考虑多元利益主体的微电网多目标储能容量随机规划方法

本发明属于智能电网领域，具体涉及考虑多元利益主体的微电网多目标储能容量随机规划方法。

背景技术：

1、居民及工业用电电价为分时电价，当用电负荷高峰时通常具有高电价，在用电负荷低谷时通常具有低电价；考虑光伏发电成本低廉且低碳环保，在微电网用户侧安装光伏设备，通过光伏发电能有效提升微电网内用户用电的经济性，并降低碳排放；但是，当光伏发电多于负荷用电时，光伏会给外部电网倒送电，由于倒送电电价通常较为便宜，从而造成电量浪费与经济性下降；另外，当负荷用电高于光伏发电且此时外购电电价为高电价时，用户不得不继续从电网买电，综合电费成本仍会偏高。

2、针对上述问题，现有技术中通常采用在微电网内继续安装储能设备，不仅能在外购电为低电价时充电、在外购电为高电价时给用户提供电量，还能够为光伏发电的充分消纳提供有效手段，也能降低微电网用电的最大需量，从而提升整体的用电经济性；然而，若设置过小的储能容量，则在用电经济性上难以有明显的提升，而设置过大的储能容量，则会导致过大的储能安装成本，造成储能容量浪费的情况，同样不具备经济性；因此，需综合考虑用户负荷、光伏发电以及分时电价变化曲线，合理设置储能容量，以实现整体储能规划以及运行层面的综合经济性最优，比如：

3、如中国专利cn201710301421.1，其公开了一种考虑可控负荷的风光储微电网储能容量优化配置方法，步骤：1）将微电网中负荷分为可控负荷和重要负荷，用户设定调度周期内的可控负荷量以及初始控制负荷时间；2）微电网控制中心对调度周期内光伏发电和风力发电数据进行预测，结合用户设定的可控负荷信息，对调度周期内的负荷进行重新安排；3）在得到新负荷安排结果的基础上，对微电网中的储能装置进行优化配置，提出一种多目标骨干粒子群优化算法进行求解，在负荷重新分配的基础上，考虑微电网与电网交互功率波动和微电网内用户满意度，对储能容量进行优化配置，同时保证微电网的供电质量、可靠性和经济效益，一举多得，有效降低微电网的投资成本；

4、以及如中国专利cn201811612387.0，其公开了一种微电网电源多目标双层优化配置方法，包括：建立微电网分布式发电与混合储能系统模型；建立包括微电网投资运维等年值成本、微电网负荷缺电概率、微电网弃风弃光率、系统净负荷功率波动率的综合优化配置多目标指标体系；建立多目标双层优化配置模型，包括上层优化配置模型和下层优化配置模型；分别对上层优化配置模型和下层优化配置模型进行求解，得到优化的微电网电源配置方案，在考虑含混合储能的微电网配置时，充分考虑了经济性、可靠性和环保性的统一，并在基于多时间尺度下对模型进行解耦简化，简化了计算难度，弥补了当前混合微电网优化配置方面的不足，解决了传统的优化方法未能综合考虑混合储能系统的技术问题。

5、可见，虽然上述文献中解决了混合微电网优化配置的问题，但是上述优化配置方法均未考虑到不同利益主体间具有不同且复杂的利益交互，现有技术无法充分考虑不同利益主体间的功率交互及电费结算，从而造成储能侧利益主体的配置储能的收益难以最大化；以及在实际工程中，安装的电表有限，通常只在微电网出口的母线端以及光伏的输出端安装电表，储能、光伏、负荷之间的功率流动只能通过公用母线，任意两者之间不可直接进行功率传递，现有技术难以在这两个给定量测点上对储能、光伏、用户形成的多元利益主体进行电费清算，从而影响储能规划计算。

6、因而，为了解决这一难题，研发一种考虑多元利益主体的微电网多目标储能容量随机规划方法是相当有必要的。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种考虑多元利益主体的微电网多目标储能容量随机规划方法，所述方法充分考虑到光伏、用户、储能三者属于不同的利益主体，提出了在不同利益主体下的储能优化配置算法；同时，考虑实际工程情况，基于在微电网出口的公用母线端以及光伏输出端的电表量测数据，构建储能侧、光伏侧、用户侧利益主体交易策略与电费成本、收益计算方式，制定考虑储能侧利益主体整体经济性最大化的储能容量优化配置方案。

