基于MAS的調(diào)峰權(quán)交易模型

，

(國網(wǎng)南充供電公司，四川 南充 637000)

0 引 言

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、人民生活水平的不斷提高，同時(shí)節(jié)能調(diào)度實(shí)施方案要求高耗能、低效率火電機(jī)組停機(jī)發(fā)電，使電力系統(tǒng)失去了相當(dāng)部分的停機(jī)調(diào)峰能力，然而電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差缺逐年增長，日益增大的負(fù)荷峰谷差嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1-3]。目前電網(wǎng)的調(diào)峰手段主要從負(fù)荷側(cè)和發(fā)電側(cè)這兩方面著手。負(fù)荷側(cè)調(diào)峰主要采取“先錯(cuò)峰、后避峰，再負(fù)控限荷、最后拉路”的調(diào)峰管理方法。雖然負(fù)荷側(cè)調(diào)峰管理減小電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差，但給停電給電力用戶的生產(chǎn)生活帶來極大的不便。發(fā)電側(cè)調(diào)峰主要是控制調(diào)峰機(jī)組的啟停狀態(tài)，但在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)期，部分向下調(diào)峰調(diào)解能力弱的調(diào)峰機(jī)組被迫停運(yùn)，調(diào)峰機(jī)組的被迫停運(yùn)會(huì)造成電網(wǎng)在負(fù)荷高峰時(shí)期系統(tǒng)的發(fā)電容量不能滿足電力負(fù)荷的需要。由于各發(fā)電企業(yè)參與上網(wǎng)電價(jià)的競價(jià)是相互獨(dú)立的，使得各發(fā)電企業(yè)之間缺乏有效的溝通，從而使得部分調(diào)峰機(jī)組的調(diào)峰性能不能有效充分發(fā)揮。

為解決上述調(diào)峰機(jī)組調(diào)峰能力得不到充分利用的問題，在調(diào)峰電力市場中，建立一種有效的調(diào)峰交易模式。此模型是在盡可能滿足電力用戶用電需求的基礎(chǔ)之上，針對(duì)不同調(diào)峰機(jī)組的調(diào)峰性能，建立一個(gè)合理的競價(jià)平臺(tái)，即，調(diào)峰機(jī)組通過相互購買調(diào)峰權(quán)，使調(diào)峰機(jī)組的調(diào)峰性能得到最大的發(fā)揮，有效避免不合理的深度調(diào)峰或被迫停機(jī)調(diào)峰，在鼓勵(lì)發(fā)電企業(yè)發(fā)電的同時(shí)，還能鼓勵(lì)調(diào)峰機(jī)組積極參與電網(wǎng)調(diào)峰，緩解電網(wǎng)調(diào)峰的壓力。提高電網(wǎng)運(yùn)行的效率[4，5]。調(diào)峰權(quán)是指在電力負(fù)荷低谷時(shí)期，調(diào)節(jié)能力大的發(fā)電機(jī)組在滿足自身調(diào)峰任務(wù)的基礎(chǔ)之上，通過向調(diào)節(jié)能力不足的機(jī)組出售多余的調(diào)峰容量，不但獲得額外的收益，還能避免調(diào)節(jié)能力不足的機(jī)組頻繁啟停，提高機(jī)組的壽命周期[6]。

隨著調(diào)峰權(quán)概念的引入，電網(wǎng)調(diào)峰也會(huì)發(fā)生一些新的改變，例如：電網(wǎng)調(diào)峰的分層化和分布化，這使得傳統(tǒng)的調(diào)峰手段很難適應(yīng)新的變化，由于多代理系統(tǒng)(multi-agent system，MAS)具有分布、快速、高效、解決復(fù)雜問題的特征，將使其能夠更好地適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)峰的變化。MAS是由多個(gè)Agent通過共同合作來構(gòu)成的一個(gè)體系。MAS的基本單元是Agent，各Agent 可以在調(diào)峰市場中相互服務(wù)、相互協(xié)同，并共同完成各自的任務(wù)，各 Agent具有自主性、高效性、交互性的特點(diǎn)[7-8]。

