网站首页 公文大全 个人文档 实用范文 讲话致辞 实用工具 心得体会 哲学范文 总结范文 范文大全 报告 合同 文书 信函 实用
  • 汇报体会
  • 节日庆典
  • 礼仪
  • 毕业论文
  • 评语寄语
  • 导游词
  • 口号大全
  • 其他范文
    • 百花范文网 > 实用范文 > 其他范文 > 基于改进Shapley算法的虚拟电厂博弈模型分析

    基于改进Shapley算法的虚拟电厂博弈模型分析

    时间：2023-02-24 09:45:07来源：百花范文网本文已影响人

    刘立洲，龚锦霞

    (上海电力大学 电气工程学院，上海 200090)

    随着风力储能技术与电动汽车技术的不断成熟，通过这些方式与风电商进行合作可以降低风力发电的不确定性。在智能电网技术快速发展的背景下，虚拟发电厂(Virtual Power Plant，VPP)的概念逐渐受到国内外广泛的关注[1-4]。文献[5]分析了虚拟电厂的产生背景，给出了虚拟电厂的不同文献定义,并提炼出虚拟电厂的核心思想。基于对国内外相关研究的综合分析，根据合作博弈理论，文献[6]中建立了基于场景分析的虚拟电厂单独调度、与配电公司联合调度模型，分析了含风光水的虚拟电厂与配电公司的合作空间以及利益公平分配问题。近年来，传统的基于合作博弈的分配方法如Shapley值法，引起了人们的关注，因为这些方法满足公平公理，并被证实具有个体理性、联盟理性和全局合理性的特征[7]。通过加权风险条件价值，风力发电厂和传统火力发电厂(Conventional Thermal Power Plants, CTPP)的协调交易在文献[8]中提出，这显著提高了利润最低情景中的预期利润。文献[9-13]分别用Shapley值法分配因配电网络中的集成造成的损耗和减排。然而，由于在配电网络中存在大量的集成，将会出现组合爆炸问题，并且由于组合性质，传统的基于合作博弈的分配方法将在计算上变得不可行，因此需要一种改进的Shapley算法在合作博弈中应用[14-19]。在上述背景下,文章基于合作博弈均衡理论[20-23],建立了风电商和EV聚合商以VPP合作模式建立多时段随机弈均衡模型。为了有效地处理风速不确定性,同时引入投标偏差惩罚机制。通过考虑不确定性因素的情况，利用概率分布表示不确定因素的统计规律，建立了随机Shapley算法,进而利用改进的随机Shapley算法计算风电商和EV聚合商的利益分配。通过与传统的Shapley算法进行比较，验证改进Shapely算法的有效性。

    对于风力发电不确定的情况，文章假设风电商与电力市场签订的合同具有一定的合理性与预测性，风量不确定引起电力不足的电量EV聚合商足够补充。

    当风电商与EV聚合商进行合作时，与不合作相比，EV聚合商得到了风电商惩罚时的部分罚款，风电商也减少了这部分放罚款。

    1.1 风电商投标偏差模型

    (1)

    进一步细化考虑,风电商投标偏差可表示为:

    (2)

    1.2 EV聚合商利润模型

    (3)

    故第t个时段VPP在日前市场的总投标出力为:

    Qvpp,t=Qt+xv,t

    (4)

    式中xv,t表示第t个时段的电力波动。

    对于EV聚合商来说，其获取的利润为:

    (5)

    式中ρt,w表示为第t个时段场景w发生的概率；
    η表示转换系数。式(5)中，前4项表示EV聚合商的收益以及其实际出力和设备损耗的损失，最后一项表示风电商对EV聚合商对自己缺少电量补充的一种奖励。因为EV充放电存在一定电能损失，且总充放电量不能超过电池有效容量，因此EV聚合商的充放电容量满足上述约束条件。

    1.3 风电商利润模型

    对于风电商来说，与EV聚合商合作所获取的利润为：

    (6)

    对于风电商与EV聚合商来说，两者的利益分配主要是在原来不合作对风电商的惩罚，这一部分的罚款作为两者合作之后的共同利益。因此共同分配的利益模型为：

    (7)

    为了方便后面的公式推导与简洁性，用式(8)代替式(7)：

    (8)

    (9)

    式中xi(i=1,2)表示风电商与EV聚合商的利益，i=1表示EV聚合商的利益，i=2表示风电商的利益;v(s)表示两者合作的收益;v(s-i)表示两者不合作的收益。具体改进的随机Shapley值函数为：

    (10)

    式(10)可以表示在不同的投标偏差情况下，风电商和EV聚合商获得的利润。显然地，风电商和EV聚合商的总的利润是不发生变化，符合博弈模型中内部利润分配的问题。

    对于概率分布，在统计学中往往采用期望值去表示整体的情况。因此，给出期望的Shapley值函数：

    (11)

