本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)領(lǐng)域，具體涉及考慮多元利益主體的微電網(wǎng)多目標(biāo)儲(chǔ)能容量隨機(jī)規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、居民及工業(yè)用電電價(jià)為分時(shí)電價(jià)，當(dāng)用電負(fù)荷高峰時(shí)通常具有高電價(jià)，在用電負(fù)荷低谷時(shí)通常具有低電價(jià)；考慮光伏發(fā)電成本低廉且低碳環(huán)保，在微電網(wǎng)用戶側(cè)安裝光伏設(shè)備，通過(guò)光伏發(fā)電能有效提升微電網(wǎng)內(nèi)用戶用電的經(jīng)濟(jì)性，并降低碳排放；但是，當(dāng)光伏發(fā)電多于負(fù)荷用電時(shí)，光伏會(huì)給外部電網(wǎng)倒送電，由于倒送電電價(jià)通常較為便宜，從而造成電量浪費(fèi)與經(jīng)濟(jì)性下降；另外，當(dāng)負(fù)荷用電高于光伏發(fā)電且此時(shí)外購(gòu)電電價(jià)為高電價(jià)時(shí)，用戶不得不繼續(xù)從電網(wǎng)買(mǎi)電，綜合電費(fèi)成本仍會(huì)偏高。

2、針對(duì)上述問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用在微電網(wǎng)內(nèi)繼續(xù)安裝儲(chǔ)能設(shè)備，不僅能在外購(gòu)電為低電價(jià)時(shí)充電、在外購(gòu)電為高電價(jià)時(shí)給用戶提供電量，還能夠?yàn)楣夥l(fā)電的充分消納提供有效手段，也能降低微電網(wǎng)用電的最大需量，從而提升整體的用電經(jīng)濟(jì)性；然而，若設(shè)置過(guò)小的儲(chǔ)能容量，則在用電經(jīng)濟(jì)性上難以有明顯的提升，而設(shè)置過(guò)大的儲(chǔ)能容量，則會(huì)導(dǎo)致過(guò)大的儲(chǔ)能安裝成本，造成儲(chǔ)能容量浪費(fèi)的情況，同樣不具備經(jīng)濟(jì)性；因此，需綜合考慮用戶負(fù)荷、光伏發(fā)電以及分時(shí)電價(jià)變化曲線，合理設(shè)置儲(chǔ)能容量，以實(shí)現(xiàn)整體儲(chǔ)能規(guī)劃以及運(yùn)行層面的綜合經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，比如：

3、如中國(guó)專利cn201710301421.1，其公開(kāi)了一種考慮可控負(fù)荷的風(fēng)光儲(chǔ)微電網(wǎng)儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置方法，步驟：1）將微電網(wǎng)中負(fù)荷分為可控負(fù)荷和重要負(fù)荷，用戶設(shè)定調(diào)度周期內(nèi)的可控負(fù)荷量以及初始控制負(fù)荷時(shí)間；2）微電網(wǎng)控制中心對(duì)調(diào)度周期內(nèi)光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)合用戶設(shè)定的可控負(fù)荷信息，對(duì)調(diào)度周期內(nèi)的負(fù)荷進(jìn)行重新安排；3）在得到新負(fù)荷安排結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)微電網(wǎng)中的儲(chǔ)能裝置進(jìn)行優(yōu)化配置，提出一種多目標(biāo)骨干粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行求解，在負(fù)荷重新分配的基礎(chǔ)上，考慮微電網(wǎng)與電網(wǎng)交互功率波動(dòng)和微電網(wǎng)內(nèi)用戶滿意度，對(duì)儲(chǔ)能容量進(jìn)行優(yōu)化配置，同時(shí)保證微電網(wǎng)的供電質(zhì)量、可靠性和經(jīng)濟(jì)效益，一舉多得，有效降低微電網(wǎng)的投資成本；

