四川大学：配电网多元主体互动博弈与分层自治运行优化方法_45页_5mb

配电网多元主体互动博弈与分层自治运行优化方法总结

核心内容

本文围绕构建以新能源为主体的新型电力系统，探讨了配电网在多元主体互动博弈下的运行优化方法。重点分析了传统电力系统向新型电力系统的转型需求，以及配电网在电力市场中的角色变化。随着新能源占比上升和用户侧主体多样化，配电网运行模式从中心化逐步向弱中心化和完全分布式演进，旨在实现高效、灵活、安全和清洁的运行目标。

主要观点

• 新型电力系统构建：新能源将成为装机和电量的主体，电力系统将向清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动的方向发展。
• 配电网复杂性提升：特大型城市配电网规模和复杂程度不断上升，低碳化运行成为关键要求。
• 多元主体互动博弈：包括售电公司、微电网、智能楼宇、虚拟电厂、电动汽车等在内的多类型市场主体将在配电网中广泛存在，需通过博弈机制实现资源的合理配置。
• 运行模式演进：配电网运行模式将经历中心化、弱中心化、完全分布式三个阶段，逐步实现去中心化和市场自由化。
• 分层自治运行优化：通过分层自治与协调机制，实现不同层级的运行优化，包括楼宇群、微网、配电网等，以提高系统整体效益。
• P2P交易机制：点对点交易机制在降低交易成本、提高市场效率方面具有显著优势，同时考虑了过网费对交易行为的影响。
• 动态重构技术：通过调节联络开关和分段开关，实现配电网的动态重构，优化潮流分布，提高供电可靠性与清洁能源消纳能力。

关键信息

1. 多类型市场主体

• 售电公司、微电网、智能楼宇、虚拟电厂等将成为配电网中的重要参与者。
• 各主体具有不同的运行目标，如经济性、用户舒适度、服务满意度等，需通过博弈机制实现协同优化。

2. 运行模式演进

3. P2P交易机制

• 交易步骤：包括信息发布、双边磋商、余量市场集中撮合。
• 竞价策略：产消者根据历史交易信息和自身偏好，优化投标/报价策略，以实现最大利益。
• 价格函数改进：引入净零能耗概念，使共享价格机制能够反映不同时段的能耗水平，引导楼宇间能源互补共享。

4. 电-碳耦合互动共享

• 电-碳共享机制：通过分时碳计量和奖惩机制，促进楼宇群间清洁能源共享。
• 电-碳耦合定价：确保电能和碳排放权的公平交易，提高用户侧的运行效率与环保水平。

5. 基于电气距离的过网费核算

• 过网费计算：基于电气距离和边介数，实现对交易结果的经济引导。
• 分级过网费机制：通过Floyd算法求解最短路径，合理分配过网费用，提高交易公平性与网络使用效率。

6. 多微网系统双层优化调度

• 三层系统架构：信息层、经济层、物理层分别实现信息交流、交易优化、能量传输与配网安全。
• 双层互动机制：通过信息层与经济层的协同，实现多微网系统的最优运行。

7. 配电网动态重构

• 重构目标：改善潮流分布，提高供电可靠性和清洁能源消纳能力。
• 重构级别：包括馈线级、变压器级、变电站级，实现由局部自治到全局协调的分层优化。
• 重构模型：通过双层优化模型（上层重构级别决策、下层局部重构优化），实现多层级平衡。

优化策略与模型

1. 楼宇群自治优化策略

• 优化目标：综合考虑经济性、用户舒适度、电动汽车服务满意度。
• 数学表达：
  $$
  F = \rho_1 F_1 + \rho_2 F_2 - \rho_3 F_3, \quad \rho_1 + \rho_2 + \rho_3 = 1
  $$
  其中：
  • $F_1$ 表示楼宇群经济性
  • $F_2$ 表示楼宇群用户舒适度
  • $F_3$ 表示电动汽车服务满意度

2. 过网费与重构模型

• 过网费计算公式：
  $$
  p_{i}^{\text{trans}} = d_{ij} \sum_{l=1}^{N} \left[\chi_{mn,t} \left(P_{mn,t}^{\text{trans}} - P_{l,t}^{\text{trans}}\right)\right]
  $$
• 重构级别识别模型：
  $$
  \min_{x^{\text{lev}}} F(x^{\text{lev}}, x^{\text{sw}}) = C^{\text{lev}} + C^{\text{nl}}
  $$
  $$
  \min_{x_{m}^{\text{sw}}} f_{m}(x^{\text{lev}}, x_{m}^{\text{sw}}) = C_{m}^{\text{nl}}
  $$

结论

本文提出了一种基于多元主体互动博弈与分层自治的配电网运行优化方法，通过集中共享、P2P交易、电-碳耦合共享等机制，实现配电网的高效、灵活和安全运行。同时，引入基于电气距离的过网费核算与动态重构技术，进一步提升配电网的运行效率与能源利用水平，为构建新型电力系统提供了理论支持与实践路径。