【电力系统】基于非对称纳什谈判的多微网电能共享运行优化策略附Matlab代码

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🔥 内容介绍

摘要：随着分布式电源（Distributed Generation, DG）渗透率的不断提高，微网（Microgrid, MG）作为一种有效的分布式能源管理和利用方式，日益受到关注。然而，单一微网的运行往往受到自身资源禀赋的限制，无法充分发挥分布式能源的优势。本文针对多微网之间的电能共享问题，提出了一种基于非对称纳什谈判的运行优化策略。该策略通过构建非对称纳什谈判模型，在满足各微网约束的前提下，合理分配电能共享收益，促进多微网之间的互利互惠。并通过算例分析验证了该策略的有效性和优越性，证明其能够提高多微网系统的运行效率和经济效益。

关键词：微网；电能共享；纳什谈判；非对称；优化策略

1. 引言

能源危机和环境污染日益严重，推动了全球能源结构的转型。分布式电源，如光伏、风电等，以其清洁、高效的特性，在能源转型中扮演着越来越重要的角色。微网作为一种能够有效整合和管理分布式电源的解决方案，在提高能源利用效率、增强供电可靠性和促进可再生能源消纳等方面具有显著优势。然而，单个微网的运行往往面临着以下挑战：

• 资源禀赋差异:

   不同微网所拥有的分布式电源类型和容量可能存在显著差异，导致部分微网能源过剩而另一部分能源短缺。

• 负荷需求波动:

   微网负荷需求具有随机性和波动性，单一微网难以有效应对负荷高峰和低谷。

• 可再生能源出力不确定性:

   光伏、风电等可再生能源的出力受天气影响较大，具有不确定性，增加了微网运行的难度。

为解决以上问题，多微网互联互通、实现电能共享成为一种可行且高效的方案。通过多微网之间的电能共享，可以实现资源互补、负荷均衡和可再生能源消纳，从而提高整个系统的运行效率和经济效益。然而，多微网电能共享面临着收益分配的问题。如何在满足各微网约束的前提下，公平合理地分配电能共享带来的收益，是多微网协同运行的关键。

传统的收益分配方法主要包括比例分配、边际贡献分配和合作博弈分配等。比例分配简单易行，但难以反映各微网在电能共享中的贡献差异。边际贡献分配能够考虑各微网的贡献，但计算复杂度较高。合作博弈分配虽然能够实现帕累托最优，但对模型的建模和求解要求较高。

本文针对多微网电能共享的收益分配问题，提出了一种基于非对称纳什谈判的运行优化策略。纳什谈判是一种用于解决利益冲突的博弈理论，其核心思想是在各参与者合作能够带来更大的收益的前提下，通过谈判达成一个各方都接受的协议。非对称纳什谈判则进一步考虑了各参与者在谈判中的权力差异，能够更好地反映实际情况。

2. 相关研究综述

近年来，多微网电能共享的研究日益增多。文献[1]研究了基于区块链的多微网能源交易模型，通过智能合约实现安全可靠的能源交易。文献[2]提出了一种基于模型预测控制的多微网协同优化策略，通过预测未来负荷和可再生能源出力，优化多微网的运行。文献[3]研究了基于博弈论的多微网电能共享机制，分别采用了合作博弈和非合作博弈模型。

上述研究在多微网电能共享方面取得了重要的进展，但仍存在一些不足。例如，部分研究忽略了各微网在电能共享中的权力差异，导致收益分配不公平。另一些研究虽然考虑了各微网的贡献，但计算复杂度较高，难以应用于实际工程。

针对上述问题，本文提出了一种基于非对称纳什谈判的多微网电能共享运行优化策略。该策略能够充分考虑各微网的权力差异，实现公平合理的收益分配，同时具有较低的计算复杂度。

3. 基于非对称纳什谈判的多微网电能共享模型

本文考虑一个包含N个微网的多微网系统，每个微网均包含分布式电源、储能设备和负荷。各微网通过联络线相互连接，可以进行电能共享。

3.1 目标函数

多微网电能共享的目标是最大化整个系统的经济效益，即最小化总的运行成本。总运行成本包括各微网自身的运行成本和电能共享成本。

ini

min  ∑_{i=1}^{N} C_i + C_{share}  

其中，C_i表示微网i的运行成本，包括分布式电源的发电成本、储能设备的充放电成本和网络损耗等。C_{share}表示电能共享成本，包括电能传输损耗和交易费用等。

3.2 约束条件

多微网电能共享的约束条件包括：

• 电力平衡约束:

   每个微网的发电量、储能设备的充放电量和电能共享量之和必须等于负荷需求。

• 分布式电源出力约束:

   分布式电源的出力必须在其额定容量范围内。

• 储能设备容量约束:

   储能设备的容量必须在其额定容量范围内。

• 联络线容量约束:

   电能共享量必须在联络线的容量范围内。

• 电压约束:

   各节点的电压必须在其允许范围内。

3.3 非对称纳什谈判模型

本文采用非对称纳什谈判模型来解决多微网电能共享的收益分配问题。非对称纳什谈判模型的关键在于定义谈判权重，谈判权重反映了各微网在谈判中的权力大小。

谈判权重的定义可以基于多种因素，例如：

• 微网规模:

   规模较大的微网通常拥有更大的谈判权重。

• 分布式电源容量:

   分布式电源容量较大的微网通常拥有更大的谈判权重。

• 地理位置:

   地理位置优越的微网通常拥有更大的谈判权重。

在定义了谈判权重后，可以构建非对称纳什谈判目标函数：

css

max  ∏_{i=1}^{N} (U_i - U_{i,0})^{\alpha_i}  

其中，U_i表示微网i在电能共享中的收益，U_{i,0}表示微网i的保留收益，即微网i不参与电能共享时的收益，α_i表示微网i的谈判权重。

该目标函数的目标是最大化所有微网收益增量的加权乘积。通过求解该目标函数，可以得到各微网在电能共享中的收益分配方案。

本文提出了一种基于非对称纳什谈判的多微网电能共享运行优化策略。该策略通过构建非对称纳什谈判模型，在满足各微网约束的前提下，合理分配电能共享收益，促进多微网之间的互利互惠。算例分析结果表明，本文提出的策略能够有效地降低整个系统的运行成本，提高能源利用效率，并实现公平合理的收益分配。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1]吴锦领,楼平,管敏渊,等.基于非对称纳什谈判的多微网电能共享运行优化策略[J].电网技术, 2022(007):046.DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2021.1590.

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