CN109472409B - 一种基于饥饿因子和优先因子的微电网群能量交易方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于饥饿因子和优先因子的微电网群能量交易方法，属于微电网能源分配技术领域。通过GCC收集各个微电网的可再生能源出力以及负荷功率，根据功率差额把微电网分为消费者和提供者。对于消费者而言，基于购买提供者能量的需求，通过计算饥饿因子和优先因子给出自身出价，当提供者提供总能量大于消费者所需总能量时，每个消费者都能得到与自身功率差额相等的能量。所述方法能够有效实现电能供需的合理分配。

Description

一种基于饥饿因子和优先因子的微电网群能量交易方法

技术领域

本发明涉及一种基于饥饿因子和优先因子的微电网群能量交易方法，属于微电网能源分配技术领域。

背景技术

微电网由分布式电源、负荷、储能装置等多个单元构成，通过有效的管理和控制体系，灵活调度各发电单元，有效解决了可再生能源大规模分散接入大电网的问题。微电网群是微电网系统的延伸，单个微电网在保证供电质量方面的能力是有限的，多个微电网的结合可以增加系统的稳定性与经济性。与单个微电网相比，微电网群不仅要确保系统内各发电单元在并网和孤岛状态下的正常运行，还要兼顾系统内多个微电网之间的能量流动，以提升供电稳定性和经济性。在一个微电网群落中，部分微电网由于自身调控能力有限，在单位时间段内，其内部发电量不一定与自身负荷平衡，对外呈现一定的电能富余或不足。电能不足的微电网为了保证自身负荷供电，需向电能富余微电网购电；电能富余的微电网为追求自身经济利益最大化，希望将多余电能出售给电能不足的微电网。基于这些需求，在微电网群系统中引入市场机制，微电网之间可以进行电能交易。在能量交易过程中，如何合理分配能量和利益，以及如何保证交易市场的公平性成为亟待解决的问题。

针对上述问题，有学者提出基于拍卖模式的微电网交易方法，每个微电网根据其余微电网的出价不断修改自身出价，但该方法下的交易过程繁琐且计算复杂，微电网群能量调度的实时性无法得以保证。另外，有学者提出依据历史贡献率等因素的微电网出价准则，历史贡献率越高的微电网在能量分配过程中处于优先位置，但此方法并不利于长期处于电量不足状态下的微电网的稳定运行。

发明内容

本发明为了解决群落中微电网之间供需不匹配的问题，使各微电网达到最优的经济状态，提出一种基于饥饿因子和优先因子的微电网群能量交易方法，所述方法根据各微电网内部电量的富余或不足情况，将各微电网分为消费者和提供者，提供者提供的能量按消费者出价的比例分配给消费者，其收入按照销售额的比例分配给提供者。本发明所采取的技术方案如下：

一种基于饥饿因子和优先因子的微电网群能量交易方法，所述方法包括：

步骤一、设定微电网群包括m个微电网，M＝{MG₁,MG₂,MG₃…,MG_m}代表微电网群落中所有微电网的集合；根据确定微电网的功率差额ΔP^t，分别为微电网在时间t内的光伏出力、风机出力以及负载功率；

步骤二、判断ΔP^t与0之间的大小关系，如果ΔP^t＜0，MG被称为消费者，MG_i代表某个消费者，I是所有消费者的集合,i∈I；如果ΔP^t＞0，MG被称为提供者，MG_j代表某个消费者，J是所有提供者的集合,j∈J；

步骤三、根据消费者饥饿因子和消费者优先因子确定消费者i在t时段从交易中得到的能量

步骤四、根据提供者饥饿因子和消费者优先因子确定提供者j在能量交易过程中输出的能量

步骤五、判断步骤三所述消费者i在t时段从交易中得到的能量和步骤四所述提供者j在能量交易过程中输出的能量之间的大小，如果所述提供者j在能量交易过程中输出的能量小于所述消费者i在t时段从交易中得到的能量，则所有提供者输出全部能量；如果所述提供者j在能量交易过程中输出的能量大于所述消费者i在t时段从交易中得到的能量，则提供者根据消费者优先因子的比例输出能量；

