A cooperative game theory analysis for transmission loss allocation

This paper presents an analysis and discussion, based on cooperative game theory, for the allocation of the cost of losses to generators and demands in transmission systems. We construct a cooperative game theory model in which the players are represented by equivalent bilateral exchanges and we search for a unique loss allocation solution, the Core. Other solution concepts, such as the Shapley Value, the Bilateral Shapley Value and the Kernel are also explored. Our main objective is to illustrate why is not possible to find an optimal solution for allocating the cost of losses to the users of a network. Results and relevant conclusions are presented for a 4-bus system and a 14-bus system.     

电力市场环境中常规潮流与最优潮流在网损分摊中的应用

潮流计算是电力系统最重要的运算之一,为此,通过算例对BX型快速解耦潮流和最优潮流进行了分析.算例使用基于合作博弈论中的核仁理论的网损分摊方法对这两种潮流计算方法所计算的网损进行了分摊,计算结果表明,采用最优潮流计算网损优于使用常规潮流计算网损,并且基于最优潮流的网损分摊结果更易于被市场成员接受.     

Transmission cost allocation by cooperative games and coalition formation

The allocation of costs of a transmission system to its users is still a pending problem in many electric sector market regulations. This paper contributes with a new allocation method among the electric market participants. Both cooperation and competition are defined as the leading principles to fair solutions and efficient cost allocation. The method is based mainly on the responsibility of the agents in the physical and economic use of the network, their rational behavior, the formation of coalitions, and cooperative game theory resolution mechanisms. The designed method is applicable to existing networks or to their expansion. Simulations are made with sample networks. Results conclude that adequate solutions are possible in a decentralized environment with open access to networks. Comparisons with traditional allocation systems are shown and cooperative game solutions compare better in economic and physical terms.     

风—光—储混合电力系统的博弈论规划模型与分析

综合分析由风力发电、光伏发电和储能电池组成的混合电力系统的技术经济特性,提出一类基于博弈论的混合电力系统规划模型。该模型以风力发电、光伏发电和储能电池的投资者作为博弈参与者,选取发电/储能容量作为参与者的策略,其收益计及发电/储能电池的全寿命周期费用、售电收入、系统供电可靠性等因素。根据博弈模型中可能的联盟关系,提出了...     

A novel nucleolus-based loss allocation method in bilateral electricity markets

The situation of current research on power losses allocation in bilateral electricity markets is presented. Based on cooperative game theory, a novel nucleolus theory-based method for power losses allocation under the bilateral-transactions model is put forward and compared in detail with the Shapley-value-based allocation method. The impacts of different market players on network power losses are taken into account. With the new method, network power losses can be allocated to each transaction reasonably. The allocation results would not be affected by the sequence that each transaction is formed and be active. The method answers for the open, equal, and impartial principles of electricity market and can be easily understood and accepted by market players. Numerical tests validated the equity and validity of the method.     

考虑输电阻塞的电网固定成本分摊核仁法

探讨了电力市场环境下多区域互联电网固定成本的分摊问题，给出了固定成本分摊的合作博弈模型。针对输电固定成本分配的核仁模型未考虑输电阻塞的情况，提出了一种区域核仁算法。首先根据系统潮流分布情况确定出现阻塞的线路，再根据节点边际价格的差异将输电网划分成多个输电区域，每个输电区域所有节点边际价格基本一致，区域内部线路没有阻塞；然后采用等值双边交易法将输电固定成本分配给各输电区域；最后在区域内部采用核仁模型将成本分配到用户。该方法考虑了阻塞并减小了将多区域互联电网作为一个整体求核仁解时的计算量。以IEEE14节点系统为例的仿真结果表明了该方法的可行性。     

电力系统二级电压控制的合作博弈模型

现阶段分层分区的电压控制手段,面临多个耦合区域间的协调问题。从博弈论角度,把二级电压控制各分区视为博弈主体,建立基于个体理性的合作博弈模型,各分区寻求高效的联盟组成以改进控制效果。合作的主体有共同优化目标;联盟间以非合作博弈的纳什均衡作为控制策略,可以计及区域间的无功耦合并保证控制的稳定性。提出了不可转移效用合作博弈的解法,理论上证明了模型纳什均衡的存在性。IEEE 39节点系统稳态仿真表明,合作博弈模型能有效协调区域间的无功控制手段,改善二级电压控制的各项性能指标。     