所提出的基于MAS的調(diào)峰權(quán)交易機(jī)制，討論了基于MAS 的調(diào)峰權(quán)在電力市場中的競價(jià)結(jié)構(gòu)。同時(shí)針對(duì)上級(jí) Agent 調(diào)峰競價(jià)與下級(jí) Agent 調(diào)峰競價(jià)，分別提出了發(fā)電機(jī)組 Agent 與同級(jí) Agent 的調(diào)峰競價(jià)策略以及發(fā)電機(jī)組Agent自身的調(diào)峰量優(yōu)化策略。通過算例表明基于MAS的調(diào)峰權(quán)交易機(jī)制，不但符合電網(wǎng)運(yùn)行發(fā)展的特征，還能夠在電力市場環(huán)境下，推動(dòng)電網(wǎng)調(diào)峰的發(fā)展。

1 基于MAS的調(diào)峰權(quán)交易機(jī)制結(jié)構(gòu)

文獻(xiàn)[6]提出的調(diào)峰權(quán)雖然為調(diào)峰機(jī)組購售調(diào)峰容量提供了一種有效的交易方式，但文獻(xiàn)中并沒有提出調(diào)峰權(quán)交易具體的流程和結(jié)構(gòu)，為此，設(shè)計(jì)了一種基于MAS的調(diào)峰權(quán)交易模型[9]。其具體流程如下。

基于MAS的調(diào)峰權(quán)交易模型結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，包括上級(jí)電力調(diào)峰市場Agent、發(fā)電公司調(diào)峰Agent、發(fā)電機(jī)組調(diào)峰Agent等3層。

1)電力調(diào)峰市場Agent。根據(jù)各高級(jí)調(diào)峰Agent反饋的調(diào)峰數(shù)據(jù)，制定調(diào)峰權(quán)交易計(jì)劃，確定各發(fā)電公司的調(diào)峰權(quán)交易價(jià)格及交易調(diào)峰容量。同時(shí)將結(jié)果反饋給各高級(jí)調(diào)峰Agent，為其下一步?jīng)Q策交易提供參考依據(jù)。

2)發(fā)電公司調(diào)峰Agent。根據(jù)上級(jí)調(diào)峰Agent反饋的數(shù)據(jù)結(jié)合旗下發(fā)電機(jī)組Agent提供的數(shù)據(jù)來調(diào)整調(diào)峰權(quán)交易計(jì)劃，并及時(shí)把調(diào)整后的交易計(jì)劃上報(bào)上級(jí)調(diào)峰Agent。在調(diào)峰權(quán)交易成功后，發(fā)電公司調(diào)峰Agent以調(diào)峰成本最小化優(yōu)化策略對(duì)發(fā)電機(jī)組Agent進(jìn)行調(diào)度。

3)發(fā)電機(jī)組Agent根據(jù)自身狀態(tài)向發(fā)電公司調(diào)峰Agent提供的數(shù)據(jù)，根據(jù)上級(jí)Agent的調(diào)度計(jì)劃參與電網(wǎng)的調(diào)峰。

針對(duì)電力市場的上層調(diào)峰Agent競價(jià)和下層調(diào)峰Agent競價(jià)體系，分別提出發(fā)電公司調(diào)峰Agent與同級(jí)調(diào)峰Agent的經(jīng)濟(jì)效益最大化、發(fā)電公司調(diào)峰Agent與機(jī)組Agent的調(diào)峰成本最小化的調(diào)峰權(quán)交易模型，使發(fā)電公司的效益最大化。

圖1 基于MSA的調(diào)峰權(quán)交易模型體系

2 調(diào)峰權(quán)交易模式

2.1 調(diào)峰權(quán)交易模型

根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況對(duì)參與調(diào)峰權(quán)交易的發(fā)電企業(yè)進(jìn)行配對(duì)，配對(duì)目的是使調(diào)峰權(quán)交易產(chǎn)生的社會(huì)效益最大化[4，5]。

