容纳能源社区和电网级CAT蓄电池储能的基于均衡的配电市场模型

电力行业的去操控化要求终端用户和分布式动力资源更活跃地参加其间。配电商场在配电层级出清部分边沿价格，引导消费或灵敏负荷，并为分布式发电机供给报价。本文提出了一种触及动力社区和电网级电池储能单元的新型配电商场模型。该新模型根据均衡而非拍卖、优化或主从原则，然后构成一个所有主体均作为价格接受者参加的协作结构。提出了面向赢利的配电体系运营商、动力社区和电池体系的模型，并经过其等效的一阶最优性条件一起求解，然后将其重构为一个均衡问题。终究的优化模型得出了一个易处理且易于完成的混合整数线性规划（MILP）。经过一个说明性的4节点体系验证了这一新计划，而对33节点和123节点体系的进一步仿真证实了该新商场模型在大规划配电体系中具有可施行性。用新计划取得的结果与传统集中式模型的结果进行了对比，标明所提出的配电商场抑制了来自批发商场的高价分布式财物，然后完成了对分布式资源的更好运用，并带来了更具盈利性的结果。
跟着电力行业的放松操控，新的商场和事务形式应运而生，旨在鼓舞具有分布式财物的很多主体活跃参加[1]。这一新范式促进了分布式动力资源的普及，一般为分布式发电机（DGs）或电池储能（BES）体系[2]。与传统的化石燃料大型发电设备不同，DGs一般根据可再生动力，并直接连接到靠近终端用户的配电网（DNs）。此外，分布式BES单元供给了灵敏的储能容量，与经过抽水蓄能体系的传统大型储能设备构成竞争[3]。
分布式财物的最优整合需求终端用户的活跃参加，他们能够经过本地发电或储能做出贡献，并经过调整需求供给灵敏性[4]。可是，单个用户在电网规划层面的直接参加十分困难，且触及隐私问题。在这方面，作为终究消费者的聚合体，energy communities (ECs) 供给了一个极具价值的结构，以完成终端用户的活跃参加，这些用户被电网视为一个单一实体[5]。
为了包容所有这些新的代理和财物，配电商场的概念已被广泛研讨和提出[6]。配电商场与传统的电力批发商场并行运转，出清部分边沿价格（LMPs），以便向分布式财物发送有用的价格信号。该商场结构引导消费或灵敏负荷，或为DGs供给报价。将ECs、BES体系和DGs整合到一个整体的配电商场结构中是一个热门话题，旨在促进对分布式财物的投资，并赋能ECs以最佳办法运用其本身资源。可是，配电商场的出清机制可能与批发商场遵从的原则有所不同[6]。因而，当应用于配电商场时，需求重新审视传统的商场东西。本文重点重视这一问题。
配电商场理念已从不同视点得到研讨，提出了不同的商场结构和处理计划办法论。[7]提出了一种var-market，它在传统有功功率商场之后运转，旨在经过和谐DGs的参加来改善整个网络的电压分布。[8]提出了一种DNs中分布式财物的随机商场导向和谐计划，在高份额可再生动力渗透下结合了有功和无功功率商场。Yang等[9]开发了一个专门针对高份额可再生动力渗透且边沿本钱为零的DNs配电商场，为此提出了一种与节点定价体系兼容的双边拍卖机制。
文献[10]针对多微电网体系提出了一种面向博弈的双层配电商场模型。在上层中，各微电网和谐其在配电商场中的最优参加办法，而该商场由基层的distribution system operator（DSO）负责和谐。Yang等人在文献[11]中开发了一种适用于含可再生动力DNs的去中心化出清模型，并选用替换方向乘子法以迭代办法求解。文献[12]提出了一种在配电商场规矩下具有危险意识的微电网功率办理办法。该计划引入了条件危险价值等危险指标来评估不确定性的影响，同时与其他相邻微电网协作并在商场中进行能量买卖。
在[13]中，探讨了可再生发电机组的波动性问题，并经过施加惩罚本钱来操控其对配电商场的影响，该本钱专门用于惩罚实际发电量与预测发电量的偏差。该文献研讨了在配电商场环境下BES体系的频率调理服务。He等人[14]开发了一种配电商场模型，选用迭代办法经过Augmented Lagrangian松弛法求解，以适应不同类型的消费者和发电机组。在[15]中，开发了一种根据配电商场机制的分布式资源优化规划模型。该模型考虑了风力涡轮机、光伏（PV）发电机组和BES单元等不同资源，并将其重构为触及与部分商场环境交互的两阶段流程。
Chen等人[16]提出了一种创新的和谐商场机制，考虑了批发商场与配电商场之间的相互效果。为此，开发了一个双层模型，其间上层在配电层面出清LMPs，而基层经过传统的根据拍卖的机制出清批发商场。在[17]中，提出了一种存在ECs时主动DNs的日前调度模型。所提出的调度机制运用区间表明法考虑来自可再生动力和需求的各种不确定性，而LMPs则运用二分算法进行出清，该算法旨在寻求代理商之间的平衡。在[18]中，开发了一个面向多微网体系的博弈导向型配电商场。DSO负责运转网络并出清LMPs，然后作为领导者参加其间，而微网呼应商场信号并充任跟随者，然后构成Stackelberg结构。