基于合作博弈的多区域综合能源系统优化调度

为了提高能源利用效率,近年来综合能源系统（IES）受到越来越多的关注。在多区域IES互联体系下,从概率论角度提出了综合能源互联系统利益分配机制。首先构建了多区域IES在合作博弈下的联盟总日运行费用模型,模型中计及了不同区域IES间可通过微电网和微热网实现电能和热能的交互;其次,从概率论角度分析了联盟形成的条件概率并构建了个体IES边际贡献模型,进而提出了IES合作博弈分配机制;最后,基于案例分析对所提机制的有效性进行验证。仿真结果表明,所提利益分配机制可保证能源互联系统中各IES均能够获益,保证了联盟利益分配的合理性和公正性。     

Transmission Cost Allocation Based on Data Envelopment Analysis and Cooperative Game Method

Transmission cost allocation is a traditional but challenging problem in electric power industries. Many factors can affect the transmission cost allocation. But most traditional allocation methods focus on just one point. The Data Envelopment Analysis (DEA) approach has the characteristic of multi-criterion. It can overcome the drawbacks of traditional allocation methods. This paper combines the game theory and DEA approach to solve the problem of transmission cost allocation. In order to take various key points of power transmission into account, three criterions are proposed. These criterions reflect the effect of load demand, transmission line usage and marginal cost on transmission cost allocation. Nucleolus and Shapley value are used to solve the DEA game programming. For measuring the fairness of the transmission cost allocation methods, this paper proposes an algorithm to evaluate the satisfaction of users with the different allocation methods. The DEA game approach is applied to IEEE 14-bus system. The results which are compared with that of other three traditional allocation methods demonstrate the applicability of the proposed method.     

分区核仁法分摊多区域互联输电网固定成本

探讨了电力市场环境下多区域互联电网固定成本的分摊问题。给出固定成本分摊的合作博弈模型,采用分区核仁算法求解。将多区域互联电网拆分为各个区域电网,固定成本根据区域间等值双边交易的比例分摊,再用核仁算法分区求得区域内部各用户承担的固定成本。此方法减小了将多区域互联电网作为一个整体求核仁解的计算量,并且保持了合作博弈模型原本给出的经济信号。IEEE14节点3区域系统的仿真算例验证了该方法的有效性。     

基于最优潮流与合作博弈理论的互联电网经济效益分析

实施输电网络开放、促进区间经济功率交换,是电力市场化的重要内容。中以最优潮流和节点电价作为分析工具,基于合作博弈理论中的核仁,提出了多区域电力系统互联运行的成本和利润分配方法。对IEEE30节点系统的分析计算结果表明,与基于Shapley值的分配相比较,所提出的方法实现了系统互联运行成本和利润在市场参与之间的合理分配,既满足个体理性,也满足集体理性,保证了联盟结构稳定。     

基于合作博弈的微网储能容量优化配置

合理配置储能容量在平抑清洁能源功率波动、辅助稳定电网频率等方面具有重要意义。针对含有风电、光伏发电的微网,兼顾储能设备参与电网一二次应急调频,利用储能空闲资源参与电网调频,同时考虑了微网的电量成本、投资维护成本等因素,以微网每天综合费用最低为优化目标,基于合作博弈建立微网均衡模型,利用粒子群和内点算法求解各微网最优容量配置。算例结果验证了模型与方法的合理性。     

电力系统发电侧和负荷侧共同碳责任分摊方法

在低碳电力的背景下,电力系统碳责任在各利益主体之间的分摊研究具有重要的理论和现实意义。发电机组和负荷作为电力系统的重要组成部分,两者都应该承担起电力系统节能减排的责任。文中提出将电力系统碳责任在发电侧和负荷侧进行共同分摊,将该问题建模成一个基于合作博弈的成本分摊问题,并采用Aumann-Shapley法进行具体地分摊求解,将双侧碳责任分摊机制与仅在发电侧碳责任分摊和仅在负荷侧碳责任分摊机制进行比较。算例结果显示在双侧碳责任分摊机制中,发电机组和负荷都承担了电力系统节能减排的责任,能激励发电机组和负荷的节能降耗行为,降低系统碳排放。     

分布式协同控制模式下配电网信息物理系统脆弱性评估

分布式协同控制模式的提出,为解决未来配电网信息物理系统(CPS)中高密度、强随机性分布式电源接入问题提供了途径。但同时,配电网CPS信息物理高度融合的特点也方便了网络攻击者通过信息系统威胁电力系统的安全稳定运行。据此,提出一种基于动态攻防博弈的分布式协同控制模式下配电网CPS脆弱性评估方法。首先,阐述了一种分布式电源等输出比协同控制策略,并对其收敛特性进行了分析和总结。其次,基于CPS风险评估框架,结合分布式电源协同控制策略及实际网络攻防策略的特点,提出配电网CPS风险评估模型;在此基础上,设计动态攻防博弈函数及博弈求解步骤,实现对于分布式协同控制模式下配电网CPS脆弱性的量化评估。最后,基于IEEE 34节点配电系统开展仿真测试,验证了所提方法的有效性。     

