一种考虑多重不确定性的配电网节点等效边际定价方法

技术领域

本发明属于配电市场机制设计技术领域，涉及配电网节点电价出清结果，具体是一种考虑多重不确定性的配电网节点等效边际定价方法。

背景技术

随着分布式可再生能源的大规模并网，配电网运行特性日益复杂。输电层级的批发市场价格信号不足以激励配电网的经济运行。为解决该问题，配电网边际定价方法逐渐受到研究关注。这种定价机制可以向市场参与者提供表示配电网运行性能的价格信号，以引导能源消耗，有助于配电网的拥塞和电压管理。

然而，大规模的分布式可再生能源给传统配电网边际定价机制带来了新的挑战。在传统边际定价机制下，节点电价可能不会随着分布式可再生能源出力的增加而变化。具体而言，在最优经济调度中，分布式可再生能源出力由于发电成本低而达到限制且配电网中没有出现网络拥塞或电压越限是一种常见现象。在这种情况下，根据传统计算方法，配电网每个节点的电价将近似于批发电价。即使分布式可再生能源出力不断增加，传统配电网节点电价也将保持不变，直到网络约束达到上限。由于大规模分布式可再生能源发电会明显降低配电网总发电成本，若用电价格不发生变化，则很可能会损害消费者的利益，并阻碍配电层级市场的公平性。

此外，分布式可再生能源出力、负荷特性和外部批发电价等多类型不确定性因素将进一步增加配电市场节点定价的复杂性，如何提出一种考虑多重不确定性的日前市场节点定价方法是亟需解决的技术难题。

经检索，发现三篇与本专利内容相关的专利文献，其中，公开号为CN116342163A的中国专利提供了一种分布式光伏发电系统电价定价方法。针对现有的电价定价方法不能够适应分布式光伏发电系统的间歇性和随机性的特点，难以计及分布式光伏发电系统的安全运行和全局经济性的问题，本发明提出一种分布式光伏发电系统经济运行的分档电价定价模型，该方法建立在分布式光伏发电系统典型光伏输出功率和用户的典型负荷功率模型的基础上，考虑光伏、储能、电网、负荷的运行特性，将碳交易的收益考虑其中，以为微电网运营商收益最大为目标制定出分布式光伏发电系统分档电价模型。本发明结合峰谷分时电价与阶梯电价优点，减小了负荷峰谷差、提高了可再生能源发电利用率、降低了用户用电成本以及增加了售电运营商收益。

公开号为CN116362781A的中国专利提供了一种基于网络博弈的居民用电电价分析模型及方法，包括：构建用电效用函数，并建立用电需求与用电效用之间的关系；以供电方总利润最大化和居民用电效用最大化为目标分别构建双层博弈模型；求解双层博弈模型，最终得到基于最优用电量和最优电价的最优供电合约。根据用户用电特性、用电效用和供电成本等由供电方制定使利润最大时居民电价；博弈参与者为居民用户集合；策略空间为连续性，是用户为使自己效用最大而选择的用电合约；通过统一框架下将原本存在信息不对称的供电方和居民联系起来，从而得到基于最优用电量和最优电价的最优供电合约。

公开号为CN116663821A的中国专利提供了一种考虑多重不确定性的园区综合能源系统优化调度方法，包括：建立设备变工况特性模型；基于设备变工况特性模型对热电联产机组、燃气锅炉、电制冷机以及吸收式制冷机实际运行过程中的能源转换效率的不确定性进行表征；对风电负荷不确定性进行转化；采用范数约束构建模糊集；构建园区综合能源系统优化调度模型；当所述的模型上界值与下界值之差达到给定的收敛精度时停止迭代，输出目标函数最优解。本发明，对设备模型的分析更加准确，有利于决策者合理安排各时段各能源转换设备的出力，简化了源荷不确定性的处理过程，在鲁棒性与经济性之间实现了平衡，有效提高了系统的经济性。

