基于博弈论的可再生能源电力消纳责任权重确定方法

技术领域

本发明涉及电力市场的技术领域，更具体地，涉及一种基于博弈论的可再生能源电力消纳责任权重确定方法。

背景技术

2012年以来，我国风电、光伏发电快速发展，水电保持平稳较快发展。2018年，可再生能源发电量达到1.87万亿kWh，占全部发电量比重从2012年的20％提高到2018年的26.7％，其中非水电可再生能源发电量占全部发电量比重提高了5.8个百分点。为进一步促进可再生能源消纳，2019年5月，国家发展改革委、国家能源局印发《关于建立健全可再生能源电力消纳保障机制的通知》(发改能源〔2019〕807号)，决定对各省级行政区域设定可再生能源电力消纳责任权重，建立健全可再生能源电力消纳保障机制。2020年2月29日，国家发改委办公厅、国家能源局综合司印发《省级可再生能源电力消纳保障实施方案编制大纲的通知》，为省级能源主管部门编制本地区方案提供参考，鼓励按照市场主体分类进行消纳责任权重的分配，分别对电网企业、售电公司、通过电力市场购电的电力用户以及拥有自备电厂的企业四种市场主体做出消纳责任权重要求。然而，目前尚未有定量的分配技术方案出现，亟需提出一种科学定量的可再生能源电力消纳责任权重分配技术方法。

根据各市场主体在可再生能源电力消纳保障机制中的行为和责任，重点研究年度消纳责任权重及消纳量在各个市场主体中的分配，研究基于博弈论的可再生能源电力消纳责任权重综合决策算法，能够为省发展改革委(省能源局)组织起草省级可再生能源电力消纳保障实施方案提供技术支持，对各市场主体的可再生能源电力消纳责任权重进行定量分配。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于博弈论的可再生能源电力消纳责任权重确定方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于博弈论的可再生能源电力消纳责任权重综合决策算法，包括以下步骤：

步骤1：根据各市场主体的消纳电量、售电收益、购电成本等数据，采用比例分配法计算其可再生能源电力消纳责任权重。

步骤2：获取各市场主体的满意度函数，根据满意度最小最大原则，以最大化群体满意度为目标建立可再生能源电力消纳责任权重分配模型，计算其可再生能源电力消纳责任权重。

步骤3：采用基于博弈论的组合权重确定方法进行对步骤1、2得到的可再生能源电力消纳责任权重进行综合决策，确定最终可再生能源电力消纳责任权重分配方案。

上述技术方案中，进一步地，所述的步骤1根据各市场主体的消纳电量、售电收益、购电成本等数据，采用比例分配法计算其可再生能源电力消纳责任权重，具体方法如下：

基于消纳电量的消纳责任权重比例分配法，根据市场主体的消纳电量与考核电量的比值和省级消纳责任权重相等进行可再生能源电力消纳责任权重分配。在此方法下，第i种市场主体的可再生能源电力消纳责任权重ω

ω

式中，γ为省级最低可再生能源电力消纳责任权重。

基于售电收益的消纳责任权重比例分配法，根据市场主体购售电收益比例进行可再生能源电力消纳责任权重分配，各市场主体的消纳量与省级消纳量的比值和各市场主体因销售电力获得的年收益与所有市场主体因销售电力获得的年收益之和的比值相等。在此方法下，第i种市场主体的可再生能源电力消纳责任权重ω

式中，Q为该省级行政区域除去免于考核电量的年全社会用电量，Q

基于购电成本的消纳责任权重比例分配法，根据市场主体的单位可再生能源购电成本进行可再生能源电力消纳责任权重分配，各市场主体的消纳量和各市场主体的单位可再生能源购电成本成反比。在此方法下，第i种市场主体的可再生能源电力消纳责任权重ω

式中，C

进一步地，所述的步骤2获取各市场主体的满意度函数，根据满意度最小最大原则，计算其可再生能源电力消纳责任权重，其具体方法如下：

根据承担可再生能源电力消纳责任市场主体的相关数据(如各市场主体消纳的可再生能源电量、购买可再生能源电力的单位成本等)进行分配计算可以得到l种可再生能源电力消纳责任权重分配方案，所得的分配结果为：

第i种市场主体对其消纳责任权重的不满意值ω

ω

ω

承担可再生能源电力消纳责任市场主体的满意度与其承担的可再生能源电力消纳责任权重以及市场主体的重要性有关，市场主体所承担的消纳责任权重越低，其满意度越高，在达到相同的满意度时，重要性越高的市场主体所对应的可再生能源电力消纳责任权重越低，第i种市场主体的满意度函数u

式中，α

设第k种市场主体出于自身利益考虑选择其消纳权重最低的分配方案为第t种，为了保证客观性和公平性，各市场主体不对自身进行判断，则第k种市场主体给出的第i种市场主体的重要性权重值s

