一种端对端分散交易驱动的配电网多主体规划方法

1.本发明涉及电力规划领域，具体是一种端对端分散交易驱动的配电网多主体规划方法。


背景技术：

2.更多的投资方将参与配电网中分布式电源的投资和运营。同时，当地电网公司负责线路加固和其他分布式电源的安装。然而，如何在电力公司获得利润的同时实现各投资方的利益最大化，是配电网多主体扩展规划中的一个问题。
3.现有的配电网扩展规划方法分为单主体扩展规划和多主体扩展规划，目前单主体扩展规划对于配电网中的负荷增长问题，无法有效的提高资源利用效率，节约配电网扩展规划的投资成本。而对于多主体扩展规划方法，一般只考虑了多个投资主体的投资方案的博弈，虽然能够满足负荷增长需求，但缺乏有效的电能交易方式将规划与运营相结合，难以实现多个投资主体的利益最大化。随着分布式电源的增多和电力市场的进一步开放，许多学者开始研究电力市场中电能的端对端交易模式，但现有研究大多只考虑了配电网的运营方式，实现了配电网的经济运行，没有有效的结合配电网的多主体扩展规划，造成资源浪费。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种端对端分散交易驱动的配电网多主体规划方法，包括如下步骤：
5.步骤一，初始化负荷增长；
6.步骤二，对电网进行潮流计算，判断配电网线路是否超过负荷上限，若是，则进入步骤三；
7.步骤三，对配电网线路进行升级，建立虚拟端对端交易模型，并进行虚拟端对端交易，售电主体根据购电主体的购电价格和购电数量自动匹配，购电主体根据售电主体的售电价格和售电数量自动匹配，目标函数是社会效益最大化，优化交易集中最匹配的方案，得到优化的交易集中最匹配的方案；
8.步骤四，根据优化的交易集中最匹配的方案得到配电网多主体规划方案。
9.进一步的，所述的端对端交易模型：
10.所述的端对端交易模型：
[0011][0012]dm,min
≤dm≤d
m,max
[0013]gn,min
≤gm≤g
m,max
[0014][0015][0016]
pw≥0 w∈w
[0017]
pro
p2p
是社会效益，nb是购电方的集合,ns是售电方的集合,dm是用户m的有功功率需求,gn是售电方n的分布式电源的发电量,um是买方m的效益函数,cn是卖方n的效益函数,d
m,min
和d
m,max
是用户m有功功率需求的上下限,g
n,min
和g
n,max
分别为发电机n的发电下限和发电上限,pw为交易w的有功功率,w为交易集合。
[0018]
进一步的，所述的售电方效益模型：
[0019][0020]
其中的θ
1,n
、θ
2,n
和θ
3,n
是与卖方n有关先验非负参数。
[0021]
进一步的，所述的购电方效益模型：
[0022][0023]
其中的τ
1,m
和τ
2,m
是与购电方m有关的先验非负参数。
[0024]
进一步的，所述的节点电价模型：
[0025][0026][0027][0028][0029][0030]
[0031][0032]
为线路l区域边际电价，a
1-a5为电价系数λ
receiver(l)
是线路末端节点的基本电价、μ
output(l)
和μ
receiver(l)
分别是线路始端和线路末端的最高电价限制，和分别是线路始端可增加或减少的电价，f
lp
与f
lq
分别为线路的有功潮流和无功潮流，r
l
与x
l
分别为线路l的电阻和电抗，a
l
是线路l的电流平方；
[0033]
进一步的，所述的过网费模型为：
[0034][0035]dw,n,dlmp
和d
w,m,dlmp
分别是是交易w中买方n和卖方m的边际节点价格。
[0036]
进一步的，所述的配电网多主体规划方案为在配电网多主体扩展规划模式下，提高系统的输电能力维持配电网的运行，目标函数为电网公司最大经济效益：
[0037]
pro
pc,p2p
＝pro
pc,sell
+pro
nuc-c
str,invest
