郝藝博，杜錫力，李笑竹，陳來(lái)軍，*

（1.青海大學(xué)新能源光伏產(chǎn)業(yè)研究中心，青海省 西寧市 810016；2.清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京市 海淀區(qū) 100084）

0 引言

在“雙碳”目標(biāo)下，新能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展已不可阻擋，但當(dāng)前新能源發(fā)電靈活性差、波動(dòng)性強(qiáng)，給其消納與并網(wǎng)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)[1-5]。儲(chǔ)能作為支撐新能源發(fā)展、電網(wǎng)調(diào)峰填谷的重要技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)備，其規(guī)?；l(fā)展已成必然趨勢(shì)。目前，中國(guó)儲(chǔ)能應(yīng)用的場(chǎng)景普遍存在獨(dú)立、分散、利用率低的情況[6]，而共享儲(chǔ)能可利用儲(chǔ)能資源在時(shí)間、空間上的互補(bǔ)性進(jìn)一步提升儲(chǔ)能的利用率[7-9]。公平高效的共享儲(chǔ)能價(jià)格機(jī)制與收益分配方法是促進(jìn)多方參與者形成共享儲(chǔ)能聯(lián)盟與保證其聯(lián)盟穩(wěn)定的基石，因此亟需研究滿足多主體訴求、鼓勵(lì)促進(jìn)多方共享儲(chǔ)能的交易模式。

目前共享儲(chǔ)能的交易模式可歸納為固定價(jià)格、雙邊交易、拍賣、利益或成本分?jǐn)偟葞最?。其中，固定價(jià)格雖然保證了共享儲(chǔ)能的合理收益，但未有效利用價(jià)格與儲(chǔ)能利益的激勵(lì)關(guān)系，抑制了共享儲(chǔ)能參與輔助服務(wù)市場(chǎng)交易的主動(dòng)性與發(fā)展?jié)摿10-12]。雙邊交易能夠利用信息互動(dòng)，充分調(diào)動(dòng)更多市場(chǎng)主體的積極性，然而，隨著參與主體的數(shù)量不斷增加，雙邊交易結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)，不可避免地帶來(lái)更多價(jià)格與交易量的風(fēng)險(xiǎn)[13-14]。拍賣機(jī)制可應(yīng)對(duì)雙邊交易結(jié)算規(guī)則復(fù)雜[15]、時(shí)間獨(dú)立冗長(zhǎng)[16]等問(wèn)題，文獻(xiàn)[17-18]利用4個(gè)階段的雙向拍賣機(jī)制，應(yīng)對(duì)共享儲(chǔ)能中用戶的互補(bǔ)性和替代性需求，然而，拍賣存在過(guò)度競(jìng)爭(zhēng)、競(jìng)價(jià)者不正當(dāng)合作與非真實(shí)信息披露等缺陷。利益或成本分?jǐn)倷C(jī)制可在保證整體社會(huì)利益的同時(shí)提高個(gè)體利益，文獻(xiàn)[19]提出基于合作博弈的分布式產(chǎn)消者共享儲(chǔ)能模型，并根據(jù)Shapely值進(jìn)行收益分配；文獻(xiàn)[20]構(gòu)建多微電網(wǎng)租賃共享儲(chǔ)能的配電網(wǎng)博弈優(yōu)化模型，利用Shapley值解決成本分?jǐn)倖?wèn)題；文獻(xiàn)[21]提出分布式儲(chǔ)能雙層合作共享策略，利用Shapley值分別解決上、下層社區(qū)間與社區(qū)內(nèi)的成本分?jǐn)倖?wèn)題。但上述研究尚未考慮參與共享的不同儲(chǔ)能單元間的技術(shù)經(jīng)濟(jì)差異，剖析各參與者技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性與共享儲(chǔ)能價(jià)格機(jī)制、收益分配間的復(fù)雜耦合關(guān)系。因此，在計(jì)及儲(chǔ)能性能差異的基礎(chǔ)上探討個(gè)體利益與整體利益間的交互影響規(guī)律，是促進(jìn)多元儲(chǔ)能參與共享的關(guān)鍵。

