技术领域
[0001] 本发明涉及电力工程技术领域，尤其涉及一种电力系统的利益分配方法、装置、设备及介质。
相关背景技术
[0002] 目前，各行各业都采取了一定的措施减少碳排放量，而构建新型电力系统成为了未来电力行业的减碳的重要发展趋势。
[0003] 大规模新能源并网后，新能源出力的不确定性将导致系统调度需要增加额外的备用及运行成本。在电力系统各主体的成本分摊上，传统的Shapley值法主要从成本最小化的角度出发去分摊电力系统各主体的成本，并没有从环保性的角度去考虑各主体之间的成本分摊。
[0004] 因此，如何公平、合理地在新型电力系统内部分摊该成本成为大规模新能源接入与消纳需要研究的重要问题之一。
具体实施方式
[0051] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0052] 随着接入电力系统的新能源(比如风力发电和光伏发电)的比例不断增加，电源侧、电网侧、负荷侧和储能侧成本也会发生不同程度的变化，新能源出力的不确定性导致系统调度需要增加额外的备用及运行成本，如何公平、合理地在新型电力系统内部分摊该成本即成为大规模新能源接入与消纳需要研究的重要问题之一。
[0053] 因此，在应对风力发电和光伏发电在电力系统中出力的不确定性所增加的备用成本能够在各风电场间实现合理分摊，在系统运行总成本最小的基础上，充分考虑源、网、荷、储各方的利益，遵循如何实现新型电力系统各主体之间成本配置经济高效的原则，重新对电力系统内部各方利益重新进行公平有效的分配很有必要。
[0054] 本发明实施例公开了一种电力系统的利益分配方法，本实施例中的方法在实施过程中需要使用到Shapley值法，为了更好地对本公开中的方法进行说明，首先对Shapley值法进行说明。
[0055] Shapley值法是解决多人合作对策问题的常用方法，广泛应用于多方企业之间的利益分配问题。而在合作中，不同利益个体所受外界的影响因子可能不同，如果按照平均分摊进行收益分配，对于承担影响因素大的主体来说显然不合理，分配后的联盟可能不稳定，各主体有退出联盟的可能性。鉴于此，本发明提出一种电力系统的利益分配方法，考虑环保因素的改进Shapley值法对合作博弈收益进行重新分配，使合作的各个联盟保持稳定。
[0056] 如图1所示，本实施例中的方法包括如下步骤：
[0057] S101，构建第一成本分摊模型，第一成本分摊模型基于Shapley值法建立，第一成本分摊模型中包括多个利益主体；
[0058] 第一成本分摊模型是基于传统的Shapley值法建立的，Shapley值法是用于解决个人合作博弈问题的一种方法，可直接用于解决各主体之间成本分摊的问题，根据各利益主体对联盟边际贡献的大小进行利益分配，使每个主体都能获得比不加入联盟时多一些的收益，但传统的Shapley值法是一种均等的分配方案。
[0059] 传统的Shapley值法并未将分配利益的相关主体在组成联盟的实际博弈过程中承担的外部因素纳入考虑。所以，在新型电力系统成本分摊模型的构建过程中，应该综合衡量外部因素影响，将环保性纳入对新型电力系统的成本分摊的考量，保障新型电力系统健康持续的发展。
[0060] 第一成本分摊模型中包括多个利益主体，多个利益主体包括电源侧、电网侧、负荷侧和储能侧，即发电企业、电网企业、需求侧聚合商、储能侧企业四个方面。
[0061] 从发电企业、电网企业、需求侧聚合商、储能侧企业四个方面构建相应的第一成本分摊模型，Shapleya值分配方法构造如下：
[0062] 将涉及到成本分摊的新型电力系统各利益主体看成组成合作博弈问题的基本要素，包括决策者和特征函数，其数学表达为(N，v)，其中N＝{1,2,3…n}表示决策者集合，即新型电力系统中涉及成本分摊的利益主体个数，并且N为正整数，n为参与决策的决策者个数，v表示此联盟的特征函数。S表示决策者之间的联盟，即S为N的一个合作联盟， s为联盟S中决策者的数量。
[0063] 假设由集合N中任意决策者组成联盟A，满足 联盟A中的决策者共同协作实现联盟收益的最大化，v表示联盟A获得的价值收益。此时，将特征函数定义为表示联盟共同收益的函数，即vs是联盟S的特征函数，并且当A＝S时，v等同于vs。
[0064] 假设N是合作博弈下参与决策的决策者集合；S表示N的一个合作联盟；s表示联盟S下决策者的数量。假设所有决策者按照随机次序组成联盟，形成每种联盟的概率是p，p的计算公式如下:
[0065]
[0066] 其中，p为每种联盟的概率，n为参与联盟的决策者总数。
