【精彩論文推薦】上海交通大學 張高,蔣傳文等:基於主從博弈的含電動汽車虛擬電廠協調調度

電力系統自動化2018-07-05 05:15:32

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原文發表在《電力系統自動化》2018年第42卷第11期,歡迎品讀。



本文引文信息

張高, 王旭, . 基於主從博弈的含協調調度 [J]. 電力系統自動化, 2018, 42(11): 48-55. DOI: 10.7500/ AEPS20170607005.

ZHANG Gao, WANG Xu, JIANG Chuanwen. Stackelberg Game Based Coordinated Dispatch of Virtual Power Plant Considering Electric Vehicle Management[J].Automation of Electric Power Systems, 2018, 42(11): 48-55. DOI: 10.7500/ AEPS20170607005.



基於主從博弈的含電動汽車虛擬電廠協調調度

DOI: 10.7500/AEPS20170607005

張高,王旭,蔣傳文



1
  研究背景及內容


電動汽車作為配電網中最為重要的主動負荷,其充電優化管理成為目前售電側開放下的重點研究領域之一。而虛擬電廠作為電網分佈式能源管理的重要解決方案,其傳統定義側重於在發電側聚合小容量分佈式電源以提高可再生能源在電網中的消納程度,結合售電側開放下的電力市場改革需求,本文提出以虛擬電廠作為售電實體參與電動汽車充電管理的雙層優化模型。在上層能量市場交易模型中,虛擬電廠作為分佈式電源與電動汽車的聚合代理商電能申報與交易;在下層售電側模型中,虛擬電廠通過主從博弈制定合理的售電價格引導電動汽車的有序充電入網並通過協調調度集中整合優化分佈式能源。算例分析表明,通過虛擬電廠的集中優化管理可以有效實現分佈式能源與電動汽車的能源互補並提升整體運行經濟性。



2
  虛擬電廠如何參與電力市場?


虛擬電廠作為分佈式能源聚合與管理的重要解決方案,可以參與包括日前市場DAM和功率平衡市場RBM在內的電力市場多品種交易。同時,結合電力市場改革中售電側開放的目標,本文提出以虛擬電廠作為售電實體通過價格機制引導實現電動汽車的有序併網,其市場交易框架如圖1所示。

圖1  虛擬電廠參與下的電力市場框架



3
  主從博弈模型是如何構建的?


本文提出以主從博弈(Stackelberg Game)為技術手段實現虛擬電廠售電經濟收益與電動汽車充電成本間的博弈均衡。在主從博弈的上層模型中,虛擬電廠作為主從博弈的價格制定者通過分析電動汽車的充放電偏好以優化制定充電價格策略,並將電動汽車作為分佈式電源的組成部分進行統一的整合與控制,以提升虛擬電廠在參與電力市場交易中的整體經濟性;在主從博弈的下層模型中,電動汽車作為主從博弈中的價格接受者響應價格信號,以充電成本經濟性為優化目標實現充放電策略的整體優化。通過主從博弈,建立了虛擬電廠與電動汽車間的價格激勵引導模型,在保證電動汽車的使用意願下提高了虛擬電廠對於電動汽車的狀態感知與集中控制水平



4
  虛擬電廠優化運行的優勢體現在哪裡?


虛擬電廠的優化運行優勢主要體現在以下三個方面:


1)通過虛擬電廠的資源整合與功率再分配在有效提高可再生能源的併網消納水平、避免棄風棄光現象的同時也有效提升了可控分佈式電源的利用率,實現了各分佈式電源間發電功率的優化配置。


2)通過虛擬電廠與電動汽車間的主從博弈模型可以有效優化虛擬電廠的售電策略,並通過電價信號有效引導電動汽車的有序併網,有效緩解了電動汽車無序併網所帶來的管理難題。


3)通過虛擬電廠的集中優化,可以提高分佈式電源間的協調運行水平,通過對可控分佈式電源的功率調控和電動汽車充電負荷的價格引導來消納不可控分佈式電源的功率波動風險。部分仿真結果如圖2和圖3所示,更多算例分析詳見原文。

圖2  日前電力市場交易功率分佈


圖3  電動汽車充放電功率分佈



5
  電動汽車充電偏好有何影響?


當電動汽車充電偏好集中時,虛擬電廠作為主從博弈主動方會在策略制定中佔據優勢地位,通過分析電動汽車的充電偏好並提高集中時段的平均售電價格從而獲得更高的經濟收益。反之,當電動汽車充電偏好分散時,虛擬電廠的售電策略也會趨於平穩分佈以降低所面臨的風險成本。由此可見,電動汽車的充電偏好不僅影響自身的充電成本與經濟性,也對虛擬電廠的售電策略和參與電力市場的競價策略有明顯的影響。部分算例分析結果如圖4和圖5所示,更多分析請參見原文。

圖4  日前電力市場交易功率分佈


圖5  電動汽車充電功率分佈



6
  總結與展望


本文針對虛擬電廠主從博弈下的電動汽車優化運行問題進行了建模分析,提出以虛擬電廠整合多種分佈式電源並作為售電商通過售電價格策略的優化來引導電動汽車的有序充電,本文深入探討分析了分佈式電源波動性和電動汽車充電偏好對於虛擬電廠優化調度經濟性和售電策略所帶來的影響,其特點在於以下三方面:


1)通過虛擬電廠的集中優化實現了分佈式電源和電動汽車的整合,提高了分佈式電源在電網中的消納水平,通過協調調度可控分佈式電源作為正/負功率補償降低了風電、光伏的波動性所帶來的風險成本。


2)在下層模型中虛擬電廠通過與電動汽車的主從博弈,實現了自身售電策略的優化和電動汽車的有序充電引導,從而提高了電動汽車和分佈式電源在參與電網能量交易中的經濟收益。


3)在上層日前與功率平衡市場的交易模型中,虛擬電廠作為價格接受者,通過合理引導電動汽車的有序充電與可控分佈式電源的功率補償實現了負荷削峰填谷並提高了供電可靠性。


在後續的研究分析中,可以進一步研究虛擬電廠作為價格制定者參與電力市場的競價策略優化並對電動汽車的充電不確定性進行建模分析和風險評估。



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《電力系統自動化》2018年第11期目次


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作者及團隊介紹


張高,上海交通大學博士研究生,主要研究方向為電力市場、電力經濟與虛擬電廠。


王旭,上海交通大學博士,美國伊利諾伊理工大學博士後,主要研究方向為電力市場和電力系統風險管理。


蔣傳文,博士,上海交通大學電氣工程系教授,博士生導師,主要研究方向為電力市場和智能電網。


上海交通大學電氣工程系蔣傳文教授所帶領的科研團隊現有碩博士20餘人,主要面向智能電網和電力市場等相關領域的核心問題進行研究。目前研究團隊在虛擬電廠、負荷聚集商、微網、能源互聯網等相關領域的研究中取得了豐碩的成果。蔣傳文教授負責主持和參與了多個國家“863”計劃、重點研發計劃、國家自然科學基金和國家電網科技項目,部分科研成果得到了國家電網公司的認可與推廣。近年來團隊獲得國家科技進步二等獎1項,並在國內外期刊發表SCI、Ei論文百餘篇。


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