步骤六、根据提供者得到的总收益确定提供者j根据输出能量占总输出能量比例得到的收益，其中，所述提供者得到的总收益表示为：

所述提供者j根据输出能量占总输出能量比例得到的收益表示为：

其中，为消费者出价。

进一步地，步骤三所述确定消费者i在t时段从交易中得到的能量的具体过程为：

第一步、根据消费者饥饿因子模型和消费者优先因子模型分别获得所述消费者饥饿因子和消费者优先因子，其中，所述消费者饥饿因子模型为：

所述消费者优先因子模型为：

其中，消费者饥饿因子ST_i表示消费者i的所需能量；消费者优先因子PR_i表示所述微电网可再生能源渗透率；

第二步、根据第一步获得的所述消费者饥饿因子和消费者优先因子，获取消费者i在t时段的出价参数所述出价参数的形式如下：

其中，α_i和β_i是权重因子，0≤α_i,β_i≤1且α_i+β_i＝1，α_i的值越大，表明消费者饥饿因子对消费者出价影响越大，β_i的值越大，表明消费者优先因子对消费者出价影响越大；

第三步、结合所述出价参数确定消费者出价所述消费者出价表示为：

其中，是从大电网购电价格；是向大电网售电价格，并且，和满足关系为：C_GB＜C_i＜C_GS；

第四步、结合消费者出价确定消费者i在t时段从交易中得到的能量，所述消费者i在t时段从交易中得到的能量为：

其中，是所有消费者t时段内需要的能量总和，是所有提供者t时段内可以提供的能量总和；当提供者提供总能量大于消费者所需总能量时，每个消费者都能得到与自身功率差额相等的能量，剩余能量则卖给大电网；当提供者提供的总能量不足以弥补消费者的功率差额时，按照消费者出价比例将能量分配给各个消费者。

进一步地，步骤四所述确定提供者j在能量交易过程中输出的能量的具体过程为：

第1步：根据提供者优先因子模型确定提供者优先因子PR_j，所述提供者优先因子模型为：

其中，分别表示提供者j的风机、光伏、负荷功率；

第2步：结合第1步所述提供者优先因子确定提供者j在能量交易过程中输出的能量，所述提供者j在能量交易过程中输出的能量表示为：

其中，表示提供者j可以提供的能量上限，即该提供者可再生能源减去负荷的值：

本发明有益效果：

本发明提出的一种基于饥饿因子和优先因子的微电网群能量交易方法，通过GCC收集各个微电网的可再生能源出力以及负荷功率，根据功率差额把微电网分为消费者和提供者。对于消费者而言，基于购买提供者能量的需求，通过计算饥饿因子和优先因子给出自身出价，当提供者提供总能量大于消费者所需总能量时，每个消费者都能得到与自身功率差额相等的能量；当提供者提供的总能量不足以弥补消费者的功率差额时，按照消费者出价比例将能量分配给各个消费者，消费者根据获得能量的多少支付电价；对于提供者而言，通过计算优先因子决定提供能量的比例，当提供者提供总能量大于消费者所需总能量时，提供者根据优先因子的比例输出能量。当提供者提供的总能量不足以弥补消费者的功率差额时，所有提供者输出全部可以提供的能量，提供者根据提供能量的多少和消费者支付电价的总和获得相应的收益。GCC把上述优化结果传递给各个微电网，使其按照优化结果进行能量交易。

本发明提出的微电网群能量交易方法通过根据各微电网内部电量的富余或不足情况，将各微电网分为消费者和提供者，提供者提供的能量按消费者出价的比例分配给消费者，其收入按照销售额的比例分配给提供者的方式，实现电能供需的合理分配，提高电能的有效利用率，极大程度上降低电能能源因为供需分配不均造成的浪费，同时，也可使消费者出价直接依据自身所需功率以及可再生能源渗透率给出，省去多次竞价过程，保证了交易市场的公平性和微电网群运行的经济性。