2、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种考虑多元利益主体的微电网多目标储能容量随机规划方法，所述方法具体包括：

3、s1：获得未接入储能微电网一年内的日光伏发电及负荷曲线；

4、s2：在微电网接入储能后，设定给定功率量测点下的储能、光伏、用户间电量交易策略；

5、s3：考虑多元利益主体，设置储能规划目标函数；

6、s4：利用聚类算法构造储能容量随机规划目标函数；

7、s5：设置储能规划约束条件；

8、s6：求解微电网多目标储能容量随机规划，获得最优储能规划容量值；

9、s7：各利益主体期望电费成本及收益计算。

10、优选地，所述步骤s1具体包括：通过电表监测获取一年内每一天光伏发电输出以及微电网总用电数据，其中，第天时刻的光伏输出功率记为，以输出功率为正，第天时刻的微电网总用电功率记为，以向微电网送电为正，其中，，，为每日的监测数据总数；

11、通过功率传递关系得到，第天时刻的用户负荷功率，以用电为正为：。

12、优选地，所述步骤s2具体包括：储能的功率通过终端能量管理系统获得，负荷功率通过公用母线处的功率、光伏功率、储能功率计算获得；考虑光伏发电需满足自发自用、余电上网条件，光伏策略如下：

13、（1）光伏发电优先满足负荷；

14、（2）若光伏发电满足负荷后过剩且储能需要充电，则储能充电优先使用光伏发电；

15、（3）若光伏发电满足负荷与储能充电后还有多余，则可向外部电网传递多余的功率；

16、储能策略如下：

17、（1）若光伏发电小于负荷且储能需要放电，则储能放电不能使得整个微电网倒送电；

18、（2）用户负荷需全额消纳储能放电电量；

19、（3）当储能与用户属于不同的利益主体时，储能放电给用户的电价不得高于用户大电网外购电电价，在外购电为高电价时，储能放电电价需低于外购电电价。

20、优选地，所述步骤s3具体包括：由于光伏、用户、储能可能所述不同的利益主体，不同的利益主体会导致储能规划具有明显差距，需根据多元利益主体划分对储能规划设置最为合适的目标函数：

21、考虑第日的光伏、负荷曲线，目标函数包括以下几类：

22、（1）考虑因安装储能导致微电网最大需量减少的激励尽可能大，此时的目标函数如下：

23、式中，为储能功率，以充电为正；为需量减少的激励值；为激励权重；

24、（2）考虑安装储能的成本尽可能小，此时的目标函数如下：

25、，式中，为储能安装容量惩罚项；为安装单位容量的储能对应的惩罚因子；为储能安装容量；

26、（3）考虑储能运行维护成本尽可能小，此时的目标函数如下：

27、，式中，为储能总运行维护成本；为使用单位电量的运行维护成本；为时间间隔；

28、（4）考虑储能电价收益尽可能大，也即电价成本尽可能小，该目标函数需根据多元利益主体划分进行确定，如下所示：

29、1）当光伏、用户、储能三者为同一利益主体时，此时的目标函数如下：

30、式中，为第日的储能电价成本；为从电网买电电价，为尖峰谷分时电价；为光伏向电网卖电电价；

31、2）当光伏、储能属于同一利益主体时，此时的目标函数如下：

32、式中，为光伏向用户卖电电价；为储能向用户卖电电价；为示性函数，表达式如下所示：

33、；

34、3）当用户、光伏属于同一利益主体，储能为另一利益主体时，此时的目标函数如下：

35、式中，为光伏向储能卖电电价；

36、4）当用户、储能属于同一利益主体、光伏为另一利益主体时，此时的目标函数如下：

37、；

38、5）当用户、光伏、储能属于三个利益主体，此时的目标函数如下：

39、；

40、6）当用户、储能属于两个利益主体，微电网内没有光伏，此时的目标函数如下：

41、；

42、由于具有多种目标函数，需进行多目标优化，构建帕累托最优解，所有的帕累托最优解构成帕累托最优解集；第日的最小化目标函数为下式所示：

43、；

44、式中，、、为各项目标函数的系数；通过调整各类系数的值，可获得考虑不同目标函数权重的目标函数值所组成的集合，也即帕累托最优前端，需根据实际对目标函数的需求选择特定的权重；