[0038]
其中的pro
pc,sell
为售电效益，pro
nuc
为过网费收益，c
str,invest
为线路扩容成本。
[0039]
进一步的，所述的售电效益为：
[0040][0041]
p
pg,m,t
是用户m在t时的有功负荷，σ
sell,t
是电力公司在t时出售的电力单价，λ
buy,t
是电力公司在t时从主电网购买的电能单价。
[0042]
进一步的，所述的过网费收益
[0043][0044]
α
nuc
是端对端交易产生的过网费单价
[0045]
进一步的，所述的线路扩容成本
[0046][0047]nline
为电力公司需要扩建的线路数量，c
line,l
为线路l扩建的单位成本，l
l
为线路l的实际长度。
[0048]
本发明的有益效果是：本发明集成虚拟端对端交易建立了配电网多主体扩展规划模型。该模型能够利用端对端交易驱动配电网中多主体的扩展规划，可以满足配电网中负
荷增长对供电能力的需求，降低配电网的扩展规划成本，同时利用节点电价和过网费机制调节交易结果。实现了投资规划和经济运营相结合的配电网多主体扩展规划。
附图说明
[0049]
图1为本发明自动规划流程图；
[0050]
图2为本发明使用的配电网多主体扩展规划结构图；
[0051]
图3为本发明虚拟端对端交易结构图。
具体实施方式
[0052]
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0053]
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0054]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0055]
而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0056]
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
[0057]
如图1所示，一种端对端分散交易驱动的配电网多主体规划方法，包括如下步骤：
[0058]
步骤一，初始化负荷增长；
[0059]
步骤二，对电网进行潮流计算，判断配电网线路是否超过负荷上限，若是，则进入步骤三；
[0060]
步骤三，对配电网线路进行升级，建立虚拟端对端交易模型，并进行虚拟端对端交易，售电主体根据购电主体的购电价格和购电数量自动匹配，购电主体根据售电主体的售电价格和售电数量自动匹配，目标函数是社会效益最大化，优化交易集中最匹配的方案，得到优化的交易集中最匹配的方案；
[0061]
步骤四，根据优化的交易集中最匹配的方案得到配电网多主体规划方案。
[0062]
所述的端对端交易模型：
[0063]
所述的端对端交易模型：
[0064][0065]dm,min
≤dm≤d
m,max
[0066]gn,min
≤gm≤g
m,max
[0067][0068][0069]
pw≥0 w∈w
[0070]
pro
p2p
是社会效益，nb是购电方的集合,ns是售电方的集合,dm是用户m的有功功率需求,gn是售电方n的分布式电源的发电量,um是买方m的效益函数,cn是卖方n的效益函数,d
m,min
和d
m,max
是用户m有功功率需求的上下限,g
n,min
和g
n,max
分别为发电机n的发电下限和发电上限,pw为交易w的有功功率,w为交易集合。通过配电网中购电方和售电方的交易博弈形成电量交易的最优(社会效益最大化)集合，也就是潮流的分布，从而影响到配电网的运行状态。
[0071]
配电网多主体扩展规划模型根据端对端交易模型形成的运行状态，对于有越限可能的部分(线路等)进行投资规划从而升级配电网。
[0072]
所述的售电方效益模型：
[0073][0074]
其中的θ
1,n
、θ
2,n
和θ
3,n
