趙瑞鋒，鄭文杰，余志文，李世明，曾夢迪，楊 挺

（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600；2.南方電網(wǎng)電力科技股份有限公司，廣東廣州 510180；3.天津大學(xué) 電氣自動化與信息工程學(xué)院，天津 300072）

0 引言

“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出及能源互聯(lián)網(wǎng)的不斷推進(jìn)，越來越多的用戶由單純的消費者變?yōu)楫a(chǎn)銷者[1]。隨著儲能技術(shù)的發(fā)展，儲能與分布式產(chǎn)銷者結(jié)合既抑制了新能源出力的波動性又促進(jìn)了新能源的消納[2]。與此同時，分布式能源的上網(wǎng)增加了電網(wǎng)的調(diào)節(jié)壓力，許多國家通過降低上網(wǎng)電價來促使用戶進(jìn)行自我消納[3]。因此，須要結(jié)合分布式能源就地消納及儲能的利用率問題，通過構(gòu)建產(chǎn)銷者社區(qū)內(nèi)部資源共享系統(tǒng)，實現(xiàn)分布式能源和儲能共享，提高分布式能源和儲能利用率。

社區(qū)內(nèi)部各產(chǎn)銷者的儲能容量配置及分布式能源的消納方式?jīng)Q定了產(chǎn)銷者的投資壓力及分布式能源的消納能力，并極大地影響了能源共享社區(qū)的構(gòu)建。因此，積極探索能源共享社區(qū)內(nèi)產(chǎn)銷者參與內(nèi)部電力交易模式下儲能的合理配置是減少用戶投資壓力，提高儲能和分布式能源利用率的有效方法，對于能源共享社區(qū)的構(gòu)建具有重要的指導(dǎo)意義。

目前，關(guān)于儲能容量配置的研究多集中于微電網(wǎng)側(cè)提高供電可靠性[4]～[6]，用戶側(cè)能量套利與削峰填谷[7]，[8]，以及考慮源荷波動性的儲能容量配置[9]，[10]。這些配置方法均是針對獨立的儲能裝置，未涉及到共享儲能，系統(tǒng)成本高，利用率低，阻礙了儲能行業(yè)的發(fā)展。

共享經(jīng)濟(jì)可以降低儲能成本，提高儲能利用率。文獻(xiàn)[11]，[12]針對共享儲能的容量優(yōu)化配置，提出了計及分布式資源的雙層儲能配置方法。文獻(xiàn)[13]以社區(qū)為研究對象，在能量共享的基礎(chǔ)上，以投資回收周期最短以及線路損耗最小為目標(biāo)函數(shù)，對用戶側(cè)分布式共享儲能進(jìn)行容量優(yōu)化。文獻(xiàn)[14]以各個獨立的風(fēng)電廠為研究對象，提出了分布式儲能的一種共享機(jī)制，以凈收益最大為目標(biāo)函數(shù)建立了合作博弈的分布式共享儲能容量優(yōu)化配置方法。文獻(xiàn)[15]以不同用電特征的工業(yè)園區(qū)為研究對象，分析了分散式共享儲能系統(tǒng)與多個工業(yè)用戶的能量交互機(jī)理，以多用戶整體凈收益最大化為目標(biāo)對分布式共享儲能進(jìn)行優(yōu)化配置。文獻(xiàn)[16]，[17]針對共享儲能的應(yīng)用提出了點對點的交易模式，以提高用戶參與儲能共享市場的積極性。

上述文獻(xiàn)分別基于風(fēng)電場、微電網(wǎng)、工業(yè)園區(qū)等對共享儲能的容量配置進(jìn)行了研究，但均未在共享儲能的容量配置階段考慮內(nèi)部消納模式的影響。隨著產(chǎn)銷者社區(qū)的普及，分布式發(fā)電的滲透率持續(xù)提高，增大了電網(wǎng)的調(diào)節(jié)壓力，電網(wǎng)對分布式發(fā)電的消納由“自產(chǎn)自銷，余電上網(wǎng)”模式向社區(qū)內(nèi)部自我消納模式轉(zhuǎn)變[3]，社區(qū)內(nèi)部產(chǎn)銷者儲能容量配置與分布式發(fā)電的消納模式相互影響[18]。因此，在產(chǎn)銷者分布式共享儲能的規(guī)劃階段，考慮社區(qū)內(nèi)部的電力消納是非常必要的。