[0067] 决策者i与其他(s‑1)个决策者组成联盟S，此时共有(s‑1)！(n‑s)！种组合方式。那么，含有决策者i的联盟S出现的概率设为 其计算公式如下：
[0068]
[0069] 其中， 为含有决策者i的联盟S出现的概率，s为联盟S中的决策者数量，n为参与联盟的决策者总数量。
[0070] 在组成的联盟S中，决策者i的边际贡献为ri，其计算公式如下：
[0071] ri＝vs‑vs/i
[0072] 其中，ri为联盟S中决策者i的边际贡献值，vs为联盟S中决策者协作得到的价值收益，vs/i为不包含决策者i的其余(s‑1)个决策者组成联盟时的价值收益。
[0073] Shapley值分配方法是参与合作博弈的决策者在联盟中所作贡献的期望值，其计算公式如下：
[0074]
[0075] 其中，πi(N,v)为决策者i分配到的利益价值，s为联盟S中的决策者数量，n为参与联盟的决策者总数量，vs为联盟S中决策者协作得到的价值收益，vs/i为不包含决策者i的其余(s‑1)个决策者组成联盟时的收益。
[0076] 在支付可转移合作博弈(N，v)情景中，对收益价值进行分配时，在该联盟下，相关决策者收益价值的分配策略可用支付向(x1,…,xi,…,xn)来表示，xi为分配给决策者i的收益价值。
[0077] 决策者收益价值的分配策略需满足一定的约束条件，其约束条件为个体理性和整体理性。
[0078] 个体理性即为每个参与联盟的决策者分得的收益价值均不小于独立决策的收益价值，其数学表达式如下：
[0079] xi≥vi
[0080] 其中，xi为参与联盟的决策者i的收益价值，vi为决策者i独立决策的收益价值。
[0081] 整体理性即为参与联盟的决策者收益价值总和联盟的总收益价值相等，其数学表达式如下：
[0082]
[0083] 其中，xi为参与联盟的决策者i的收益价值，n为参与联盟的决策者数量，vN为联盟N的总收益价值。
[0084] S102，基于每个利益主体的环保贡献度，确定每个利益主体的环保修正系数，其中，环保贡献度与利益主体的环保投入成本相关。
[0085] 在电力系统各主体的成本分摊上，传统的Shapley值法主要从成本最小化的角度出发去分摊电力系统各主体的成本，并没有从环保性的角度去考虑各主体之间的成本分摊。然而，随着新型电力系统的发展，以能够在成本最小化的前提下真实反映环保性对新型电力系统各主体成本分摊的影响。
[0086] 将环保性纳入对新型电力系统的利益分配的考量中，衡量不同利益主体对环保性因素的贡献度的主要衡量指标是相关主体的环保投入成本，但是具体的环保效果还与资源的利用效果和利益主体的自身属性相关，例如火电机组的环保效果不仅与其环保设备的投入成本相关，还与其燃料质量和运行状态等其他因素相关，因此环保性贡献度需要根据不同利益主体的实际情况进行计算，根据计算得到的环保贡献度来确定每个利益主体的环保修正系数。
[0087] S103，获取每个利益主体的环保权重参数，其中，环保权重参数与环保修正系数相关。
[0088] 示例性地，根据相关专家对每个利益主体环保因素的补偿因素的评判结果，得到环保修正系数所对应的环保权重参数。
[0089] S104，基于环保权重参数和环保修正系数，对基于第一成本分摊模型确定的价值分配结果进行修正，获得修正后的价值分配结果。
[0090] 示例性地，基于计算得到的环保修正系数以及评判得出的环保修正系数对第一成本分摊模型所确定的价值分配结果进行修正，获得各利益主体修正后的价值分配结果。
[0091] 本发明提供的电力系统的利益分配方法，在系统运行总成本最小的基础上，充分考虑电源侧、电网侧、负荷侧、储能侧各方的利益，遵循实现新型电力系统各利益主体之间成本配置经济高效的原则，从环保性方面运用修正的Shapley值实现电力系统内部各方成本分摊的公平有效。
[0092] 作为本发明一个可选实施方式，环保贡献度被设置为利益主体的相对环保投入与利益主体的环保贡献度系数的乘积；其中，相对环保投入与环保投入成本相关，环保贡献度系数与利益主体的资源利用效果以及利益主体的自身属性相关，具体包括：
[0093] 假设新型电力系统的相关利益主体有n个，利益主体i的环保贡献度为 衡量不同利益主体对环保贡献度的主要衡量指标是相关主体的环保投入成本，但是具体的环保效果还与资源的利用效果和利益主体的自身属性相关，例如火电机组的环保效果不仅与其环保设备的投入成本相关，还与其燃料质量和运行状态等其他因素相关，因此环保性贡献度需要根据不同主体的实际情况进行计算，计算公式如下：
[0094]
[0095] 其中， 为利益主体i的环保贡献度，pi为利益主体i的相对环保投入，ei为利益主体i的环保贡献度系数。
