文章解读与仿真程序复现思路——电工技术学报EI\CSCD\北大核心《考虑灵活性补偿的高比例风电与多元灵活性资源博弈优化调度》

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这个标题涉及到高比例风电与多元灵活性资源在博弈优化调度中考虑灵活性补偿的问题。以下是对标题各个部分的解读：

1. 高比例风电： 指的是在电力系统中，占比较高的风电发电量。这可能涉及到风力发电在能源生产中所占的较大比例，可能引入了系统运行中的一些挑战，例如风力发电的不稳定性和波动性。

2. 多元灵活性资源： 指的是系统中拥有多种灵活性资源，这些资源可以在电力系统需要时提供灵活性以适应需求的变化。这可能包括储能设备、可调度的发电设备、以及其他能够灵活调整产能或消耗的设备。

3. 博弈优化调度： 暗示了这是一个涉及博弈理论和优化调度的问题。在电力系统中，博弈理论可用于描述各种资源之间的相互作用，而优化调度则可以帮助最大化系统效益或满足各种约束条件。

4. 考虑灵活性补偿： 强调了在博弈优化调度中，特别关注了对灵活性的补偿。这可能涉及到灵活性资源的经济激励、博弈策略的调整，以及系统对于灵活性的高效利用。

综合起来，这个标题揭示了一个复杂的电力系统优化问题，其中高比例的风电和多元的灵活性资源需要通过博弈理论和优化调度来实现最优的系统运行，特别注重了对灵活性的合理补偿考虑。这类问题通常在追求提高可再生能源比例和电力系统运行灵活性方面具有挑战性。

摘要：在含高比例风电的新型电力系统中，针对由于缺乏灵活性调节激励机制造成的灵活性资源调节积极性不高、风电波动性平衡困难的问题，该文提出一种考虑灵活性补偿的高比例风电与多元灵活性资源博弈优化调度方法。首先，计及风电波动性与负荷波动性的时空耦合特性，定义了风电波动性评价指标，并以此为基础提出了风电灵活性调节需求量化方法；然后，考虑各灵活性资源主体决策的差异性和趋利性，提出了基于主从博弈的灵活性供需均衡分析方法，以各主体利益最大化为目标建立灵活性资源供需博弈优化模型；最后，通过仿真案例验证了所提方法可以有效提高源-荷-储多方灵活性资源参与调节的积极性，并促进高比例风电的上网消纳。

这段摘要描述了一种应对含有高比例风电的新型电力系统中面临的挑战的方法。以下是对摘要各部分的详细解读：

1. 问题描述： 提到了在新型电力系统中存在的两个问题，即灵活性资源调节积极性不高以及高比例风电的波动性难以平衡。这些问题可能导致电力系统运行的不稳定性和可靠性降低。

2. 提出的方法： 为解决上述问题，作者提出了一种博弈优化调度方法。该方法的关键特点在于考虑了灵活性补偿，旨在激励灵活性资源的更高积极性参与调节，特别是在高比例风电的情况下。

3. 方法步骤：

   • 风电波动性评价指标： 首先，考虑了风电波动性与负荷波动性的时空耦合特性，并定义了风电波动性评价指标。这为后续的灵活性调节需求提供了基础，并帮助量化风电灵活性的调节需求。

   • 主从博弈的灵活性供需均衡分析： 其次，考虑了各灵活性资源主体决策的差异性和趋利性。提出了基于主从博弈的方法，旨在分析和优化灵活性资源的供需均衡。该方法的目标是使各主体的利益最大化。

   • 仿真案例验证： 最后，通过仿真案例验证了提出的方法的有效性。结果显示，该方法能够提高多方灵活性资源参与调节的积极性，并促进高比例风电的上网消纳。这意味着系统更有效地应对风电波动性和提高灵活性资源的整体利用效率。

总体而言，该方法综合考虑了风电特性、灵活性资源的供需博弈和利益最大化的目标，通过仿真验证显示出在含有高比例风电的电力系统中具有潜在的实用性和效益。

关键词：?? ?高比例风电;灵活性补偿;主从博弈;风电波动性;

仿真算例：

本文以含高比例风电的新型电力系统为对象开 展仿真研究，其中参与灵活性调节交易的灵活性资 源包含 4 台火电机组、1 个储能电站、5 类可转移负 荷。源侧 4 台火电机组中 2 台具有深度调峰能力， 机组详细参数见附表 1；储能的额定容量为 80 MW·h， 具体参数见附表 2；荷侧包含 5 类可转移负荷，详 细参数见附表 3；风电装机容量为 840 MW，风电弃 风惩罚系数为 250元/(MW·h)，风电上网波动性考核 指标取 R=0。系统负荷预测曲线、风电预测曲线、 实时电价曲线如附图 1 所示。 为验证本文所提策略的有效性，本文设置了四 个场景进行对比分析，场景具体设置如下。 场景 1：系统中包含源-荷-储三个方面的灵活性 资源，以系统运行成本最小为目标对源-荷-储进行 集中优化调度。 场景 2：系统中包含源-储两个方面的灵活性资 源，采用本文所提的灵活性资源供需博弈策略对源 -储进行协同优化。 场景 3：系统中包含源-荷两个方面的灵活性资 源，采用本文所提的灵活性资源供需博弈策略对源 -荷进行协同优化。 场景 4：系统中包含源-荷-储三个方面的灵活性 资源，采用本文所提的灵活性资源供需博弈策略对 源-荷-储进行协同优化。