通过市场主体的互相判断确定市场主体重要性矩阵S，并引入独立的第三方的判断结果来修正评价矩阵S以提高公平性和客观性，最终市场主体重要性矩阵S可表示为：

式中，s

给出的重要性权重值需满足：

采用离差最小化方法，最小化市场主体重要性矩阵S的离差，建立第i个市场主体的重要性权重α

基于满意度测算对可再生能源电力消纳责任进行分配，根据满意度最小最大原则，当所有市场主体的最小满意度最大时，群体满意度最大，建立最大化群体满意度可再生能源电力消纳责任权重分配模型为：

通过对该模型的求解，可以计算出在此方法下第i种市场主体的可再生能源电力消纳责任权重ω

再进一步地，所述的步骤3采用基于博弈论的组合权重确定方法进行综合决策，求解出可再生能源电力消纳责任权重分配方案，其具体方法如下：

采用博弈集结模型，在不同的权重系数向量中寻找到一种组合权重系数向量，使得该向量与其他向量之间的距离之和为最小值，即综合权重与各种方法得到的权重之间的偏差最小。

假设共有n种可再生能源电力消纳权重分配方法，在第q种分配方法下得到的可再生能源电力消纳权重向量为ω

式中，β

将目标权重向量集化表示为向量集：

基于博弈论的可再生能源电力消纳权重分配模型为：

通过对该模型的求解，可以计算出最终的可再生能源电力消纳责任权重分配方案。

本发明的有益效果是：

其一、该方法考虑了承担可再生能源电力消纳责任市场主体的责任、能力和满意度，分别建立了基于消纳电量、电力收益、购电成本的比例分配法模型和基于群体满意度的消纳责任权重分配模型，对各市场主体的可再生能源电力消纳责任权重进行了计算；

其二、该方法提出了基于博弈论的可再生能源电力消纳责任权重综合决策算法，采用基于博弈论的组合权重确定方法进行综合决策，求解出可再生能源电力消纳责任权重分配方案，分配结果客观、均衡、公平；

其三、本发明方法易于操作，能够为组织起草省级可再生能源电力消纳保障实施方案提供科学依据和技术支持，具有一定的现实意义。

附图说明

图1为基于博弈论的可再生能源电力消纳责任权重确定方法流程图；

图2为四种市场主体的重要性权重；

图3为各市场主体在不同分配方法下的消纳量；

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是基于博弈论的可再生能源电力消纳责任权重综合决策算法，包括以下步骤：

步骤1：根据各市场主体的消纳电量、售电收益、购电成本等数据，采用比例分配法计算其可再生能源电力消纳责任权重。

步骤2：获取各市场主体的满意度函数，根据满意度最小最大原则，计算其可再生能源电力消纳责任权重。

步骤3：采用基于博弈论的组合权重确定方法进行综合决策，求解出可再生能源电力消纳责任权重分配方案。

上述技术方案中，进一步地，所述的步骤1根据各市场主体的消纳电量、售电收益、购电成本等数据，采用比例分配法计算其可再生能源电力消纳责任权重，具体方法如下：

基于消纳电量的消纳责任权重比例分配法，根据市场主体的消纳电量与考核电量的比值和省级消纳责任权重相等进行可再生能源电力消纳责任权重分配。在此方法下，第i种市场主体的可再生能源电力消纳责任权重ω

ω

式中，γ为省级最低可再生能源电力消纳责任权重。

基于售电收益的消纳责任权重比例分配法，根据市场主体购售电收益比例进行可再生能源电力消纳责任权重分配，各市场主体的消纳量与省级消纳量的比值和各市场主体因销售电力获得的年收益与所有市场主体因销售电力获得的年收益之和的比值相等。在此方法下，第i种市场主体的可再生能源电力消纳责任权重ω

式中，Q为该省级行政区域除去免于考核电量的年全社会用电量，Q

基于购电成本的消纳责任权重比例分配法，根据市场主体的单位可再生能源购电成本进行可再生能源电力消纳责任权重分配，各市场主体的消纳量和各市场主体的单位可再生能源购电成本成反比。在此方法下，第i种市场主体的可再生能源电力消纳责任权重ω

式中，C

进一步地，所述的步骤2获取各市场主体的满意度函数，根据满意度最小最大原则，计算其可再生能源电力消纳责任权重，其具体方法如下：

根据承担可再生能源电力消纳责任市场主体的相关数据(如各市场主体消纳的可再生能源电量、购买可再生能源电力的单位成本等)进行分配计算可以得到l种可再生能源电力消纳责任权重分配方案，所得的分配结果为：

