基于MAS的調峰權交易模型

，

(國網南充供電公司，四川 南充 637000)

0 引 言

近年來，隨著社會經濟的高速發展、人民生活水平的不斷提高，同時節能調度實施方案要求高耗能、低效率火電機組停機發電，使電力系統失去了相當部分的停機調峰能力，然而電網負荷峰谷差缺逐年增長，日益增大的負荷峰谷差嚴重影響電力系統的安全穩定運行[1-3]。目前電網的調峰手段主要從負荷側和發電側這兩方面著手。負荷側調峰主要采取“先錯峰、后避峰，再負控限荷、最后拉路”的調峰管理方法。雖然負荷側調峰管理減小電網負荷峰谷差，但給停電給電力用戶的生產生活帶來極大的不便。發電側調峰主要是控制調峰機組的啟停狀態，但在電網負荷低谷時期，部分向下調峰調解能力弱的調峰機組被迫停運，調峰機組的被迫停運會造成電網在負荷高峰時期系統的發電容量不能滿足電力負荷的需要。由于各發電企業參與上網電價的競價是相互獨立的，使得各發電企業之間缺乏有效的溝通，從而使得部分調峰機組的調峰性能不能有效充分發揮。

為解決上述調峰機組調峰能力得不到充分利用的問題，在調峰電力市場中，建立一種有效的調峰交易模式。此模型是在盡可能滿足電力用戶用電需求的基礎之上，針對不同調峰機組的調峰性能，建立一個合理的競價平臺，即，調峰機組通過相互購買調峰權，使調峰機組的調峰性能得到最大的發揮，有效避免不合理的深度調峰或被迫停機調峰，在鼓勵發電企業發電的同時，還能鼓勵調峰機組積極參與電網調峰，緩解電網調峰的壓力。提高電網運行的效率[4，5]。調峰權是指在電力負荷低谷時期，調節能力大的發電機組在滿足自身調峰任務的基礎之上，通過向調節能力不足的機組出售多余的調峰容量，不但獲得額外的收益，還能避免調節能力不足的機組頻繁啟停，提高機組的壽命周期[6]。

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

所提出的基于MAS的調峰權交易機制，討論了基于MAS 的調峰權在電力市場中的競價結構。同時針對上級 Agent 調峰競價與下級 Agent 調峰競價，分別提出了發電機組 Agent 與同級 Agent 的調峰競價策略以及發電機組Agent自身的調峰量優化策略。通過算例表明基于MAS的調峰權交易機制，不但符合電網運行發展的特征，還能夠在電力市場環境下，推動電網調峰的發展。

1 基于MAS的調峰權交易機制結構

文獻[6]提出的調峰權雖然為調峰機組購售調峰容量提供了一種有效的交易方式，但文獻中并沒有提出調峰權交易具體的流程和結構，為此，設計了一種基于MAS的調峰權交易模型[9]。其具體流程如下。

基于MAS的調峰權交易模型結構原理如圖1所示，包括上級電力調峰市場Agent、發電公司調峰Agent、發電機組調峰Agent等3層。

1)電力調峰市場Agent。根據各高級調峰Agent反饋的調峰數據，制定調峰權交易計劃，確定各發電公司的調峰權交易價格及交易調峰容量。同時將結果反饋給各高級調峰Agent，為其下一步決策交易提供參考依據。

2)發電公司調峰Agent。根據上級調峰Agent反饋的數據結合旗下發電機組Agent提供的數據來調整調峰權交易計劃，并及時把調整后的交易計劃上報上級調峰Agent。在調峰權交易成功后，發電公司調峰Agent以調峰成本最小化優化策略對發電機組Agent進行調度。

3)發電機組Agent根據自身狀態向發電公司調峰Agent提供的數據，根據上級Agent的調度計劃參與電網的調峰。

針對電力市場的上層調峰Agent競價和下層調峰Agent競價體系，分別提出發電公司調峰Agent與同級調峰Agent的經濟效益最大化、發電公司調峰Agent與機組Agent的調峰成本最小化的調峰權交易模型，使發電公司的效益最大化。

圖1 基于MSA的調峰權交易模型體系

2 調峰權交易模式

2.1 調峰權交易模型

根據電力系統運行的實際情況對參與調峰權交易的發電企業進行配對，配對目的是使調峰權交易產生的社會效益最大化[4，5]。

假設調峰權交易市場中有n個調峰權買方和m個調峰權賣方。第i個買方申報的調峰權電量購買量和報價分別為QB-i和PB-i，第j個賣方申報的調峰權電量出售量和報價分別QS-j為和PS-j。假設調峰權買家i和調峰權賣家j的調峰權交易量為Qij，對應的調峰權交易價格為Pij，則消費者剩余為(PB-i-Pij)Qij，生產者剩余為(Pij-PS-j)Qij。

調峰權交易不能忽略交易成本，甚至某些調峰權交易由于不能通過安全校核而使交易成本無限增大，因此，應考慮每個發電成員相互之間的交易成本。設調峰權買家i和調峰權賣家j之間的交易成本為Cij，由此構成n×m的交易成本矩陣C。其中，交易成本Cij的數學表達式為

Cij=mijρt

(1)

式中，mij為邊際網損系數；ρt為單位時間段t內的調峰電價。ρt的數學表達式為

(2)

式中,ρn表示過去m個時間段中第n時間段的調峰電價。

所以調峰權交易的社會效益為

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

(3)

由式(3)可知，在調峰權交易當中所產生的社會效益與其成交價格無關，為了保證調峰權交易的公平公正性，使調峰權買家和調峰權賣家的效益值相等，其成交價格Pij應為雙方報價的平均值，其數學表達式為

(4)