此外，退役電池再次利用為建設(shè)發(fā)電側(cè)大規(guī)模共享儲(chǔ)能、降低儲(chǔ)能投資成本提供了新基礎(chǔ)，儲(chǔ)能電池的健康狀態(tài)成為其關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性之一。文獻(xiàn)[22]通過(guò)分析儲(chǔ)能電池內(nèi)部的形成機(jī)理，提出一種利用儲(chǔ)能電池容量估計(jì)來(lái)表征儲(chǔ)能電池健康狀態(tài)的方法；文獻(xiàn)[23]通過(guò)使用自適應(yīng)無(wú)跡卡爾曼濾波(adaptive unscented Kalman filter，AUKF)算法準(zhǔn)確估計(jì)儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[24]利用退役電池作為光儲(chǔ)微網(wǎng)的儲(chǔ)能單元，在降低儲(chǔ)能成本的同時(shí)緩解大批量電池回收的壓力；文獻(xiàn)[25]通過(guò)對(duì)比退役電池與新電池儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)，在經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的基礎(chǔ)上利用退役電池滿足平抑風(fēng)電功率的需求；文獻(xiàn)[26]利用退役電池實(shí)現(xiàn)了光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)中功率的平滑輸出與削峰填谷。隨著退役電池的廣泛應(yīng)用，設(shè)計(jì)能夠兼顧交易效率與公平性的共享儲(chǔ)能價(jià)格機(jī)制與收益分配方法，來(lái)調(diào)動(dòng)更多具有性能差異的儲(chǔ)能電池參與共享迫在眉睫。

基于上述分析，本文提出一種考慮儲(chǔ)能性能差異的新能源場(chǎng)站群共享儲(chǔ)能交易模式，以打破新能源場(chǎng)站在參與儲(chǔ)能資源共享互動(dòng)時(shí)的掣肘。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于合作博弈的發(fā)電側(cè)共享儲(chǔ)能價(jià)格機(jī)制與基于Shapley值多參與者收益分配的方案，厘清參與共享的儲(chǔ)能電池的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性與共享儲(chǔ)能價(jià)格機(jī)制、收益分配間復(fù)雜的耦合關(guān)系。最后，利用算例對(duì)所提模式進(jìn)行驗(yàn)證。

1 考慮儲(chǔ)能性能差異的共享儲(chǔ)能交易模式

1.1 新能源場(chǎng)站群共享儲(chǔ)能的交易模式

共享儲(chǔ)能模式下各新能源場(chǎng)站、電網(wǎng)間能量的交互，不僅實(shí)現(xiàn)了能量的高效利用，避免了棄風(fēng)棄光帶來(lái)的能量損失，而且已打破新能源場(chǎng)站參與儲(chǔ)能資源共享互動(dòng)的重要掣肘，也對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了安全保障，其具體交易模式如圖1所示。其中：Pshare，i，t為在t時(shí)刻新能源場(chǎng)站i儲(chǔ)能服務(wù)于其他新能源場(chǎng)站的功率；μshare，t為在t時(shí)刻新能源場(chǎng)站儲(chǔ)能服務(wù)于其他新能源場(chǎng)站的價(jià)格；Pfre，i，t為在t時(shí)刻新能源場(chǎng)站i儲(chǔ)能參與電網(wǎng)調(diào)頻的功率；μfre，t為在t時(shí)刻新能源場(chǎng)站儲(chǔ)能參與電網(wǎng)調(diào)頻的價(jià)格。

圖1 新能源場(chǎng)站群共享儲(chǔ)能交易模式Fig.1 Shared energy storage trading mode of new energy station group

風(fēng)電場(chǎng)、光伏電場(chǎng)等新能源場(chǎng)站都含有自配儲(chǔ)能裝置，電網(wǎng)依據(jù)各場(chǎng)站調(diào)頻能力的大小設(shè)定其上網(wǎng)功率與預(yù)測(cè)功率偏差的允許范圍。當(dāng)新能源場(chǎng)站實(shí)際出力與預(yù)測(cè)出力存在較大偏差時(shí)，各場(chǎng)站首先調(diào)配自配儲(chǔ)能彌補(bǔ)偏差功率，使其恢復(fù)到偏差功率的允許范圍內(nèi)；而在自配儲(chǔ)能不能完全彌補(bǔ)偏差功率時(shí)，共享儲(chǔ)能協(xié)調(diào)參與彌補(bǔ)偏差；當(dāng)自配儲(chǔ)能能夠彌補(bǔ)偏差功率且尚有余力時(shí)，其可以服務(wù)于其他新能源場(chǎng)站；共享儲(chǔ)能在必要時(shí)能夠參與電網(wǎng)調(diào)頻，以此達(dá)到利潤(rùn)最大化。