仿真程序复现思路：

仿真的复现思路涉及以下步骤：

1. 定义系统参数和数据：

   • 定义各灵活性资源的详细参数，包括火电机组、储能电站、可转移负荷等。
   • 确定风电装机容量、弃风惩罚系数、风电上网波动性考核指标等。
   • 包括系统负荷预测曲线、风电预测曲线、实时电价曲线等的相关数据。

2. 场景设置：

   • 根据论文描述，设置四个场景，每个场景对应不同的系统配置和优化目标。这包括场景1至场景4的具体设置。

3. 编写优化算法：

   • 对于每个场景，根据文中描述的灵活性资源供需博弈策略，设计相应的优化算法。这可能涉及到数学规划、博弈论等方法。

4. 模拟仿真过程：

   • 模拟电力系统的运行过程，包括源-荷-储之间的交互，灵活性资源的调度和交易。
   • 利用预测曲线和实时电价曲线等信息进行系统状态的更新。
   • 考虑风电波动性，储能特性，以及其他灵活性资源的特点。

5. 性能评估和结果分析：

   • 对每个场景运行仿真，并收集关键性能指标，例如系统运行成本、灵活性资源的利用效率等。
   • 进行结果分析，比较不同场景下的性能差异，验证提出策略的有效性。

下面是一个简化的Python伪代码示例，用于场景1的仿真：

import numpy as np
from scipy.optimize import minimize

# 定义系统参数和数据
wind_capacity = 840  # 风电装机容量（MW）
wind_penalty_factor = 250  # 风电弃风惩罚系数（元/(MW·h)）
wind_risk_index = 0  # 风电上网波动性考核指标

# 灵活性资源参数
thermal_generators = [
    {"name": "Generator1", "flexibility": "peak", "capacity": 100, "cost": 50},
    {"name": "Generator2", "flexibility": "peak", "capacity": 120, "cost": 55},
    {"name": "Generator3", "flexibility": "base", "capacity": 150, "cost": 45},
    {"name": "Generator4", "flexibility": "base", "capacity": 80, "cost": 40},
]

storage_station = {"name": "StorageStation", "capacity": 80, "efficiency": 0.9, "cost": 70}

transfer_loads = [
    {"name": "Load1", "type": "industrial", "demand": 30},
    {"name": "Load2", "type": "residential", "demand": 20},
    {"name": "Load3", "type": "commercial", "demand": 25},
    {"name": "Load4", "type": "industrial", "demand": 35},
    {"name": "Load5", "type": "residential", "demand": 15},
]

# 场景1：集中优化调度
def scenario_1_optimization():
    # 定义优化目标函数
    def objective(x):
        # x 是优化变量，表示各灵活性资源的输出功率或交易量
        # 在这个简化版本中，我们假设系统在每个时刻只进行一次调度

        # 计算系统运行成本
        total_cost = sum(g["cost"] * x[i] for i, g in enumerate(thermal_generators))
        total_cost += storage_station["cost"] * x[len(thermal_generators)]
        
        return total_cost

    # 定义约束条件函数
    def constraint(x):
        # 在这个简化版本中，我们假设总供电量等于总负荷
        total_generation = sum(x[i] for i in range(len(thermal_generators)))
        total_generation += x[len(thermal_generators)]  # 储能站的供电量

        total_demand = sum(load["demand"] for load in transfer_loads)

        return total_generation - total_demand

    # 定义优化问题
    initial_guess = np.zeros(len(thermal_generators) + 1)
    constraints = [{"type": "eq", "fun": constraint}]
    result = minimize(objective, initial_guess, constraints=constraints)

    # 输出结果
    print("Optimal Power Output:")
    for i, g in enumerate(thermal_generators):
        print(f"{g['name']}: {result.x[i]:.2f} MW")
    
    print(f"{storage_station['name']}: {result.x[len(thermal_generators)]:.2f} MW")
    print("Total Cost:", result.fun)

# 运行仿真
scenario_1_optimization()

这个示例中，我们使用scipy.optimize.minimize进行优化，考虑了成本最小化作为优化目标，并且添加了一个约束确保总供电量等于总负荷。请注意，实际情况中，可能需要更复杂的模型和算法来处理更多的约束条件和实际情况。