假設(shè)調(diào)峰權(quán)交易市場中有n個(gè)調(diào)峰權(quán)買方和m個(gè)調(diào)峰權(quán)賣方。第i個(gè)買方申報(bào)的調(diào)峰權(quán)電量購買量和報(bào)價(jià)分別為QB-i和PB-i，第j個(gè)賣方申報(bào)的調(diào)峰權(quán)電量出售量和報(bào)價(jià)分別QS-j為和PS-j。假設(shè)調(diào)峰權(quán)買家i和調(diào)峰權(quán)賣家j的調(diào)峰權(quán)交易量為Qij，對(duì)應(yīng)的調(diào)峰權(quán)交易價(jià)格為Pij，則消費(fèi)者剩余為(PB-i-Pij)Qij，生產(chǎn)者剩余為(Pij-PS-j)Qij。

調(diào)峰權(quán)交易不能忽略交易成本，甚至某些調(diào)峰權(quán)交易由于不能通過安全校核而使交易成本無限增大，因此，應(yīng)考慮每個(gè)發(fā)電成員相互之間的交易成本。設(shè)調(diào)峰權(quán)買家i和調(diào)峰權(quán)賣家j之間的交易成本為Cij，由此構(gòu)成n×m的交易成本矩陣C。其中，交易成本Cij的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

Cij=mijρt

(1)

式中，mij為邊際網(wǎng)損系數(shù)；ρt為單位時(shí)間段t內(nèi)的調(diào)峰電價(jià)。ρt的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

(2)

式中,ρn表示過去m個(gè)時(shí)間段中第n時(shí)間段的調(diào)峰電價(jià)。

所以調(diào)峰權(quán)交易的社會(huì)效益為

=(PB-i-PS-i-Cij)Qij

(3)

由式(3)可知，在調(diào)峰權(quán)交易當(dāng)中所產(chǎn)生的社會(huì)效益與其成交價(jià)格無關(guān)，為了保證調(diào)峰權(quán)交易的公平公正性，使調(diào)峰權(quán)買家和調(diào)峰權(quán)賣家的效益值相等，其成交價(jià)格Pij應(yīng)為雙方報(bào)價(jià)的平均值，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

(4)

調(diào)峰權(quán)交易的目標(biāo)是使所有發(fā)電成員的社會(huì)總效益最大，因此，調(diào)峰權(quán)交易的目標(biāo)函數(shù)為

(5)

約束條件為

Eij=(PB-i-PS-i-Cij)Qij

(6)

(7)

(8)

式(6)為賣方j(luò)與買方i之間調(diào)峰權(quán)交易產(chǎn)生的期望社會(huì)效益；式(7)為第j個(gè)賣方申報(bào)的調(diào)峰權(quán)電量出售量約束；式(8)為第i個(gè)買方申報(bào)的調(diào)峰權(quán)電量購買量約束。

本文將后拋式離心拋撒子彈彈道和落點(diǎn)散布分析結(jié)合在一起,研究某型號(hào)子母彈子彈拋撒過程的彈道理論和計(jì)算方法。

由于電力行業(yè)的特殊性，各發(fā)電公司提供的出力是實(shí)時(shí)變化的。同時(shí)為了保證電力系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，在進(jìn)行調(diào)峰權(quán)交易時(shí)還需要滿足以下幾個(gè)約束。

(9)

Vk-min≤Vk≤Vk-max

(10)

Fl-min≤Fl≤Fl-max

(11)

式(9)為功率平衡約束，其中Pk為第k個(gè)發(fā)電公司在調(diào)峰權(quán)交易結(jié)束后的出力；Pload為電網(wǎng)的需求量；式(10)為節(jié)點(diǎn)電壓約束，其中Vk為節(jié)點(diǎn)k的電壓，Vk-min和Vk-max分別為節(jié)點(diǎn)k的最小電壓值和最大電壓值；式(11)為線路潮流約束，其中Fl為調(diào)峰權(quán)交易后線路l的輸送功率，F(xiàn)l-min和Fl-max分別為線路l的最小輸送功率和最大輸送功率。