经分析，上述专利文献应用场景以及对应算法与本案存在着明显区别。

发明内容

为解决现有技术中存在的缺点和不足，本专利提出一种考虑多重不确定性的配电网节点等效边际定价方法，以支撑配电市场的合理定价。

一种考虑多重不确定性的配电网节点等效边际定价方法包括如下步骤：

步骤1：输入规划区域信息，基于规划区域信息，基于Wasserstein模糊集的外部电价、分布式电源出力和负荷特性等多重不确定性处理方法；

步骤2：考虑min-max多重决策变量耦合影响配电网分布鲁棒节点电价运行优化模型构建方法；

步骤3：基于对偶变换的非线性分布鲁棒优化求解方法；

步骤4：基于考虑功率溯源的价格分区方法和基于多电源综合边际等效的配电网节点电价计算方法，最终输出配电网节点电价结果。

而且，所述步骤1基于Wasserstein模糊集的外部电价、分布式电源出力和负荷特性等多重不确定性处理方法，包括：

利用历史数据，结合Wasserstein距离度量方法，构建了外部电价、分布式电源出力和负荷特性等多重不确定性因素点模糊集，具体为：

其中，

而且，所述步骤2考虑min-max多重决策变量耦合影响配电网分布鲁棒节点电价运行优化模型构建方法，包括：

(1)建立分布鲁棒经济调度模型的目标函数，具体为：

其中，

(2)建立分布鲁棒经济调度模型的约束条件，具体为：

1)配电网潮流约束

其中，P

2)配电网安全运行约束

其中，

3)Wasserstein度量约束

其中，

4)可再生能源出力约束

而且，所述步骤3基于对偶变换的非线性分布鲁棒优化求解方法，包括：

采用Wasserstein等效技术与对偶变换技术，将非线性分布鲁棒优化转化为二阶锥优化，具体为：

步骤i：利用Wasserstein等效技术对原模型进行处理，具体表示为如下形式：

其中，Δλ

步骤ii：利用对偶原理对min-max问题进行等效转化，具体表示为如下形式：

步骤iii：利用CPLEX求解器求解二阶锥优化模型，获得批发市场购电功率与分布式电源运行功率；

而且，所述步骤4基于考虑功率溯源的价格分区方法和基于多电源综合边际等效的配电网节点电价计算方法，包括：

采用节点电价区域划分和发电边际成本等效，获得配电网节点电价计算结果，具体为：

步骤i：结合批发市场购电功率与分布式电源运行功率，计算配电网潮流特性，若存在网络阻塞/电压越限的现象，将阻塞支路/越限节点到配电网末端的区域作为一个独立的电价分区；

步骤ii：将配电网潮流方程表示为负荷特性与分布式电源出力的表达式，具体为：

其中，

步骤iii：对于每个独立的节点电价分区，将配电网综合运行成本表示为负荷特性的函数，具体为：

其中，

步骤iv：利用边际定价的概念，对每个独立节点电价分区内的配电网综合运行成本求偏导，获得每个独立分区内配电网的节点电价，具体为：

其中，

有益效果：

(1)提出了考虑分布式电源出力、负荷特性和外部电价等多类型不确定性因素的配电网经济调度方法，为配电网运营商制定节点电价提供理论支撑；

(2)利用节点电价区域划分和发电边际成本等效，提出了新颖的配电网节点等效边际电价计算方法，避免了发电成本下降而消费者电价不变的现象，保证了配电层级市场的公平性。

附图说明

图1为本实施案例提出的一种考虑多重不确定性的日前市场节点定价方法求解流程图；

图2为本实施案例中规划区域配电网的结构图；

图3为本实施案例在传统节点电价机制下含有分布式光伏(PV)和不含分布式光伏两种场景的节点电价图；

图4为本实施案例在等效节点电价机制下含有分布式光伏(PV)和不含分布式光伏两种场景的节点电价图。

具体实施方式

为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。

结合图1详细阐述本发明所提一种考虑多重不确定性的日前市场节点定价方法整体求解流程，具体步骤如下：

步骤1：输入规划区域信息；

步骤2：基于规划区域信息，针对每个时刻，采集N个外部电价、分布式电源出力和负荷特性历史样本，构建基于Wasserstein距离度量的模糊集，利用历史数据，结合Wasserstein距离度量方法，构建了外部电价、分布式电源出力和负荷特性等多重不确定性因素点模糊集，具体为：

其中，

步骤3：以配电网运营商综合成本最小为目标，构建考虑min-max多重决策变量耦合影响配电网分布鲁棒经济调度模型，具体为(1)建立分布鲁棒经济调度模型的目标函数，具体为：

其中，

(2)建立分布鲁棒经济调度模型的约束条件，具体为：

1)配电网潮流约束

其中，P

2)配电网安全运行约束

其中，

3)Wasserstein度量约束

其中，

4)可再生能源出力约束

步骤3：利用对偶变换，将非线性分布鲁棒优化模型转换成混合整数二阶锥优化，借助CPLEX求解器，获得批发市场购电功率与分布式电源运行功率，具体为：

采用Wasserstein等效技术与对偶变换技术，将非线性分布鲁棒优化转化为二阶锥优化，具体为：

步骤i：利用Wasserstein等效技术对原模型进行处理，具体表示为如下形式：

其中，Δλ

步骤ii：利用对偶原理对min-max问题进行等效转化，具体表示为如下形式：

步骤iii：利用CPLEX求解器求解二阶锥优化模型，获得批发市场购电功率与分布式电源运行功率；

步骤4：利用基于价格分区和边际成本等效的配电网节点计算方法，最终输出配电网节点电价结果，具体为：

采用节点电价区域划分和发电边际成本等效，获得配电网节点电价计算结果，具体为：

步骤i：结合批发市场购电功率与分布式电源运行功率，计算配电网潮流特性，若存在网络阻塞/电压越限的现象，将阻塞支路/越限节点到配电网末端的区域作为一个独立的电价分区；

步骤ii：将配电网潮流方程表示为负荷特性与分布式电源出力的表达式，具体为：

其中，

步骤iii：对于每个独立的节点电价分区，将配电网综合运行成本表示为负荷特性的函数，具体为：

其中，

步骤iv：利用边际定价的概念，对每个独立节点电价分区内的配电网综合运行成本求偏导，获得每个独立分区内配电网的节点电价，具体为：

其中，

规划区域如图2所示，设计场景1中节点5和13均装有700kW的分布式光伏，边际成本分别为10$/(MW.h)和15$/(MW.h)；设定场景2中不含分布式光伏；选取正午12点，计算配电网在传统方法和本专利方法下两种场景的节点电价，如图3和图4所示。

对比不含分布式光伏场景下传统方法和本专利方法的节点电价，此时由于没有出现网络阻塞/电压越限的现象，配电网的运行成本主要来自于批发市场购电成本，因此传统方法与本专利方法的节点电价数值基本一致；

对比含分布式光伏场景下传统方法和本专利方法的节点电价，即使没有出现网络阻塞/电压越限的现象，由于配电网的运行成本来自于批发市场购电成本和分布式光伏发电成本两个方面，本专利方法相比于传统方法将获得较低的节点电价；这体现了本专利方法在含可再生能源配电网节点定价的优势，维护了消费者权利，保证了配电层级市场的公平性。

以上所述仅为本发明的实施案例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。