[0096] 作为本发明一个可选实施方式，基于每个利益主体的环保贡献度，确定每个利益主体的环保修正系数，具体包括：
[0097] 获取多个利益主体的环保贡献度的贡献度总和；
[0098] 确定每个利益主体的环保贡献度和的平均值；
[0099] 将利益主体的环保贡献度与贡献度总和的商与平均值的差值与新型电力利益主体的环境价值的乘积作为环保修正系数。
[0100] 示例性地，多个利益主体的环保贡献度的贡献度总和为 则利益主体i的环保贡献度与贡献度总和的商为 每个利益主体的环保贡献度和的平均值为 环保修正系数可将每个利益主体i的环保贡献度占比与平均水平进行对比，计算公式如下：
[0101]
[0102] 其中，βi为利益主体i的环保修正系数，πenv为新型电力利益主体的环境价值，pi为利益主体i的相对环保投入，ei为利益主体i的环保贡献度系数，n为参与联盟的利益主体总数量。
[0103] 作为本发明一个可选实施方式，环保修正系数与修正后的价值分配结果呈正相关。
[0104] 作为本发明一个可选实施方式，环保修正系数与修正后的价值分配结果呈正相关，包括：
[0105] 环保修正系数为正时，利益主体由于环保贡献度获得额外的利益分配价值；
[0106] 环保修正系数为负时，利益主体由于环保贡献度减少额外的利益分配价值。
[0107] 示例性地，由环保修正系数的计算公式可知，当 时，环保修正系数为正，此时利益主体i会因其良好的环保贡献度而获得额外的利益分配价值；当
时，环保修正系数为负，此时利益主体i会因其不突出的环保贡献度而减少额外的利益分配价值。
[0108] 作为本发明一个可选实施方式，基于环保权重参数和环保修正系数，对基于第一成本分摊模型确定的价值分配结果进行修正，获得修正后的价值分配结果，包括：
[0109] 基于第一成本分摊模型确定初始价值分配结果；
[0110] 确定环保权重参数和环保修正系数的乘积；
[0111] 初始价值分配结果与环保权重参数和环保修正系数的乘积之和作为修正后的价值分配结果。
[0112] 示例性地，在新型电力系统的第一成本分摊模型中，将环保性纳入将环保性纳入Shapley值方法，设计了基于改进的Shapley值的价值补偿机制，计算步骤如下：
[0113] 通过第一成本分摊模型的传统Shapley值方法获取各利益主体的初始分配价值πi，根据相关专家对利益主体环保性因素的补偿因素评判结果，得到环保修正系数β所对应的权重α，从而可以确定环保权重参数和各利益主体的环保修正系数的乘积αβi，基于环保权重参数和环保修正系数对传统的Shapley值分配利益进行修正，初始价值分配结果与环保权重参数和环保修正系数的乘积之和作为修正后的价值分配结果，得到各利益主体修正后的分配价值，计算公式如下：
[0114]
[0115] 其中, 为修正后的利益主体i的利益价值，πi为利益主体i的初始分配价值，βi为利益主体i的环保修正系数，α为环保修正系数β所对应的修正权重。
[0116] 其中，修正后的利益分配方法仍需满足整体理性，即保证按修正后的分配方法分配给各利益主体的价值总和与修正前分配给各利益主体的价值总和相等。
[0117] 作为本发明一个可选实施方式，多个利益主体包括电源侧、电网侧、负荷侧和储能侧。
[0118] 随着接入电力系统的新能源的比例不断增加，电源侧、电网侧、负荷侧和储能侧成本也会发生不同程度的变化，新能源出力的不确定性导致系统调度需要增加额外的备用及运行成本。
[0119] 采用Shapley值法的成本分配方法，考虑可再生能源大规模接入对新型电力系统成本的影响，将新能源接入后所产生的成本分摊到电源侧、电网侧、负荷侧、储能侧各侧后，每个主体所支付的成本仍然低于不合作的成本，进而验证了Shapley值修正分配方法的合理性，通过考虑环保性对各主体成本分摊的影响，更好的调动了各主体对新型电力系统建设过程中对国家环保政策的重视，各主体可以通过对环保技术等的调控，进一步降低新型电力系统运行成本，实现了电力系统内部各利益主体成本分摊的公平有效，能够促进未来新型电力系统建设过程中各主体在环保上的投资与发展。
[0120] 在第一成本分摊模型的传统Shapley值法的基础上，进一步从环保性角度考虑，将定量分析运用到电力系统各利益主体所分配的利益中，逻辑连贯清晰、可塑性强，可以结合计算机技术，将利益分配通过计算机进行实现，与此同时，可以对成本分摊值进行收集完善，拓展性强，后续可与其他算法联动，为共同研究电力系统合理的利益分配方法打下良好基础。
[0121] 本发明实施例还公开了一种电力系统的利益分配装置，如图2所示，该装置包括：