基于此，針對共享模式下社區(qū)光伏產(chǎn)銷者分布式儲能容量配置問題，提出了一種兩階段儲能容量優(yōu)化配置模型。該模型通過社區(qū)整體層面與社區(qū)內(nèi)部個體層面的結(jié)合來實現(xiàn)社區(qū)分布式共享儲能的最優(yōu)配置。階段一針對光伏產(chǎn)銷者社區(qū)，以社區(qū)整體年用電綜合費用最小為目標(biāo)，在滿足社區(qū)用電自足率的條件下，優(yōu)化社區(qū)總分布式儲能的容量。階段二針對光伏產(chǎn)銷者個體，基于內(nèi)部交易電價，在上層總?cè)萘考s束的條件下，以產(chǎn)銷者年用電節(jié)省收益最大為目標(biāo)建立了合作博弈的分布式共享儲能容量規(guī)劃模型。對于合作聯(lián)盟的年用電節(jié)省收益采用改進(jìn)Shapley值法進(jìn)行分配。最后通過算例驗證本文所提模型的有效性。

1 社區(qū)分布式光伏產(chǎn)銷者能量共享問題

1.1 社區(qū)分布式光伏產(chǎn)銷者能量共享框架

本文考慮的共享社區(qū)場景如圖1所示。由能量管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)社區(qū)內(nèi)部各用戶儲能及光伏的運行，實現(xiàn)社區(qū)內(nèi)部電力交易和分布式儲能共享的目的，從而降低用戶的儲能投資成本，促進(jìn)光伏就地消納。在共享社區(qū)內(nèi)，每個家庭擁有屋頂光伏、儲能系統(tǒng)以及相應(yīng)的負(fù)荷。

圖1 社區(qū)分布式儲能共享場景Fig.1 Community distributed energy storage sharing scenario

由圖1可知，光伏產(chǎn)銷者社區(qū)內(nèi)可以實現(xiàn)電力交易和儲能共享。在社區(qū)內(nèi)部，每個光伏產(chǎn)銷者均配備了智能電表用來記錄各自電量的交易情況。產(chǎn)銷者與產(chǎn)銷者之間，產(chǎn)銷者與配電網(wǎng)之間的電力交易由社區(qū)能量管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理和記錄。當(dāng)產(chǎn)銷者自身電量過剩時，其剩余電量可以在其他產(chǎn)銷者之間交易，并收取相應(yīng)的費用，多余的電量也可以存入自己的儲能系統(tǒng)或其它用戶的儲能系統(tǒng)；當(dāng)光伏產(chǎn)銷者存在功率缺額時，功率缺額可由其他用戶、自身儲能系統(tǒng)以及其他用戶的儲能系統(tǒng)提供。最后，通過智能電表記錄的電量交易情況實現(xiàn)收益的分配或費用的支出。

1.2 社區(qū)分布式光伏產(chǎn)銷者能量共享規(guī)則

合理的運行規(guī)則（圖2）有助于提高分布式光伏產(chǎn)銷者的光伏就地消納能力，降低對儲能的容量需求。如圖2所示，當(dāng)產(chǎn)銷者有剩余的功率時，首先用剩余功率滿足其他產(chǎn)銷者的功率缺額。如果仍有功率剩余，則將剩余的功率存入自己的儲能系統(tǒng)。當(dāng)自己的儲能系統(tǒng)充滿后仍有剩余功率時，則存入其他產(chǎn)銷者的儲能系統(tǒng)（共享儲能）。在共享社區(qū)所有獨立的儲能系統(tǒng)都充滿后，再將剩余的功率出售給電網(wǎng)。當(dāng)產(chǎn)銷者存在功率缺額時，首先從其他產(chǎn)銷者處購買多余的功率。如果仍存在功率缺額，則從自己的儲能系統(tǒng)中獲取功率。如果自己的儲能系統(tǒng)放完電后仍然存在功率缺額，則從其他產(chǎn)銷者的儲能系統(tǒng)（共享儲能）中獲取功率。當(dāng)共享社區(qū)內(nèi)儲存的電量全部放盡時，則從電網(wǎng)購買電量。

圖2 分布式光伏產(chǎn)銷者社區(qū)運行規(guī)則Fig.2 PV prosumer community operation strategy

2 社區(qū)光伏產(chǎn)銷者分布式儲能優(yōu)化配置模型

2.1 兩階段分布式儲能容量優(yōu)化配置框架

針對光伏產(chǎn)銷者分布式儲能的容量配置問題，建立了光伏產(chǎn)銷者社區(qū)層面與光伏產(chǎn)銷者個體層面相互協(xié)調(diào)的分布式儲能容量配置方法。具體如圖3所示。

