基于组合双向拍卖的共享储能机制研究(Matlab代码实现）

💥1 概述

文献来源：

摘要：为满足共享储能中储能用户的互补性和替代性需求、解决常规单向拍卖中可能存在的垄断竞争问题,提出了基于组合双向拍卖的共享储能机制。在该机制中,储能运营商和储能用户在拍卖商的组织下进行组合双向拍卖。拍卖包含四个阶段:投标、竞胜标决定问题、资源匹配与定价、资金结算。相较于现有拍卖机制,该机制支持"与"投标,使得买家的互补性需求得以准确而简洁地表达。在竞胜标决定问题方面,建立了以社会福利最大化为目标的混合整数非线性规划模型。进一步,将该模型等价转化为混合整数线性规划模型,大幅降低了计算时间复杂度。在定价方面,提出了在买卖双方之间均分社会福利的定价机制,打破了传统单向拍卖的垄断弊端。最后,通过算例验证了所提机制的有效性。

关键词：

共享储能;组合双向拍卖;互补性;替代性;

储能是促进可再生能源高效利用、支撑能源互联网建设的关键技术之一[1-3]。随着可再生能源发电

的快速发展，储能在发电侧、用户侧的应用不断增长[4]。当前，储能仍然面临成本偏高、商业模式不成熟的发展瓶颈[5-6]，而共享思维有可能帮助储能突破此瓶颈。共享储能是指利用不同储能用户储能需求的互补性提升储能设备利用率、进行价值创造的理念。共享的对象包括储能电量[7-8]和储能容量[8]。一般而言，共享储能的定价机制大致可分为4 类：1）固定价格，即价格与时间、供求关系等无关。文献[8]提出了云储能服务可按容量定价、按流量定价和按套餐定价。固定价格可稳定用户对价格的预期，但无法反映用户对储能效用的评价。2）峰谷电价，即价格与时间或供求关系相关。文献[9]中共享储能的定价策略为储能供大于求时取谷时电价，储能供不应求时取峰时电价。3）利益或成本分摊。此时储能用户实际面对的储能价格取决于利益或成本的分配策略。文献[10]建立了包含共享储能的社区综合能源系统模型并提出了相应的用户协同优化策略，即先最小化总体用能成本再按照能耗量分摊成本。文献[11]建立了基于合作博弈的分布式产消者共享储能模型，并根据 Shapely值分配共享储能收益。4）拍卖，即储能用户或储能卖家进行投标，由其中一方或拍卖商决定中标者与交易价格。文献[12]建立了拥有储能的家庭型用户与共享储能控制器之间基于 Vickery 拍卖的非合作主从博弈模型，其中共享储能的价格由 Vickery拍卖的结果确定。

然而，上述共享储能机制均无法反映储能用户对储能的互补性与替代性需求。而在组合拍卖中，

买家可对其感兴趣的物品组合投标，可有效解决该问题并降低交易次数与交易成本[13]。互补性与替代性的解释见文献[14]。文献[15]将不同时段的储能视为不同的物品，建立了基于组合单向拍卖的社区级共享储能机制。然而，该机制不支持“与”投标，导致储能用户无法在投标中表达其互补性需求。另一方面，储能卖家对各个时段的投标价格必须相同，导致卖家无法充分表达对不同时段的价格要求。此外，组合单向拍卖仍然属于“一对多”的市场结构，单一卖家具有垄断优势。为克服组合单向拍卖中的垄断优势问题，研究者们提出了组合双向拍卖的思路。组合双向拍卖是组合拍卖和双向拍卖的结合，具有“多对多”的市场结构[16-17]。文献[18]建立了基于组合双向拍卖的微电网间电力交易的机制，但该机制亦不支持“与”投标，这使得买家无法表达其互补性需求，从而导致组合拍卖的意义大打折扣。

本文研究的共享储能系统模型架构如图 1 所示。

资源匹配规则如图 2 所示，各个矩形表示各参与者，矩形面积代表中标储能量，矩形颜色越深代

表报价越高。

📚****2 运行结果

2.1 算例数据

2.2 买家中标

文献结果：

复现结果：

2.3 卖家中标

文献结果：

复现结果：

在得到买卖双方的投标数据后，拍卖商通过求解竞胜标决定问题的优化模型得到中标者。

买家的中标数据如表 3 所示。由表 3 可得到各个时段的中标买家集合，例如第 1 时段的中标买家 集合 N1 b 为{1, 4}。由表 3 可知，买家 6 各个时段均未中标，而其余 6 名买家均中标。买家 1 对时段 1中标，说明其互补性储能需求得到了满足。而买家5 对时段 3—6 的储能进行了“或”投标，但只有时段 4—5 中标。买家 2 和买家 6 均有替代性储能需求，进行了“异或”投标，买家 2 只有 1 个时段中标，买家 6 未中标，符合预期.卖家的中标数据如表 4 所示。由表 4 可得到各个时段的中标卖家集合，例如第 1 时段的中标卖家集合 s N1 为{1, 3, 4, 6}。

第 1 时段买家 1 和买家 4 的 储能需求将由卖家 1、卖家 3、卖家 4 和卖家 6 共

同满足。由表 4 可知，同一卖家在不同时段中标的比例可能不同。例如卖家 3 第 1 时段中标比例为 100%，第 5 时段中标比例为 50%，第 6 时段则未中标，相应的中标电量依次为 22MW·h、2 MW·h、0。

🎉3**** 文献来源****

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[1]孙偲,郑天文,陈来军等.基于组合双向拍卖的共享储能机制研究[J].电网技术,2020,44(05):1732-1739.DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2020.0186a.

🌈4 Matlab代码实现