第i种市场主体对其消纳责任权重的不满意值ω

ω

ω

承担可再生能源电力消纳责任市场主体的满意度与其承担的可再生能源电力消纳责任权重以及市场主体的重要性有关，市场主体所承担的消纳责任权重越低，其满意度越高，在达到相同的满意度时，重要性越高的市场主体所对应的可再生能源电力消纳责任权重越低，第i种市场主体的满意度函数u

式中，α

设第k种市场主体出于自身利益考虑选择其消纳权重最低的分配方案为第t种，为了保证客观性和公平性，各市场主体不对自身进行判断，则第k种市场主体给出的第i种市场主体的重要性权重值s

通过市场主体的互相判断确定市场主体重要性矩阵S，并引入独立的第三方的判断结果来修正评价矩阵S以提高公平性和客观性，最终市场主体重要性矩阵S可表示为：

式中，s

给出的重要性权重值需满足：

采用离差最小化方法，最小化市场主体重要性矩阵S的离差，建立第i个市场主体的重要性权重α

基于满意度测算对可再生能源电力消纳责任进行分配，根据满意度最小最大原则，当所有市场主体的最小满意度最大时，群体满意度最大，建立最大化群体满意度可再生能源电力消纳责任权重分配模型为：

通过对该模型的求解，可以计算出在此方法下第i种市场主体的可再生能源电力消纳责任权重ω

再进一步地，所述的步骤3采用基于博弈论的组合权重确定方法进行综合决策，求解出可再生能源电力消纳责任权重分配方案，其具体方法如下：

采用博弈集结模型，在不同的权重系数向量中寻找到一种组合权重系数向量，使得该向量与其他向量之间的距离之和为最小值，即综合权重与各种方法得到的权重之间的偏差最小。

假设共有n种可再生能源电力消纳权重分配方法，在第q种分配方法下得到的可再生能源电力消纳权重向量为ω

式中，β

将目标权重向量集化表示为向量集：

基于博弈论的可再生能源电力消纳权重分配模型为：

通过对该模型的求解，可以计算出最终的可再生能源电力消纳责任权重分配方案。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

某省2020年总量消纳责任权重最低为15％，非水电消纳责任权重最低为12.5％，该省级行政区域除去免于考核电量的年全社会用电量为2348.557亿千瓦时，省内有电网公司、售电公司、通过电力市场购电的电力用户和拥有自备电厂的企业四种市场主体。其中，电网公司的售电量为974.708亿千瓦时，年售电收益为14.6206亿元，可再生能源购电成本为0.47元/千瓦时；售电公司的售电量为805.838亿千瓦时，年售电收益为11.2817亿元，可再生能源购电成本为0.55元/千瓦时；通过电力市场购电的电力用户用电量为470.118亿千瓦时，可再生能源购电成本为0.59元/千瓦时；拥有自备电厂的企业用电量为97.893亿千瓦时，可再生能源购电成本为0.59元/千瓦时。

根据本发明提出的基于博弈论的可再生能源电力消纳责任权重综合决策算法可得四种市场主体的重要性权重，如附图1，电网公司为35％，售电公司为32％，通过电力市场购电的电力用户为18％，拥有自备电厂的企业为15％。在基于博弈论的综合分配法中，基于消纳电量的比例分配法、基于售电收益的比例分配法、基于购电成本的比例分配法和群体满意度最大分配法的重要性权重分别为25.1％，25.0％，25.0％，24.9％。求解出的各市场主体可再生能源电力总量消纳责任权重分配结果如表1所示，所对应的各市场主体可再生能源电力总量消纳量如附图3所示。

表1最低总量消纳责任权重分配结果

基于消纳电量的比例分配法只考虑各市场主体的售/用电量，在客观指标上最为公平；基于售电收益的比例分配法考虑了市场主体是否因买卖电力而收益，从收益的角度进行了公平地分配，第二类市场主体并不直接通过电能获取收益，因此不需要承担消纳责任；基于购电成本的比例分配法考虑了各市场主体购买可再生能源电力的单位成本，电网公司和售电公司因自身体量大，能够签定跨省交易合同等，市场地位占优从而有更强的议价权，从权责对等的角度来说应当承担更高比例的消纳责任权重；群体满意度最大分配法考虑了各市场主体的满意度，电网公司和售电公司虽然重要性高，但因为它们的能力也较强，所以获得的消纳责任权重仍然要高于电力用户和拥有自备电厂的企业，而电力用户因为拥有更高的重要性权重，所以能够获得比拥有自备电厂的企业更低的消纳责任权重。而基于博弈论的综合分配法协调了不同方法之间的不一致性，综合考虑了四种分配方法，分配结果更加均衡。

此外，最低非水消纳责任权重的计算过程与总量消纳责任权重的相类似，最终计算结果如表2所示。

表2最低非水消纳责任权重分配结果

显然，上述实施例仅是为清楚地说明本发明而所作的举例，并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。