圖3 產(chǎn)銷者分布式儲能容量兩階段優(yōu)化模型Fig.3 Two-level optimization model of distributed energy storage of PV prosumer

在階段一優(yōu)化模型中，主要考慮分布式光伏產(chǎn)銷者社區(qū)年用電綜合費用問題，將社區(qū)看作一個整體，根據(jù)社區(qū)內(nèi)部總的光伏產(chǎn)銷者出力以及總的負(fù)荷需求，在滿足社區(qū)用電自足率的約束條件下，優(yōu)化總的分布式儲能容量。

在階段二優(yōu)化模型中，主要考慮社區(qū)內(nèi)部各光伏產(chǎn)銷者配置儲能后的年用電費用節(jié)省問題。社區(qū)內(nèi)部可以進(jìn)行電力交易、儲能共享。由于儲能共享使得每個產(chǎn)銷者的用電成本不但與自己的光伏出力、儲能容量有關(guān)，而且與其他產(chǎn)銷者的光伏出力、儲能容量有關(guān)，同時每個產(chǎn)銷者都是獨立決策的主體，根據(jù)自身的電力消費情況，既可以獨立決策自己分布式儲能的容量，也可以以聯(lián)盟的形式?jīng)Q策自己分布式儲能的容量。因此階段二優(yōu)化模型以產(chǎn)銷者年用電費用節(jié)省最大為目標(biāo)函數(shù)建立合作博弈的分布式儲能容量規(guī)劃模型。

2.2 階段一目標(biāo)函數(shù)建模

2.2.1目標(biāo)函數(shù)

以社區(qū)的年用電綜合費用最小為目標(biāo)函數(shù)對分布式儲能總?cè)萘窟M(jìn)行優(yōu)化配置：

式中：Ccon為社區(qū)從電網(wǎng)年購電費用；Cbess為分布式儲能總的年投資成本；Com為分布式儲能總的年運行費用；Ctrans為分布式儲能共享時的總功率損耗。

對于同一個社區(qū)內(nèi)的用戶來說，共享儲能之間的連接線路相同，因此采用相同的線路傳輸損耗率來表征損耗成本[13]，[14]（本文的線路傳輸損耗僅針對儲能共享時產(chǎn)生的傳輸損耗）。具體如式（2）～（6）所示。

式中：pgrid（t）為社區(qū)從電網(wǎng)購售電的功率；λgrid為

式中：Kp為儲能的單位功率成本；Kinv為儲能輔助設(shè)備儲能變流器的單位功率成本；Kom為儲能的年維護(hù)成本系數(shù)；r為折現(xiàn)率；L為儲能系統(tǒng)投資年限；Pbess為分布式儲能總?cè)萘俊?/p>

式中：ηtrans為線路傳輸損耗系數(shù)；Ktrans為單位損耗功率的成本。

2.2.2約束條件

①功率平衡約束

社區(qū)能量管理系統(tǒng)必須維持用戶交互的實時功率的平衡。

②儲能系統(tǒng)運行約束

式中：pb（t）為儲能的能量狀態(tài)；ηch，ηdis分別為儲能的充電和放電效率。

③儲能系統(tǒng)能量狀態(tài)約束

④社區(qū)用電自足率約束

式中：ssth為社區(qū)用電自足率；ηtrans為儲能共享時的傳輸損耗率。

2.3 階段二目標(biāo)函數(shù)建模

2.3.1社區(qū)內(nèi)部電力交易價格建模

與產(chǎn)銷者直接和電網(wǎng)交易相比，在共享社區(qū)內(nèi)部，需要一個合適的價格機(jī)制來確保每一個產(chǎn)銷者在參與社區(qū)內(nèi)部電力交易后能夠獲得更好的收益。文獻(xiàn)[17]根據(jù)經(jīng)濟(jì)供需原理提出了社區(qū)內(nèi)部電力交易的動態(tài)定價模型。為了確保社區(qū)內(nèi)部電力交易的公平性，文獻(xiàn)[18]在文獻(xiàn)[17]的基礎(chǔ)上提出了動態(tài)定價的補償因子，通過算例驗證了該動態(tài)定價模型在光伏高滲透率下具有較好的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性。本文產(chǎn)銷者社區(qū)內(nèi)部交易定價采用相同的方法，具體定義如下所示。

