考慮電池壽命的虛擬電廠調(diào)頻競(jìng)標(biāo)模型及合作利潤(rùn)分配策略
陳雯1,孫榮峰2,邱靖1,2*,柴慶冕3
（1．悉尼大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院；2.齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院），山東省科學(xué)院能源研究所，山東省生物質(zhì)氣化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3. 新南威爾士大學(xué)電氣工程與通信學(xué)院）
本文發(fā)表在《全球能源互聯(lián)網(wǎng)》2020年第4期“電力系統(tǒng)低碳發(fā)展的目標(biāo)、戰(zhàn)略及技術(shù)選擇”專題上，歡迎點(diǎn)擊品讀。本文受山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019JZZY010901）資助。
文章導(dǎo)讀
分布式能源在全球經(jīng)濟(jì)和能源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性轉(zhuǎn)型過(guò)程中起到了重要作用，聚合的分布式能源可被作為虛擬電廠(virtual power plant，VPP) 在電力市場(chǎng)中提供輔助調(diào)頻服務(wù)，應(yīng)對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)下大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)導(dǎo)致的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)。為了挖掘VPP的市場(chǎng)價(jià)值，經(jīng)濟(jì)激勵(lì)包括創(chuàng)造價(jià)值以及分配利潤(rùn)環(huán)節(jié)。由于光伏發(fā)電的間歇性以及居民負(fù)荷的隨機(jī)性，本文中VPP所指的聚合居民側(cè)系統(tǒng)具有更為復(fù)雜和不確定的行為。針對(duì)VPP的特性，本文提出了其在調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)創(chuàng)造最大利潤(rùn)的競(jìng)標(biāo)策略，以及反映合作真實(shí)價(jià)值的收益分配方案，為激發(fā)VPP的潛在價(jià)值提供了一條途徑。
文章亮點(diǎn)
1）在創(chuàng)造價(jià)值環(huán)節(jié)，提出了將電池循環(huán)壽命模型嵌入VPP單獨(dú)調(diào)頻競(jìng)標(biāo)模型和與風(fēng)電合作聯(lián)合競(jìng)標(biāo)模型的策略；
2）在分配合作剩余價(jià)值環(huán)節(jié)，提出了基于Nash–Harsanyi 討價(jià)還價(jià)解并量化談判力來(lái)反映VPP對(duì)合作真實(shí)貢獻(xiàn)的利潤(rùn)分配模型。
主要內(nèi)容
為了挖掘VPP的市場(chǎng)價(jià)值，在創(chuàng)造價(jià)值環(huán)節(jié)，電池頻繁充放電加速電池老化造成的壽命衰減成本不可忽視，本文提出將電池循環(huán)壽命模型嵌入VPP單獨(dú)調(diào)頻競(jìng)標(biāo)模型和與風(fēng)電合作聯(lián)合競(jìng)標(biāo)模型的目標(biāo)函數(shù)中，考慮電池?fù)p耗成本的前提下獲得合理收益。在分配合作剩余價(jià)值環(huán)節(jié)，本文提出通過(guò)求解討價(jià)還價(jià)博弈模型的Nash–Harsanyi 討價(jià)還價(jià)解來(lái)反映VPP對(duì)合作的真實(shí)貢獻(xiàn)。該博弈模型中的合作剩余、效用函數(shù)、談判不一致點(diǎn)以及談判力均來(lái)自創(chuàng)造價(jià)值環(huán)節(jié)相關(guān)結(jié)果。
? 圖1 VPP的組成及探索其在調(diào)頻市場(chǎng)價(jià)值的步驟
