1、|电力需求侧管理第25卷第4期2023年7月0引言近年来，随着电力市场体制的不断完善和分布式能源的大量并网，电力市场日益向用户侧开放，为园区用户侧资源参与电力市场带来了新机遇1。然而，园区分布式能源具有单机容量小、地域分布分散、并网具有较大的随机性与波动性等特性，使其无法被直接调度2。需求侧响应和分布式储能已经被证明是实现电力供需双方快速动态匹配的最佳手段，如何协调这些覆盖辽阔地理区域的多元化、分布式储能设备及灵活性负荷资源，是规模化分布式储能资源利用要解决的重要问题。虚拟电厂（virtual power plant，VPP）在统筹区域能源供给、协调电源侧互补及负荷侧灵活互动等方面具有较好的发
2、展前景，在聚合规模效益驱动下，通过广域范围内分布式能源动态聚合与需求侧响应和分布式储能互联共享，实现电力市场的交易准基于混合博弈的园区虚拟电厂广义储能共享与协同优化调度田壁源1，常喜强2，戚红燕1，张新燕3（1.国网新疆电力有限公司 乌鲁木齐供电公司，乌鲁木齐830011；2.国网新疆电力有限公司，乌鲁木齐830018；3.新疆大学 电气工程学院，乌鲁木齐830047）Generalized energy storage sharing and collaborative optimal scheduling of park-level vritual power plants based o
3、n mixed gameTIAN Biyuan1,CHANG Xiqiang2,QI Hongyan1,ZHANG Xinyan3（1.Urumqi Power Supply Company,State Grid Xinjiang Electric Power Co.,Ltd.,Urumqi 830011,China；2.StateGrid Xinjiang Electric Power Co.,Ltd.,Urumqi 830018,China；3.College of Electrical Engineering,XinjiangUniversity,Urumqi 830047,China）
4、DOI:10.3969/j.issn.1009-1831.2023.04.002摘要：通过分析含广义储能虚拟电厂以“虚拟”集成实体整体性参与调度优化和电力市场的流程，提出基于混合博弈的园区虚拟电厂广义储能两阶段共享策略及双层协调优化调度模型。第一阶段根据园区各类储能资源的响应特性，建立了包含实际储能与需求侧灵活性负荷、电动汽车构成的广义储能共享模型，进而构建了聚合多类储能资源的虚拟电厂主体架构。第二阶段建立以虚拟电厂运营商为上层领导者，园区储能服务商、负荷聚合商及能源供应商为下层跟随者的双层混合博弈模型。上层与下层之间采用基于Stackelberg的主从博弈进行购售电价及广义储能共享互动，保证
5、领导者与跟随者的利益双赢；下层跟随者之间采用合作博弈实现多主体实时协同优化。算例分析表明：所提模型不仅实现了虚拟电厂利润最大与广义储能资源效用最优，也有效权衡各运营商间的利益。关键词：广义储能；虚拟电厂；储能共享；Stackelberg 博弈；混合博弈Abstract：The flow of virtual power plant（VPP）with generalized energy storage（GES）participating in dispatching optimization and power market as a“virtual”integrated entity is
6、analyzed.A two-stage sharing strategy and a two-level coordinated optimaldispatching model of park-level VPP-GES based on hybrid gameare proposed.First stage：according to the response characteristicsof various energy storage resources in the park,a GES sharing model composed of actual energy storage
7、,demand side flexible loadand EV is established,and then the main structure of VPP aggregating multiple energy storage resources is constructed.Secondstage：a two-tier hybrid game model with VPP operators as the upper leaders and park energy storage service providers,load aggregators and energy suppl
8、iers as the lower followers is established.Thestackelberg game is used between the upper and lower levels toshare and interact the purchase and sale price and GES,so as toensure the win-win interests of leaders and followers.Cooperativegame is adopted among the followers of the lower level to realiz