當(dāng)SDR（t）=0時表示社區(qū)內(nèi)部無電力交易，即每個產(chǎn)銷者無盈余的出力，所有的功率缺額均須要從電網(wǎng)購買，此時的購售電價格等于電網(wǎng)的購售電價格；當(dāng)SDR（t）=1時表示能源共享社區(qū)內(nèi)部可以實現(xiàn)供需平衡，社區(qū)內(nèi)部的購售電價格相等，均等于出售給電網(wǎng)的價格加上補償因子；當(dāng)0＜SDR（t）＜1時或1＜SDR（t）時，社區(qū)內(nèi)部電力交易價格跟隨供需比的變化而變化。

2.3.2社區(qū)內(nèi)部光伏產(chǎn)銷者合作博弈建模

社區(qū)內(nèi)部分布式儲能的合作共享模式，本質(zhì)上就是合作博弈問題。根據(jù)合作博弈理論[19]，本文以社區(qū)內(nèi)部的產(chǎn)銷者作為參與者，以產(chǎn)銷者的分布式儲能容量作為策略，以產(chǎn)銷者的年用電節(jié)省費用作為支付，建立合作博弈模型：

2.3.3約束條件

①分布式儲能的相關(guān)約束

②容量約束

2.4 合作博弈收益分配

2.4.1傳統(tǒng)Shapley值收益分配策略

Shapley值是基于邊際貢獻(xiàn)的一種分配方法，如式（23）所示。

式中：φi（Ftotal）為參與者i分配的收益；N為所有參與者組成的大聯(lián)盟；n為大聯(lián)盟內(nèi)參與者的個數(shù)；S為大聯(lián)盟N內(nèi)任意一個小聯(lián)盟；為聯(lián)盟S內(nèi)參與者的個數(shù)；Ftotal（S）為聯(lián)盟S的用電節(jié)省收益；Ftotal（S{i}）為聯(lián)盟S內(nèi)除去參與者i后的用電節(jié)省收益。

2.4.2改進(jìn)Shapley值收益分配策略

傳統(tǒng)的Shapley值收益分配策略忽略了聯(lián)盟內(nèi)部每個個體的差異性，是理想情況下的收益分配，無法滿足聯(lián)盟內(nèi)部每個參與主體的實際需求。社區(qū)內(nèi)部的每一個光伏產(chǎn)銷者對共享儲能的利用程度不同，在對共享儲能充放電的過程中，勢必會產(chǎn)生功率損耗，造成共享儲能使用者的經(jīng)濟(jì)損失。為了鼓勵產(chǎn)銷者積極參與合作聯(lián)盟，在節(jié)省收益的分配中，應(yīng)考慮儲能共享過程中的功率損耗影響。因此，對于共享儲能使用過程中功率損耗較大的產(chǎn)銷者，應(yīng)適當(dāng)?shù)卦黾幽暧秒姽?jié)省收益的分配。設(shè)產(chǎn)銷者i的新權(quán)重fi為

產(chǎn)銷者i的新權(quán)重與舊權(quán)重之差為

利用權(quán)重差值調(diào)整年用電節(jié)省收益分配得：

式中：φi（F*total）為考慮改進(jìn)Shapley值法的產(chǎn)銷者對用電節(jié)省收益的分配結(jié)果。

3 案例仿真及分析

3.1 參數(shù)設(shè)置

采用某地光伏產(chǎn)銷者社區(qū)實測光伏及負(fù)荷數(shù)據(jù)[21]以及當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的分時電價[22]，對本文所提的規(guī)劃方法進(jìn)行仿真驗證，具體參數(shù)如表1所示。

表1 設(shè)備參數(shù)Table 1 Devices parameters

3.2 結(jié)果分析

本文設(shè)置如下兩個場景對所提的容量優(yōu)化配置方法進(jìn)行對比分析。

場景1：以分布式光伏產(chǎn)銷者為基本單位，不考慮分布式儲能的共享，對光伏產(chǎn)銷者的分布式儲能容量進(jìn)行配置。

場景2：采用兩階段容量優(yōu)化配置方法對產(chǎn)銷者分布式儲能進(jìn)行容量配置（本文所提的模型）。

3.2.1社區(qū)層面優(yōu)化結(jié)果分析

社區(qū)層面不同場景下的優(yōu)化結(jié)果見表2。

表2 社區(qū)層面優(yōu)化結(jié)果Table 2 Optimization results in community

由表2可以看出，場景2的分布式儲能總?cè)萘勘葓鼍?降低了36.48%，表明通過社區(qū)層面對分布式儲能進(jìn)行統(tǒng)一配置，降低了所需分布式儲能的總?cè)萘?，從而約束了下層社區(qū)內(nèi)部光伏產(chǎn)銷者分布式儲能的容量配置。

