[发明专利]一种考虑需求侧响应的基于博弈论的主动配电网孤岛恢复方法

摘要

本发明公开了一种考虑需求侧响应的基于博弈论的主动配电网孤岛恢复方法。以实现失电负荷恢复供电最大化为目标，基于需求响应视角，利用各种分布式能源DER(distributed energy resource)对主动配电网进行协同恢复，提出了基于博弈论的主动配电网孤岛恢复策略。首先分析需求响应对配电网故障恢复的影响，建立分时电价下的需求响应模型，平抑负荷曲线的峰值；以恢复负荷量最大为目标，将不同的分布式电源(DG)作为博弈参与者，建立合作和非合作博弈恢复模型。然后给出基于合作和非合作博弈的孤岛恢复方法；最后，根据DG的利用率(Utilization Rate，UR)和负荷恢复率(restoration rate，RR)指标对孤岛范围进行微调，得到最优的恢复方案，即纳什均衡解。

主权项

1.一种考虑需求侧响应的基于博弈论的主动配电网孤岛恢复方法，其特征在于，合作博弈和非合作博弈恢复模型的建立方法如下：1.1 博弈参与人和策略按照分布式电源(distributed generation,DG)不同特性大致可以分为三类，1)不具备黑启动能力的分布式电源；2)具备黑启动能力的清洁分布式电源；3)具备黑启动能力的传统分布式电源；从以上三类分布式电源中分别选其一再加上电动汽车形成的虚拟分布式电源作为博弈参与人；参与人包括：含光储分布式电源、不含光储的分布式电源、电动汽车形成的虚拟分布式电源和柴油发电机形成的分布式电源；(1)非合作博弈假设有n个分布式电源，n个博弈参与人的集合可以表示为N＝{A_j}，其中j＝1,2,...,n；A_j代表一个博弈参与人；N代表所有博弈参与人集合；每个分布式电源的方法是确定孤岛的划分区域，A_j的重构方法表示为φ_i＝{L_i}，即某个分布式电源包含的负荷集合，其中，L_i为由分布式电源供电的节点i的负荷量，单位是kW；(2)合作博弈合作博弈是以特征函数的形式(N,P)给出，简称博弈的特征型，也称联盟型；其中N依然表示参与人的集合，S是N的子集，表示参与人之间的联盟，合作博弈的参与人是以几个分布式电源组成联盟的形式参与到博弈重构中，合作博弈的重构方法的集合为其中，LL_i表示第i个分布式电源联盟区域内包含的负荷节点；1.2 收益函数含光储分布式电源代表清洁能源光伏发电的利益，简称为清洁分布式电源；柴油发电机分布式电源出力稳定，简称为传统分布式电源；电动汽车形成的虚拟分布式电源是一种移动式的储能电源，具有荷源二性，既可以在故障时为电网提供放电服务，又作为一种可控负荷吸收电能，称为灵活分布式电源；定义分布式电源的利用率(utilization rate)作为其收益函数，公式如下：式中：P_j为参与恢复的第j个分布式电源发电量，单位是kW；C为分布式电源所在供电孤岛区域内的所有负荷集合；L_i为由分布式电源供电的节点i的负荷量，单位是kW；1.3 恢复模型1.3.1 目标函数在配电网断电的紧急情况下，以负荷的最大恢复量作为目标函数：式中：F表示负荷的最大恢复量；λ_i为负荷的状态变量，负荷i失电时为0，得电时为1；L_i‑get为节点i恢复的负荷量，kW；D₁,D₂,D₃分别表示一级负荷集合、二级负荷集合和三级负荷集合；定义负荷恢复率(restoration rate，RR)来评价负荷恢复相对多少，公式如下：式中：L_i为节点i的负荷值，单位是kW；为节点i恢复的负荷量，单位是kW；E为所有负荷集合；1.3.2 约束条件(1)辐射状结构，其公式如下：g_k∈G_k式中：g_k为已恢复的供电区域；G_k为保证配电网辐射状的所有拓扑结构集合；(2)配电网各线路的容量约束I_l≤I_lmax,(l＝1,2,…,n)式中：I_l为流过l的电流；I_lmax为流过线路l的最大电流；n为配电网支路数量；(3)节点电压约束U_imin≤U_i≤U_imax,(i＝1,2,…,m)式中：U_i为节点i的电压；U_imin为节点i电压的下限；U_imax为节点i电压的上限；m为配电网节点数量；(4)分布式电源出力约束式中：P_DG(t)为t时刻分布式电源的实际出力；为t时刻分布式电源出力的下限；为t时刻分布式电源出力的上限；(5)储能装置充放电约束式中：P_dis(t)为t时刻储能装置的实际放电功率；为储能装置放电功率的上限；为储能装置放电功率的下限；P_ch(t)为储能装置的实际充电功率；为储能装置充电功率的上限；为储能装置充电功率的下限；(6)电动汽车充放电约束1)电动汽车充放电电池约束S_chmin≤S_ch(t)≤S_chmaxS_mastermin≤S_dis(t)式中：S_chmin和S_chmax为保证电池寿命的最小和最大充电约束，以防止过分充电；S_mastermin为车主可以接受的最低放电约束；S_ch(t)表示车主的充电功率；S_dis(t)表示车的放电功率；2)电动汽车充放电约束电动汽车除了满足电池约束外，还需要满足自身的功率约束，且不能同时处于充放电状态；0≤P_ch(t)≤P_chmax0≤P_dis(t)≤P_dismaxP_ch(t)·P_dis(t)＝0式中：P_chmax和P_dismax分别为电动汽车最大充电和放电功率约束。