基于合作博弈论的电力系统储能经济性优化策略研究

论文总字数：34363字

摘 要

随着科技水平和社会经济的高速发展，电力系统的规模越来越大。在能源危机的背景下，面对持续高速增长的电力负荷，可再生能源和分布式发电技术应运而生。然而由于新能源的波动性和不稳定性，造成其并网时难以消纳，无法保障电力系统安全可靠运行。而储能装置的出现，可以实现削峰填谷，有效缓解了电力系统的源荷矛盾，让电力系统更加安全稳定。不仅如此，储能装置还能带来可观的经济收益，因此有很大的实际应用价值。

首先，本文介绍了储能装置在电力系统中起到的作用，例如削峰填谷，提高设备利用率，保障电力系统的安全稳定等等，并介绍了储能装置的相关分类和各自的优缺点。再简单介绍了合作博弈的相关概念，明确了建立合作博弈模型所需要的信息和条件。

其次，从多方面详细介绍了引入储能装置后，可以给电网侧和用户侧带来的经济收益。再考虑建设储能装置所需要的成本，以“收益-成本”为目标函数，建立了储能装置的价值评估模型。

然后，基于合作博弈论，以电网侧和用户侧两方为博弈对象，获取所需要的信息后，成功建立合作博弈模型。

最后，介绍了遗传算法的相关内容，着重分析了其核心内容：参数的编码与解码、初始群体的选择、适应度函数的规定、遗传操作的设计、控制参数的选择。再对合作博弈模型进行求解，得到了最大化电网侧和用户侧的收益的储能装置配置策略，即对应的纳什均衡点。

关键词：储能装置 价值评估 合作博弈 遗传算法

Abstract

With the rapid development of science and technology, the power system is growing larger than ever. Renewable energy and distributed generation technologies emerged confronted with the huge increase of the power loads. However, due to the volatility and instability of new energy sources, it is difficult to guarantee the safe and reliable operation of the power system. Energy storage devices can achieve peak shaving and valley filling, thus making the power system more secure and stable. They can also bring considerable economic benefits, which is worth investigating on.

This paper first introduces the role of energy storage devices in the power system, such as peak shaving, improving equipment utilization, ensuring the safety and stability of power systems, etc. Then it introduces the classification of energy storage devices and their respective advantages and disadvantages. The concept of cooperative game is briefly introduced, then information needed to establish a cooperative game model are clarified.

Secondly, it introduces the economic benefits that can be brought to the grid side and the user side detailly after the introduction of energy storage devices. Considering the cost of constructing the energy storage device, the economic value evaluation model of the energy storage device is established with the objective function ‘Benefits minus cost’.

Then, based on the cooperative game theory, the grid side and the user side are the game objects. After obtaining the required information, a cooperative game model is established.

Finally, the related content of genetic algorithm is introduced, and its core content is analyzed: the encoding and decoding of parameters, the selection of initial population, the specification of fitness function, the design of genetic operations, and the selection of control parameters. Then the cooperative game model is solved, and we obtain the configuration strategy that maximizes the benefits of the grid side and the user side, i.e., the Nash Equilibrium point.

KEY WORDS: Energy Storage Devices, Economic Value Evaluation, Cooperative Game Theory, Genetic Algorithm

目 录

摘 要 II

Abstract III

第一章 绪论 1

1.1 课题背景即研究意义 1

1.2储能技术研究现状 3

1.2.1 储能装置的分类及特点 3

1.2.2 储能装置在电力系统里的应用 5

1.3 合作博弈论相关背景 6

1.4 本文主要研究内容 8

第二章 储能系统的价值评估模型 9

2.1价值评估模型研究意义及现状 9

2.2 电网侧储能价值评估模型 9

2.2.1 减少电网扩容建设的收益 9

2.2.2 减少电网总网损带来的收益 10

2.2.3 储能装置低储高发的套利 11

2.2.4 减少新能源发电所需备用容量 12

2.2.5 提高电网可靠性收益 12

2.2.6 储能装置成本分析 13

2.3 用户侧储能价值评估模型 14

2.3.1 减少用户侧配电站配电容量 15

2.3.2 减少用户电费中的基本电费 16

2.3.3 减少用户电费中的电量电费 16

2.3.4 减少配电变压器的损耗费用 17

2.3.5降低因停电造成的用户损失费用 18

2.3.6 储能装置成本分析 18

2.4本章小结 20

第三章 基于遗传算法的两方合作博弈模型求解 21

3.1遗传算法简介 21

3.2 两方合作博弈模型建立 24

3.2.1 合作博弈论简介 24

3.2.2 模型建立过程 24

3.2.3 最终模型 25

3.3 模型实例选取 25

3.3.1 电网侧相关参数 25

3.3.2 用户侧相关参数 27

3.4 单独求解电网侧和用户侧模型 29

3.4.1 电网侧求解 30

3.4.2 用户侧求解 32

3.5 两方合作博弈模型的求解 34

3.6本章小结 37

第四章 结论与展望 38

4.1 全文总结 38

4.2 展望 39

参考文献 40

致 谢 42

1. 绪论
2. 课题背景及研究意义

在近代二十世纪的电网中，电力主要是通过燃烧化石燃料产生的。时至今日，中国的发电结构依然是以煤炭为主，火力发电仍是主流。然而，化石燃料是不可再生能源，并非取之不尽，用之不竭；而且还存在空气污染，利用效率不高，温室效应，导致过于依赖能源进口等问题。越来越多的国家意识到太阳能，水能，风能，生物质能等新能源的重要性，开始大力发展可再生能源和分布式发电技术。我国自然不甘落后，大力发展可再生新能源，并且取得了累累硕果。

文献[1]指出，2017年，我国的发电装机总量达17.7亿千瓦，其中可再生能源发电装机占比达到38.1%，比2012年提高了9.6个百分点，增长迅猛。2017年，我国可再生能源发电装机容量约6.56亿千瓦，新增装机比例占全球新能源装机增量40%左右。风电、太阳能发电装机在建规模稳居世界第一，成为全球可再生能源发展的引领者。不仅如此，在规模扩大的同时，新能源利用水平不断提高。2017年前三季度，可再生能源发电量约占我国全部发电量的25%，可见新能源发电水平大大提高。

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