考虑新能源不确定性的全清洁能源区域电网的主从博弈研究

摘要

随着全清洁能源电网运行模式及区域电源结构的出现，如何以最优调度策略来实现各发电厂及电网间的利益平衡，是该类型电网急需解决的关键问题。同时，新能源出力的间歇性和波动性也给含风电、光伏等新能源的区域电网调度工作带来了较大的困难。因此，在充分考虑目前电力市场的开放程度、电网中各方的收益情况以及新能源不确定性的影响，需构建适合当前电网所需的调度模型，并设计相应的解决方案。 基于上述电网调度问题，首先，本文基于博弈论中的主从博弈理论构建了一个全清洁能源电网的调度模型——以电网为博弈主体，风电场、光伏电站和燃气电厂为弈弈从体的优化调度模型，并以电网的运营成本最小以及各发电厂收益最大作为优化目标，以上网电价以及各发电厂出力曲线作为此博弈模型的决策空间，这种模型对目前日益开放的电力市场以及新能源的消纳问题具有良好的适用性。其次，分别利用鲁棒优化法和纵向时刻概率解析法对风能源出力的波动性进行刻画，并使其与主从博弈模型达到了有机融合。最后，在已构建好的模型基础上，结合“Nash均衡”的定义，提出了基于并行“Nash均衡+PSO”的优化算法，并且实现了该模型求解。 结果表明，本文提出的主从博弈电网调度模型存在Nash均衡解，并且在保持风电和光伏的高利用的基础上，能够适应不同季节和典型负荷情景下全清洁能源电网的日常调度工作。将本文所建的优化调度模型与未考虑风电不确定性的经典均值调度方法的结果进行对比，因考虑了风电出力的波动性，致使调度环境恶化，使得其在利益分配均衡度和稳定程度上略低于经典均值调度方法，同时，基于纵向时间概率的主从博弈模型与鲁棒优化调度模型的仿真结果相比表明，虽然两种方法在夏冬两季的利益分配均衡度和稳定程度均维持在一个较高水平，但前者在一定程度上还是高于后者。

目录

声明

1绪论

1.1课题背景

1.2选题的研究目的和意义

1.3国内外研究综述

1.3.1新能源消纳研究

1.3.2全清洁能源区域电网

1.3.3优化调度算法

1.3.4博弈论在电力系统中的应用

1.3本文主要研究内容和完成工作

2考虑新能源不确定性的博弈理论分析研究

2.1不同博弈模型的分析研究

2.1.1非合作博弈和主从博弈

2.1.2静态合作博弈

2.1.3演化博弈

2.2新能源不确定性的研究方法

2.2.1概率密度函数方法

2.2.2发电情景方法

2.2.3随机变量或模糊变量法

2.3优化调度方法研究

2.3.1多目标优化问题的博弈求解方法

2.3.2鲁棒优化问题的博弈求解方法

2.4本章小结

3鲁棒优化下的全清洁能源主从博弈电网调度研究

3.1基于主从博弈区域电网调度研究

3.1.1主从博弈均衡定义与存在性理论

3.1.2主从博弈均衡求解

3.1.3新能源出力波动性的鲁棒优化

3.2基于鲁棒双层规划的主从博弈模型

3.2.1风电厂出力特性及收益

3.2.2光伏电站出力特性及收益

3.2.3燃气电厂的出力特性与收益

3.2.4电网的运营成本

3.3均衡求解

3.3.1均衡解的存在性

3.3.2博弈模型求解

3.4算例仿真

3.4.1计算背景

3.4.2博弈结果

3.5利益分配的均衡度

3.5.1基尼系数的计算

3.5.2利益分配均衡度分析

3.6本章小结

4 基于纵向时刻概率分布的全清洁能源区域电网的主从博弈模型研究

4.1新能源功率波动特性的概率分布研究

4.2纵向时刻概率分布原理及方法

4.2.1新能源纵向时间概率分布的求取

4.2.2函数拟合及校验

4.3基于风电出力纵向概率分布的主从博弈模型

4.3.1模型的构建

4.3.2 Stackelberg-Nash均衡求解

4.4算例仿真及利益分配均衡度分析

4.4.1风电的纵向时间概率分布

4.4.2博弈结果分析

4.4.3利益分配均衡度分析

4.5本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目