1.2 儲(chǔ)能性能差異表征

儲(chǔ)能性能的差異主要表現(xiàn)在儲(chǔ)能電池的健康狀態(tài)程度。儲(chǔ)能電池的健康狀態(tài)不僅直接影響其使用壽命、充放電深度，而且對(duì)使用儲(chǔ)能電池時(shí)的建設(shè)成本有決定性作用。儲(chǔ)能電池的健康狀態(tài)由電池的容量保持率來(lái)表征。儲(chǔ)能電池的容量保持率越大，其健康狀態(tài)越好，使用壽命越長(zhǎng)，充放電深度越深，新能源場(chǎng)站建設(shè)成本越高；反之，儲(chǔ)能電池的容量保持率越小，其自身的健康狀態(tài)越差，使用壽命越短，充放電深度越淺，新能源場(chǎng)站建設(shè)成本越低。

而儲(chǔ)能電池健康狀態(tài)一般利用儲(chǔ)能電池的容量保持率與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系對(duì)其進(jìn)行評(píng)估[27]：

式中：λ為儲(chǔ)能電池的容量保持率；n為充放電循環(huán)次數(shù)。

圖2為儲(chǔ)能電池不同容量保持率下其健康狀態(tài)與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系?？梢钥闯觯瑑?chǔ)能電池的健康狀態(tài)隨著充放電循環(huán)次數(shù)的增加不斷下降，并且不同容量保持率的健康狀態(tài)下降趨勢(shì)總體一致；在相同健康狀態(tài)下，初始容量保持率較高的儲(chǔ)能電池循環(huán)次數(shù)相對(duì)較大。

圖2 不同容量保持率下健康狀態(tài)與循環(huán)次數(shù)關(guān)系Fig.2 Relationship between health status and cycle times under different capacity retention rates

2 共享儲(chǔ)能交易模式合作博弈模型

2.1 博弈的基本元素

1）參與者

各個(gè)新能源場(chǎng)站作為該模型的參與者，用Ni表示，并記參與者的合集為Ni={N1，N2，…，Ni}。

2）策略

該 模 型 的 決 策 變 量 為μshare，t、Pshare，i，t、μfre，t和Pfre，i，t，策略集為Ω={μshare，t，Pshare，i，t，μfre，t，Pfre，i，t}。

3）支付

該模型的支付為各個(gè)新能源場(chǎng)站的收益函數(shù)，并將其定義為各個(gè)新能源場(chǎng)站的凈收益，則該模型的總體支付集合為I={IN1，IN2，…，INi}。

2.2 新能源場(chǎng)站收益

2.2.1 目標(biāo)函數(shù)

1）新能源場(chǎng)站總收益

式中：Isel，i為新能源場(chǎng)站i的上網(wǎng)售電收益；Ishare，i為新能源場(chǎng)站i對(duì)其他新能源場(chǎng)站的輔助服務(wù)收益；Ifre，i為新能源場(chǎng)站i參與電網(wǎng)調(diào)頻的收益；Ces，i為新能源場(chǎng)站i自身配置儲(chǔ)能的成本；Cpu，i為新能源場(chǎng)站i的實(shí)際上網(wǎng)功率在未達(dá)到預(yù)測(cè)上網(wǎng)功率時(shí)的懲罰成本。

2）上網(wǎng)售電收益

式中：Pg，i，t為新能源場(chǎng)站i在t時(shí)刻的上網(wǎng)功率；kt為當(dāng)前的市值系數(shù)；μg，t為新能源場(chǎng)站在t時(shí)刻的上網(wǎng)價(jià)格。