2.2 各上級(jí)調(diào)峰Agent的具體功能

上級(jí)電力調(diào)峰市場Agent具體功能如下。

1) 接收參加調(diào)峰權(quán)交易的各發(fā)電公司Agent申報(bào)交易類型(買方或賣方)、調(diào)峰權(quán)報(bào)價(jià)和交易容量。

2) 根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)，估算交易成本，進(jìn)行配對(duì)。

3) 對(duì)交易結(jié)果的安全性、可靠性進(jìn)行分析。

4) 將交易結(jié)果反饋給各發(fā)電公司調(diào)峰Agent。

各發(fā)電公司調(diào)峰Agent具體功能如下。

1) 接收電力調(diào)峰市場Agent的詢問并提供調(diào)峰權(quán)報(bào)價(jià)和交易容量。

2) 向上級(jí)電力調(diào)峰市場Agent提供的調(diào)峰權(quán)交易的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3) 根據(jù)上級(jí)電力調(diào)峰市場Agent反饋獲得的交易計(jì)劃，結(jié)合各機(jī)組Agent實(shí)際情況，預(yù)測發(fā)電公司可能提供或需要購買的調(diào)峰容量、調(diào)峰電價(jià)等。

3 發(fā)電成本優(yōu)化策略

3.1 發(fā)電成本模型

假設(shè)調(diào)峰市場上有N家發(fā)電公司參與調(diào)峰權(quán)競價(jià)。發(fā)電公司可以降低常規(guī)機(jī)組出力，使機(jī)組進(jìn)入深度調(diào)峰(深度調(diào)峰是指發(fā)電機(jī)組超過基本調(diào)峰范圍進(jìn)行的調(diào)峰)運(yùn)行方式來獲取更多的調(diào)峰容量。從經(jīng)濟(jì)性方面，來考慮發(fā)電公司參與電網(wǎng)調(diào)峰問題，可將優(yōu)化目標(biāo)定義為發(fā)電公司機(jī)組深度調(diào)峰費(fèi)用最小[10-12]。發(fā)電公司機(jī)組的深度調(diào)峰費(fèi)用可從機(jī)組煤耗特性、機(jī)組壽命損耗和機(jī)組單位發(fā)電容量補(bǔ)償費(fèi)用等多方面來考慮。這里取其中某個(gè)發(fā)電公司的第i(i=1，2，…，N)臺(tái)機(jī)組的發(fā)電成本為

(12)

式中,Ci表示第i臺(tái)機(jī)組的深度調(diào)峰費(fèi)用；ai、bi、ci分別表示第i臺(tái)機(jī)組的成本函數(shù)系數(shù)；di表示第i臺(tái)機(jī)組在深度調(diào)峰時(shí)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償系數(shù)；Petpi表示第i臺(tái)常規(guī)機(jī)組有償調(diào)峰容量。

考慮到調(diào)峰市場的不確定性，發(fā)電公司作為一個(gè)自負(fù)盈虧的企業(yè)，發(fā)電公司為了自身利潤的最大化，在調(diào)峰權(quán)競價(jià)時(shí)一般都會(huì)在自身成本函數(shù)費(fèi)用的基礎(chǔ)上加上一定的比例因子λ，則該臺(tái)機(jī)組的成本函數(shù)為

(13)

因此，在滿足約束條件下，發(fā)電公司Agent成本最小化目標(biāo)為

(14)

其約束條件仍需滿足式(9)～式(11)。

3.2 發(fā)電公司中各Agent的具體功能

發(fā)電公司協(xié)調(diào)級(jí)Agent具體功能如下。

1) 接收發(fā)電公司Agent的調(diào)峰指令，并反饋給各發(fā)電機(jī)組Agent。

2) 接收各發(fā)電機(jī)組Agent發(fā)電預(yù)測數(shù)據(jù)、 運(yùn)行成本、 發(fā)電機(jī)組的報(bào)價(jià)和各種運(yùn)行約束參數(shù)上報(bào)給發(fā)電公司Agent。