是与卖方n有关先验非负参数。售电方交易模型的作用：计算端对端交易中售电方的效益。输入：售电方分布式电源的发电量、售电方效益计算参数θ
i,n
；输出：售电方总效益。
[0075]
所述的购电方效益模型：
[0076][0077]
其中的τ
1,m
和τ
2,m
是与购电方m有关的先验非负参数。用于计算购电方的效益，输入：购电方的有功负荷需求、购电方效益计算参数；输出：购电方总效益。
[0078]
所述的节点电价模型：
[0079][0080]
[0081][0082][0083][0084][0085]
为线路l区域边际电价，a
1-a5为电价系数，λ
receiver(l)
是线路末端节点的基本电价、μ
output(l)
和μ
receiver(l)
分别是线路始端和线路末端的最高电价限制，和分别是线路始端可增加或减少的电价，f
lp
与f
lp
分别为线路的有功潮流和无功潮流，r
l
与x
l
分别为线路l的电阻和电抗，a
l
是线路l的电流平方；该模型用于计算配电网中的每个线路的实时节点电价，输入：配电网线路潮流、电阻电抗值。输出：节点电价。
[0086]
所述的过网费模型为：
[0087][0088]dw,n,dlmp
和d
w,m,dlmp
分别是是交易w中买方n和卖方m的边际节点价格，该模型用于根据节点电价差计算电网公司需要向售电方收取的过网费，输入：售电方和购电方所处节点的节点电价，输出：电网公司需要向售电方收取的过网费。
[0089]
所述的配电网多主体规划方案为在配电网多主体扩展规划模式下，提高系统的输电能力维持配电网的运行，目标函数为电网公司最大经济效益：
[0090]
pro
pc,p2p
＝pro
pc,sell
+pro
nuc-c
str,invest
[0091]
其中的pro
pc,sell
为售电效益，pro
nuc
为过网费收益，c
str,invest
为线路扩容成本。
[0092]
所述的售电效益为：
[0093]
[0094]
p
pg,m,t
是用户m在t时的有功负荷，σ
sell,t
是电力公司在t时出售的电力单价，λ
buy,t
是电力公司在t时从主电网购买的电能单价。
[0095]
所述的过网费收益
[0096][0097]
α
nuc
是端对端交易产生的过网费单价
[0098]
所述的线路扩容成本
[0099][0100]nline
为电力公司需要扩建的线路数量，c
line,l
为线路l扩建的单位成本，l
l
为线路l的实际长度。
[0101]
具体的，集成虚拟端对端交易的配电网多主体扩展规划方法包括：端对端交易模型建模方法，配电网多主体投资运营模型建模方法。
[0102]
端对端交易模型建模方法：
[0103]
本发明采用的虚拟端对端交易模型，市场中的交易者可以是电能的生产者、消费者和产消者，它们之间的交易匹配集只需要满足配电网的物理约束和潮流平衡。在此基础上，售电主体根据购电主体在市场上的购电价格和购电数量自动匹配，购电主体根据售电主体的售电价格和售电数量自动匹配。最终目标函数是社会效益最大化。优化目标是交易集中最匹配的方案。
[0104]
1)端对端交易模型：
[0105][0106][0107][0108][0109][0110]
pw≥0 w∈w
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0111]
pro
p2p
是社会效益，nb是购电方的集合,ns是售电方的集合,dm是用户m的有功功率需求,gn是售电方n的分布式电源的发电量,um是买方m的效益函数,cn是卖方n的效益函数,d
m,min
和d
m,max
是用户m有功功率需求的上下限,g
n,min
和g
n,max
分别为发电机n的发电下限和发电上限,pw为交易w的有功功率,w为交易集合.
[0112]
2)售电方效益模型：
[0113][0114]
θ
1,n
、θ
2,n
和θ
3,n
是仅与卖方n有关先验非负参数.