3）服務(wù)其他新能源場(chǎng)站收益

4）參與電網(wǎng)調(diào)頻收益

5）投資建設(shè)成本

新能源場(chǎng)站在投資建設(shè)時(shí)，根據(jù)儲(chǔ)能電池不同健康狀態(tài)下的使用壽命和儲(chǔ)能容量保持率λ的變化情況，決定自身場(chǎng)站儲(chǔ)能規(guī)模的大小，滿足以投資建設(shè)成本最小來(lái)參與場(chǎng)站間的交易合作，最大化自身利益。儲(chǔ)能電池不同健康狀態(tài)下的投資建設(shè)成本表示為

式中：Ees，i為新能源場(chǎng)站i的儲(chǔ)能容量；μes，i為新能源場(chǎng)站的單位投資建設(shè)成本；容量保持率λ在0～1取值。

6）誤差懲罰收益

式中：μpu為新能源場(chǎng)站誤差懲罰成本；Pp，i，t為新能源場(chǎng)站i在t時(shí)刻的預(yù)測(cè)發(fā)電功率。

2.2.2 約束條件

1）功率平衡約束

式中Ps，i，t為新能源場(chǎng)站i在t時(shí)刻自配儲(chǔ)能對(duì)自身場(chǎng)站服務(wù)的充放電功率。

2）儲(chǔ)能電池充放電功率約束

式中：fc、fd分 別為充電、放電標(biāo)志位；Pess，i，t為新能源場(chǎng)站i在t時(shí)刻儲(chǔ)能電池的充放電狀態(tài)。Pess，i，t＞0表示儲(chǔ)能電池充電，此時(shí)fc=1，fd=0；Pess，i，t＜0表示儲(chǔ)能電池放電，此時(shí)fc=0，fd=1；Pess，i，t=0表示儲(chǔ)能電池不工作，此時(shí)fc=0，fd=0。

3）儲(chǔ)能電池充放電容量約束

式中：Ei，t為儲(chǔ)能電池在t時(shí)刻的容量；Emini、Emaxi分別為儲(chǔ)能電池容量的下限、上限。式(10)表示當(dāng)前時(shí)段Ei，t與當(dāng)前時(shí)段儲(chǔ)能充放電功率以及上一時(shí)段的儲(chǔ)能電量有關(guān)。式(11)表示Emaxi與儲(chǔ)能規(guī)模及儲(chǔ)能電池的容量保持率有關(guān)。

新能源場(chǎng)站一般使用的儲(chǔ)能電池容量保持率最大值為80%，最小值為40%，在儲(chǔ)能電池容量保持率λ達(dá)到運(yùn)行的上下限時(shí)，儲(chǔ)能電池容量上限的取值由儲(chǔ)能規(guī)模大小決定，且儲(chǔ)能電池容量保持率在投資建設(shè)后會(huì)逐漸減小，儲(chǔ)能容量會(huì)根據(jù)儲(chǔ)能電池容量保持率的變化來(lái)調(diào)整設(shè)置的上限值。

2.3 不同儲(chǔ)能健康狀態(tài)下各場(chǎng)站收益分配

新能源場(chǎng)站采用Shapley值法對(duì)聯(lián)盟的利益進(jìn)行分配，各場(chǎng)站通過(guò)自身對(duì)聯(lián)盟的邊際貢獻(xiàn)分配自身利益。新能源場(chǎng)站i從聯(lián)盟A總體利益中分得的利益[28]表示為

式中：nA表示聯(lián)盟A中新能源場(chǎng)站的個(gè)數(shù)；(nA-1)!(n-nA)!/n!表示新能源i在聯(lián)盟A中所占的權(quán)重；A{i}表示除新能源場(chǎng)站i以外聯(lián)盟A的集合，B(A)-B(A{i})表示新能源場(chǎng)站i參與不同合作時(shí)的邊際貢獻(xiàn)。

2.4 模型的策略式博弈分析

本文在對(duì)所構(gòu)建模型進(jìn)行求解時(shí)，將新能源場(chǎng)站間的功率、價(jià)格等信息公開(kāi)，即模型的博弈互動(dòng)關(guān)系為完全信息的策略式博弈。本文選取2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)與1個(gè)光伏電站，因此存在5種不同的策略式博弈模型，具體如表1所示。

