錢 程

（國電華研電力科技有限公司）

0 引言

近年來，研究者做出了重大努力來提高智能電網(wǎng)的技術和經(jīng)濟性能，不同的參與者在這些電網(wǎng)中做出決策，市場環(huán)境中的這種小規(guī)模電網(wǎng)允許分布式能源（DER）和家庭微電網(wǎng)（HMGs）之間通過池市場進行能量交換［1-2］。在這個市場上，需求響應（DR）在微電網(wǎng)能源管理中的重要性是顯而易見的，需求側管理（DSM）主題集中在消費者側的能源消耗控制。這種能源控制由電力公司和企業(yè)協(xié)調(diào)，而不控制DER。當后者受到控制時，它被定義為能源管理。部分文獻中考慮了暖通空調(diào)系統(tǒng)能量優(yōu)化的DR，前人開發(fā)了一種用于建筑物暖通空調(diào)系統(tǒng)的價格響應DR。他們還考慮了DER，包括光伏發(fā)電和儲能［3-5］。

1 BL-HIA結構及決策分析

1.1 基于BL-HIA結構分析

H-MG在獨立或聯(lián)盟操作中遇到的問題可以建模為兩層結構，這是一個決策問題，包括幾個試圖在可連接的依賴集上優(yōu)化其相應目標函數(shù)的代理，事實上，代理是一個可以充當DER或連接到其他單元的對象。BL-HIA（雙層分層交互架構），如圖1所示，上層問題集中于在滿足上層約束和一組下層問題的條件下，在獨立或聯(lián)盟操作中具有較高優(yōu)先級的H-MG的利潤最大化。在上層問題中具有較高操作優(yōu)先級的H-MG是基于它們的報價來識別的。上層限制包括對DER的數(shù)量和供應投標的限制、市場監(jiān)管機構可獲得的最低電力容量以及H-MG和零售商的采購／銷售數(shù)量。較低層次的問題說明了市場清算價格（MCP），以使具有較低運營優(yōu)先級的H-MG的利潤最大化，同時滿足每個H-MG的均衡約束、發(fā)電／消費限制以及參與DSM計劃的消費者數(shù)量。

圖1 BL-HIA架構圖

如圖1所示，H-MG運營 （在獨立或聯(lián)盟運營中）的更高優(yōu)先級由能源過剩／短缺缺口和允許預期利潤最大化的供應／需求投標來定義。通過考慮較低級別問題中的每個代理都表現(xiàn)出與基于報價的具有較高操作優(yōu)先級的H-MG的收入相對應的最優(yōu)操作，來實現(xiàn)每個H-MG的利潤最大化。這種最優(yōu)操作包括在獨立或聯(lián)合操作中對每個消費者提供和轉移需求的估計。應該注意的是，具有較高優(yōu)先級和較低優(yōu)先級的H-MG（或競爭對手的H-MG）之間的競爭在較高和較低級別上被明確地建模。圖1中所示的上層和下層問題是相互關聯(lián)的。較低級別的問題估計競爭對手H-MG的價格和數(shù)量，這直接影響插入上述問題中的H-MG的利潤。換言之，在上層問題中，與組建聯(lián)盟有關的決策，或由競爭對手的戰(zhàn)略HMG采取投標策略的決策，也會對下層問題產(chǎn)生的MCP有重大影響。

在BL-HIA結構中，還考慮了H-MG的聯(lián)營價格、電力／熱負荷需求和采購／銷售價格的不確定性。有研究者使用多項式混沌方法來考慮不確定性。此外，使用KKT方法，將所提出的雙層模型簡化為一級問題。

1.2 基于BL-HIA結構的決策過程

HMG、消費者和零售商在BL-HIA結構中的決策過程可以總結如圖2所示。在調(diào)度范圍的開始，每個H-MG在DSM上為與其他HMG的獨立或聯(lián)盟操作提供必要的決策。此外，在此期間向消費者提供供應或需求投標。這些決策是在考慮未來市場價格、消費者負荷狀況和競爭對手H-MG供應投標的不確定性的情況下做出的。供應投標是安裝在H-MG中的DER成本的函數(shù)。

圖2 決策過程

消費者對能源供應商的選擇：當每個HMG提供供應報價時，消費者將選擇HMG作為其電力／熱負荷的能源供應商。這些決定是根據(jù)這些價格的可靠信息做出的，這些信息是在考慮到價格和需求的不確定性的情況下估計的。出于建模目的，通過對具有類似規(guī)格的消費者進行分組來創(chuàng)建多組消費者，以響應HMG的報價。

市場中H-MG的能量交換：在穩(wěn)定H-MG（獨立或聯(lián)盟運營）的性能并設置供需出價后，每個H-MG可以在調(diào)度范圍的每個時間間隔內(nèi)決定（從市場中的其他H-MG）的數(shù)量，以滿足其消費者的需求。

2 實例分析

所研究的電網(wǎng)如圖3所示，其中EDS代表配電系統(tǒng)；FDS代表燃油分配系統(tǒng)；E代表電量；H表示熱量；EB表示電鍋爐；TES表示熱能儲存；CHP表示熱電聯(lián)產(chǎn)；GB表示煤氣鍋爐；STP表示太陽能熱電板，EHP表示電熱泵，安裝在H-MG（A和C）中的ES（能量存儲）系統(tǒng)用于儲存多余的電能和熱能。

