[發(fā)明專利]計及綜合效率評價的虛擬電廠組建方法

在審

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• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113191625A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉懷東;崔麗瑤;王睿卓
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉國威

1.一種計及綜合效率評價的虛擬電廠組建方法，其特征是，步驟如下：

CCR模型

對于k個DMU，每個DMU用m個輸入指標(biāo)和n個輸出指標(biāo)進(jìn)行評價，則稱DMU_i，的所有輸入指標(biāo)組成的向量為其輸入向量：

X_i＝(x_1i,x_2i,…,x_mi)^Ti＝1,2,…,k (1)

稱DMU_i的所有輸出指標(biāo)組成的向量為其輸出向量，右上角的角標(biāo)T代表轉(zhuǎn)置：

Y_i＝(y_1i,y_2i,…,y_ni)^T (2)

式中，T為向量轉(zhuǎn)置符號；

CCR模型的具體數(shù)學(xué)表達(dá)式如公式(3)所示：

U^T,V^T≥0 (3)

式中，U和V分別為DMU_i的輸出指標(biāo)權(quán)重向量和輸入指標(biāo)權(quán)重向量；E_d為當(dāng)前被評價決策單元DMU_d的CCR效率，其含義為：當(dāng)E_d＝1時，DMU_d位于生產(chǎn)前沿面上，此時稱DMU_d相對于其他DMU是有效的；當(dāng)E_d1時，DMU_d位于生產(chǎn)前沿面之內(nèi)，則DMU_d是相對無效的；

交叉效率CCR模型

基于CCR模型求各DMU平均交叉效率的步驟為：首先求解CCR模型得到各DMU的最優(yōu)權(quán)重向量和然后計算DMU_d各項(xiàng)指標(biāo)在DMU_i最優(yōu)權(quán)重下的交叉效率E_id，如公式(4)所示；最后求DMU_d的k個交叉效率的平均值得到其平均交叉效率d＝1,2,…k，如公式(5)所示：

博弈交叉效率CCR模型

博弈交叉效率CCR模型的二級約束為：當(dāng)前被評價的DMU所選擇的指標(biāo)權(quán)重除了要使自身效率值盡可能優(yōu)秀，還應(yīng)該保證所選擇的權(quán)重不會使其他DMU的交叉效率低于其期望交叉效率，改進(jìn)后的博弈交叉效率CCR模型如公式(6)所示：

max E_dj＝μ^TY_d

s.t.μ^TY_i≤ω^TX_i,i＝1,2,…,k

ω^TX_d＝1

μ^T≥0,ω^T≥0 (6)

式中，e_j為DMU_j的期望交叉效率，E_dj為DMU_d對應(yīng)于e_j的博弈交叉效率，公式(6)可以在保證DMU_d效率值最大的同時使DMU_j的交叉效率不低于給定的期望效率e_j，將這一計算過程重復(fù)進(jìn)行k次可求得DMU_d與其他所有決策單元相對應(yīng)的博弈交叉效率，求平均值得到DMU_d的平均博弈交叉效率e_d；

定義設(shè)為求解模型(6)得到的DMU_d對應(yīng)e_j的最優(yōu)權(quán)重向量，則對于每個DMU_d，定義

為該DMU的平均博弈交叉效率；

在公式(6)和(7)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步求解各DMU平均博弈交叉效率最優(yōu)值的過程為：

第一步：求DMU_j的平均交叉效率，令迭代次數(shù)t＝1，并且令

第二步：求解DMU_d的平均博弈交叉效率：

表示成更一般的形式為：

第三步：在求出之后，將其作為DMU_d新的期望交叉效率，再次求解DMU_d的平均博弈交叉效率，如果對于決策單元DMU_d，其中ε為某一很小的正數(shù)，令并跳轉(zhuǎn)到第二步，如果說明DMU_d的平均博弈交叉效率不再顯著改進(jìn)，則停止計算，此時，即為DMU_d最終的平均博弈交叉效率；

建立計及綜合效率評價的虛擬電廠成員數(shù)學(xué)模型，包括確定目標(biāo)函數(shù)和約束條件；

基于勢博弈的虛擬電廠成員選擇模型

對應(yīng)策略博弈的局中人、策略集以及效用函數(shù)三要素，將各候選電力企業(yè)和高載能企業(yè)視為局中人，電源企業(yè)的出力、儲能電站的充放電功率以及CAIL生產(chǎn)用電決策為各自的策略集，并以各局中人目標(biāo)函數(shù)為主體構(gòu)造各局中人效用函數(shù)如下：

u_i(a_i,a_-i)＝F_i(a_i,a_-i)-F_p(a_i,a_-i) (32)

式中，F(xiàn)_i(a_i,a_-i)為局中人i的目標(biāo)函數(shù)，F(xiàn)_p(a_i,a_-i)為功率平衡罰函數(shù)，用來表示虛擬電廠運(yùn)行過程中必須滿足的功率平衡約束，其表達(dá)式為：

式中，P_i為各局中人功率，P為高載能企業(yè)不可調(diào)負(fù)荷與民用負(fù)荷之和，σ為一個很大的系數(shù)，當(dāng)其取值增大到一定程度后，求解得到的結(jié)果中罰函數(shù)項(xiàng)為0，代表滿足了功率平衡約束；

以局中人目標(biāo)函數(shù)為主體構(gòu)造勢函數(shù)φ來代表虛擬電廠的整體效用：

對于有：

Δu_i＝u_i(a_i',a_-i)-u_i(a_i”,a_-i)

＝(F_i(a_i',a_-i)-F_p(a_i',a_-i))-(F_i(a_i”,a_-i)-F_p(a_i”,a_-i)) (35)

ΔΦ＝Δu_i (37)