發(fā)電機(jī)組Agent具體功能如下。

1) 預(yù)測本機(jī)組Agent每生產(chǎn)單位電能所需發(fā)電成本，并上報(bào)上級(jí)Agent。

2) 預(yù)測本機(jī)組Agent現(xiàn)階段可以提供的最大、最小電能，并上報(bào)上級(jí)Agent。

3) 時(shí)刻對(duì)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，及時(shí)上報(bào)上級(jí)Agent，對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

4) 保證發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

5) 接受上級(jí)Agent的調(diào)峰交易指令后，發(fā)出相應(yīng)的電能。

4 算例分析

4.1 發(fā)電公司Agent與同級(jí)Agent最優(yōu)化調(diào)峰權(quán)競價(jià)策略分析

假設(shè)有8家發(fā)電公司參與電網(wǎng)調(diào)峰權(quán)競價(jià)，其中有3家公司出售調(diào)峰權(quán)，5家公司需要購買調(diào)峰權(quán)。各發(fā)電公司的競標(biāo)報(bào)價(jià)如表1所示。

表1 各發(fā)電公司調(diào)峰權(quán)交易申報(bào)情況

按照效益最優(yōu)模型進(jìn)行交易時(shí)，調(diào)峰權(quán)交易配對(duì)的結(jié)果如表2所示。

表2 調(diào)峰權(quán)交易配對(duì)情況

從表2可以看出，公司1從公司3處購得100 MW調(diào)峰權(quán)，公司3從公司1處獲得38 000元的調(diào)峰補(bǔ)償，產(chǎn)生的社會(huì)效益為12 000元；公司2和公司8分別從公司5購得150 MW和50 MW的調(diào)峰權(quán)，公司5分別從公司2和公司8處獲得56 700元、18 850元的調(diào)峰補(bǔ)償，產(chǎn)生的社會(huì)效益分別為15 000元、6 600元；公司4和公司7分別從公司6購得50 MW和150 MW的調(diào)峰權(quán)，公司6分別從公司4和公司7處獲得1 890元、56 850元的調(diào)峰補(bǔ)償，產(chǎn)生的社會(huì)效益分別為7 000元、16 500元。

4.2 發(fā)電公司成本優(yōu)化分析

以發(fā)電公司3為例，公司通過報(bào)價(jià)策略獲得的調(diào)峰權(quán)出售容量為50 MW，電網(wǎng)的負(fù)荷需求和公司的內(nèi)部電力需求之和85 MW。發(fā)電公司中有30 MW和60 MW機(jī)組各兩臺(tái)，其參數(shù)分別如表3所示。

表3 發(fā)電公司各機(jī)組經(jīng)濟(jì)參數(shù)和出力限制

按照各機(jī)組參數(shù)，根據(jù)發(fā)電成本優(yōu)化策略可以求得各機(jī)組的最優(yōu)出力，如表4所示。

表4 發(fā)電公司各機(jī)組最優(yōu)出力

從表4可以看出所有的機(jī)組都處于開機(jī)的狀態(tài)，所有的機(jī)組都按照成本和實(shí)際需求進(jìn)行供電，達(dá)到降低發(fā)電公司成本的目的。

5 結(jié) 論

所提出的基于MAS的調(diào)峰權(quán)交易模型，充分體現(xiàn)了MAS在新的調(diào)峰環(huán)境中的優(yōu)勢。雖然各發(fā)電公司調(diào)峰Agent所獲得的信息和決策是相互獨(dú)立的，但通過上級(jí)調(diào)峰Agent社會(huì)效益最大化和發(fā)電公司內(nèi)部調(diào)峰成本最小化的調(diào)峰權(quán)交易模型，在滿足各Agent在不同的調(diào)峰需求充分考慮電網(wǎng)特性的同時(shí)，保證了電網(wǎng)安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，使發(fā)電公司社會(huì)效益最大化，充分體現(xiàn)了這種分布式調(diào)峰手段更適應(yīng)未來電力市場下的發(fā)展。

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