45、考虑一年内的所有光伏、负荷曲线，储能侧利益主体全年的最小化目标函数为：

46、。

47、优选地，所述步骤s4具体包括：利用k-means聚类算法对一年内每日的光伏及负荷曲线进行聚类分析，将众多的日光伏负荷曲线重新分成类（），每类下的天数为，并获得每个类下聚类中心对应的光伏负荷功率曲线，作为个光伏负荷波动情况典型日曲线，其中，第个典型日时刻的光伏输出功率记为，第个典型日时刻的负荷功率记为，每一个典型日在一年中发生的概率记为，满足以下等式：

48、；

49、另外，不同典型日出现的概率不同，综合所有典型日，构建随机规划，实现一年内综合多目标期望值的最小化，如下所示：

50、式中，表示括号内函数的期望值。

51、优选地，所述步骤s5具体包括：对于储能规划，确定储能运行约束如下：

52、，

53、式中，为储能最大充电功率；为储能当前存储能量；为储能最大放电深度；为能充电效率；为储能放电效率。

54、优选地，所述步骤s6具体包括：

55、以目标函数为：

56、；

57、约束条件为：

58、；

59、形成微电网多目标储能容量随机规划，通过cplex或gurobi求解器，实现以上优化问题的快速求解，获得最优储能规划容量值。

60、优选地，所述步骤s7具体包括：

61、最终函数值即为储能侧利益主体的日期望电费成本，其相反数即为储能侧利益主体的日期望收益；

62、同时，当不需要增加额外的电表设备，直接对非储能侧利益主体计算其期望电费成本或收益，如下所示：

63、（1）当光伏、用户、储能三者为同一利益主体时，此时不存在非储能侧利益主体；

64、（2）当光伏、储能属于同一利益主体时，用户日期望电费成本为：

65、；

66、（3）当用户、光伏属于同一利益主体，储能为另一利益主体时，用户光伏日期望电费成本为：

67、；

68、（4）当用户、储能属于同一利益主体、光伏为另一利益主体时，光伏日期望收益为：

69、；

70、（5）当用户、光伏、储能属于三个利益主体时，用户日期望电费成本为：

71、 ；

72、光伏日期望收益为：

73、；

74、（6）当用户、储能属于两个利益主体，微电网内没有光伏时，用户日期望电费成本为：

75、。

76、与现有技术相比，本发明的积极效果是：本发明中的方法充分计及了光伏、用户、储能在实际工程中属于不同的利益主体的情况，包括1）光伏、用户、储能三者为同一利益主体；2）光伏、储能属于同一利益主体，3）用户、光伏属于同一利益主体，储能为另一利益主体；4）用户、储能属于同一利益主体、光伏为另一利益主体；5）用户、光伏、储能属于三个利益主体；6）用户、储能属于两个利益主体，微电网内没有光伏；所提技术清晰量化了不同利益场景下储能侧利益主体的经济性目标，通过构建考虑实际运行条件的储能容量配置优化问题求解最优储能配置容量，实现不同利益场景下储能侧利益主体的综合期望经济性最大化。

77、通过制定多利益主体功率传递与电量交易策略，只需要在光伏输出端与公用母线端安装电表，即可实现多元利益主体之间的电费合理清算与利益合理分配，从而实现实际运行层面多利益主体的经济共赢。

78、综合考虑一年中的所有场景，利用k-means聚类算法将一年内的光伏负荷数据进行聚类并提取典型日曲线及其对应的发生概率，构建储能容量配置随机规划问题，能以高计算效率实现储能侧利益主体一年内的期望经济效益最大化；同时，在储能规划问题中构造了多目标帕累托最优方案，充分计及了不同目标的重要程度不同对储能容量配置决策的影响，使得结果更加贴合实际工程的需要。

79、综上所述，本发明中的考虑多元利益主体的微电网多目标储能容量随机规划方法充分考虑光伏、用户、储能三者属于不同的利益主体，提出了在不同利益主体下的储能优化配置算法；同时，考虑实际工程情况，基于在微电网出口的公用母线端以及光伏输出端的电表量测数据，构建储能侧、光伏侧、用户侧利益主体交易策略与电费成本、收益计算方式，制定考虑储能侧利益主体整体经济性最大化的储能容量优化配置方案。