[发明专利]一种基于讨价还价博弈的分布式能源收益分配策略

说明书

技术领域

本发明涉及新能源与电力系统优化运行，更具体的说，是涉及一种基于讨价还价博弈的分布式能源收益分配策略。

背景技术

随着全球能源紧缺与环境压力问题的日益凸显，以可再生能源(renewable energy sources，RES)为主要形式的分布式能源(distributed energy resources，DER)开始在电网中出现，并以迅猛的速度发展。尽管其部署在原则上可以减少对传统发电厂的依赖，但其单机容量小，随机性波动性强等特点阻碍了其单独参与电力市场的进程。各DER的特性存在差异，存在很强的互补性，通过合作以虚拟电厂(virtual power plant，VPP)的形式参与电网运行与市场交易，可有效解决上述问题并提高其经济利益。在竞争的电力市场环境下，各DER的投资与财务是独立的，如何建立较为公平、合理、透明的利益分配机制，是成功维护VPP内DER合作关系的关键，将在很大程度上影响DER的并网与扩建。

现有关于VPP的研究多关注于其作为整体参与电力市场竞标，而对利益分配机制的研究较少。

文献[1]建立了VPP的两阶段随机调度模型，并分别用Shapley值与核仁(Nucleolus)法进行了收益分配。以上两种方法是合作博弈中的经典方法，在利益分摊方面得到了广泛应用，能在一定程度上保证分配的公平性。然而，Shapley值法仅关注于参与者的边际贡献，其实质是对成员边际贡献的加权平均；该法的另一缺陷是不能保证分配结果位于核中。核仁法的思想是使对分配方案的最大不满意程度降到最低，但同样忽视了参与者的特性。

文献[2]从增加联盟稳定性的角度出发，考虑DER边际贡献及不确定性预测水平的差异，在Shapley值的分配结果基础上进行微调，然而未计及风险水平对收益分配的影响。

文献[3]研究了多个VPP的联合调度及利益分配问题，建立了基于奖惩的合作评判参考，并提出按实际出力比重分配收益，按固定比重分配奖惩的方法，但比重参数需人为设定，难免有失偏颇。

相关理论基础：

定义1设N＝{1,2,…,n}为博弈者集合，N的任意子集称为一个联盟。

定义2给定博弈者集合N，联盟S的总收益v(S)，若v满足则称v(·)为特征函数。

定义3联盟博弈(N，v)，N＝{1,2,…,n}，博弈的每个参与者i的收益值x_i构成n维向量x＝(x₁,x₂,…,x_n)满足

x_i≥v({i})(1)

则称x为联盟博弈(N，v)的一个分配。

定义4对任意联盟所有满足

的分配x构成的集合称为该联盟博弈的核(core)，记为C(N，v)。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于讨价还价博弈的分布式能源收益分配策略，建立一个相对公平、合理的DER合作收益分配机制，将DER风险水平因素纳入利润分配模型中，对间歇性电源(如风机、光伏)的预测表现进行量化评价。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的基于讨价还价博弈的分布式能源收益分配策略，包括以下步骤：

步骤一，根据DER风险水平对收益分配结果的影响确定效用函数：

其中，c_i、b_i为待定系数，当给定β_i后通过(0,0)、(1,1)两个特殊点求得；

步骤二，根据个人理性条件确定谈判初始点：

其中，v({i})是DERi的收益，v(N)是大联盟的收益；

步骤三，考虑边际贡献、不确定性预测精度及平衡市场惩罚力度量化谈判力；

步骤四，基于上述确定的效用函数、谈判力初始点和谈判力，构建VPP的收益分配模型：

其中，x_i∈(0,1)是参与者分配到的收益在大联盟总收益中的占比，为决策变量；U_i(·)是效用函数；α_i＞0为各成员的谈判力，满足N为参与者数量；x_i,min为参与者的谈判力初始点。

步骤五，采用内点法对步骤四的分配模型求解，得到各参与者的份额：

步骤三中谈判力的量化过程：