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储能系统技术 可靠性分析 ★ 5.0

基于斯塔克尔伯格博弈的主动配电网与移动储能协同运行

Coordinated Operation of Active Distribution Network and Mobile Energy Storage Using Stackelberg Game

作者 Hui Guo · Songmei Wu · Tianling Shi · Fei Wang · Dandan Gong
期刊 IEEE Transactions on Industrial Informatics
出版日期 2025年2月
技术分类 储能系统技术
技术标签 可靠性分析
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 移动储能 主动配电网 协调运行策略 斯塔克尔伯格博弈 优化模型
语言:

中文摘要

为提高系统的灵活性和可靠性,移动储能(MES)被视为主动配电网(ADN)的统一调度资源,参与运行优化和供电恢复。然而,目前的研究忽略了移动储能与主动配电网网络重构和电压调节的协同优化。特别是,关于将主动配电网和移动储能作为独立利益相关者的研究尚属空白。因此,本文提出了一种基于斯塔克尔伯格博弈的主动配电网与移动储能协同运行策略。考虑多时段动态重构、电压调节以及它们与移动储能的联合优化,作为领导者的主动配电网在预期利润和可靠性之间进行权衡,为移动储能制定合理的价格。作为追随者,移动储能基于时空网络对能量转移特性进行建模,并通过响应价格决策积极参与主动配电网的运行优化以增加收益。随后,利用卡罗需 - 库恩 - 塔克条件将基于斯塔克尔伯格博弈的两层优化模型转化为单层混合整数线性规划问题进行求解。最后,在改进的 IEEE - 33 节点系统上进行的仿真验证了所提策略的有效性,该策略节省了 2.2% 的社会总成本,降低了 6% 的电压偏差。

English Abstract

To improve system flexibility and reliability, mobile energy storage (MES) is treated as a unified dispatching resource of the active distribution network (ADN) to participate in operation optimization and power supply recovery. However, the coordinated optimization of MES with ADN network reconfiguration and voltage regulation is neglected in current studies. Especially, there exists blank research on ADN and MES as independent stakeholders. Therefore, a coordinated operation strategy based on the Stackelberg game for ADN and MES is proposed. Considering multitime period dynamic reconfiguration, voltage regulation, and their joint optimization with MES, the ADN as a leader, makes a tradeoff between expected profits and reliability to formulate reasonable prices for MES. As a follower, MES models energy transfer characteristics based on the space–time network and actively participates in the operation optimization of ADN by responding to the price decision to increase revenue. Following that, Karush–Kuhn–Tucker conditions are used to transform the two-layer optimization model based on the Stackelberg game into a single-layer mixed integer linear programming problem for solution. Finally, simulations on an improved IEEE-33 bus system validate the proposed strategy, which saves 2.2% of total social costs and reduces 6% of the voltage deviation.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于Stackelberg博弈的主动配电网与移动储能协调运行技术具有重要战略价值。该技术将移动储能系统(MES)作为配电网的统一调度资源,与网络重构、电压调节进行联合优化,这与我司在储能系统集成和智慧能源管理领域的核心能力高度契合。

技术价值方面,该研究通过双层优化模型实现了配电网运营商与移动储能服务商的利益平衡,节约2.2%的社会总成本并降低6%的电压偏差。这为我司PowerTitan系列储能系统和iSolarCloud智慧能源管理平台提供了理论支撑,可增强产品在主动配电网场景下的灵活调度能力。特别是移动储能基于时空网络的能量转移建模,为我司开发车载储能、应急电源车等移动能源解决方案提供了优化算法基础。

从技术成熟度评估,该方法采用KKT条件将双层优化转化为混合整数线性规划,具备工程化实施的可行性。但实际应用仍面临挑战:一是移动储能的物理约束(交通状况、充放电损耗)在实时调度中的复杂性;二是多主体博弈机制需要完善的市场机制和定价体系支撑;三是与现有配电自动化系统的接口标准化问题。

对阳光电源而言,这项技术开辟了三个机遇方向:一是将储能PCS与智能调度算法深度融合,开发具备博弈决策能力的智能储能控制器;二是拓展移动储能租赁服务业务模式;三是为电网公司提供包含网络重构、电压优化、储能调度的一体化解决方案,强化我司在新型电力系统中的系统集成商地位。建议在微电网示范项目中先行验证该技术的工程适用性。