4、以及如中國(guó)專利cn201811612387.0，其公開(kāi)了一種微電網(wǎng)電源多目標(biāo)雙層優(yōu)化配置方法，包括：建立微電網(wǎng)分布式發(fā)電與混合儲(chǔ)能系統(tǒng)模型；建立包括微電網(wǎng)投資運(yùn)維等年值成本、微電網(wǎng)負(fù)荷缺電概率、微電網(wǎng)棄風(fēng)棄光率、系統(tǒng)凈負(fù)荷功率波動(dòng)率的綜合優(yōu)化配置多目標(biāo)指標(biāo)體系；建立多目標(biāo)雙層優(yōu)化配置模型，包括上層優(yōu)化配置模型和下層優(yōu)化配置模型；分別對(duì)上層優(yōu)化配置模型和下層優(yōu)化配置模型進(jìn)行求解，得到優(yōu)化的微電網(wǎng)電源配置方案，在考慮含混合儲(chǔ)能的微電網(wǎng)配置時(shí)，充分考慮了經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保性的統(tǒng)一，并在基于多時(shí)間尺度下對(duì)模型進(jìn)行解耦簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化了計(jì)算難度，彌補(bǔ)了當(dāng)前混合微電網(wǎng)優(yōu)化配置方面的不足，解決了傳統(tǒng)的優(yōu)化方法未能綜合考慮混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)問(wèn)題。

5、可見(jiàn)，雖然上述文獻(xiàn)中解決了混合微電網(wǎng)優(yōu)化配置的問(wèn)題，但是上述優(yōu)化配置方法均未考慮到不同利益主體間具有不同且復(fù)雜的利益交互，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法充分考慮不同利益主體間的功率交互及電費(fèi)結(jié)算，從而造成儲(chǔ)能側(cè)利益主體的配置儲(chǔ)能的收益難以最大化；以及在實(shí)際工程中，安裝的電表有限，通常只在微電網(wǎng)出口的母線端以及光伏的輸出端安裝電表，儲(chǔ)能、光伏、負(fù)荷之間的功率流動(dòng)只能通過(guò)公用母線，任意兩者之間不可直接進(jìn)行功率傳遞，現(xiàn)有技術(shù)難以在這兩個(gè)給定量測(cè)點(diǎn)上對(duì)儲(chǔ)能、光伏、用戶形成的多元利益主體進(jìn)行電費(fèi)清算，從而影響儲(chǔ)能規(guī)劃計(jì)算。

6、因而，為了解決這一難題，研發(fā)一種考慮多元利益主體的微電網(wǎng)多目標(biāo)儲(chǔ)能容量隨機(jī)規(guī)劃方法是相當(dāng)有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種考慮多元利益主體的微電網(wǎng)多目標(biāo)儲(chǔ)能容量隨機(jī)規(guī)劃方法，所述方法充分考慮到光伏、用戶、儲(chǔ)能三者屬于不同的利益主體，提出了在不同利益主體下的儲(chǔ)能優(yōu)化配置算法；同時(shí)，考慮實(shí)際工程情況，基于在微電網(wǎng)出口的公用母線端以及光伏輸出端的電表量測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建儲(chǔ)能側(cè)、光伏側(cè)、用戶側(cè)利益主體交易策略與電費(fèi)成本、收益計(jì)算方式，制定考慮儲(chǔ)能側(cè)利益主體整體經(jīng)濟(jì)性最大化的儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置方案。

2、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種考慮多元利益主體的微電網(wǎng)多目標(biāo)儲(chǔ)能容量隨機(jī)規(guī)劃方法，所述方法具體包括：

3、s1：獲得未接入儲(chǔ)能微電網(wǎng)一年內(nèi)的日光伏發(fā)電及負(fù)荷曲線；

4、s2：在微電網(wǎng)接入儲(chǔ)能后，設(shè)定給定功率量測(cè)點(diǎn)下的儲(chǔ)能、光伏、用戶間電量交易策略；

5、s3：考慮多元利益主體，設(shè)置儲(chǔ)能規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)；

6、s4：利用聚類算法構(gòu)造儲(chǔ)能容量隨機(jī)規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)；

7、s5：設(shè)置儲(chǔ)能規(guī)劃約束條件；

8、s6：求解微電網(wǎng)多目標(biāo)儲(chǔ)能容量隨機(jī)規(guī)劃，獲得最優(yōu)儲(chǔ)能規(guī)劃容量值；

9、s7：各利益主體期望電費(fèi)成本及收益計(jì)算。

10、優(yōu)選地，所述步驟s1具體包括：通過(guò)電表監(jiān)測(cè)獲取一年內(nèi)每一天光伏發(fā)電輸出以及微電網(wǎng)總用電數(shù)據(jù)，其中，第天時(shí)刻的光伏輸出功率記為，以輸出功率為正，第天時(shí)刻的微電網(wǎng)總用電功率記為，以向微電網(wǎng)送電為正，其中，，，為每日的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總數(shù)；