表1 新能源場(chǎng)站策略式博弈模型Tab.1 New energy station strategic game model

基于表1，新能源場(chǎng)站間策略式博弈需滿足Nash均衡：

式中：μ*share，t、P*share，i，t、μ*fre，t、P*fre，i，t為其他2個(gè)新能源場(chǎng)站在決策最優(yōu)時(shí)自身的最優(yōu)決策；Ω*為最優(yōu)策略集。

如編號(hào)1所示，新能源場(chǎng)站間都不參與合作時(shí)，{Ω*1},{Ω*2},{Ω*3}表示在其他2個(gè)新能源場(chǎng)站決策最優(yōu)時(shí)自身的最優(yōu)決策集。

如編號(hào)2所示，新能源場(chǎng)站間參與部分合作時(shí)，{Ω*1，Ω*2}，Ω*3表示新能源場(chǎng)站1、2參與合作，新能源場(chǎng)站3不參與合作的最優(yōu)決策集。

如編號(hào)5所示，新能源場(chǎng)站間參與完全合作時(shí)，{Ω*1，Ω*2，Ω*3}表示3個(gè)新能源場(chǎng)站的最優(yōu)決策集。

新能源場(chǎng)站群的策略式空間集合為Ω={ΩN1，ΩN2，…，ΩNi}，且屬于歐式空間非空緊凸集，其收益與決策變量在數(shù)學(xué)模型上呈線性關(guān)系。依據(jù)純策略Nash均衡與混合Nash均衡定理[29]，驗(yàn)證了新能源場(chǎng)站間存在Nash均衡。

3 算例分析

3.1 基礎(chǔ)參數(shù)

本文選取我國(guó)青海省新能源場(chǎng)站在某一典型日的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，具體包含2個(gè)風(fēng)電場(chǎng)及1個(gè)光伏電站，規(guī)模分別為1 000、500、800 MW，基礎(chǔ)參數(shù)如表2所示。參考文獻(xiàn)[30]，并結(jié)合新能源場(chǎng)站上網(wǎng)電價(jià)的差異，設(shè)置風(fēng)電場(chǎng)與光伏電站的上網(wǎng)電價(jià)與誤差懲罰成本。為了方便計(jì)算與分析，本文研究?jī)?chǔ)能中電池容量保持率分別為80%、60%、40%下的交易模式。參考文獻(xiàn)[31]，設(shè)置貼現(xiàn)率為3.24%。

表2 基礎(chǔ)參數(shù)Tab.2 Basic parameters

3.2 新能源場(chǎng)站的調(diào)節(jié)需求分析

典型日新能源場(chǎng)站出力與負(fù)荷情況如圖3所示，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站的實(shí)際、預(yù)測(cè)出力，以及實(shí)際負(fù)荷與預(yù)測(cè)負(fù)荷的變化情況，分析各新能源場(chǎng)站間的調(diào)節(jié)需求。

從圖3可以看出：風(fēng)電場(chǎng)1出力的主要波動(dòng)范圍集中在09:00—15:00，且整體上實(shí)際出力低于預(yù)測(cè)出力；風(fēng)電場(chǎng)2出力在典型日24個(gè)時(shí)段內(nèi)的波動(dòng)變化情況均比較明顯；光伏電站出力的波動(dòng)范圍主要集中在08:00—18:00，且整體上實(shí)際出力大于預(yù)測(cè)出力，有較大余力可參與到服務(wù)其他新能源場(chǎng)站的能量交易中；此外，從新能源場(chǎng)站負(fù)荷整體變化趨勢(shì)來(lái)看，實(shí)際負(fù)荷與預(yù)測(cè)負(fù)荷基本保持一致。

圖3 新能源場(chǎng)站出力與負(fù)荷情況Fig.3 Output and load of new energy stations

3.3 不同儲(chǔ)能性能下共享儲(chǔ)能的交易模式分析

3.3.1 儲(chǔ)能性能差異對(duì)交易價(jià)格的影響

以新能源場(chǎng)站間完全合作模式為例，研究容量保持率80%、60%、40%下共享儲(chǔ)能服務(wù)于其他新能源場(chǎng)站、電網(wǎng)調(diào)頻的交易價(jià)格的變化情況，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同儲(chǔ)能性能下共享儲(chǔ)能的交易價(jià)格變化情況Fig.4 Trading price changes of shared energy storage under different energy storage performances

