3对产消者主体内部多类型灵活性资源的能源消费时间特性进行分析， 对其运行约束进行建模分析。

所述产消者主体决策模型的目标函数：

上述目标函数主要包含在社区微网能源共享市场的购售电成本，空调、可转移负荷的调 整成本，储能系统的运行成本以及光伏机组的运行成本，其详细计算式如下。

式中，

所述暖通空调的运行约束为：

暖通空调机组可以在夏季降低室内温度，在冬季使室内温度升高，为人们提供更舒适的 室内环境，是一种产消者主体内部重要的灵活性资源。根据室内外温度变换规律，主要考虑 空调功率与温度的关系以及室内温度保持的范围等约束。其中

所述可转移负荷运行约束为：

可转移负荷每个运行时段消费电量可以进行调整，但整个运行时段的电能使用总量需保 持为一个常数，并且每个时段用电调整量应保持在允许范围内。其中

所述储能系统的运行约束为：

在某一时间段中，储能系统只能充电或者放电，其中；

所述光伏机组的出力约束：

光伏机组出力值应小于预测场景，其中

所述产消者主体购售电约束：

在某一时间段，产消者主体与在社区微网共享市场中的交易电量应保持在安全约束范围 内，并且，在同一时间段内，产消者主体只能选择购电或售电。其中

所述产消者主体内部功率平衡约束：

在任意时间段内，产消者主体的购电量，光伏出力值，储能放电量应与负荷用电量，储 能充电量应保持平衡。

优选的，所述步骤4中考虑产消者内部光伏机组出力的不确定性，构建产消者两阶段鲁 棒优化决策模型处理产消者内部光伏出力的不确定性对其参与交易可能造成的风险，产消者 的决策模型实际上为一个二次规划问题，为了便于后续讨论，产消者主体的确定性优化决策 模型可以表示为如下矩阵形式。

s.t.A

B

C

D

E

G

式中x、y为决策变量，a、b、c、d与p分别为目标函数与约束条件的列向量；A、B、 C、D、E、F、G则表示了约束条件的系数矩阵。其中第一阶段目标函数包含储能系统、可控 负荷和空调灵活性资源的运行成本，第二阶段目标函数包含购售电成本和光伏机组运行成本。光伏机组的最大出力值为确定性优化模型中每个时间段对应的预测值。

由于各产消者主体内部的各种不确定因素，光伏发电机组出力的预测精度难以保证。因 此，由确定性优化模型得到的调度运行计划可能无法处理由不确定性引起的问题。本发明引 入多面体不确定性集描述光伏机组出力的不确定性。

式中

s.t.(15b)-(15f)

优选的，所述步骤4中对产消者主体两阶段鲁棒优化决策模型进行求解，考虑两阶段鲁 棒优化模型求解需要对偶的特点，将产消者内部储能充放电量、可控负荷调整量和空调用电 调整量等灵活性资源决策量设为第一阶段决策变量，将在社区微网共享交易市场中的购售电 量、光伏机组的出力值设为第二阶段变量，并分为主问题和子问题进行表征：

根据对偶原理，可将原子问题SP的max-min问题转换为max问题。

其中

所述产消者主体两阶鲁棒优化决策模型采用列与约束生成算法对主问题MP与子问题SP 进行迭代求解，具体求解步骤如下。

第一步：初始化相关变量，取UB＝1e8，LB＝-1e8,s＝1,η

第二步：求解主问题，得到决策结果

第三步：根据主问题结果

第四步：更新s＝s+1，然后转到第二步；

根据求解步骤可知具体定价步骤如下：

第一步：初始化社区微网内部产消者主体共享交易初始电价和迭代收敛条件；

第二步：根据收到的社区微网内部产消者共享交易电价，采用列与约束生成算法对产消 者的灵活性资源运行计划进行求解；

第三步：根据收到的产消者主体在社区微网共享交易市场的购售电量，计算社区微网各 时段供需比和共享交易分时电价；

第四步：判断是否满足收敛条件，如果前后两次决策的市场共享交易电价偏差满足收敛 条件，则输出决策结果，否则返回第二步。

通过采用上述技术方案，每个产消者会根据社区微网内部共享市场的交易价格调整内部 灵活性资源的运行计划和在共享市场中的购售电量，同时，社区微网能源协调管理主体会根 据每个运行时段产消者的购售电量计算社区微网每个运行时段的供需比，并调整社区微网内 部的共享交易价格，通过循环迭代最终确定社区微网内部产消者共享交易分时电价，利用迭 代求解框架确定社区微网内部多产消者共享交易分时电价，其中各产消者主体的鲁棒优化决 策模型采用列与约束分解算法进行迭代求解，产消者主体的决策模型采用现有求解工具包 CPLEX进行有效求解。

本发明的有益效果是：

1、构建社区微网内部多产消者共享交易框架，并设计一种考虑社区微网供需比的分时电 价机制，通过激励产消者改变内部可控负荷、储能等灵活性资源的运行计划，促进产消者间 的能源共享。