11、通過(guò)功率傳遞關(guān)系得到，第天時(shí)刻的用戶負(fù)荷功率，以用電為正為：。

12、優(yōu)選地，所述步驟s2具體包括：儲(chǔ)能的功率通過(guò)終端能量管理系統(tǒng)獲得，負(fù)荷功率通過(guò)公用母線處的功率、光伏功率、儲(chǔ)能功率計(jì)算獲得；考慮光伏發(fā)電需滿足自發(fā)自用、余電上網(wǎng)條件，光伏策略如下：

13、（1）光伏發(fā)電優(yōu)先滿足負(fù)荷；

14、（2）若光伏發(fā)電滿足負(fù)荷后過(guò)剩且儲(chǔ)能需要充電，則儲(chǔ)能充電優(yōu)先使用光伏發(fā)電；

15、（3）若光伏發(fā)電滿足負(fù)荷與儲(chǔ)能充電后還有多余，則可向外部電網(wǎng)傳遞多余的功率；

16、儲(chǔ)能策略如下：

17、（1）若光伏發(fā)電小于負(fù)荷且儲(chǔ)能需要放電，則儲(chǔ)能放電不能使得整個(gè)微電網(wǎng)倒送電；

18、（2）用戶負(fù)荷需全額消納儲(chǔ)能放電電量；

19、（3）當(dāng)儲(chǔ)能與用戶屬于不同的利益主體時(shí)，儲(chǔ)能放電給用戶的電價(jià)不得高于用戶大電網(wǎng)外購(gòu)電電價(jià)，在外購(gòu)電為高電價(jià)時(shí)，儲(chǔ)能放電電價(jià)需低于外購(gòu)電電價(jià)。

20、優(yōu)選地，所述步驟s3具體包括：由于光伏、用戶、儲(chǔ)能可能所述不同的利益主體，不同的利益主體會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)能規(guī)劃具有明顯差距，需根據(jù)多元利益主體劃分對(duì)儲(chǔ)能規(guī)劃設(shè)置最為合適的目標(biāo)函數(shù)：

21、考慮第日的光伏、負(fù)荷曲線，目標(biāo)函數(shù)包括以下幾類：

22、（1）考慮因安裝儲(chǔ)能導(dǎo)致微電網(wǎng)最大需量減少的激勵(lì)盡可能大，此時(shí)的目標(biāo)函數(shù)如下：

23、式中，為儲(chǔ)能功率，以充電為正；為需量減少的激勵(lì)值；為激勵(lì)權(quán)重；

24、（2）考慮安裝儲(chǔ)能的成本盡可能小，此時(shí)的目標(biāo)函數(shù)如下：

25、，式中，為儲(chǔ)能安裝容量懲罰項(xiàng)；為安裝單位容量的儲(chǔ)能對(duì)應(yīng)的懲罰因子；為儲(chǔ)能安裝容量；

26、（3）考慮儲(chǔ)能運(yùn)行維護(hù)成本盡可能小，此時(shí)的目標(biāo)函數(shù)如下：

27、，式中，為儲(chǔ)能總運(yùn)行維護(hù)成本；為使用單位電量的運(yùn)行維護(hù)成本；為時(shí)間間隔；

28、（4）考慮儲(chǔ)能電價(jià)收益盡可能大，也即電價(jià)成本盡可能小，該目標(biāo)函數(shù)需根據(jù)多元利益主體劃分進(jìn)行確定，如下所示：

29、1）當(dāng)光伏、用戶、儲(chǔ)能三者為同一利益主體時(shí)，此時(shí)的目標(biāo)函數(shù)如下：

30、式中，為第日的儲(chǔ)能電價(jià)成本；為從電網(wǎng)買(mǎi)電電價(jià)，為尖峰谷分時(shí)電價(jià)；為光伏向電網(wǎng)賣電電價(jià)；