從圖4可以看出，容量保持率下降，造成共享儲(chǔ)能服務(wù)于其他場(chǎng)站的交易價(jià)格、服務(wù)于電網(wǎng)調(diào)頻的交易價(jià)格上升，且價(jià)格在一定范圍波動(dòng)。這是由于儲(chǔ)能電池容量保持率的下降會(huì)導(dǎo)致新能源場(chǎng)站中儲(chǔ)能的利用率降低，其可進(jìn)行的能量交易量減少，造成交易價(jià)格增加。此外，由于其場(chǎng)站間的調(diào)節(jié)需求波動(dòng)較小(見(jiàn)圖3)，因此交易價(jià)格在05:00—07:00時(shí)段變化的波動(dòng)范圍較小，以保證交易模式的穩(wěn)定性。

不同儲(chǔ)能性能下新能源場(chǎng)站總收益變化情況如表3所示?？梢钥闯?，隨著共享儲(chǔ)能電池容量保持率的下降，新能源場(chǎng)站總收益也在逐漸降低，相較于容量保持率為80%，容量保持率為60%下的新能源場(chǎng)站總收益降低了2.7%，下降幅度較低，這是由于共享儲(chǔ)能交易價(jià)格的上升造成其收益變化的波動(dòng)范圍較小。

表3 不同儲(chǔ)能性能下新能源場(chǎng)站總收益變化情況Tab.3 Total income changes of new energy stations under different energy storage performances

結(jié)合圖4和表3可以看出，在共享儲(chǔ)能的電池健康狀態(tài)變化時(shí)，其交易價(jià)格也會(huì)同步變化，以此來(lái)保證新能源場(chǎng)站群的總收益穩(wěn)定在一個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)，激發(fā)場(chǎng)站加入共享儲(chǔ)能的主動(dòng)性與積極性。

3.3.2 儲(chǔ)能性能差異對(duì)能量交易的影響

以新能源場(chǎng)站間完全合作模式為例，研究容量保持率80%、60%、40%下共享儲(chǔ)能服務(wù)于新能源場(chǎng)站自身、其他新能源場(chǎng)站、電網(wǎng)調(diào)頻出力的交易量變化情況，結(jié)果分別如圖5—7所示。

從圖5可以看出，隨著儲(chǔ)能電池容量保持率的下降，其服務(wù)于新能源場(chǎng)站自身出力的交易量呈下降趨勢(shì)，這主要是由于儲(chǔ)能電池容量保持率的下降造成儲(chǔ)能可利用能量的下降。結(jié)合圖6、7可知，共享儲(chǔ)能服務(wù)于其他新能源場(chǎng)站、電網(wǎng)調(diào)頻出力的交易量下降趨勢(shì)均不如其服務(wù)于新能源場(chǎng)站自身出力的交易量下降趨勢(shì)明顯，符合1.1節(jié)共享儲(chǔ)能交易模式的設(shè)計(jì)，即在新能源場(chǎng)站存在出力偏差時(shí)，共享儲(chǔ)能優(yōu)先服務(wù)于新能源場(chǎng)站自身，以彌補(bǔ)功率偏差。

圖5 不同容量保持率下共享儲(chǔ)能服務(wù)于新能源場(chǎng)站自身出力的交易量Fig.5 Trading volume of shared energy storage serving new energy stations’own output under different capacity retention rates

圖6 不同容量保持率下共享儲(chǔ)能服務(wù)于其他新能源場(chǎng)站出力的交易量Fig.6 Trading volume of shared energy storage serving other new energy stations output under different capacity retention rates

此外，從圖5—7可以看出，在共享儲(chǔ)能交易模式中，光伏電站自配儲(chǔ)能出力的交易量占比較多，符合3.2節(jié)新能源場(chǎng)站的調(diào)節(jié)需求分析。

圖7 不同容量保持率下共享儲(chǔ)能服務(wù)于電網(wǎng)調(diào)頻出力的交易量Fig.7 Trading volume of shared energy storage serving grid frequency regulation output under different capacity retention rates