調峰權交易的目標是使所有發電成員的社會總效益最大，因此，調峰權交易的目標函數為

(5)

約束條件為

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

(6)

(7)

(8)

式(6)為賣方j與買方i之間調峰權交易產生的期望社會效益；式(7)為第j個賣方申報的調峰權電量出售量約束；式(8)為第i個買方申報的調峰權電量購買量約束。

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

由于電力行業的特殊性，各發電公司提供的出力是實時變化的。同時為了保證電力系統安全可靠的運行，在進行調峰權交易時還需要滿足以下幾個約束。

(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個發電公司在調峰權交易結束后的出力；Pload為電網的需求量；式(10)為節點電壓約束，其中Vk為節點k的電壓，Vk-min和Vk-max分別為節點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為調峰權交易后線路l的輸送功率，Fl-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 各上級調峰Agent的具體功能

上級電力調峰市場Agent具體功能如下。

1) 接收參加調峰權交易的各發電公司Agent申報交易類型(買方或賣方)、調峰權報價和交易容量。

2) 根據獲得的數據，估算交易成本，進行配對。

3) 對交易結果的安全性、可靠性進行分析。

4) 將交易結果反饋給各發電公司調峰Agent。

各發電公司調峰Agent具體功能如下。

1) 接收電力調峰市場Agent的詢問并提供調峰權報價和交易容量。

2) 向上級電力調峰市場Agent提供的調峰權交易的相關數據。

3) 根據上級電力調峰市場Agent反饋獲得的交易計劃，結合各機組Agent實際情況，預測發電公司可能提供或需要購買的調峰容量、調峰電價等。

3 發電成本優化策略

3.1 發電成本模型

假設調峰市場上有N家發電公司參與調峰權競價。發電公司可以降低常規機組出力，使機組進入深度調峰(深度調峰是指發電機組超過基本調峰范圍進行的調峰)運行方式來獲取更多的調峰容量。從經濟性方面，來考慮發電公司參與電網調峰問題，可將優化目標定義為發電公司機組深度調峰費用最小[10-12]。發電公司機組的深度調峰費用可從機組煤耗特性、機組壽命損耗和機組單位發電容量補償費用等多方面來考慮。這里取其中某個發電公司的第i(i=1，2，…，N)臺機組的發電成本為

(12)

式中,Ci表示第i臺機組的深度調峰費用；ai、bi、ci分別表示第i臺機組的成本函數系數；di表示第i臺機組在深度調峰時的經濟補償系數；Petpi表示第i臺常規機組有償調峰容量。

考慮到調峰市場的不確定性，發電公司作為一個自負盈虧的企業，發電公司為了自身利潤的最大化，在調峰權競價時一般都會在自身成本函數費用的基礎上加上一定的比例因子λ，則該臺機組的成本函數為

(13)

因此，在滿足約束條件下，發電公司Agent成本最小化目標為

(14)

其約束條件仍需滿足式(9)～式(11)。

3.2 發電公司中各Agent的具體功能

發電公司協調級Agent具體功能如下。

1) 接收發電公司Agent的調峰指令，并反饋給各發電機組Agent。

2) 接收各發電機組Agent發電預測數據、 運行成本、 發電機組的報價和各種運行約束參數上報給發電公司Agent。

發電機組Agent具體功能如下。

1) 預測本機組Agent每生產單位電能所需發電成本，并上報上級Agent。

2) 預測本機組Agent現階段可以提供的最大、最小電能，并上報上級Agent。

3) 時刻對發電機組的運行狀態進行監視，及時上報上級Agent，對發電機組進行實時控制。

4) 保證發電機組安全穩定的運行。

5) 接受上級Agent的調峰交易指令后，發出相應的電能。

4 算例分析

4.1 發電公司Agent與同級Agent最優化調峰權競價策略分析

假設有8家發電公司參與電網調峰權競價，其中有3家公司出售調峰權，5家公司需要購買調峰權。各發電公司的競標報價如表1所示。

表1 各發電公司調峰權交易申報情況

按照效益最優模型進行交易時，調峰權交易配對的結果如表2所示。

表2 調峰權交易配對情況

從表2可以看出，公司1從公司3處購得100 MW調峰權，公司3從公司1處獲得38 000元的調峰補償，產生的社會效益為12 000元；公司2和公司8分別從公司5購得150 MW和50 MW的調峰權，公司5分別從公司2和公司8處獲得56 700元、18 850元的調峰補償，產生的社會效益分別為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的調峰權，公司6分別從公司4和公司7處獲得1 890元、56 850元的調峰補償，產生的社會效益分別為7 000元、16 500元。

4.2 發電公司成本優化分析

以發電公司3為例，公司通過報價策略獲得的調峰權出售容量為50 MW，電網的負荷需求和公司的內部電力需求之和85 MW。發電公司中有30 MW和60 MW機組各兩臺，其參數分別如表3所示。

表3 發電公司各機組經濟參數和出力限制

按照各機組參數，根據發電成本優化策略可以求得各機組的最優出力，如表4所示。

表4 發電公司各機組最優出力

從表4可以看出所有的機組都處于開機的狀態，所有的機組都按照成本和實際需求進行供電，達到降低發電公司成本的目的。

5 結 論

所提出的基于MAS的調峰權交易模型，充分體現了MAS在新的調峰環境中的優勢。雖然各發電公司調峰Agent所獲得的信息和決策是相互獨立的，但通過上級調峰Agent社會效益最大化和發電公司內部調峰成本最小化的調峰權交易模型，在滿足各Agent在不同的調峰需求充分考慮電網特性的同時，保證了電網安全可靠經濟運行，使發電公司社會效益最大化，充分體現了這種分布式調峰手段更適應未來電力市場下的發展。

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