31、2）當(dāng)光伏、儲(chǔ)能屬于同一利益主體時(shí)，此時(shí)的目標(biāo)函數(shù)如下：

32、式中，為光伏向用戶賣電電價(jià)；為儲(chǔ)能向用戶賣電電價(jià)；為示性函數(shù)，表達(dá)式如下所示：

33、；

34、3）當(dāng)用戶、光伏屬于同一利益主體，儲(chǔ)能為另一利益主體時(shí)，此時(shí)的目標(biāo)函數(shù)如下：

35、式中，為光伏向儲(chǔ)能賣電電價(jià)；

36、4）當(dāng)用戶、儲(chǔ)能屬于同一利益主體、光伏為另一利益主體時(shí)，此時(shí)的目標(biāo)函數(shù)如下：

37、；

38、5）當(dāng)用戶、光伏、儲(chǔ)能屬于三個(gè)利益主體，此時(shí)的目標(biāo)函數(shù)如下：

39、；

40、6）當(dāng)用戶、儲(chǔ)能屬于兩個(gè)利益主體，微電網(wǎng)內(nèi)沒(méi)有光伏，此時(shí)的目標(biāo)函數(shù)如下：

41、；

42、由于具有多種目標(biāo)函數(shù)，需進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，構(gòu)建帕累托最優(yōu)解，所有的帕累托最優(yōu)解構(gòu)成帕累托最優(yōu)解集；第日的最小化目標(biāo)函數(shù)為下式所示：

43、；

44、式中，、、為各項(xiàng)目標(biāo)函數(shù)的系數(shù)；通過(guò)調(diào)整各類系數(shù)的值，可獲得考慮不同目標(biāo)函數(shù)權(quán)重的目標(biāo)函數(shù)值所組成的集合，也即帕累托最優(yōu)前端，需根據(jù)實(shí)際對(duì)目標(biāo)函數(shù)的需求選擇特定的權(quán)重；

45、考慮一年內(nèi)的所有光伏、負(fù)荷曲線，儲(chǔ)能側(cè)利益主體全年的最小化目標(biāo)函數(shù)為：

46、。

47、優(yōu)選地，所述步驟s4具體包括：利用k-means聚類算法對(duì)一年內(nèi)每日的光伏及負(fù)荷曲線進(jìn)行聚類分析，將眾多的日光伏負(fù)荷曲線重新分成類（），每類下的天數(shù)為，并獲得每個(gè)類下聚類中心對(duì)應(yīng)的光伏負(fù)荷功率曲線，作為個(gè)光伏負(fù)荷波動(dòng)情況典型日曲線，其中，第個(gè)典型日時(shí)刻的光伏輸出功率記為，第個(gè)典型日時(shí)刻的負(fù)荷功率記為，每一個(gè)典型日在一年中發(fā)生的概率記為，滿足以下等式：

48、；

49、另外，不同典型日出現(xiàn)的概率不同，綜合所有典型日，構(gòu)建隨機(jī)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)一年內(nèi)綜合多目標(biāo)期望值的最小化，如下所示：

50、式中，表示括號(hào)內(nèi)函數(shù)的期望值。

51、優(yōu)選地，所述步驟s5具體包括：對(duì)于儲(chǔ)能規(guī)劃，確定儲(chǔ)能運(yùn)行約束如下：

52、，

53、式中，為儲(chǔ)能最大充電功率；為儲(chǔ)能當(dāng)前存儲(chǔ)能量；為儲(chǔ)能最大放電深度；為能充電效率；為儲(chǔ)能放電效率。

54、優(yōu)選地，所述步驟s6具體包括：

55、以目標(biāo)函數(shù)為：

56、；

57、約束條件為：

58、；

59、形成微電網(wǎng)多目標(biāo)儲(chǔ)能容量隨機(jī)規(guī)劃，通過(guò)cplex或gurobi求解器，實(shí)現(xiàn)以上優(yōu)化問(wèn)題的快速求解，獲得最優(yōu)儲(chǔ)能規(guī)劃容量值。

60、優(yōu)選地，所述步驟s7具體包括：

61、最終函數(shù)值即為儲(chǔ)能側(cè)利益主體的日期望電費(fèi)成本，其相反數(shù)即為儲(chǔ)能側(cè)利益主體的日期望收益；

62、同時(shí)，當(dāng)不需要增加額外的電表設(shè)備，直接對(duì)非儲(chǔ)能側(cè)利益主體計(jì)算其期望電費(fèi)成本或收益，如下所示：