場景2的社區(qū)用電自足率比場景1提高了9.5%，這是因為場景2是從社區(qū)層面對產(chǎn)銷者的光伏出力和負(fù)荷情況進(jìn)行統(tǒng)一安排，實現(xiàn)了不同光伏產(chǎn)銷者之間的功率互濟(jì)，從而促進(jìn)了光伏的就地消納，提高了社區(qū)用電自足率。

場景2的社區(qū)年用電綜合費用減少了21.98%，這是因為場景1對分布式儲能單獨配置，不考慮共享和合作，所配置的儲能容量較大，加上目前儲能的投資維護(hù)費用較高，社區(qū)的年用電綜合費用較高；場景2通過社區(qū)層面對產(chǎn)銷者的光伏和負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)一安排，增加了光伏的就地消納能力，減少了儲能的容量配置，因此其社區(qū)年用電綜合費用較低。

3.2.2個體層面優(yōu)化結(jié)果分析

在社區(qū)層面分布式儲能總?cè)萘績?yōu)化的基礎(chǔ)上，對社區(qū)內(nèi)部各光伏產(chǎn)銷者的分布式儲能容量進(jìn)行配置，社區(qū)內(nèi)部交易電價如圖4所示，具體優(yōu)化結(jié)果如表3所示。

圖4 社區(qū)內(nèi)部交易電價Fig.4 Internal electricity prices

由圖4可以看出，社區(qū)內(nèi)部的交易電價隨著社區(qū)內(nèi)部的供需比而變化，始終在電網(wǎng)售電電價和上網(wǎng)電價之間變化。0：00-7：00，20：00-0：00為低谷時段，社區(qū)內(nèi)部無電量供應(yīng)，所需要的電量均要從電網(wǎng)購買，此時內(nèi)部購售電交易價格等于電網(wǎng)的購售電價格；7：00-12：00，17：00-19：00為峰值時段，此時為光伏的高發(fā)時段，同時用戶的負(fù)荷程度偏低，社區(qū)內(nèi)部供需比大于1，因此社區(qū)內(nèi)部的購售電交易價格低于從電網(wǎng)購電的價格，高于上網(wǎng)電價；其他時段為平值時段，社區(qū)內(nèi)部可以實現(xiàn)供需均衡，此時社區(qū)內(nèi)部的購售電價格和電網(wǎng)的購售電價格略有差別，但相差不大。因此，本文所采用的內(nèi)部交易定價機(jī)制符合實際情況，確保每一個產(chǎn)銷者在參與社區(qū)內(nèi)部電力交易后可以獲得更好的收益。

由表3可以看出，場景1下各個產(chǎn)銷者的容量配置均大于場景2下各個產(chǎn)銷者的容量配置，場景2總的年用電節(jié)省收益比場景1提高了2.25%。這說明產(chǎn)銷者參與共享與合作后，發(fā)揮了主動參與聯(lián)盟運行的優(yōu)勢，實現(xiàn)了不同光伏產(chǎn)銷者之間的功率互濟(jì)，對各自的分布式儲能進(jìn)行合理的配置，促進(jìn)了社區(qū)內(nèi)部光伏出力的就地消納，促進(jìn)了年用電節(jié)省收益的提升。

3.2.3合作模式效益及分配結(jié)果分析

表4為不同博弈模式下各產(chǎn)銷者年用電節(jié)省收益情況，表5為基于傳統(tǒng)和改進(jìn)Shapley值法對合作聯(lián)盟的額外收益進(jìn)行分配的情況。在考慮各個產(chǎn)銷者與共享儲能之間的功率交互所產(chǎn)生的功率損耗后，產(chǎn)銷者1在利用共享儲能進(jìn)行充放電時產(chǎn)生的功率損耗最大，產(chǎn)銷者3次之，產(chǎn)銷者2最小。為了激勵產(chǎn)銷者1參與聯(lián)盟進(jìn)行儲能共享，考慮儲能共享過程中的功率損耗這一因素，提高其收益的分?jǐn)倷?quán)重，降低產(chǎn)銷者2和產(chǎn)銷者3的分?jǐn)倷?quán)重。產(chǎn)銷者1的權(quán)重提高了0.013 7，產(chǎn)銷者3和產(chǎn)銷者2的分?jǐn)倷?quán)重分別降低了0.006 3和0.007 4。

