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清华大学孙偲、陈来军等:基于合作博弈的发电侧共享储能规划模型


该文受国家自然科学基金创新群体研究项目(51621065)和国网安徽省电力有限公司科技项目(521205180021)资助。


作者:孙偲1,陈来军1,邱欣杰2,郑天文1,3,梅生伟1

单位:1. 清华大学电机工程与应用电子技术系;2. 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院;3. 清华四川能源互联网研究院



文章导读


近年来,共享思维在储能方面的应用已引起广泛关注。目前的共享储能大部分以中小型工商业和家庭为目标用户。本文以电气距离较近的新能源电厂作为共享储能的目标用户,提出了一种发电侧共享储能机制,建立了基于合作博弈的共享储能规划模型,基于典型场景的仿真结果验证了所提共享机制和规划模型的有效性。


文章亮点


1. 提出了一种发电侧共享储能机制,包括储能供需的形成机制、储能供需的匹配机制和共享储能收益的分配机制。

2. 在所提共享储能机制的基础上建立了基于合作博弈的共享储能规划模型。

3.验证了所提共享储能机制和规划模型在典型场景下的有效性。


文章摘要


共享储能可有效提高储能设备利用率,降低储能成本。然而目前对共享储能的研究集中于中小型用户,并且未考虑输电成本和网损的影响。本文提出一种发电侧共享储能机制(包括储能供需的形成机制、储能供需的匹配机制和共享储能收益的分配机制),并在此基础上建立基于合作博弈的共享储能规划模型。进一步,基于实际风电数据对共享储能的典型场景进行仿真,检验联盟的整体理性、参与者的个体理性和联盟的稳定性,分析输电成本、网损和储能成本对博弈结果的影响。以算例结果验证所提共享储能机制和规划模型的有效性。

当新能源出力不足以满足需求时,新能源电厂首先利用自身储能弥补实际出力与需求的偏差。若自身储能不足,则产生对共享储能的需求。相应地,在新能源发电过剩或储能满足自身需求后仍有余力时,形成对共享储能的供给。共享储能的供需按照比例进行匹配。单位电量的共享储能为储能需求者创造的边际收益包括:①减少弃风惩罚的收益;②增加售电收入的收益;③增加的输电费用。储能需求者将边际收益的50%付给储能提供者。

各新能源电厂均配置储能并通过电网进行共享,同时产生相应的网损和输电成本。若干参与者组成联盟,联盟通过决策联盟中各参与者建设储能的功率与容量来最大化联盟收益。各参与者通过对比在不同稳定的联盟结构下自身收益的高低决定如何参与共享。

新能源电厂共享储能示意图

算例中参与者集合为5个风电厂。场景1表示无共享储能,场景2表示总联盟。相较于无共享储能,在总联盟结构下,参与者对储能功率的需求降低了约30%,对储能容量的需求降低了约41%。总联盟满足整体理性(联盟收益大于个体不合作时的收益之和)和个体理性条件(个体在联盟中得到的收益大于不合作时的收益)。共享储能不仅能降低新能源电厂对新建储能的需求,而且能够有效提高共享储能参与者的收益的总和,即提高了社会福利。

有无共享储能的结果对比

表示联盟A的收益,表示联盟A中所有参与者在不进行共享储能时的收益之和。在不同的联盟下,总是成立,因而总联盟结构是稳定的。综上所述,各参与者会在整体理性和个体理性的激励下形成稳定的总联盟。

不同联盟下的对比

原文发表在《全球能源互联网》2019年第4期,欢迎品读。(点击查看)


本文引文信息

孙偲,陈来军,邱欣杰,等. 基于合作博弈的发电侧共享储能规划模型[J]. 全球能源互联网,2019,2(4):360-366.


SUN Cai, CHEN Laijun, QIU Xinjie, et al. A generation-side energy storage planning model based on cooperative game[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2019, 2(4): 360-366(in Chinese).


研究团队

清华大学现代电力能源系统安全控制与高效运行研究团队,以卢强院士、梅生伟教授为学术带头人。主要研究领域包括电力系统安全分析与灾变防治、高比例新能源接入系统的灵活高效运行、控制和能源互联网中能量高效转换和安全利用三大方向。该团队在电力系统非线性控制、连锁故障机理分析和灾变阻断、智能调度与先进能量管理系统、新能源电力系统鲁棒调度与控制、大规模物理储能、综合能源系统建模与仿真、微电网运行与控制等方面取得多项重要成果,相关研究成果广泛应用于我国电力行业。曾获国家自然科学二等奖2项、国家科技进步二等奖1项、教育部自然科学一等奖2项、军队科技进步一等奖1项及多项省级科技进步奖。近5年来,团队发表SCI论文近百篇,EI论文200余篇,出版专著3部。


作者简介

孙   偲


硕士研究生


研究方向为电力系统储能规划

E-mail:suncai18@mails.tsinghua.edu.cn


陈来军


副教授


主要从事新能源发电运行控制、压缩空气储能和综合能源系统等相关技术研究工作

E-mail:chenlaijun@tsinghua.edu.cn


郑天文


博士


主要从事压缩空气储能、分布式发电与微电网、虚拟同步机技术等相关技术研究工作

E-mail:tianwenscu@163.com


梅生伟


教授,博士生导师,长江学者,杰青,IEEE Fellow,IET Fellow


研究方向为电力系统鲁棒控制、复杂电力网络理论、电力系统灾变防治和新能源电力系统

E-mail:meishengwei@mail.tsinghua.edu.cn


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编辑张鹏

审核:白恺


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