附图说明

图1为微电网1功率流动图；

图2为微电网1功率缺额前后对比图；

图3为微电网2功率流动图；

图4为微电网2功率缺额前后对比图；

图5为微电网3功率流动图；

图6为微电网3功率缺额前后对比图；

图7为本发明所述交易方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。

实施例1：

一种基于饥饿因子和优先因子的微电网群能量交易方法，如图7所示，在微电网群中，各微电网可由全局中央控制器(Global Central Controller,GCC)统一管理。GCC的主要任务是收集每个微电网发出的信息，各微电网根据收到的指令完成能量交易过程。因此，本实施例所述微电网群能量交易方法的具体步骤包括：

步骤一、设定微电网群包括m个微电网，M＝{MG₁,MG₂,MG₃…,MG_m}代表微电网群落中所有微电网的集合；根据确定微电网的功率差额ΔPi^t，分别为微电网i在时间t内的光伏出力、风机出力以及负载功率；

步骤二、判断ΔP_i ^t与0之间的大小关系，如果MG_j被称为提供者，J是所有提供者的集合；如果ΔP_i ^t＜0，MG_i被称为消费者，I是所有消费者的集合；

步骤三、根据消费者饥饿因子和消费者优先因子确定消费者i在t时段从交易中得到的能量

步骤四、根据提供者饥饿因子和消费者优先因子确定提供者j在能量交易过程中输出的能量

步骤五、判断步骤三所述消费者i在t时段从交易中得到的能量和步骤四所述提供者j在能量交易过程中输出的能量之间的大小，如果所述提供者j在能量交易过程中输出的能量小于所述消费者i在t时段从交易中得到的能量，则所有提供者输出全部能量；如果所述提供者j在能量交易过程中输出的能量大于所述消费者i在t时段从交易中得到的能量，则提供者根据消费者优先因子的比例输出能量；比如一个微电网的优先因子是a，全部微电网的优先因子和是A，则这个微电网输出功率按照a/A的比例输出能量。

步骤六、根据提供者得到的总收益确定提供者j根据输出能量占总输出能量比例得到的收益，其中，所述提供者得到的总收益表示为：

所述提供者j根据输出能量占总输出能量比例得到的收益表示为：

其中，为消费者出价。

本实施例所述微电网群能量交易方法中，消费者出价参数包含饥饿因子和优先因子，饥饿因子为考虑消费者所需能量占全部消费者所需总能量的比例，优先因子为微电网的可再生能源渗透率。微电网群的交易市场综合考虑两种因子的影响进而决定能量出价和分配。消费者饥饿因子越大，所需能量越多，出价越高，从而获得较多能量以保证自身负荷供应。优先因子越大，则可再生能源渗透率越高，越优先获得能量，以此鼓励发展清洁能源，促进能源转型。提供者只考虑优先因子，可再生能源渗透率高者优先输出能量。

实施例2

本实施例是对实施例1所述一种基于饥饿因子和优先因子的微电网群能量交易方法的进一步限定，步骤三所述确定消费者i在t时段从交易中得到的能量的具体过程为：

第一步、根据消费者饥饿因子模型和消费者优先因子模型分别获得所述消费者饥饿因子和消费者优先因子，其中，所述消费者饥饿因子模型为：

所述消费者优先因子模型为：

其中，消费者饥饿因子ST_i表示消费者i的所需能量；消费者优先因子PR_i表示所述微电网可再生能源渗透率，渗透率高的消费者优先得到低于从大电网购电价格的能量，以此鼓励发展清洁能源，促进能源转型；PR_j是提供者输出能量的唯一参数，PR_j越大的提供者输出能量则越多，但不会超过自身富余能量的上限。相对于把能量出售给大电网，可再生能源渗透率高的提供者可将更多能量出售给其他微电网，从而获得更多收益。同消费者获取能量参数类似，该方法有利于通过微电网加大可再生能源的开发与利用。