[0115]
3)购电方效益模型：
[0116][0117]
τ
1,m
和τ
2,m
是仅与购电方m有关的先验非负参数。
[0118]
4)节点电价模型：
[0119][0120][0121][0122][0123][0124][0125]
为线路l区域边际电价，a1到a5为电价系数；λ
receiver(l)
、μ
output(l)
、μ
receiver(l)
和是(10-14)中的对偶变量。
[0126]
5)过网费模型
[0127][0128]dw,n,dlmp
和d
w,m,dlmp
分别是是交易w中买方n和卖方m的边际节点价格；
[0129]
(1)配电网多主体投资运营模型：
[0130]
在配电网多主体扩展规划模式下，电力公司只需提高系统的输电能力维持配电网的运行，即保证端对端交易的顺利进行。此时，目标函数是电力公司的最大经济效益，并且需要考虑消费者和用户的经济效益。
[0131]
1)售电效益
[0132][0133]
p
pg,m,t
是用户m在t时的有功负荷，σ
sell,t
是电力公司在t时出售的电力单价，λ
buy,t
是电力公司在t时从主电网购买的电能单价。
[0134]
2)过网费收益
[0135][0136]
α
nuc
是端对端交易产生的过网费单价。
[0137]
3)线路扩容成本
[0138][0139]nline
为电力公司需要扩建的线路数量，c
line,l
为线路l扩建的单位成本，l
l
为线路l的实际长度。
[0140]
4)电网公司目标函数
[0141]
pro
pc,p2p
＝pro
pc,sell
+pro
nuc-c
str,invest
ꢀꢀ
(25)
[0142]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。同时，本发明各个部件之间的型号和/或大小应当理解为相互匹配和配合，都属于本领域普通技术人员可知的实施方式，以及，本发明各个部件配合的紧密度，本领域普通技术人员可知，都属于本领域普通技术人员可采用现有技术中本领域普通技术人员可知的方式根据需要进行实施的部分，具体的，在本发明方案的基础上，本领域普通技术人员可通过合乎逻辑分析和/或推理弥补本发明细节上一些不足，使本发明技术方案更加完善和优化。
[0143]
以及，如果涉及到本发明未提出的问题，本领域普通技术人员可采用现有技术中本领域普通技术人员可知的任意方式进行解决，都属于本领域普通技术人员可知的实施方式。例如，本发明的目的也在于保护原理而并非具体数据，也鉴于尺寸大小、数据等也不属于发明专利所能保护的客体，因此未做详细阐述，本领域普通技术人员都可在本发明基础上结合现有技术理解理解为本领域普通技术人员可知的任一实施方式，本发明或许会存在背景技术中为提及的缺陷，这一缺陷或许是发明人始料未及的缺陷，但在做一项技术研发中，很难研发出没有任何缺陷的技术，这一缺陷的解决方案可以作为现有技术理解，以及本发明使用的人群仅限于需要在背景技术中提及的环境使用和能忽略这一缺陷继续选择使用的用户。基于此，本技术要求保护的仅是背景技术提出问题对应的方案原理部分，而其他部分，例如，在本技术原理基础上如何更优化的对本技术技术方案进行实施，显然不是通过一次研发和一次申请专利就可以完全实现的，因此本技术描述清晰的技术方案仅限于对应背景技术中所要解决的技术问题，其他部分可在另外的研发和专利申请中完成，也可由本领域其他技术人员在本技术方案的技术上继续改进，并申请专利，以达到最优使用效果，都属于本领域现有可知方式而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种端对端分散交易驱动的配电网多主体规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，初始化负荷增长；步骤二，对电网进行潮流计算，判断配电网线路是否超过负荷上限，若是，则进入步骤三；步骤三，对配电网线路进行升级，建立虚拟端对端交易模型，并进行虚拟端对端交易，售电主体根据购电主体的购电价格和购电数量自动匹配，购电主体根据售电主体的售电价格和售电数量自动匹配，目标函数是社会效益最大化，优化交易集中最匹配的方案，得到优化的交易集中最匹配的方案；步骤四，根据优化的交易集中最匹配的方案得到配电网多主体规划方案。2.根据权利要求1所述的一种端对端分散交易驱动的配电网多主体规划方法，其特征在于，所述的端对端交易模型：d
