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专利号: 2017101600872
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑内外博弈的主动配电网故障恢复策略,其特征在于,所述策略步骤如下:步骤1,针对负荷高峰时的配电网故障恢复问题,建立双重博弈模型:外层博弈模型和内层博弈模型;

步骤2,在电网正常运行情况下,电动汽车(electric vehicle,EV)作为一种可控负荷,与其他可控负荷共同积极响应峰谷电价,在负荷高峰时主动放弃充电的权利,对负荷高峰起到抑制的作用;

在配电网故障情况下,若电网容量不够,拥有EV的用户积极响应故障恢复,通过向电网卖电获得一定收益;EV、各种分布式电源(DG)、可控负荷为失电区域协调恢复供电,以增大失电负荷的恢复量;

步骤3,对多种恢复方案进行博弈,优选出最优解,即求得纳什均衡解;其中关于峰谷价的制定方法和故障恢复最优方案均基于博弈理念提出,且都以实现供电侧和用户侧利益均衡为原则。

2.根据权利要求1所述的一种考虑内外博弈的主动配电网故障恢复策略,其特征在于:步骤1中,所述外层博弈模型,在供电侧和用户侧之间展开动态博弈,建立考虑需求侧响应(demand response,DR)的峰谷分时电价模型,在实现负荷曲线优化的同时,确保双方利益最大化;需求侧考虑普通的负荷和电动汽车构成的新型可控负荷,在负荷高峰时起到削峰的效果,减少高峰时供电恢复的压力;

外层博弈—优化分时电价

2.1目标函数

以负荷曲线的优化为目标,需要满足负荷曲线最大峰负荷最小化,最低谷负荷最大化,如下式:

式中: 代表负荷曲线在t时刻时的函数值;第一个公式代表优化分时电价后的负荷曲线峰值低于优化电价前负荷曲线的峰值;第二个公式代表优化分时电价后的负荷曲线的峰谷差低于优化电价前负荷曲线的峰谷差;

2.2约束条件

(1)实行优化的峰谷分时电价后,用户的用电方式没有太大的变化,不会因为反应过度而导致峰谷漂移、甚至峰谷倒错等现象,即整个博弈行为是理性的,负荷变化范围的合理约束如下式;

0.8L≤L*≤1.2L

(2)满足用户单位购电的电价不上涨;;

(3)满足供电侧收益不受损;

M≤MM

(4)EV充放电约束;

1)EV充放电电池约束

Schmin≤Sch(t)≤Sch maxSmaster min≤Smaster

式中:Sch min和Sch max为保证电池寿命的最小和最大充放电约束,以防止过分充放电;

Smaster为EV的放电功率;Smaster min为车主可以接受的最低放电状态;

2)EV充放电约束

EV除了满足电池约束外,还需要满足自身的功率约束,且不能同时处于充放电状态;

0≤Pch(t)≤Pchmax

0≤Pdis(t)≤Pdis max

Pch(t)·Pdis(t)=0

式中:Pch和Pdis分别为EV的充电和放电功率;Pch max和Pdis max分别为EV最大充电和放电功率约束;

2.3用户响应模型

在需求侧管理下,实施优化峰谷电价前后可中断负荷和传统负荷的电量变化如下:

式中:L1、L2、L3分别表示优化电价前峰、平、谷的电量需求;L*1、L*2、L*3表示优化电价后峰、平、谷的电量需求;Δa1、Δa2、Δa3表示优化电价前后峰、平、谷时段电价的变化,Δai=a*i-ai;E代表电量电价弹性需求矩阵,充分考虑可控负荷和非可控负荷对电价的响应;

2.4均衡求解—逆向回归法

外层动态博弈是属于非合作博弈类型,通常采用逆向回归法求解;供电侧(电网)在非合作博弈中是主导者,可以决定电价,并且通过电价实现自身利益的最大化;而用户侧则是跟随者,不同用户(拥有传统负荷的用户、拥有可控负荷的用户和拥有EV的用户)通过改变自身用电行为来使自身收益最大;

首先,根据传统的峰谷电价和用户的用电需求进行供电侧和用户侧的收益计算;然后多次调整电价模型,根据需求侧的响应模型计算用户响应后的负荷值,并计算供电侧和用户侧的收益大小;经过多轮博弈,最后得到满足约束的最大收益下相应的策略,即均衡解,最终得到的均衡策略集即峰谷电价和需求侧响应后的负荷曲线。

3.根据权利要求1所述的一种考虑内外博弈的主动配电网故障恢复策略,其特征在于:所述内层博弈机制,在各个恢复方案之间展开博弈,充分考虑供电侧和用户侧的利益,通过分析各方的利益诉求,决定配电网故障恢复的目标,实现恢复过程中双方利益的最大化。

