文章解读与仿真程序复现思路——电力系统自动化EI\CSCD\北大核心《考虑两阶段鲁棒优化配置的多微网合作博弈》

这个标题涉及到多个概念，让我们逐步解读：

1. 考虑两阶段鲁棒优化配置：

   • 两阶段： 指的是在解决问题或进行优化时，可能存在两个不同的阶段或步骤。这表明问题的解决不是一步完成的，而是需要经过多个步骤或阶段。
   • 鲁棒优化： 表明在设计系统或进行决策时，考虑到不确定性和变化，以便使得系统对未知的变化具有强鲁棒性，即系统能够在各种条件下保持高效性。

2. 多微网合作博弈：

   • 多微网： 微网是指一个小范围的电力系统，通常由分布式能源资源、存储设备和电力负载组成，能够独立运行或与主电网连接。多微网表示涉及到多个这样的微网。
   • 合作博弈： 指的是涉及多个参与者（微网）之间的合作和竞争关系的情境。博弈论是一种研究决策制定者之间相互作用的数学理论。合作博弈则强调参与者之间通过合作来达成共同利益。

3. 总体理解：

   • 该标题似乎描述了一个涉及到微网的系统优化问题，其中有多个微网参与，而且在整个优化流程中考虑了两个阶段。这个优化问题旨在使得系统在面对不确定性和变化时能够保持鲁棒性，同时微网之间存在一种博弈关系，既有合作也有竞争。

研究可能涉及到如何在两个阶段中对多个微网进行优化配置，以实现整体系统的鲁棒性，并在微网之间建立合作博弈的机制。这可能包括对能源分配、系统容量规划、决策制定等方面的优化。

摘要：随着分布式可再生能源在配电网中的广泛部署，微网作为其有效载体具备产销者特性。该特性使微网如何优化配置以及互利共赢面临挑战。因此，文中提出了一种耦合两阶段鲁棒配置与合作博弈的模型，研究多微网能源精细化管理。首先，在两阶段鲁棒优化下，将长期设备规划与短期运营相结合。配电网运营商通过配电节点边际电价发布市场出清电价，受到价格信号引导，为微网制定最优电能交易决策。然后，根据决策信息，进一步采用纳什议价模型进行利润分配，实现多主体合作博弈。最后，通过IEEE 33节点配电系统验证所提模型的有效性。

这段摘要涉及到一个研究关于分布式可再生能源、微网和配电网的模型，以下是对摘要的逐步解读：

1. 背景和动机：

   • 分布式可再生能源在配电网中的广泛部署： 指的是越来越多的分布式可再生能源（如太阳能、风能等）被引入到电力配电网中。
   • 微网作为有效载体具备产销者特性： 微网是一种小范围的电力系统，这里强调微网具有产销者特性，即可以产生电能，同时也可以作为电能的消耗者。

2. 研究内容：

   • 优化配置和互利共赢的挑战： 强调微网在优化配置以及实现互利共赢方面面临挑战。
   • 提出的模型： 引入了一个模型，该模型耦合了两阶段鲁棒配置和合作博弈，旨在研究多微网能源的精细化管理。

3. 模型的具体步骤：

   • 两阶段鲁棒优化： 将长期设备规划与短期运营相结合，以在不同时间尺度上进行系统优化。
   • 市场机制： 配电网运营商通过发布市场出清电价，受到价格信号引导，为微网提供最优电能交易决策的支持。
   • 合作博弈模型： 根据微网的决策信息，采用纳什议价模型进行利润分配，以实现多主体的合作博弈。

4. 验证和实证：

   • IEEE 33节点配电系统验证： 最后，通过使用IEEE 33节点配电系统进行验证，检验提出的模型的有效性。

总体来说，这项研究旨在解决分布式可再生能源下微网面临的优化和协作问题，通过引入两阶段鲁棒配置和合作博弈的模型，以提高微网能源管理的效果，并通过实际系统验证来证明提出模型的可行性。

关键词:微网; 鲁棒优化;边际电价;电力市场;合作博弈;

1. 微网 (Microgrid):

   • 解释： 微网是一个小范围的电力系统，通常包括本地的可再生能源、储能系统和能源管理系统，可以独立运行或与主电网连接。
   • 背景： 微网因其局部自主能源管理的能力而受到关注，特别是在提高能源可持续性和应对电力系统不确定性的背景下。

2. 鲁棒优化 (Robust Optimization):

   • 解释： 鲁棒优化是一种优化方法，旨在考虑模型参数的不确定性，并使得系统在面对这些不确定性时具有鲁棒性，即能够在不确定条件下保持高效性能。
   • 应用： 在这个上下文中，鲁棒优化用于微网系统的长期设备规划和短期运营，以应对可能的不确定因素。

3. 边际电价 (Marginal Electricity Price):

   • 解释： 边际电价是指在电力市场上购买或售卖一单位电能的成本或收入。它通常是市场供需关系决定的。
   • 应用： 在文中，配电网运营商通过发布边际电价来引导微网制定最优的电能交易决策，这说明了边际电价在微网能源管理中的重要性。

4. 电力市场 (Electricity Market):