公式(35)—(37)表明，虛擬電廠成員選擇模型是一個以Φ為勢函數(shù)的完全勢博弈。

2.如權(quán)利要求1所述的計及綜合效率評價的虛擬電廠組建方法，其特征是，建立虛擬電廠成員評價指標(biāo)體系如下：

電力企業(yè)評價指標(biāo)：

火電廠評價指標(biāo)：輸入指標(biāo)-煙氣污染物濃度、輸入指標(biāo)-設(shè)備噪聲最大值、輸出指標(biāo)-計劃檢修實(shí)施率、輸出指標(biāo)-關(guān)鍵設(shè)備完好率；

風(fēng)電場評價指標(biāo)：輸入指標(biāo)-電壓偏差越限次數(shù)、輸入指標(biāo)-功率因數(shù)越限比例、輸出指標(biāo)-高頻率穿越比例、輸出指標(biāo)-低頻率穿越比例、輸出指標(biāo)-低電壓穿越比例；

儲能電站評價指標(biāo)：輸入指標(biāo)電池失效率、輸入指標(biāo)電池相對故障次數(shù)、輸出指標(biāo)充放電循環(huán)次數(shù)；

計及綜合效率評價的虛擬電廠成員數(shù)學(xué)模型

(1)火電廠

①目標(biāo)函數(shù)

火電廠的目標(biāo)函數(shù)F_cf由凈收益和效率函數(shù)兩部分構(gòu)成，為了使效率更高的企業(yè)能更多地參與到虛擬電廠生產(chǎn)過程中，將博弈交叉效率和總出力的乘積定義為效率函數(shù)，

F_cf＝α_cf[ω_cfR_cf+(1-ω_cf)E_cf] (10)

式中，α_cf為是否選擇火電廠作為成員的0-1決策變量，ω_cf為權(quán)重系數(shù)，R_cf為火電廠收益函數(shù)，E_cf為火電廠效率函數(shù)，T_total為根據(jù)實(shí)際情況劃分的時間段總數(shù)，ρ_vpp(t)為虛擬電廠中電力企業(yè)的電能交易價格，P_cf(t)為火電廠出力，ρ_coal為煤價，D_coal為火電廠煤耗，γ_cf為火電廠單位運(yùn)維成本，P_cf,cap為火電廠容量，e_cf為火電廠博弈交叉效率；

②約束條件

α_cfP_cf,min≤P_cf(t)≤α_cfP_cf,cap (13)

ΔP_cf,min≤P_cf(t)-P_cf(t-1)≤ΔP_cf,max (14)

式中，P_cf,min為火電廠最小出力，ΔP_cf,max和ΔP_cf,min分別為火電廠爬坡功率上、下限；

(2)風(fēng)電場

①目標(biāo)函數(shù)

F_w＝α_w[ω_wR_w+(1-ω_w)E_w] (15)

式中，α_w為風(fēng)電場成員選擇決策變量，P_w(t)為風(fēng)電場實(shí)際出力，γ_w為風(fēng)電場單位運(yùn)維成本，P_w,cap為風(fēng)電場容量，e_w為風(fēng)電場博弈交叉效率；

②約束條件

0≤P_w(t)≤α_wP_pre(t) (18)

式中，P_pre(t)為風(fēng)電場預(yù)測出力；

(3)儲能電站

①目標(biāo)函數(shù)

F_es＝α_es[ω_esR_es+(1-ω_es)E_es] (19)

式中，α_es為儲能電站成員選擇決策變量，P_es(t)為t時段電站功率，P_es(t)0電站放電，P_es(t)0電站充電，δ_es為電站電池?fù)p耗成本,γ_es為電站單位運(yùn)維成本，P_es,cap為電站容量，e_es為電站博弈交叉效率；

②約束條件

E(t+1)＝E(t)(1-γ_loss)-P_es(t)Δt (22)

α_esE_min≤E(t)≤α_esE_max (23)

-α_esP_chmax≤P_es(t)≤α_esP_dismax (24)

式中：E(t)為儲能電站t時段儲存的電能，γ_loss為儲能電站的能量損耗率，E_max和E_min為儲能電站存儲能量的上、下限，P_chmax和P_dismax分別為儲能電站最大充、放電功率；

(4)高載能企業(yè)

①目標(biāo)函數(shù)

高載能企業(yè)中不可調(diào)負(fù)荷部分效益為固定值，因此其目標(biāo)函數(shù)只考慮CAIL的收益和成本，包括銷售產(chǎn)品的收益、提供旋轉(zhuǎn)備用的收益、設(shè)備啟停成本、用電成本以及環(huán)境成本；

式中，π_L為產(chǎn)品價格，c_L為產(chǎn)品產(chǎn)量，ρ_u和ρ_d為上、下旋轉(zhuǎn)備用的價格，P_u(t)和P_d(t)為CAIL在t時段提供的上、下旋轉(zhuǎn)備用功率，U和D為CAIL啟、停成本，u和v為啟、停狀態(tài)變量，ρ_tou(t)為工業(yè)負(fù)荷用電電價，P_L(t)為t時段CAIL有功功率，ρ_env為環(huán)境成本；

②約束條件

P_L(t)-P_u(t)≥x(t)P_Lmin (26)

P_L(t)+P_d(t)≤x(t)P_Lmax (27)

P_u(t)≥0 (28)

P_d(t)≥0 (29)

c_order≤c_L≤c_max (31)

式中，x(t)為CAIL運(yùn)行狀態(tài)0-1變量，P_Lmin為CAIL最小運(yùn)行功率，P_Lmax為CAIL最大運(yùn)行功率，η_L為生產(chǎn)單位產(chǎn)品的用電量，c_order為日訂單產(chǎn)量，c_max為日最大產(chǎn)量。