3.4 不同博弈模式下共享儲(chǔ)能的交易模式分析

結(jié)合2.4節(jié)5種策略式博弈模型分析，研究不同博弈模式下考慮儲(chǔ)能差異特性的共享儲(chǔ)能交易模式變化情況，結(jié)果如表4所示。

表4 不同博弈模式下新能源場(chǎng)站的總收益變化情況Tab.4 Total income changes of new energy stations under different game modes

從不同博弈模式下同一儲(chǔ)能性能的角度來(lái)看，隨著新能源場(chǎng)站間合作的程度加深，新能源場(chǎng)站的總收益逐步增加。需要指出的是，在部分合作博弈模式下，新能源場(chǎng)站總收益的變化與不同場(chǎng)站間的規(guī)模有關(guān)，以容量保持率80%為例，{N1，N3}，{N2}博弈模式下的收益為{N2，N3}，{N1}博弈模式的1.05倍。

從同一博弈模式下不同儲(chǔ)能性能的角度來(lái)看，儲(chǔ)能電池容量保持率的下降會(huì)造成新能源場(chǎng)站總收益的下降。需要指出的是，由于交易模式的穩(wěn)定性與合理性，新能源場(chǎng)站收益變化保持在1%～3%。

綜上所述，可以通過(guò)增加不同新能源場(chǎng)站間的合作程度以及改善儲(chǔ)能電池的健康狀態(tài)來(lái)提高新能源場(chǎng)站參與合作的積極性，保證交易模式的公平性。

新能源場(chǎng)站間交易合作分配前、后收益分別如圖8、9所示，從整體來(lái)看，新能源場(chǎng)站間交易合作分配后的收益明顯高于分配前的收益；在新能源場(chǎng)站交易合作分配收益后，新能源場(chǎng)站在容量保持率80%情況下收益變化的程度較為顯著，且比容量保持率60%情況下高0.3%～0.6%，比容量保持率40%情況下高2.0%～2.8%。

圖8 新能源場(chǎng)站交易合作分配前收益Fig.8 Revenue before cooperative distribution of new energy station transaction

圖9 新能源場(chǎng)站交易合作分配后收益Fig.9 Revenue after cooperative distribution of new energy station transaction

4 結(jié)論

為解決新能源場(chǎng)站群在參與共享時(shí)因儲(chǔ)能性能差異而導(dǎo)致的價(jià)格機(jī)制、收益分配間復(fù)雜的耦合關(guān)系，促進(jìn)發(fā)電側(cè)共享儲(chǔ)能的可持續(xù)性發(fā)展，提出了一種考慮儲(chǔ)能性能差異的新能源場(chǎng)站群共享儲(chǔ)能交易模式，主要結(jié)論如下：

1）設(shè)計(jì)的新能源場(chǎng)站群共享儲(chǔ)能交易模式能夠打破新能源場(chǎng)站在參與儲(chǔ)能資源共享互動(dòng)時(shí)的重要掣肘，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能資源的靈活性互補(bǔ)，同時(shí)平抑電網(wǎng)的頻率波動(dòng)，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2）建立的共享儲(chǔ)能交易模式合作博弈模型能夠滿足不同主體的利益訴求，構(gòu)建計(jì)及儲(chǔ)能單元不同技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性的共享儲(chǔ)能交易模型。儲(chǔ)能性能變化趨勢(shì)與能量交易變化趨勢(shì)一致，與交易價(jià)格變化趨勢(shì)相反。因此，所建模型能夠提高各場(chǎng)站參與共享儲(chǔ)能的積極性，保證共享儲(chǔ)能交易模式的公平性。

3）探討的共享儲(chǔ)能交易模式下新能源場(chǎng)站間儲(chǔ)能性能差異、博弈模式等因素，在不同程度上影響了新能源場(chǎng)站間的合作程度及儲(chǔ)能資源的共享程度。因此，所提模型能激勵(lì)共享儲(chǔ)能在滿足場(chǎng)站自身及其他場(chǎng)站需求的同時(shí)向電網(wǎng)提供服務(wù)。

下一步，將重點(diǎn)圍繞參與者行為不確定性對(duì)共享儲(chǔ)能交易模式的影響，進(jìn)一步提高共享儲(chǔ)能交易模式的公平性，推動(dòng)共享儲(chǔ)能的發(fā)展。