一種基于Shapley值風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)輸電固定成本的分?jǐn)偡椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于Shapley值風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)輸電固定成本的分?jǐn)偡椒ǎ唧w涉 及一種風(fēng)電并網(wǎng)環(huán)境下基于Shapley值的輸電系統(tǒng)的固定成本分?jǐn)偡椒ǎ瑢儆诔杀痉謹(jǐn)傤I(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源安全和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力使得可再生能源發(fā)電備受關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電是技術(shù) 成熟、具備規(guī)?；_發(fā)條件的可再生電源，已在世界范圍內(nèi)取得廣泛應(yīng)用，裝機(jī)容量呈現(xiàn)持 續(xù)高速增長態(tài)勢。
[0003] 受風(fēng)速隨機(jī)波動性與間歇性的影響，風(fēng)電屬于典型的隨機(jī)性電源。而電力系統(tǒng)的 典型特征是任一時(shí)刻都必須保證電力供需平衡，否則系統(tǒng)將難以保持穩(wěn)定運(yùn)行。由于風(fēng)電 功率與風(fēng)速之間呈立方關(guān)系，風(fēng)速的微小變化都將引起風(fēng)電功率的明顯改變，加之風(fēng)電場 規(guī)模的迅速增大，風(fēng)電場注入電網(wǎng)公共連接點(diǎn)（Point of Common Coupling，PCC)的功率將 呈現(xiàn)較大的波動。
[0004] 為了確保風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要解決多種不同類型的輸電系統(tǒng) 固定成本的分?jǐn)倖栴}，如輸電線路投資費(fèi)用分?jǐn)?、輸電線路阻塞費(fèi)用分?jǐn)?、輸電網(wǎng)絡(luò)電能傳 輸損耗費(fèi)用分?jǐn)偟鹊?。這些費(fèi)用通常以百萬、千萬，甚至以億計(jì)算。合理的固定成本分?jǐn)偛?略，對于提高電能的生產(chǎn)、傳輸和使用效率具有重要指導(dǎo)意義。
[0005] 輸電系統(tǒng)固定成本具有不可解耦的特性，即固定成本的產(chǎn)生與具體的負(fù)荷（或發(fā) 電）之間并不存在一一對應(yīng)的關(guān)系。人們不可能明確指出，哪個(gè)負(fù)荷（或發(fā)電）應(yīng)當(dāng)對哪 部分固定成本負(fù)責(zé)。這主要是因?yàn)?，電力網(wǎng)絡(luò)是壟斷經(jīng)營的，全體負(fù)荷和發(fā)電機(jī)必須同時(shí)使 用同一個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)，它們之間復(fù)雜的交互作用共同產(chǎn)生了固定成本，要區(qū)分實(shí)際的交互作 用責(zé)任在現(xiàn)實(shí)中通常無法做到。因此，輸電系統(tǒng)固定成本的分?jǐn)倖栴}是一個(gè)必須解決的難 點(diǎn)問題。
[0006] 目前，在世界各國的輸電系統(tǒng)運(yùn)營中，通常按照負(fù)荷（或發(fā)電）大小的比例來分?jǐn)?固定成本。然而，按比例分?jǐn)偡ǖ娜秉c(diǎn)非常明顯，不但容易造成負(fù)荷之間的交叉補(bǔ)貼，違反 經(jīng)濟(jì)公平的市場原則，而且更重要的是，它不能夠提供正確的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)信號，促進(jìn)負(fù)荷（或 發(fā)電）在全網(wǎng)的合理分布以達(dá)到減少固定成本、節(jié)約社會資源的優(yōu)化目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于Shapley值風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)輸電固定 成本的分?jǐn)偡椒?，考慮了風(fēng)電并網(wǎng)環(huán)境對輸電系統(tǒng)固定成本分?jǐn)偟挠绊?，使成本分?jǐn)偨Y(jié)果 滿足公平性、穩(wěn)定性、財(cái)務(wù)結(jié)算平衡性。