    式中Ex1,Ex2表示风电商与EV聚合商的期望的利益；
    F(Δ(t))为Δ(t)大于Δ0随机概率分布函数；
    Δ0表示已知设定的一个标准值，当缺少的电量为Δ0时，二者对总的利益进行平分。因为Δ(t)满足正态分布Δ(t)∈(0,σ2)，所以根据正态分布的概率分布函数可知：

    (12)

    这里用正态概率分布函数用来描述风电商投标偏差，这样可以表示风电商投标偏差在某一时刻的值，这样就可以建立改进的随机Shapley值函数，正态分布与Shapley值函数的结合就是通过使用统计学规律描述某一未知量。

    结合式(10)～式(12)，可以得到：

    (13)

    期望值为：

    (14)

    为了实现最大效率的利益分配，满足一阶导数条件，因此有：

    (15)

    期望的一阶导数条件：

    (16)

    (17)

    (18)

    因为k1∈(0,1)，则：

    (19)

    经过上面的分析可以得到实时的最优分配方案，具体如下：

    (20)

    期望的分配方案为：

    (21)

    在相同的利润的条件下，付出的工作量越小对于企业来说工作效率越高，更加符合企业追求的目标。文中主要就是解决利益分配问题，总的利益是固定的，双方或者多方进行利益分配时，总的利益不会发生变化。因此，不同的算法针对利益分配问题无法判断是否获取整体最优，即一方多分配部分利益必有一方减少了利益。从而针对这个问题，提出了工作投入产出比作为一个衡量的指标。综合考虑获取的利益和工作投入产出比去判断一方整体的利润增加与否，从而判断算法的优越性。

    (22)

    使用一阶导数条件有：

    (23)

    因此得到两者投入的工作量：

    (24)

    投入产出比主要是针对当获取同样经济利润的情况下，希望付出的劳动或者其他生产资料更少，通过量化的指标去选择最优的方案，这样不仅可以有效地解决内部利益分配问题，同样减少了对资源的使用。

    考虑某日前电力市场中存在一个风电商和一个EV聚合商，下面考虑四个时段的不同的风速，具体参数如表1所示(功率单位：MW；
    价格单位：元/(kW·h)；
    t=1,2,3,4)。

    表1 各时段模型参数

    上面参数代入计算公式，可以求出每个时间段的Δ(t)，分别为:

    (25)

    图1给出F(Δ(t))正态分布的图像。

    图1 F(Δ(t))正态分布图

    图1表示不同的投标偏差在实际中出现的概率，例如出现偏差为0的概率为0.1。计算方法是利用对风电商主要的不确定因素即风速的统计分析来计算投标偏差的值，对投标偏差进行统计概率分析，满足类似正态分布的情况，然后使用参数估计得到合适的正态分布函数。

    使用参数表里四个时间段的数据，结合不确定参数的分布函数，利用式(5)、式(6)、式(19)和式(20)计算四个时间段EV聚合商与风电商的最优利润和期望获得的最优利润。具体数据见表2和表3。

    表2 不同时段的最优利润

    表3 不同时段的期望利润

    表2和表3中是四个不同时段的用电情况以及风电商和EV聚合商的一些参数，使用我们的随机Shapley算法能够计算出每个时段的风电商与EV聚合商的利益最优值，同时能够出整体的期望达到的最优值，有利于对奖励部分的利益进行有效地分配，达到最大的工作效率。从表2和表3我们可以直观地看出四个时间的EV聚合商和风电商的最优利润与获得的最优利润。风力发电商在第三个时间段获得的利润最大，EV聚合商在第二个时间段获得的利润最大。不难发现，EV聚合商和风电商期望获得的利润和实际分配的利润之间的误差很小，说明改进的Shapley算法能够对内部的利润进行合理的分配，基本满足双方的期望值，体现了算法的有效性。

    4.1 传统与改进Shapley算法的不同点

    为了比较我们提出的改进的Shapley算法的优越性，通过将一天24 h每15 min为一个阶段(在实际情况中，可能不一定满足下面风速的变动条件，但是不失一般性可以假设存在这种阶段的风速，因为这一部分主要为验证算法具有鲁棒性，任意情况的风速都可以作为测试的数据)，得到96阶段不同的风速，具体风速如图2所示。在相同参数的情况下去对比期望的利润以及工作量的投入，具体数据见图3。

    图2 不同阶段的风速

    图3 不同算法的利润比较

    图2主要给出统计1天的XX城市的风速，15 min为一个阶段，因此可以得到96个不同阶段的风速。不同的风速会产生不同的投标偏差，因此需要对风电商不确定性部分的利润进行内部分配，使用式(5)、式(6)、式(19)和式(20)可以计算改进Shapley算法对内部利润进行分配的结果：96个阶段的最优利润和期望利润。同时，为了体现算法的优越性，我们使用传统的Shapley算法，在同样参数条件下计算96个阶段的最优利润和期望利润，具体数据见图3。为了体现改进算法的另外一个优点，这里的利润都提高了，主要得益于各个合作者之间的余电利用，不仅仅是利益分配的部分利益。同样与传统的Shapley算法进行对比，具体数据见图3。