[0122] 构建模块201，用于构建第一成本分摊模型，第一成本分摊模型基于Shapley值法建立，第一成本分摊模型中包括多个利益主体；
[0123] 确定模块202，用于基于每个利益主体的环保贡献度，确定每个利益主体的环保修正系数，其中，环保贡献度与利益主体的环保投入成本相关；
[0124] 获取模块203，用于获取每个利益主体的环保权重参数，其中，环保权重参数与环保修正系数相关；
[0125] 修正模块204，用于基于环保权重参数和环保修正系数，对基于第一成本分摊模型确定的价值分配结果进行修正，获得修正后的价值分配结果。
[0126] 本发明提供的电力系统的利益分配装置，在系统运行总成本最小的基础上，充分考虑电源侧、电网侧、负荷侧、储能侧各方的利益，遵循实现新型电力系统各利益主体之间成本配置经济高效的原则，综合考虑电力系统的成本及各利益主体的环保性，在实现电力系统实现成本最小化的同时提高了环保性对主体成本分摊的影响比重，使得各个主体不同程度的承担了环保性给新型电力系统整体带来的成本增加。通过把环保性对新型电力系统成本的影响量化入成本分摊过程中，使得对新型电力系统成本分摊的因素考虑更为全面，分摊结果更为客观公正，能够促进未来新型电力系统建设过程中各主体在环保上的投资与发展。
[0127] 本发明实施例还提供了一种计算机设备，如图3所示，该计算机设备可以包括处理器301和存储器302，其中处理器301和存储器302可以通过总线或者其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。
[0128] 处理器301可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器301还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field‑Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
[0129] 存储器302作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的电力系统的利益分配方法对应的程序指令/模块。处理器301通过运行存储在存储器302中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的电力系统的利益分配方法。
[0130] 存储器302可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器301所创建的数据等。此外，存储器302可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器302可选包括相对于处理器301远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器301。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0131] 一个或者多个模块存储在存储器302中，当被处理器301执行时，执行如图1所示实施例中的电力系统的利益分配方法。
[0132] 上述计算机设备具体细节可以对应参阅图1所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
[0133] 本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read‑Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid‑State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
[0134] 应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。
[0135] 一般而言，应当至少部分地由语境下的使用来理解术语。例如，至少部分地根据语境，文中使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数的意义的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述复数的意义的特征、结构或特性的组合。类似地，至少部分地根据语境，还可以将诸如“一”或“所述”的术语理解为传达单数用法或者传达复数用法。
[0136] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