63、（1）當(dāng)光伏、用戶、儲(chǔ)能三者為同一利益主體時(shí)，此時(shí)不存在非儲(chǔ)能側(cè)利益主體；

64、（2）當(dāng)光伏、儲(chǔ)能屬于同一利益主體時(shí)，用戶日期望電費(fèi)成本為：

65、；

66、（3）當(dāng)用戶、光伏屬于同一利益主體，儲(chǔ)能為另一利益主體時(shí)，用戶光伏日期望電費(fèi)成本為：

67、；

68、（4）當(dāng)用戶、儲(chǔ)能屬于同一利益主體、光伏為另一利益主體時(shí)，光伏日期望收益為：

69、；

70、（5）當(dāng)用戶、光伏、儲(chǔ)能屬于三個(gè)利益主體時(shí)，用戶日期望電費(fèi)成本為：

71、?；

72、光伏日期望收益為：

73、；

74、（6）當(dāng)用戶、儲(chǔ)能屬于兩個(gè)利益主體，微電網(wǎng)內(nèi)沒(méi)有光伏時(shí)，用戶日期望電費(fèi)成本為：

75、。

76、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是：本發(fā)明中的方法充分計(jì)及了光伏、用戶、儲(chǔ)能在實(shí)際工程中屬于不同的利益主體的情況，包括1）光伏、用戶、儲(chǔ)能三者為同一利益主體；2）光伏、儲(chǔ)能屬于同一利益主體，3）用戶、光伏屬于同一利益主體，儲(chǔ)能為另一利益主體；4）用戶、儲(chǔ)能屬于同一利益主體、光伏為另一利益主體；5）用戶、光伏、儲(chǔ)能屬于三個(gè)利益主體；6）用戶、儲(chǔ)能屬于兩個(gè)利益主體，微電網(wǎng)內(nèi)沒(méi)有光伏；所提技術(shù)清晰量化了不同利益場(chǎng)景下儲(chǔ)能側(cè)利益主體的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)，通過(guò)構(gòu)建考慮實(shí)際運(yùn)行條件的儲(chǔ)能容量配置優(yōu)化問(wèn)題求解最優(yōu)儲(chǔ)能配置容量，實(shí)現(xiàn)不同利益場(chǎng)景下儲(chǔ)能側(cè)利益主體的綜合期望經(jīng)濟(jì)性最大化。

77、通過(guò)制定多利益主體功率傳遞與電量交易策略，只需要在光伏輸出端與公用母線端安裝電表，即可實(shí)現(xiàn)多元利益主體之間的電費(fèi)合理清算與利益合理分配，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行層面多利益主體的經(jīng)濟(jì)共贏。

78、綜合考慮一年中的所有場(chǎng)景，利用k-means聚類算法將一年內(nèi)的光伏負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類并提取典型日曲線及其對(duì)應(yīng)的發(fā)生概率，構(gòu)建儲(chǔ)能容量配置隨機(jī)規(guī)劃問(wèn)題，能以高計(jì)算效率實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能側(cè)利益主體一年內(nèi)的期望經(jīng)濟(jì)效益最大化；同時(shí)，在儲(chǔ)能規(guī)劃問(wèn)題中構(gòu)造了多目標(biāo)帕累托最優(yōu)方案，充分計(jì)及了不同目標(biāo)的重要程度不同對(duì)儲(chǔ)能容量配置決策的影響，使得結(jié)果更加貼合實(shí)際工程的需要。

79、綜上所述，本發(fā)明中的考慮多元利益主體的微電網(wǎng)多目標(biāo)儲(chǔ)能容量隨機(jī)規(guī)劃方法充分考慮光伏、用戶、儲(chǔ)能三者屬于不同的利益主體，提出了在不同利益主體下的儲(chǔ)能優(yōu)化配置算法；同時(shí)，考慮實(shí)際工程情況，基于在微電網(wǎng)出口的公用母線端以及光伏輸出端的電表量測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建儲(chǔ)能側(cè)、光伏側(cè)、用戶側(cè)利益主體交易策略與電費(fèi)成本、收益計(jì)算方式，制定考慮儲(chǔ)能側(cè)利益主體整體經(jīng)濟(jì)性最大化的儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置方案。