[0008] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0009] -種基于Shapley值風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)輸電固定成本的分?jǐn)偡椒?，包括如下步驟：
[0010] 步驟1、利用蒙特卡洛模型模擬風(fēng)電出力場景得到風(fēng)電出力場景集，并根據(jù)預(yù)設(shè)的 時(shí)間段生成每一時(shí)間段的風(fēng)電出力數(shù)據(jù)；
[0011] 步驟2、利用場景縮減法對步驟1得到的風(fēng)電出力場景集進(jìn)行縮減，得到該場景集 的近似場景子集；
[0012] 步驟3、獲取風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)中各用戶的基本情況，包括：負(fù)荷季節(jié)、工作制度、峰谷 電價(jià)時(shí)段劃分、峰谷平電價(jià)比、電能質(zhì)量及用電量；
[0013] 步驟4、對各用戶的基本情況進(jìn)行歸一化處理，得到各用戶的標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)；
[0014] 步驟5、將步驟2縮減后的場景數(shù)據(jù)和步驟4得到的各用戶的標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn) 行有保證區(qū)域約束下的Shap I ey值計(jì)算，得到各用戶對應(yīng)的Shap I ey值，將各用戶對應(yīng)的 ShapIey值乘以輸電固定成本，得到各用戶應(yīng)分?jǐn)偟某杀尽?br>[0015] 優(yōu)選的，步驟2所述利用場景縮減法對步驟1得到的風(fēng)電出力場景集進(jìn)行縮減的 具體過程為：已知風(fēng)電出力場景集中所有的場景數(shù)為η以及每個(gè)場景i發(fā)生的概率為P1，計(jì) 算場景集中任一場景與所有場景之間的距離得到n*n的距離矩陣C，C中的任一元素Cl]表 示場景i和場景j之間的距離，將各場景發(fā)生的概率排列成l*n的矩陣后乘以C得到n*n 的矩陣B，矩陣B中的任一元素 Id1 p ^c1 j，將B中最小元素值對應(yīng)概率的場景刪除，i = 1，…，n，j = 1，…，n，將刪除場景的概率加到與該場景距離最近的場景的概率上，并重復(fù)上 述過程，直至縮減到需要保留的場景個(gè)數(shù)為止。
[0016] 優(yōu)選的，步驟4所述標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)包括：直購電量指標(biāo)、電能質(zhì)量指標(biāo)以及分時(shí)電價(jià) 指標(biāo)。
[0017] 優(yōu)選的，所述分時(shí)電價(jià)指標(biāo)的計(jì)算公式為：
，/?，其中，Dk為第k個(gè)用戶的分時(shí)電價(jià)指標(biāo)，m為用 戶總數(shù)，1為針對各用戶劃分的典型日數(shù)，?。粸榈湫腿誥對應(yīng)的天數(shù)，a a: 1: β 3為典型日a 的峰、平、谷電價(jià)比，tka，f、tka，p、t Ug分別為用戶k在典型日a的峰、平、谷利用小時(shí)數(shù)。
[0018] 優(yōu)選的，步驟5所述Shap I ey值的計(jì)算公式為：
，其中，為第k個(gè)用戶的Shapley值，m為 用戶總數(shù)，S為用戶的聯(lián)盟，s為用戶聯(lián)盟中用戶的個(gè)數(shù)，c (S) -C (S- {k})為用戶k的邊際貢 獻(xiàn)值，M為所有用戶的集合。
[0019] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0020] 1、本發(fā)明考慮了隨機(jī)性電源對輸電系統(tǒng)固定成本分?jǐn)偟挠绊懀瑸轱L(fēng)電并網(wǎng)環(huán)境下 輸電系統(tǒng)固定成本分?jǐn)偺峁┝擞行У姆椒ā?br>[0021] 2、本發(fā)明采用Shapley值的視角分?jǐn)傦L(fēng)電并網(wǎng)環(huán)境下輸電系統(tǒng)的固定成本，所有 用戶（固定成本的使用者）共同使用了整個(gè)電網(wǎng)，電網(wǎng)固定成本是所有用戶共同作用產(chǎn)生 的，它們之間復(fù)雜的交互作用共同產(chǎn)生了固定成本，要區(qū)分實(shí)際的交互作用責(zé)任在現(xiàn)實(shí)中 通常很難做到。但從合作博弈的角度，用戶之間構(gòu)成了事實(shí)上的合作關(guān)系。采用Shapley 值法發(fā)明風(fēng)電并網(wǎng)環(huán)境下輸電系統(tǒng)固定成本的分?jǐn)偅哂泄?、合理的?yōu)勢。