表4 不同博弈模式下產(chǎn)銷者年用電節(jié)省收益Table 4 Annual electricity savings for prosumers under different gaming models

表5 常規(guī)及改進(jìn)Shapley值的分配結(jié)果Table 5 Allocation strategies based on conventional and improved Shapley values

由表4可以看出，與非合作模式相比，不同聯(lián)盟組合下的運行效益均有相應(yīng)的增長，其中各光伏產(chǎn)銷者組成大聯(lián)盟的合作模式下，總的運行效益增長最大，為5.74%。這說明本文所提的合作博弈模型在實現(xiàn)分布式共享儲能合理配置的情況下，可以有效提高各產(chǎn)銷者的年用電節(jié)省收益。

由表5可以看出，與常規(guī)Shapley值法相比，采用改進(jìn)Shapley值法產(chǎn)銷者1所分配的年用電節(jié)省收益增加了6.37%，產(chǎn)銷者2和產(chǎn)銷者3所分配的年用電節(jié)省收益有所下降，其中產(chǎn)銷者2降低了5.31%，產(chǎn)銷者3降低了3.39%。這表明改進(jìn)Shapley值法能夠有效調(diào)整各產(chǎn)銷者因儲能共享而產(chǎn)生的功率損耗對年用電節(jié)省收益的分配的影響。

3.3 社區(qū)內(nèi)部儲能共享及電力交互情況分析

3.3.1儲能的共享情況分析

以夏季某一典型日為例對社區(qū)內(nèi)部產(chǎn)銷者的分布式共享儲能的調(diào)用情況進(jìn)行分析，具體結(jié)果如圖5所示。

圖5 夏季典型日社區(qū)內(nèi)部分布式儲能共享情況Fig.5 Distributed energy storage sharing within the community

由圖5可以看出，產(chǎn)銷者1在7：00-19：00時段調(diào)用儲能裝置進(jìn)行充電，其中在14：00-16：00時段產(chǎn)銷者3儲能的容量狀態(tài)不變，而產(chǎn)銷者1此時調(diào)用儲能的容量峰值超過了自身儲能的限額，原因是產(chǎn)銷者3在此時段的負(fù)荷較大，無多余的光伏出力對儲能充電，產(chǎn)銷者1有較大的光伏出力，在滿足自己的儲能充電需求后，調(diào)用產(chǎn)銷者3的閑置儲能資源進(jìn)行充電。由此可知，社區(qū)分布式儲能的共享能夠根據(jù)不同產(chǎn)銷者的分布式光伏出力情況及用能特點，整合利用整個社區(qū)的儲能資源，進(jìn)一步促進(jìn)了可再生能源的消納，提高了可再生能源的利用率。

3.3.2社區(qū)內(nèi)部電力交互情況分析

以產(chǎn)銷者1和產(chǎn)銷者3為例（光伏產(chǎn)銷者1有較大的光伏出力，光伏產(chǎn)銷者3有較大的負(fù)荷需求），選取夏季某一周內(nèi)的電量交互情況進(jìn)行分析，具體結(jié)果如圖6所示。

圖6 夏季一周內(nèi)社區(qū)內(nèi)部產(chǎn)銷者電量交互情況Fig.6 Power distribution of prosumer in the community in a selected summer week

對于負(fù)荷水平較低的產(chǎn)銷者1，光伏出力在滿足自身負(fù)荷使用后還有較大富余，該富余電量主要用于與其他產(chǎn)銷者進(jìn)行交易，通過自己的儲能存儲或者利用其他用戶的儲能進(jìn)行存儲，如圖6（a）所示。對于負(fù)荷水平較高的產(chǎn)銷者3，光伏出力大部分用于滿足自身負(fù)荷需求或者由自己的儲能儲存，其對外共享的電力很少，如圖6（b）所示。