   • 解释： 电力市场是供需电能的交易平台，其中发电厂和消费者可以交易电力。市场机制可以包括不同的定价策略和交易规则。
   • 应用： 在文中，微网参与电力市场，受到边际电价的引导，从中制定最优的电能交易策略。

5. 合作博弈 (Cooperative Game):

   • 解释： 合作博弈是博弈论中的一种，指参与者通过合作来实现共同利益的博弈形式。参与者在合作中共同追求最大化整体利益。
   • 应用： 在文中，合作博弈模型用于根据微网的决策信息进行利润分配，以实现多主体之间的合作，这可能是为了实现更有效的能源管理和交易。

这些关键词的综合应用似乎揭示了一种基于微网的能源管理模型，结合了鲁棒优化、电力市场机制和合作博弈理论，旨在提高微网在分布式可再生能源环境下的效率和可靠性。

仿真算例：

本节算例仿真中采用 3 个单独的微网。其中， 各微网的数据来自中国北方某个多微网系统，并假 设其接入 IEEE 33 节点配电系统。附录 F 图 F1 至 图 F3 分别中介绍了多种场景下，可再生能源的出力 及负荷。此外，本文假设 3 个微网的输入参数设置 均相同，如附录 G 所示。 设电压允许波动范围为 0.85~1.05 p.u.。算例 以 1 d 为一个调度周期，时间间隔为 1 h，且 πe，buy，co 2 = 0.875 kg / ( kW·h )、πe，GT，co 2 = 0.52 kg / ( kW·h ) [ 29 ] 、 πe，WT/PV，co 2 =0.022 5 kg/( kW·h ) [ 30 ] 。

仿真程序复现思路：

为了复现该仿真并验证所建模型的有效性，你可以采用以下步骤，并使用Python作为编程语言：

import numpy as np
import pandas as pd

# 定义微网类
class Microgrid:
    def __init__(self, renewable_type, load_profile, parameters):
        self.renewable_type = renewable_type
        self.load_profile = load_profile
        self.parameters = parameters
        self.power_generated = np.zeros(len(load_profile))
        self.energy_storage = 0

    def generate_power(self, hour):
        # 根据可再生能源的类型和附录 F 中的数据计算发电量
        # 此处使用简化的随机发电量示例，实际应用中需要更复杂的模型
        self.power_generated[hour] = np.random.uniform(0, 1) * self.parameters["max_power"]

    def manage_energy_storage(self):
        # 在这里执行储能系统的充放电控制策略
        # 例如，简化的情况下，将多余的电力存储，缺少时从储能系统取出
        excess_power = max(0, self.power_generated.sum() - self.load_profile.sum())
        self.energy_storage = max(0, self.energy_storage + excess_power)

    def trade_electricity(self, other_microgrid):
        # 在这里执行微网之间的电能交易策略
        # 例如，简化的情况下，如果某个微网电力不足，则从其他微网购买电力
        if self.power_generated.sum() < self.load_profile.sum():
            deficit = self.load_profile.sum() - self.power_generated.sum()
            if other_microgrid.power_generated.sum() > deficit:
                bought_power = deficit
                self.energy_storage = max(0, self.energy_storage + (deficit - bought_power))
                other_microgrid.energy_storage -= bought_power
                self.power_generated += bought_power

# 设置仿真参数
simulation_days = 1
simulation_hours_per_day = 24

# 创建三个微网实例
microgrid1 = Microgrid(renewable_type="Wind", load_profile=np.random.uniform(1, 2, simulation_hours_per_day), parameters={"max_power": 10})
microgrid2 = Microgrid(renewable_type="Solar", load_profile=np.random.uniform(1, 2, simulation_hours_per_day), parameters={"max_power": 8})
microgrid3 = Microgrid(renewable_type="Hybrid", load_profile=np.random.uniform(1, 2, simulation_hours_per_day), parameters={"max_power": 12})

# 主循环
for day in range(simulation_days):
    for hour in range(simulation_hours_per_day):
        # 生成每个微网的电力
        microgrid1.generate_power(hour)
        microgrid2.generate_power(hour)
        microgrid3.generate_power(hour)

        # 执行电力交易和储能管理
        microgrid1.manage_energy_storage()
        microgrid2.manage_energy_storage()
        microgrid3.manage_energy_storage()

        microgrid1.trade_electricity(microgrid2)
        microgrid2.trade_electricity(microgrid3)
        microgrid3.trade_electricity(microgrid1)

# 输出仿真结果
print("Microgrid 1 Power Generated:", microgrid1.power_generated)
print("Microgrid 2 Power Generated:", microgrid2.power_generated)
print("Microgrid 3 Power Generated:", microgrid3.power_generated)
print("Microgrid 1 Energy Storage:", microgrid1.energy_storage)
print("Microgrid 2 Energy Storage:", microgrid2.energy_storage)
print("Microgrid 3 Energy Storage:", microgrid3.energy_storage)

请注意，此代码是一个非常基础的示例，具体的实现可能需要更复杂的电力系统模型和优化算法，具体取决于你的需求。此外，实际上你可能需要使用更专业的仿真工具和库，如MATLAB Simulink、PowerWorld等，以更好地模拟电力系统的行为。