第二步、根据第一步获得的所述消费者饥饿因子和消费者优先因子，获取消费者i在t时段的出价参数所述出价参数的形式如下：

其中，α_i和β_i是权重因子，0≤α_i,β_i≤1且α_i+β_i＝1，α_i的值越大，表明消费者饥饿因子对消费者出价影响越大，β_i的值越大，表明消费者优先因子对消费者出价影响越大；

第三步、结合所述出价参数确定消费者出价所述消费者出价表示为：

其中，是从大电网购电价格；是向大电网售电价格，并且，和满足关系为：C_GB＜C_i＜C_GS，如此定价可以激励微电网之间优先进行能量交易，然后再与大电网交换能量；

第四步、结合消费者出价确定消费者i在t时段从交易中得到的能量，所述消费者i在t时段从交易中得到的能量为：

其中，是所有消费者t时段内需要的能量总和，是所有提供者t时段内可以提供的能量总和；当提供者提供总能量大于消费者所需总能量时，每个消费者都能得到与自身功率差额相等的能量，剩余能量则卖给大电网；当提供者提供的总能量不足以弥补消费者的功率差额时，按照消费者出价比例将能量分配给各个消费者。

实施例3

本实施例是对实施例1所述一种基于饥饿因子和优先因子的微电网群能量交易方法的进一步限定，步骤四所述确定提供者j在能量交易过程中输出的能量的具体过程为：

第1步：根据提供者优先因子模型确定提供者优先因子PR_j，所述提供者优先因子模型为：

其中，分别表示提供者j的风机、光伏、负荷功率；

第2步：结合第1步所述提供者优先因子确定提供者j在能量交易过程中输出的能量，所述提供者j在能量交易过程中输出的能量表示为：

其中，表示提供者j可以提供的能量上限，即该提供者可再生能源减去负荷的值：

针对本实施例所述基于饥饿因子和优先因子的微电网群能量交易方法的实验验证过程如下：

采用HOMER软件配置了三个微电网组成微电网群，配置结果如表1所示。

表1微电网的配置

系统中各微电网的α_i和β_i值均取0.5，表明可再生能源渗透率和功率差额对于各微电网的出价影响是一样的。

利用MATLAB编写程序，按照所提能量交易方法可得到各微电网之间的能量流动情况，如图1、图3、图5所示。在0:00-5:00期间，三个微电网的功率差额均不大，功率流动不明显。在8:00-16:00期间，微电网1的可再生能源功率大于自身负荷功率，为提供者，其他两个微电网的功率差额为负值，为消费者，如图1所示，微电网1的能量按出价比例流向其他两个微电网。在18:00-23:00期间，微电网1和微电网2作为消费者，能量主要从微电网3流向微电网1和微电网2。各个子微电网的功率在所提能量交易方法前后对比结果如图2、图4和图6所示，与未采用所提能量交易方法相比，各个微电网功率差额波动均有所减小，证明了本发明所提能量交易方法的有效性。能量在微电网群中得到合理的分配和流动，并且能依据饥饿因子和优先因子合理调整能量的流动，使得可再生能源渗透率高的微电网在能量交易的过程中获得较高的参与度，从而得到更好的经济效益；同时兼顾各微电网的功率差额大小，使得自身功率差额较大的微电网交易更多的能量，保障自身的稳定性。另外，该策略通过制定合理的定价激励微电网首先与其他微电网进行能量交易，使得能量在微电网群落中消纳，减少了微电网群落对于大电网的依赖，增加了自身运行稳定性。

本发明提出的一种基于饥饿因子和优先因子的微电网群能量交易方法，通过GCC收集各个微电网的可再生能源出力以及负荷功率，根据功率差额把微电网分为消费者和提供者。对于消费者而言，基于购买提供者能量的需求，通过计算饥饿因子和优先因子给出自身出价，当提供者提供总能量大于消费者所需总能量时，每个消费者都能得到与自身功率差额相等的能量；当提供者提供的总能量不足以弥补消费者的功率差额时，按照消费者出价比例将能量分配给各个消费者，消费者根据获得能量的多少支付电价；对于提供者而言，通过计算优先因子决定提供能量的比例，当提供者提供总能量大于消费者所需总能量时，提供者根据优先因子的比例输出能量。当提供者提供的总能量不足以弥补消费者的功率差额时，所有提供者输出全部可以提供的能量，提供者根据提供能量的多少和消费者支付电价的总和获得相应的收益。GCC把上述优化结果传递给各个微电网，使其按照优化结果进行能量交易。