2、考虑产消者主体内部光伏机组出力的不确定性对其参与交易可能造成的风险，构建产 消者主体两阶段鲁棒优化决策模型，利用列与约束生成算法对模型分解的主问题和子问题进 行迭代求解，并采用现有求解工具包CPLEX进行有效求解。

附图说明

图1社区微网系统构成；

图2光伏机组出力和社区微网室外温度预测场景；

图3Case 1和Case 2中产消者的能源需求；

图4社区微网与配电网运行商的电量交易明细；

图5社区微网内部共享交易分时电价；

图6产消者内部灵活性资源的运行结果；

图7产消者内部光伏机组的弃光电量；

图8社区微网内部共享交易价格收敛结果；

图9为方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所 述。

如图9所示，本发明重点构建了社区微网多产消者共享交易框架，对促进社区微网多产 消者能源共享的分时定价方法进行了详细阐述，其中社区微网内部多产消者共享交易分时电 价机制采用嵌入列与约束生成算法的迭代求解框架进行确定。

假设社区微网系统具体构成如图1所示，不同产消者可能包含不同灵活性资源，其中不 同灵活性资源的运行参数如表1所示，不同产消者主体内部光伏机组的预测场景和不同运行 时段的室外温度值如图2所示，根据中国的上网电价，λ

表1灵活性资源运行参数

根据上述社区微网系统分时电价机制对产消者共享交易的促进效果进行仿真模拟，并且 采用社区微网系统的各产消者独立运行模拟情况与本专利所提促进社区微网多产消者能源共 享机制进行对比不分析，记为Case 2，本专利所提模型记为Case 1。其中光伏机组的不确定 性调节参Γ

根据上述模拟仿真方案进行模拟，社区微网中产消者的能源需求和社区微网总的净需求 在Case 1和Case 2中如图3所示。由于不同产消者内部光伏发电机组的出力特性相似，因此 在8:00、9:00、16:00-17:00的光伏发电机组为低发电时段，而在10:00-15:00的光伏机组的高 发电时段。Case 1和Case 2中社区微网与配电网运营商之间的总功率交换结果如图4所示。 对比表明，所提出的社区微网内产消者能源共享策略能够减少对主电网的能源依赖，促进可 再生能源的就地利用。

由于产消者可以在社区微网共享交易市场中以较低的价格购买电能，以较高的价格出售 剩余电能，社区微网中产消者的运行成本降低了，每个产消者的运行成本和相较于Case 2节 约的百分比如表2所示。可以看出，4个产消者主体的运行成本分别降低了19.1％、10.1％、 11.1％、40.5％和16.1％。社区微网每个运行时间段的SDR和内部共享交易分时电价结果如图 5所示。由于9:00-16:00光伏机组发电量较高，社区微网的SDR相对较高，这些运行时间段 的内部共享交易价格相对较低。

表2产消者的运行成本

基于社区微网的供需比的共享交易分时电价可以引导可控负荷在光伏机组发电充足时增 加消费，引导储能系统在光伏机组发电充足时充电，在负荷需求较大时放电。灵活性资源运 行结果如图6所示。图6(a)显示了在最舒适的室内参考温度附近的室内温度变化，暖通空调 的电能消耗主要安排在较低价格的时间段，预冷室内温度。产消者2和产消者3内部可转移 负荷的运行结果如图6(b)和图6(c)所示。产消者主体2、3将其部分柔性负荷从8-10运行时 段和17时段低光伏机组发电转移到11-16运行时段高光伏机组发电时段。如图6(d)所示，产 消者主体4可以从其他产消者主体那里购买剩余的电能，并将其储存在储能系统中，然后从 储能系统中放电，为其它产消者主体提供电能。仿真结果表明，基于社区微网供需比的分时 定价方法可以引导产消者内部的灵活资源运行，增加社区微网内部可再生能源的就地消纳， 促进产消者之间的能源共享。

为了进一步分析两阶段自适应鲁棒优化决策模型在不同不确定性调节参数下的适用性， 设定不确定性调节参数Γ

然后，对鲁棒优化模型和随机优化模型进行了比较研究。对于不同不确定调节参数Γ

表3基于鲁棒优化和随机规划的优化决策结果

仿真运行平台为个人电脑，配置为16GB RAM，Intel-i7CPU。所有优化决策模型在嵌入 CPLEX 12.6的MATLAB 2016a中进行仿真。表3给出了上述4个产消者的算例系统和10个 产消者的算例系统达到设定收敛条件的迭代次数和计算时间。基于4个产消者算例系统内部 共享交易价格的偏差如图9所示。在4个产消者算例系统和10个产消者算例系统中，整个迭 代决策算法只需在79.7s和189.1s(迭代5次和7次)即可达到设定的收敛条件0.001。通过 两个算例系统的计算结果表明，嵌入列与约束生成算法的迭代求解框架，可以有效地解决社 区微网中多产消者能量共享的问题。

表4基于4个产消者和10个产消者组成的系统仿真运行结果

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解所描述的实施例是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动 前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明并非局限于本文所披露 的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在 本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进 行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。