[0022] 3、本發(fā)明采用Shapley值分?jǐn)傦L(fēng)電并網(wǎng)的輸電成本，很好地體現(xiàn)了按責(zé)任分?jǐn)偟?原則，被合作各方視為公平；此外，Shapley值的分?jǐn)偨Y(jié)果通常會提供積極的經(jīng)濟(jì)刺激信 號，使得參與者在努力減少自身分?jǐn)傊档耐瑫r(shí)也減少了整個(gè)大聯(lián)盟的共同成本。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明基于Shapley值風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)輸電固定成本的分?jǐn)偡椒ǖ恼w流程 圖。
[0024] 圖2是本發(fā)明風(fēng)電出力場景數(shù)據(jù)的縮減流程圖。
[0025] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中風(fēng)電出力場景隨機(jī)數(shù)據(jù)圖。
[0026] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中風(fēng)電出力場景隨機(jī)數(shù)據(jù)經(jīng)過縮減后的效果圖。
[0027] 圖5是各用戶對3種方法（郵票法、Shapely值、AR-Shapely值）固定成本分?jǐn)偙?例的對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0029] 如圖1所示，本發(fā)明基于Shapley值風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)輸電固定成本的分?jǐn)偡椒ㄖ饕?包含如下三個(gè)步驟：
[0030] 第一步，模擬風(fēng)電出力場景，并對這些場景進(jìn)行場景縮減。風(fēng)電出力場景的隨機(jī)性 決定了大量場景的引入，這樣會增加計(jì)算負(fù)擔(dān)。為了計(jì)算簡單并保持一定的可信性，我們采 用場景縮減法對場景進(jìn)行縮減。
[0031] 場景法是模擬電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的一種重要方法，可有效處理運(yùn)行中的隨機(jī)現(xiàn) 象，本發(fā)明采用蒙特卡洛模擬產(chǎn)生場景，在實(shí)際應(yīng)用中也可采用已有的歷史數(shù)據(jù)模擬場景。 設(shè)電力系統(tǒng)在T時(shí)段的一個(gè)可能運(yùn)行狀態(tài)時(shí)間序列為一個(gè)場景s，由系統(tǒng)所有可能出現(xiàn)的 場景構(gòu)成的集合稱為場景集S。雖然場景模擬解決了隨機(jī)性問題，但是大量場景的引入增加 了計(jì)算的負(fù)擔(dān)，為減輕計(jì)算負(fù)擔(dān)并保持一定的可信性，可采用場景縮減法對場景進(jìn)行縮減， 生成原場景集的一個(gè)近似場景子集，使縮減后場景集與原場景集概率距離最短。本發(fā)明采 用同步回代縮減法（simultaneous backward reduction)進(jìn)行場景縮減，其流程如圖2所 不。
[0032] 如圖3所示，為通過蒙特卡洛法模擬得到的風(fēng)電出力場景圖，點(diǎn)線曲線表示場景 1、虛線曲線表示場景2、點(diǎn)畫線曲線表示場景3、實(shí)線曲線表示場景4、點(diǎn)線上有圓圈標(biāo)記的 曲線表示場景5、虛線上有鉆石形標(biāo)記的曲線表示場景6、點(diǎn)畫線上有六連形標(biāo)記的曲線表 示場景7、實(shí)線上有方塊標(biāo)記的曲線表示場景8、虛線上有向下的三角形標(biāo)記的曲線表示場 景9、點(diǎn)線上有方塊標(biāo)記的曲線表示場景10。
[0033] 如圖4所示，為通過場景縮減法得到的風(fēng)電出力場景，點(diǎn)線曲線表示場景1、虛線 曲線表示場景2、點(diǎn)畫線曲線表示場景3。