本发明提出的微电网群能量交易方法通过根据各微电网内部电量的富余或不足情况，将各微电网分为消费者和提供者，提供者提供的能量按消费者出价的比例分配给消费者，其收入按照销售额的比例分配给提供者的方式，实现电能供需的合理分配，提高电能的有效利用率，极大程度上降低电能能源因为供需分配不均造成的浪费，同时，也可使消费者出价直接依据自身所需功率以及可再生能源渗透率给出，省去多次竞价过程，保证了交易市场的公平性和微电网群运行的经济性。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (1)

1.一种基于饥饿因子和优先因子的微电网群能量交易方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一、设定微电网群包括m个微电网，M＝{MG₁,MG₂,MG₃,MG_m}代表微电网群落中所有微电网的集合；根据确定微电网的功率差额ΔP_i ^t， 分别为微电网i在时间t内的光伏出力、风机出力以及负载功率；

步骤二、判断ΔP_i ^t与0之间的大小关系，如果ΔP_i ^t＞0，MG被称为提供者，MG_j代表某个提供者，J是所有提供者的集合，j∈J；如果ΔP_i ^t＜0，MG被称为提供者，MG_i代表某个消费者，I是所有消费者的集合，i∈I；

步骤三、根据消费者饥饿因子和消费者优先因子确定消费者i在t时段从交易中得到的能量

步骤四、根据提供者饥饿因子和消费者优先因子确定提供者j在能量交易过程中输出的能量

步骤五、判断步骤三所述消费者i在t时段从交易中得到的能量和步骤四所述提供者j在能量交易过程中输出的能量之间的大小，如果所述提供者j在能量交易过程中输出的能量小于所述消费者i在t时段从交易中得到的能量，则所有提供者输出全部能量；如果所述提供者j在能量交易过程中输出的能量大于所述消费者i在t时段从交易中得到的能量，则提供者根据消费者优先因子的比例输出能量；

步骤三所述确定消费者i在t时段从交易中得到的能量的具体过程为：

第一步、根据消费者饥饿因子模型和消费者优先因子模型分别获得所述消费者饥饿因子和消费者优先因子，其中，所述消费者饥饿因子模型为：

所述消费者优先因子模型为：

其中，消费者饥饿因子ST_i表示消费者i的所需能量；消费者优先因子PR_i表示所述微电网可再生能源渗透率；

第三步、结合所述出价参数确定消费者出价所述消费者出价表示为：

其中，是从大电网购电价格；是向大电网售电价格，并且，和满足关系为：C_GB＜C_i＜C_GS；

第四步、结合消费者出价确定消费者i在t时段从交易中得到的能量，所述消费者i在t时段从交易中得到的能量为：

其中，是所有消费者t时段内需要的能量总和，是所有提供者t时段内可以提供的能量总和；当提供者提供总能量大于消费者所需总能量时，每个消费者都能得到与自身功率差额相等的能量，剩余能量则卖给大电网；当提供者提供的总能量不足以弥补消费者的功率差额时，按照消费者出价比例将能量分配给各个消费者;

步骤四所述确定提供者j在能量交易过程中输出的能量的具体过程为：

第1步：根据提供者优先因子模型确定提供者优先因子PR_j，所述提供者优先因子模型为：

其中，分别表示提供者j的风机、光伏、负荷率；

第2步：结合第1步所述提供者优先因子确定提供者j在能量交易过程中输出的能量，所述提供者j在能量交易过程中输出的能量表示为：

其中，表示提供者j可以提供的能量上限，即该提供者可再生能源减去负荷的值，