9、emulti-agent real-time collaborative optimization.The example analysis shows that the proposed not only maximizes the profit of VPPand optimizes the utility of GES,but also effectively balances theinterests of various operators.Key words：generalized energy storage；virtual power plant；energy storage
10、sharing；Stackelberg game；mixed game文章编号：1009-1831（2023）04-0008-07中图分类号：TM73；TK018文献标志码：B收稿日期：2023-01-19；修回日期：2023-04-26基金项目：国家自然科学基金项目（51667018）8Vol.25，No.4 July，2023POWER DSM|入3。在电力市场建设的新阶段，利用广义需求侧储能资源和控制技术，充分调动各类型储能资源，可有效缓解电力波动。文献 4 对储能的定义做了进一步延伸，将一切能够改变能量时空特性，在能量供需之间发挥缓冲作用的设备和措施定义为广义储能（generalize
11、d energy storage，GES），包括实际储能的储电、储热、储氢等装置，以及虚拟储能的柔性负荷、电动汽车等需求侧响应与管理。GES通过改变电能时空分布，平抑风电、光伏出力的波动性，可减少VPP出力偏差，降低VPP运行成本，提高供电可靠性，是实现园区用户侧资源动态整合与消纳新能源的有效途径之一5。因此，将含广义储能虚拟电厂作为“虚拟”集成实体整体参与电网运行调度及电力市场具有重要意义。目前，国内外学者对虚拟电厂中各类型储能资源的优化配置及聚合模型开展了较多研究。但就目前而言，大部分关于GES的研究集中于对其参与储能资源共享运行优化以及实际/虚拟储能的协同配合作用，鲜有文献深入探讨GES
12、参与VPP的共享运营机制及利益博弈关系。由于虚拟电厂的参与者各自整合不同的资源优化自身运行目标，导致彼此间拥有不同的利益。GES可由园区储能服务商进行整合和运营，VPP可以通过价格信号来调整储能服务商的充放行为，并通过博弈理论6来处理不同主体间的利益冲突。文献 7 基于stackelberg博弈理论设计能源共享运营机制，建立了以虚拟电厂运营商为领导者，产消者和云储能服务商为跟随者的博弈模型，实现领导者追求利益最大化和跟随者追求效用最大化的均衡。因此，对虚拟电厂参与园区运营商内部优化调度与利益均衡分配值得深入研究。基于上述研究的不足，本文首先分析了各类实际、虚拟储能的响应特性，建立以园区虚拟电厂
13、为主体的广义储能共享机制。然后，建立了基于混合博弈的双层协调优化调度模型及其求解算法。上层与下层之间采用基于Stackelberg的主从博弈，以领导者利润最大化和跟随者效用最优为目标，采用粒子群算法求解该博弈问题的纳什均衡点，获得虚拟电厂内部购售电价；下层采用合作博弈嵌套在上层Stackelberg博弈的跟随者从体模型之中，以园区广义储能资源效用最优、净负荷成本最低及能源消纳率最高为目标，利用CPLEX求解下层问题得到最优园区发、用电计划及GES共享策略，并反馈给虚拟电厂运营商。最后，通过算例验证了所提方法可有效求解领导者与各跟随者的均衡策略，实现储能资源的效用最优以及收益的合理分配。1广义储
14、能模型及共享服务策略本文构建的广义储能模型由两部分组成：一部分是由储电、储热装置构成的实际储能，另一部分为负荷需求侧响应和电动汽车充放电管理构成的虚拟储能。1.1实际储能及虚拟储能模型本文实际储能选用电池储能与蓄热式电锅炉，虚拟储能包括电价型、激励型负荷需求响应及电动汽车，实际储能及虚拟储能模型详见文献 8。1.2广义储能共享服务实施策略广义储能共享的核心思想在于储能所有权和使用权相分离，通过引入储能服务商这一主体，对时空分散的储能资源进行分类管理、集中调控和优化调配，实现对区域内的分布式储电、储热装置以及需求侧响应资源、电动汽车等储能资源的集中共享，并通过储能服务商为虚拟电厂提供储能服务。2
15、园区虚拟电厂2.1园区虚拟电厂运营架构本文所述的多园区虚拟电厂储能资源共享服务在市场化运营时包含3类参与主体：虚拟电厂运营商、园区储能服务商（居民、商业、工业）、负荷聚合商、能源供应商和电网公司。虚拟电厂运营框架如图1所示。实际储能虚拟储能冷、热电、气负荷风电光伏GT园区1园区2园区n电动汽车电储能热储能需求响应广义储能共享风电光伏GT冷、热电、气负荷风电光伏GT冷、热电、气负荷电网电力市场VPP控制协同中心图1基于广义储共享的园区虚拟电厂运营框架Fig.1Park VPP operation framework based on GES2.2园区虚拟电厂模型园区虚拟电厂模型包括领导者虚拟电厂
16、运营商、跟随者园区储能服务商、能源供应商及负荷聚合商。2.2.1园区虚拟电厂运营商模型虚拟电厂运营商的目标是决策出最优的内部市场购售电价格与广义储能共享策略。其优化目标为9|电力需求侧管理第25卷第4期2023年7月|max CVPP=CgridVPP+CparkVPP-CGESVPPCgridVPP=t=1TSsell,gridVPP,tQsell,gridVPP,t-t=1TSbuy,gridVPP,tQbuy,gridVPP,tCparkVPP=t=1TSsell,parkVPP,tQsell,parkVPP,t-t=1TSbuy,parkVPP,tQbuy,parkVPP,tCGESVPP=t=1TSGESVPP,tQGESVPP,t（1）式中：CVPP为虚拟电厂全天的利润；Qbuy,gridVPP,t、Qsell,gridVPP,t与Sbuy,gridVPP,t、Ssell,gridVPP,t分别为t时段虚拟电厂向电网购、售电量与电价；Qbuy,parkVPP,t、Qsell,parkVPP,t与Sbuy,parkVPP,t、Ssell,parkVPP,t分别为t时段虚拟电厂