圖2表示所提模型的優(yōu)勢(shì)。場(chǎng)景2中VPP與風(fēng)電合作獲得的利潤(rùn)達(dá)到所有場(chǎng)景中最大值673澳元。在電池?fù)p耗方面，由于電池參與調(diào)頻產(chǎn)生更多的充放電循環(huán)導(dǎo)致?lián)p耗成本增大。場(chǎng)景1（a）不考慮電池?fù)p耗，雖然比場(chǎng)景1（b）考慮電池?fù)p耗的調(diào)頻收益高，但是更大的電池?fù)p耗反而使利潤(rùn)驟減。因此，在競(jìng)標(biāo)模型中考慮電池?fù)p耗成本可以避免以高電池?fù)p耗為代價(jià)高估調(diào)頻收益。在與風(fēng)電合作中，與風(fēng)電的互補(bǔ)作用使電池減少充放，所以場(chǎng)景2的電池?fù)p耗成本最低。
? 圖2 各場(chǎng)景下VPP利潤(rùn)分解對(duì)比
談判力是基于Nash-Harsanyi討價(jià)還價(jià)解的利潤(rùn)分配策略中非常重要的特征，這一指標(biāo)反映了VPP的合作貢獻(xiàn)。圖3中，賦予邊際貢獻(xiàn)指標(biāo)和精確度指標(biāo)相同權(quán)重時(shí)，VPP和風(fēng)電的談判力分別為65.5%和34.5%。就邊際貢獻(xiàn)指標(biāo)而言，VPP得分96%代表在合作增加的收益和減少的成本中邊際貢獻(xiàn)更大。準(zhǔn)確度指標(biāo)方面，風(fēng)電間歇性出力特征導(dǎo)致得分81%，低于VPP得分為100%的精準(zhǔn)度?？傊?，該分配策略通過(guò)VPP較高的談判力反映出其真實(shí)的合作貢獻(xiàn)，從而使其在利潤(rùn)分配中獲得與貢獻(xiàn)匹配的合理份額，進(jìn)一步激勵(lì)VPP參與合作調(diào)頻。
? 圖3 談判力影響因素分析
談判力和風(fēng)險(xiǎn)偏好系數(shù)都能夠反應(yīng)參與者的特征并影響分配結(jié)果，圖4左側(cè)表示談判力對(duì)分配利益的影響，可看出隨著VPP談判力從10%增加至90%，VPP所獲分配利潤(rùn)占合作剩余的比例從10%增加至90%，這表明談判力越高分配利潤(rùn)越大。圖4右側(cè)表示風(fēng)險(xiǎn)偏好系數(shù)對(duì)分配利益的影響，可看出風(fēng)險(xiǎn)偏好系數(shù)的變化并未影響利潤(rùn)分配結(jié)果的比例。所以，任何參與者并不能通過(guò)謊報(bào)自身風(fēng)險(xiǎn)偏好系數(shù)而增加分配收益。
? 圖4 合作剩余分配比例與談判力和風(fēng)險(xiǎn)偏好的關(guān)系
本文引文信息
陳雯，孫榮峰，邱靖，等. 考慮電池壽命的虛擬電廠調(diào)頻競(jìng)標(biāo)模型及合作利潤(rùn)分配策略[J]. 全球能源互聯(lián)網(wǎng)，2020，3(4)：374-384.
CHEN Wen, SUN Rongfeng, QIU Jing, et al. Profit allocation and frequency regulation bidding strategy of virtual power plant considering battery cycle life [J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2020, 3(4): 374-384 (in Chinese).
作者簡(jiǎn)介
陳雯 博士生，工程師
研究方向?yàn)樘摂M電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、分布式能源和電力市場(chǎng)
E-mail：wen.chen1@sydney.edu.au
孫榮峰 研究員
研究方向?yàn)榈吞寄茉礈p排
E-mail：sunrf@sderi.cn
邱靖 博士，研究員
研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)規(guī)劃、綜合能源系統(tǒng)建模、能源經(jīng)濟(jì)學(xué)等。通信作者
E-mail：qiujing0322@gmail.com
柴慶冕 博士生
研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)仿真與計(jì)算、電網(wǎng)優(yōu)化與控制、可再生能源并網(wǎng)穩(wěn)定性分析
E-mail：chaiqm1986@gmail.com