圖3 網(wǎng)絡架構

根據(jù)H-MG的獨立和聯(lián)盟操作，我們可以為所研究的電網(wǎng)定義以下場景。

場景1（｛A｝、｛B｝、｛C｝、｛RET｝）：該場景描述H-MG的獨立操作。部署了一個單級算法來對這種情況進行建模，H-MG的獨立操作進一步闡明了這一點。

場景2：該場景描述了H-MG之間的聯(lián)盟，該聯(lián)盟發(fā)生在BL-HIA結構的一個級別，并在另一個級別以獨立行動運作。這種場景的表示可以采?。ǎ鸄，BC｝，｛AB，C｝，｛AC，B｝，｛B，AC｝，｛BC，A｝，｛C，｛AB｝｝）的形式。該場景還研究了下級H-MG組成聯(lián)盟對獨立改變以高優(yōu)先級運行上級H-MG的策略的影響。

H-MGA、B和C的載荷分布如圖4～6所示。

圖4 H-MGA不同情景下的正DR（DR＋）和負DR（DR-）

圖5 H-MGB不同情景下的正DR（DR＋）和負DR（DR-）

圖6 H-MGC不同情景下的正DR（DR＋）和負DR（DR-）

對于H-MG的獨立操作，H-MGA的大部分RLD從MCP較高的時間間隔轉移到MCP較低的時間間隔。偏移的負載量在HMG的總負載中占很大份額。更具體地說，55%的負荷從MCP較高的時間間隔轉移到MCP較低的其他時間間隔，目的是使H-MG所有者的利潤最大化。相比之下，當H-MG在聯(lián)盟結構中運行時，該圖中的能源消耗顯著降低。對于｛B，AC｝的聯(lián)盟場景，這種能量消耗是最低的（21%）。當聯(lián)盟場景對應于｛B，AC｝時，能量消耗處于最低水平（21%）。

此外，負荷轉移程度的降低源于DSM計劃，該計劃旨在通過考慮在MCP值高時采用負荷轉移，以及最大限度地使用HMGA區(qū)間資源，并在負荷轉移處于最低水平時有效地降低發(fā)電成本，從而為消費者實現(xiàn)更高的回報。此外，聯(lián)盟結構 ｛A，BC｝中HMG的負載分布與替代聯(lián)盟結構｛AB，C｝的負載分布相同，并且對H-MGA中的消費水平?jīng)]有顯著影響。這種趨勢與H-MGB的情況完全不同。更具體地說，在HMG獨立運行期間，H-MGB中的負載轉移程度處于最低水平（幾乎占24h內(nèi)總負載的30%）。因此，H-MG之間的聯(lián)盟將增加消費者對DR計劃的參與度，這一比例幾乎可以達到42%～50%。

當HMGB和A在BL-HIA結構的較低級別形成聯(lián)盟，同時在結構的較高級別具有旨在最大化HMG C利潤的目標函數(shù)時，實現(xiàn)了最小的負載轉移量。此外，這些條件與具有類似性質(zhì)的｛AC，B｝聯(lián)盟結構相當。在以前的條件下，過剩發(fā)電能力的很大一部分用于滿足H-MGC的需求。

因此，這種能量的可忽略部分被分配用于供應H-MGB中的響應負載。重要的是要澄清，在H-MG C的情況下，在獨立運行條件下，總DR（需求響應）的值明顯大于總DR＋的值。雖然僅占時間間隔的17%，但H-MGC經(jīng)歷了DR＋算法，當經(jīng)歷DR-時，這一數(shù)字將達到83%。DR中的這種趨勢與聯(lián)盟結構的情況相當，在聯(lián)盟結構中，總負荷隨DR＋總負荷值的變化程度在日常表現(xiàn)中彼此接近。通過在H-MG B和A之間形成聯(lián)盟，消費者對H-MGC的參與率顯著提高，達到40%以上。只有在聯(lián)盟結構｛B，AC｝中，這樣的值才能是最小值（21%）。

這些條件也與聯(lián)盟結構｛AC，B｝的條件相同，并且具有相似的性質(zhì)。在以前的條件下，過剩發(fā)電量的很大一部分用于滿足H-MGC的需求。

3 結束語

本文提出了一種結合電力市場環(huán)境下發(fā)電量問題的優(yōu)化發(fā)展方案。提出了一種方法來研究在多個HMG中增加H-MG、消費者和零售商收入的可能性。參與者的這些表現(xiàn)是在市場環(huán)境中適當建模的。一位H-MG程序員試圖增加其收入，只要它能與DER及其消費者自由談判能源交換。它還可以將與其他H-MG組成聯(lián)盟的潛力納入其議程。HMG尋求估計DER發(fā)電的價值，以及對消費者的供需投標。同時，還研究了在調(diào)度范圍內(nèi)，HMG之間形成聯(lián)盟以最大化獨立或聯(lián)盟操作中的收入的可能性。通過這種方式，H-MG會遇到聯(lián)營價格的不確定性以及電力和熱負荷的價值。此外，如果一家H-MG的供應報價不夠競爭力，消費者可能會選擇另一家HMG來滿足他們的需求。