    通过图3的对比我们可以知道：相同的工作效率情况下，传统Shapley算法求得的整体利润分配方案中，风力发电商和EV聚合商获取的利润都要低于改进的Shapley算法的利润分配方案，传统的Shapley算法并不能得到最优风力发电商惩罚项，因此整体的利润低于改进的Shapley算法计算出来的利润。通过图4的对比，可以发现，相同的参数条件下，传统的Shapley算法求得的风力发电商和EV聚合商的工作量都大于改进的Shapley算法的工作量。因此我们改进的随机Shapley算法不仅能提高合作博弈双方的利润，同样减少了双方的工作量投入，即算法是有效的。

    图4 不同算法的工作量投入比较

    4.2 具有电价波动的两个风电商和EV聚合商利润的结果分析

    当市场的电价不是稳定不变的时候，考虑具有两个风力发电商和EV聚合商利润分配的问题。因为电价在一天96个阶段基本不发生变化，为了研究算法的鲁棒性，我们假设当电价的波动为范围Pt=0.52+0.1sin(t)。

    通过图5给出不同阶段的电价，因为提供的两个风电商的发电能力是不同的，风电商1为主要发电商。通过图6对比我们可以知道：当相同参数条件下，改进的Shapley算法求得的三方利润分配方案，风力发电商1获取的利润都要高于风力发电商2的利润。通过图7的对比，可以发现相同参数条件下，风力发电商1和EV聚合商的工作量都大于风力发电商2的工作量。因此改进的随机Shapley算法对电价波动的多个风力发电商的情况也是有效的。

    图5 不同阶段的电价

    图6 三方收益情况

    图7 三方工作量

    文中基于合作博弈的博弈均衡理论,分别建立了风电商和EV聚合商的合作随机模型模式，通过建立两者在电力市场多时段随机博弈均衡模型，引入了惩罚与奖励机制，并基于合作博弈理论使用改进的Shapley算法对利润进行合理分配。通过算例分析,比较研究了改进的Shapley算法对风电商和EV 聚合商合作模式，对电力市场均衡结果的影响以及算法的优越性。

    猜你喜欢 风力投标风电 海上漂浮式风力发电机关键技术研究防爆电机(2022年1期)2022-02-16造价信息管理在海外投标中的应用探讨铁道建筑技术(2021年4期)2021-07-21国务院明确取消投标报名石油化工建设(2019年4期)2019-10-10浅析投标预算风险的防范建材发展导向(2019年10期)2019-08-24海上风电跃进隐忧能源(2018年6期)2018-08-01分散式风电破“局”能源(2018年6期)2018-08-01风电：弃风限电明显改善 海上风电如火如荼能源(2018年8期)2018-01-15军工企业招标投标管理实践及探讨中国军转民(2017年7期)2017-12-19大型风力发电设备润滑概要山东工业技术(2016年15期)2016-12-01基于Bladed与Matlab的风力发电机组控制器设计山东工业技术(2016年15期)2016-12-01

    相关热词搜索：电厂 博弈 算法

    • 范文大全
    • 说说大全
    • 学习资料
    • 语录
    • 生肖
    • 解梦
    • 十二星座
    最新文章

    推荐访问

    博弈 电厂 电厂2020年工作总结和2021年工作计划 电厂下年工作计划 电厂专业技术工作总结 电厂个人先进事迹范文 电厂个人工作总结 电厂个人工作总结范文大全 电厂个人年终工作总结范本 电厂个人技术总结及自我评价 电厂个人自查报告 电厂中层干部述职报告 电厂优秀团员事迹材料 电厂值长个人工作总结 电厂值长工作总结 电厂值长竞聘演讲稿 电厂先进事迹材料范文 电厂党员示范岗 电厂劳模主要事迹 电厂化水化验员工作总结 电厂员工个人先进事迹 电厂员工先进事迹材料 电厂员工工作总结 电厂员工年终总结800字 电厂员工演讲稿 电厂员工爱岗敬业演讲稿 电厂安全周总结 电厂安全宣传稿件 电厂安全报告 电厂安全检查整改专题会会议纪要 电厂安全活动 电厂安全生产工作总结 电厂安全生产总结 电厂安全生产管理制度 电厂安全管理制度 电厂安全自查自纠个人总结 电厂安全预控措施 电厂安规考试题库及答案2020 电厂安规考试题库及答案2021 电厂安规考试题库及答案2022 电厂安规考试题库及答案2023 电厂安规考试题库及答案大全 电厂安规考试题库及答案解读 电厂安规考试题库及答案详解 电厂安规考试题试卷 电厂实习报告范本 电厂实训总结报告 电厂实训报告5000字 电厂实训报告怎么写 电厂实践内容心得体会 电厂巡检主要工作业绩

    本文基于改进Shapley算法的虚拟电厂博弈模型分析由百花范文网整理提供，版权归原作者、原出处所有。

    Copyright © 百花范文网 All Rights Reserved.