考虑碳排放权的低碳电力调度及收益分摊

低碳化已经成为当前电力发展的重要目标,而利益格局的剧烈调整是影响低碳转型的最大阻力之一。文中对低碳电力调度的公平性问题进行了研究,建立了考虑碳排放权约束的低碳调度模型。在论证机组碳排放求偿权的基础上,应用加总分配方法,解决了碳排放权的初始分配公平性的争议。对机组碳排放权的合作博弈机制进行了研究,并且对合作减排和非合作减排下的机组运行情况进行了对比,建立了基于Shapley值的碳排放权收益分摊模型。研究表明通过合作减排机制,可以更好地优化系统运行,平衡各方利益,减少低碳调度转型阻力。研究还发现,如果减排目标过于激进,将造成发电成本剧烈上升,甚至需要减负荷运行。最后,结合算例表明了所述模型的有效性。     

Allocation of fixed transmission cost to wheeling transactions bycooperative game theory

This paper describes a methodology to allocate the cost of transmission network facilities to wheeling transactions in decentralized power systems. The authors propose that the responsibility placed on transmission facilities involved in each transaction be according to the transmission usage pattern. Their proposal incorporates the MW-mile method and considers economies of scale of transmission network facilities. They also incorporate a nucleolus scheme in the cooperative game theory to deal with matters of conflict. The applicability of their method is demonstrated in a numerical example     

基于主从博弈的输配电网协同经济调度

针对市场环境下如何协调主动配电网与输电网的运行策略以实现二者共赢的问题,提出一种基于主从博弈的输配电网协同经济调度策略。首先,采用主从博弈架构建立了输配电网双层经济调度优化模型,其中上层为输电网价格出清模型,下层为考虑二阶锥交流潮流约束的配电网经济调度模型。然后,应用二阶锥重构技术、KKT (Karush-Kuhn-Tucker)条件、强对偶定理和线性松弛技术将所提双层模型转化为混合整数二阶锥单层规划模型进行求解。最后通过算例验证了模型和方法的有效性。结果表明,所提输配协同经济调度策略可以有效降低输电网电能及备用出清价格,同时提高了配电网运行经济性。     

非合作博弈模式下新能源微电网多主体成本策略优化模型

根据微电网具有的特点,发电厂商提供可持续稳定的电能,尽可能就近输送,降低网损,提高有功转化,保持电价上的竞争优势以及增加新能源消纳.基于此,分析了参与新能源微电网的各主体之间的利益关系,即微电网发电侧、用户侧和配电网,构建了非合作博弈模式下的成本策略博弈模型,选取某微电网示范地区进行算例分析,结果表明,非合作博弈下的均衡策略可以满足微电网、配电网和用户侧三方收益最大化的需求,同时能够增加新能源消纳减少弃风弃光现象.     

含高比例分布式光伏的配电网多目标概率规划方法

针对分布式光伏出力不确定性造成的配电网规划成本增加、运行稳定性降低问题,文章提出了一种含高比例分布式光伏的配电网多目标概率规划方法。通过K-means聚类对光伏出力数据进行场景削减,得到典型场景集及其概率模型,基于蒙特卡洛概率潮流生成不确定性场景,模拟分布式光伏实际运行情况。基于所得不确定性场景,建立双层概率规划模型：上层以投资建设成本最小和光伏渗透率最大为目标,对分布式光伏及储能进行选址定容,下层考虑分布式光伏出力的不确定性,以概率潮流下的运维成本、网损成本、购电成本和电压偏差指数最小为目标,对分布式光伏出力以及储能各时段充放电功率进行优化。采用改进的粒子群(particle swarm optimization, PSO)算法对概率规划模型进行求解。采用安徽某地光伏出力作为典型数据,以IEEE 33节点系统为算例开展多场景算例分析,结果表明：与传统规划方法对比,所提方法能够提升光伏渗透率和配电网运行稳定性,并降低综合成本。     

输电网合作投资的费用分摊方法

电力系统引入市场机制后，输电网的投资具有分散化和多元化的趋势，同时由于输电投资具有规模效应，且成本回收期长，因而投资者之间相互合作将成为降低风险的一种有效方式，但如何分摊投资成本仍是一个值得研究的问题。为此，文中基于合作博弈理论，提出了一种多主体合作投资的费用分摊方法，通过投资收益分析，计算各子联盟的特征函数值，将超出值作为衡量分摊方案优劣的评价指标，并结合遗传算法求得输电合作投资的核子解。分摊结果可同时满足个体合理性条件和群体合理性条件。