上述综述的研讨重点在于配电商场，而近期也有一些研讨开发了针对EC的能量办理或调度模型。[19]提出了一种面向产消者团体的联盟博弈模型。其间心思维是在产消者之间构成联盟，以完成团体福利最大化。理论结果标明，大联盟对住所用户更为有利。Lilla等人[20]为协作型EC开发了一种日前调度计划，其间包含一种简单但有用的损益分配办法。该模型选用替换方向乘子法求解，然后保护了产消者的隐私。[21]提出了一种部分危险买卖商场。其思路是将危险买卖纳入EC的部分商场中，其间闻名的Arrow Debreu证券作为商场产品，遵从两阶段随机出清机制进行买卖。
[22]提出了一种针对EC的部分商场战略，旨在经过定制的拍卖机制以团体办法运用客户具有的BES设备。[23]开发了一种适用于协作型EC的两阶段调度战略，经过场景法以及日前和日内调度决策来处理不确定性。[24]提出了一种面向社区的三级能量办理战略，旨在充分发挥prosumers的才能。因而，每个prosumer内部的日前调度过程在底层决定，中间层专心于prosumers之间的点对点（P2P）买卖，而上层则将智能电器和储能体系进行统筹，并经过区间法处理可再生动力发电和需求的不确定性。
在[25]中，开发了一种触及氢基储能技能的EC危险办理战略。该问题被构建为一个双层结构，其间上层实体专心于和谐社区。文献[26]提出了一种针对EC和停车场的和谐机制。该模型引入了面向产消者和电动汽车的聚合商，它们在中层进行交互。车辆行为和产消者净需求的不确定性经过混合随机-鲁棒建模来处理。Aghdam等人[27]为DN中的多动力存储体系提出了一个优化调度模型。所开发的模型在一个虚拟同享存储结构内考虑了电池、热储能和电转氢设备的和谐。在[28]中，提出了一种协作模型，经过对插电式混合动力电动汽车进行优化调度来完成云储能。随后运用这一范式来改善配电体系的峰均比。参考文献[29]探讨了中压DN中来自EC的无功功率供给问题。为此，提出了一个确定性的日前调度模型。
[30]的作者提出了一种用于DN中同享储能体系的三层运转模型。所提出的数学建模被构建为一个多智能体结构，考虑了配电体系内的不同人物。Guedes等人[31]提出并剖析了EC中团体财物的不同同享机制。经过这种办法，施行了公平的机制来使PV和BES单元团体化，以规范产消者经过这些财物交换能量的办法。遵从这一思路，[32]在假定按份额访问的情况下，提出了一种团体PV容量配置东西。为此，提出了一种根据场景的多年度办法论，该办法运用分化技能进行求解。与BES单元（其动态特性可用传统的日前调度东西表明）不同，其他储能技能如氢能无法在如此短的时间窗口内得到妥善调度。为了处理这一问题，Jacobs等人[33]开发了一种针对DN中混合储能体系的提前一周调度办法，包括了BES或氢能等不同技能。为简便起见，表1列出了最相关文献的摘要。
咱们在第1.2节中收集了一些关于EC的配电商场和能量办理方面的最新研讨成果。可是，这两个主题在文献中的交集并不多见。值得一提的是文献[17]，该文献提出了一种触及EC的DN建模，这些EC在部分商场机制下运转。可是，该商场被构建为一个博弈导向模型，并运用启发式办法求解。从这个意义上说，尽管解是有用的，但其质量仍存疑问。此外，该参考文献仅将EC视为体系的活跃参加者，而未考虑也未评估BES体系等其他利益相关者的效果。
其他参考文献考虑了不同的商场模型，主要被构建为优化模型或Stackelberg博弈结构。Stackelberg博弈以为其间一名参加者扮演领导者的人物，因而具备行使商场支配力的才能。传统上，DSO在配电商场中扮演领导者人物[18]，但其他文献考虑了其他主体（agents）的战略效果[11]，使其能够经过战略竞价以价格制定者的身份参加。咱们以为这一范式并不简单适用于DNs，由于大多数参加的主体没有足够的容量来行使商场支配力，因而正如[34]中所指出的，这种观念可能是不切实际的。

•  
•  

为了简明起见，本研讨的主要贡献如下：• 为DNs中一些新兴利益相关者（如ECs和BES体系）开发了以赢利为导向的优化模型。这些模型应当与配电商场机制保持一致。• 推导了一种根据均衡的配电商场机制。从这个意义上说，所开发的这种商场办法不同于文献[18]中根据Stackelberg博弈（战略性报价/招标）的其他办法。因而，参加商场的各方主体均采纳价格接受者战略。正如第1.3节所述，咱们假定该商场机制更简单应用于DNs，这与其他参考文献[34]得出的定论相符。
该新模型首先在一个说明性的4-bus网络中得到验证，其适用性在不同规划的网络中得到了进一步确认。因而，咱们考虑了闻名的33-和123-bus径向配电体系，包括不同的场景和运转条件。由此，所开发的配电商场模型在不同网络规划和场景下得到了验证，然后为进一步开发适用于存在新兴主体的DNs的实际部分商场的工业东西贡献了文献基础。这样一来，这一新计划可用于对现有电力网络进行各种剖析，并制定旨在鼓舞ECs和BES在DNs中布置的政策。此外，私营利益相关者可运用该开发东西进行赢利剖析，以辅助财物投资决策。