基于博弈论的配电侧多微电网系统优化运行方法研究

微电网是未来智能电网的重要组成部分,在提升配电系统分布式可再生能源接纳能力与保障用户供电可靠性等方面起着至关重要的作用。伴随可再生能源的持续发展、售电侧市场改革的不断推进及能量管理技术的日趋成熟,越来越多的微电网将出现在配电系统中,形成多微电网系统。与此同时,配电系统的优化运行也将面临新的挑战,传统单主体决策为主要特征的配电系统优化方法将难以解决因多微电网系统带来的复杂主体的多目标优化问题。在此背景下,本文以博弈论为基础,探索不同利益主体之间的功率协调与利益分配问题,开展配电侧多微电网系统优化运行方法的研究。论文的主要内容及创新点如下:本文建立了博弈论在含多微电网的配电系统的典型应用框架,从非合作主从架构博弈、合作主从架构博弈、合作对等架构博弈三个方面给出了博弈模型应用的总体思路;分析了博弈论应用于配电侧多微电网系统所涉及的各类边界条件及博弈类型选择与边界条件之间的对应关系;并对本文研究内容所涉及博弈理论的基础内容进行了介绍。针对配电运营商与多个微电网运营商之间的非合作电能交易,本文提出了非合作主从博弈模型。其中,配电运营商是博弈的领导者,微电网运营商是博弈的跟随者。文章将博弈优化问题等价为一个双层优化模型,博弈的领导者采用差分进化的算法对最优内部电价策略进行搜索,博弈的跟随者则根据当前电价优化微电网内部的功率调度,经过反复迭代算法优化结果不断地收敛至博弈的均衡解。算例分析表明所提模型可得出优于电网电价的内部电价制定方案,并有效降低了配电运营商与微电网运营商的运行成本。针对配电运营商与多个微电网运营商之间的合作电能交易,本文将提出了合作主从博弈纳什议价模型。其中,配电运营商是整个合作博弈的中心,所有微电网运营商均只能和配电运营商进行合作,并以配电运营商按电网电价与微电网运营商进行电能交易的优化结果作为纳什议价的谈判破裂点。文章证明了该纳什议价模型等价于整个配电系统的社会成本最优化问题,说明了合作博弈的稳定性。采用交替方向乘子法构建了配电运营商与多个微电网运营商之间的分布式优化架构,其中博弈的参与者只需交换期望的交易电量与交易电价,从而很好地保护了博弈参与者的隐私信息。在分布式优化过程中,通过自适应调整优化参数提高了原始残差的收敛速度,使得分布式优化算法可以快速收敛至纳什均衡解。算例分析表明所提模型可以得出有效的双向出清电价,降低了配电运营商与微电网运营商的运行成本,并实现了整个系统社会成本最优。针对无配电运营商参与的多个微电网间的直接电能交易,本文将提出了合作对等博弈纳什议价模型。模型中考虑了微电网运营商通过配电网络进行电能交易的过网费问题,并以微电网运营商以只与配电运营商按电网电价进行电能交易的优化结果作为纳什议价的谈判破裂点。文章证明了该纳什议价模型等价于所有微电网的社会成本最优化问题,说明了合作博弈的稳定性。并将原问题优化转换为两个序贯凸子问题:社会成本最小化与支付效益最大化问题。文章采用交替方向乘子法构建了微电网运营商之间的分布式优化架构,对两个子问题进行分阶段求取。算例分析表明所提模型可以求出直接电能交易所期望的电量与电价,最大程度的降低了微电网运营商的运行成本,实现了多微电网的社会成本最优。针对上述配电侧多微电网系统优化运行方法,本文以两个实际的交流微电网系统为基础,构建虚拟电能交易平台,进一步验证上述配电网侧多微电网优化方法在实际应用的有效性。本文设计了实际系统的实验流程,并采用专用设备对本地设备的运行可靠性进行了验证。在此基础上,本文在晴、多云、阴天不同天气条件下分别对三种优化运行方案进行实验验证,并将得到的最优运行成本结果进行对比分析。实验结果表明,本文所提出的三种配电侧多微电网系统的优化运行方法分别适用于三种不同的配电系统利益诉求。