3.4 敏感性分析

3.4.1價格敏感性分析

上網(wǎng)電價的高低決定了用戶多余的光伏出力是在社區(qū)內(nèi)部進(jìn)行交易還是出售給電網(wǎng)，從而決定了用戶建多大容量的儲能裝置用于存儲多余的光伏出力，使其獲得更多的效益。不同產(chǎn)銷者的分布式儲能的容量與上網(wǎng)電價的關(guān)系如圖7所示。

圖7 不同上網(wǎng)價格下用戶儲能配置情況Fig.7 Comparison of energy storage capacity at different prices

由圖7可以看出，不同產(chǎn)銷者配置的儲能容量與上網(wǎng)電價有相同的變化趨勢。在上網(wǎng)電價小于0.08元/（kW·h）時，隨著上網(wǎng)電價的增加，各個產(chǎn)銷者所配置的分布式儲能容量減少，且變化趨勢較快；當(dāng)上網(wǎng)電價大于0.08元/（kW·h）時，隨著上網(wǎng)電價的上升，產(chǎn)銷者的儲能配置變化不大。這是因為在上網(wǎng)電價小于0.08元/（kW·h）時，產(chǎn)銷者根據(jù)內(nèi)部交易的定價機(jī)制可獲得更好的收益，從而促使用戶建設(shè)較大容量的儲能裝置，使光伏富余出力在社區(qū)內(nèi)部交易；當(dāng)上網(wǎng)電價大于0.08元/（kW·h）時，社區(qū)內(nèi)部的交易已不能使其獲得更好的收益，產(chǎn)銷者在配置滿足用電自足率的儲能容量后，多余的光伏出力向電網(wǎng)出售。

3.4.2共享儲能功率損耗率敏感性分析

按照本文的運行策略，在社區(qū)內(nèi)部分布式儲能共享過程中，由于傳輸距離問題勢必存在著功率損耗。為分析合作博弈聯(lián)盟結(jié)構(gòu)下傳輸損耗對容量配置結(jié)果及年用電節(jié)省收益的影響，設(shè)置不同的傳輸損耗率。產(chǎn)銷者分布式儲能容量的配置、年用電節(jié)省收益與儲能共享過程中的功率損耗率的關(guān)系如圖8所示。

圖8 不同損耗率下的容量配置及年用電節(jié)省收益Fig.8 The relationship between the revenue of prosumer and the cost of energy storage capacity

由圖8可以看出，當(dāng)分布式儲能共享過程中的功率損耗率由2%增加到8%時，總的儲能容量增加了3.52%，但總的年用電節(jié)省收益僅提高了0.87%，幾乎保持不變。這是因為在儲能共享過程中的功率損耗率增加時，滿足相同的儲能需求所需的儲能容量增加了。本文所提的分布式共享儲能容量配置模型對損耗率波動的靈敏度較小，說明本文所提的分布式儲能容量配置模型與分布式儲能共享過程中的功率損耗具有較好的魯棒性。

4 結(jié)論

本文研究了光伏產(chǎn)銷者社區(qū)分布式儲能容量配置，建立了分布式儲能容量配置的兩階段優(yōu)化模型，在考慮儲能共享過程中功率損耗的基礎(chǔ)上，通過社區(qū)整體層面與個體層面的容量約束來實現(xiàn)分布式儲能的最優(yōu)配置。在滿足社區(qū)年用電費用最小的條件下，通過合作博弈的方法實現(xiàn)社區(qū)內(nèi)部各個參與者的用電節(jié)約成本最大以及分布式共享儲能容量的最優(yōu)配置。最后通過算例驗證本文所提模型的有效性并得出以下結(jié)論。

①本文所提的兩階段分布式儲能容量配置方法，通過光伏產(chǎn)銷者社區(qū)層面與個體層面的結(jié)合，有效地解決了產(chǎn)銷者單獨配置儲能時容量過大的問題。

②合理的上網(wǎng)電價可降低產(chǎn)銷者社區(qū)與主網(wǎng)的功率交互，提高光伏的就地消納率，從而影響光伏產(chǎn)銷者分布式儲能的容量配置。基于內(nèi)部供需平衡的定價機(jī)制，促進(jìn)了社區(qū)內(nèi)部的光伏交易，提高了光伏就地消納率，同時又降低了光伏產(chǎn)銷者對分布式儲能的容量需求。

③分布式儲能在共享過程中的功率損耗對光伏產(chǎn)銷者的容量配置有一定的影響。光伏產(chǎn)銷者社區(qū)中共享功率占總功率的比例較小，可忽略共享過程中的功率損耗對分布式共享儲能容量配置的影響。