4.根据权利要求1所述的一种考虑内外博弈的主动配电网故障恢复策略,其特征在于:对于同一配电网络有多个恢复方案,不同的恢复方案作为博弈参与者,每一个参与者的恢复策略由不同的开关操作组合形成,一种恢复策略集Xi={k1、k2,...,kn},其中k1、k2,...,kn为0或1,代表开关的开或合的状态;同时考虑主动配电网故障恢复中供电侧与用户侧双方的利益大小;

(1)供电侧收益函数

在配电网恢复重构过程中,供电侧的利益是实现运行费用最小化,即包括网损最小,开关损耗最低;供电侧对应的收益函数:

式中:Epower代表电网侧收益函数;ESS是网损构成的运行费用;EKK是开关动作构成的运行费用;EPC是电网因负荷失电做出的赔偿损失;Ii为第i条支路流过的电流;Ri为第i条支路的电阻;F为分段开关和联络开关的总动作次数;Lm-loss代表第m节点负荷的失电量;a、b、δ分别为网损费用折算因子(即电网的购电电价,元/kW),开关动作损失的折算因子(元/次),单位失电负荷的赔偿金(元/kW);N为所有支路集合;P为所有负荷节点集合;

(2)用户侧收益函数

每一个负荷的收益函数为EV向电网反向供电的收益加上因故障造成的停电而所得的电网赔偿费用;

Ei-benefit=(cx-ax)Pi-out+δLi-loss在故障恢复中,一个负荷与电网没有博弈的权利,但可以通过负荷总代理与电网进行博弈,负荷总代理的收益为:

上两式中:Eload代表负荷侧总收益;Ei-benefit代表单位负荷的收益;cx为EV发电售电价;

ax为EV充电购电价;Pi-out为第i个电动汽车对电网的放电量(kW);Li-loss代表第i个节点负荷的失电量;δ为单位失电负荷的赔偿金(元/kW);

(3)在分析双方利益的基础上,确定故障恢复的模型:首先将双方共同的利益诉求放在首位,即以失电负荷最小为第一个目标函数:

式中:R为得电负荷集合;Li为节点i的负荷;λi为负荷的权重,一级负荷取100,二级负荷取10,三级负荷取1;

其次分析负荷侧从EV回馈电网获得的收益,取决于EV的数量和单价,EV数量的上限受实际电网安全约束以及EV保有量限制,数量的最大弹性需求和单价都是受外层博弈机制的优化分时电价而影响;配电网故障恢复的第二个目标函数只需考虑网损费用即可,如下:

关于开关的操作次数用于计算电网侧收益,不作为目标进行求解,便于提高算法的求解效率;

式中:Ii为支路i的电流;Ri为支路i的电阻;N为所有支路的集合;a为电网购电电价,元/kW;

(4)在满足收益函数最大的同时保证以下约束条件的满足:

4-1)辐射状结构

gk∈Gk

4-2)配电网各线路电流约束

Il≤Ilmax,(l=1,2,…,n)

式中:Il为流过线路l的电流;Ilmax为流过线路l的最大电流;n为配电网支路数量;

4-3)节点电压约束

Uimin≤Ui≤Uimax,(i=1,2,…,m)式中:Uimin为节点i电压的下限;Uimax为节点i电压的上限;m为配电网节点数量;

4-4)分布式电源出力约束

式中:PDG为DG的实际出力; 分别为DG出力的下限和上限。

5.根据权利要求1所述的一种考虑内外博弈的主动配电网故障恢复策略,其特征在于,所述主动配电网故障恢复的博弈算法的求解步骤如下:(1)根据电网的最大供电能力,判断是否需要进行切负荷操作;若需要,先切除可控负荷的可控部分,再按照负荷等级由低到高切除;

(2)简化配电网,得到无向图,输入电网原始参数,并设置蚁群算法的基本参数;其中并网的DG和EV按照P/Q接入方式处理,作为一种“负”负荷值实现并网;其他普通负荷值作为“正”负荷值处理;

(3)初始化集合Tabuk、Nodek、Nzhlk,并固定一组联络开关组合;

(4)让m只蚂蚁对随机生成树进行并行搜索,记录每只蚂蚁的支路选取,形成支路集合Nzhlk;

(5)对Nzhlk进行拓扑分析,采用前推回代进行潮流计算;

(6)对满足约束的网络进行目标函数的计算得到sibest,更新信息素;

(7)判断迭代次数是否达到上限,若没有,则继续从步骤(3)开始迭代计算;若达到最大,则退出运行,输出最优解,该种方案的搜索算法结束;

(8)改变不同联络开关组合的参数设置,重复步骤(3)—(8)的搜索,输出所有方案下的最优结果;

(9)根据网损和电压值等评价指标博弈出最优的故障恢复方案,即认为得到纳什均衡解。