m,min
≤d
m
≤d
m,max
g
n,min
≤g
m
≤g
m,maxm,max
p
w
≥0 w∈wpro
p2p
是社会效益，n
b
是购电方的集合,n
s
是售电方的集合,d
m
是用户m的有功功率需求,g
n
是售电方n的分布式电源的发电量,u
m
是买方m的效益函数,c
n
是卖方n的效益函数,d
m,min
和d
m,max
是用户m有功功率需求的上下限,g
n,min
和g
n,max
分别为发电机n的发电下限和发电上限,p
w
为交易w的有功功率,w为交易集合。3.根据权利要求1所述的一种端对端分散交易驱动的配电网多主体规划方法，其特征在于，所述的售电方效益模型：其中的θ
1,n
、θ
2,n
和θ
3,n
是与卖方n有关先验非负参数。4.根据权利要求1所述的一种端对端分散交易驱动的配电网多主体规划方法，其特征在于，所述的购电方效益模型：其中的τ
1,m
和τ
2,m
是与购电方m有关的先验非负参数。
5.根据权利要求1所述的一种端对端分散交易驱动的配电网多主体规划方法，其特征在于，所述的节点电价模型：在于，所述的节点电价模型：在于，所述的节点电价模型：在于，所述的节点电价模型：在于，所述的节点电价模型：在于，所述的节点电价模型：d
l,dlmp
为线路l区域边际电价，a
1-a5为电价系数；λ
receiver(l)
是线路末端节点的基本电价、μ
output(l)
和μ
receiver(l)
分别是线路始端和线路末端的最高电价限制，和分别是线路始端可增加或减少的电价，f
lp
与f
lq
分别为线路的有功潮流和无功潮流，r
l
与x
l
分别为线路l的电阻和电抗，a
l
是线路l的电流平方。6.根据权利要求1所述的一种端对端分散交易驱动的配电网多主体规划方法，其特征在于，所述的过网费模型为：d
w,n,dlmp
和d
w,m,dlmp
分别是是交易w中买方n和卖方m的边际节点价格。7.根据权利要求1所述的一种端对端分散交易驱动的配电网多主体规划方法，其特征在于，所述的配电网多主体规划方案为在配电网多主体扩展规划模式下，提高系统的输电能力维持配电网的运行，目标函数为电网公司最大经济效益：
pro
pc,p2p
＝pro
pc,sell
+pro
nuc-c
str,invest
其中的pro
pc,sell
为售电效益，pro
nuc
为过网费收益，c
str,invest
为线路扩容成本。8.根据权利要求7所述的一种端对端分散交易驱动的配电网多主体规划方法，其特征在于，所述的售电效益为：p
pg,m,t
是用户m在t时的有功负荷，σ
sell,t
是电力公司在t时出售的电力单价，λ
buy,t
是电力公司在t时从主电网购买的电能单价。9.根据权利要求7所述的一种端对端分散交易驱动的配电网多主体规划方法，其特征在于，所述的过网费收益α
nuc
是端对端交易产生的过网费单价。10.根据权利要求7所述的一种端对端分散交易驱动的配电网多主体规划方法，其特征在于，所述的线路扩容成本n
line
为电力公司需要扩建的线路数量，c
line,l
为线路l扩建的单位成本，l
l
为线路l的实际长度。

技术总结
本发明公开了一种端对端分散交易驱动的配电网多主体规划方法，包括如下步骤：初始化负荷增长；对电网进行潮流计算，判断配电网线路是否超过负荷上限，若是，则进入步骤三；对配电网线路进行升级，建立虚拟端对端交易模型，并进行虚拟端对端交易，售电主体根据购电主体的购电价格和购电数量自动匹配，购电主体根据售电主体的售电价格和售电数量自动匹配，目标函数是社会效益最大化，优化交易集中最匹配的方案，得到优化的交易集中最匹配的方案。本发明集成虚拟端对端交易建立了配电网多主体扩展规划模型。实现了投资规划和经济运营相结合的配电网多主体扩展规划。的配电网多主体扩展规划。的配电网多主体扩展规划。


技术研发人员：向月 代佳琨
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2022.02.07
技术公布日：2022/5/25