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申请/专利权人：国网天津静海供电有限公司;国网天津市电力公司;国家电网有限公司

摘要：本发明提供了一种配电网‑数据中心协同规划方法，包括构建以配电网、数据中心以及数据用户为主体的双重Stackelberg博弈模型；依据各层级的交互关系，将博弈分为内外两层；在外层博弈中，配电网作为领导者，数据中心运营商作为跟随者；在内层博弈中，数据中心作为领导者，数据负载聚合商作为跟随者。本发明还提供了其双重Stackelberg博弈模型的求解方法。本发明充分考虑数据负载的需求响应和多元主体博弈互动关系，能够提高配电网与数据中心联合规划决策的科学性与有效性。

主权项：1.一种基于数据负载需求响应的配电网-数据中心协同规划方法，其特征在于：所述方法包括，构建以配电网、数据中心以及数据用户为主体的双重Stackelberg博弈模型；依据各层级的交互关系，将博弈分为内外两层；在外层博弈中，配电网作为领导者，以配电网综合效益最大化为优化目标，确定配电网扩容配置、数据中心节点电价设计以及可再生能源出力；数据中心运营商作为跟随者，以经济效益最大化为目标，确定数据中心选址、设备配置容量以及运营策略；在内层博弈中，数据中心作为领导者，制定需求响应激励价格；数据负载聚合商作为跟随者，以用户效益最大化为目标，确定数据负载任务需求的调整策略；其中，所述双重Stackelberg博弈模型的数学形式表现为一个三层规划模型：上层为配电网扩容规划与时空定价模型设定配电网扩容规划与时空定价模型的目标函数为： 其中：profitGrid表示配电网的综合效益；Ny表示一年中运行日数量；ΩS表示运行场景s的对应集合；ρs表示运行场景s对应的概率；表示运行场景s下的系统运行效益；CGrid,inv表示系统投资成本；其中，通过将各成本项年值化，将系统投资成本表达为： 其中：ss表示配电变压器；ΩSS表示配电变压器ss的对应集合；ij表示配电支路；ΩIJ表示配电支路ij的对应集合；m表示待选配电线路种类；ΩM表示待选配电线路种类m的对应集合；δTG表示配电变压器的资本回收系数，δLN表示配电线路的资本回收系数，δTG和δLN的数学表达式均为其中表示各设备的使用寿命，表示贴现率；cTG表示配电变压器的单位投资成本；表示配电线路的单位投资成本；表示配电变压器的扩容容量；表示配电支路ij的线路全长；表示使用线路m对配电支路ij扩容的0-1变量；系统运行效益表达为： 其中：表示配电网运营收益；表示系统的维护成本；表示系统的购电成本；表示系统的碳排放成本；表示系统的弃风成本；系统运营收益表示为： 其中：t表示运行时刻；g表示电力负荷节点的索引，ΩG表示索引g对应的集合；h表示数据中心投建节点；ΩH表示数据中心投建节点h的对应集合；表示系统向电力用户售电量；表示系统向数据中心售电量；表示配电网向普通电力用户售电价格；表示节点h是否为数据中心待建节点；表示在各待建节点配电网向数据中心运营商售电的实时节点电价；系统维护成本表达为： 其中：表示扩容后配电支路的单位维护成本；表示不经扩容的配电支路单位维护成本；cTGm表示配电变压器的单位维护成本；表示配电变压器的原有容量；系统从外网的购电成本表达为： 其中：表示系统从外网购电量，即配电变压器的有功功率；表示系统从外网购电价格；系统碳排放成本表达为： 其中：ccm表示单位碳排放成本；eTPG表示外部电网碳排放系数；系统弃风成本表示为： 其中：表示风电机组实际输出功率；caban表示风电场的单位弃风成本；表示风机的最大输出功率；确定目标函数的约束条件，包括投资约束、运行约束、风电场约束和功率约束；投资约束用以确定配电变压器的扩容容量、需扩容配电线路的型号以及配电网向数据中心运营商售电的实时节点电价： 表示配电变压器的最大配置容量约束； 表示配电线路选型约束； 表示配电网向数据中心运营商售电的实时节点电价；其中：STG,max表示配电变压器的最大扩容容量；zDC,max表示配电网向数据中心运营商售电价格的上限；zDC,min表示配电网向数据中心运营商售电价格的下限；ΩT表示运行时刻t的对应集合；配电网节点有功平衡约束表达为： 其中：b表示配电网节点，ΩB表示配电网节点b的对应集合；表示配网节点-支路关联矩阵的对应元素；表示配电支路ij传输的有功功率；表示节点b是否接有配电变压器或风电场的0-1参数；表示节点h是否为数据中心待建节点；表示数据中心的无功功率；表示节点-负荷关联矩阵的对应元素；配电网节点无功平衡约束表达为： 其中：表示配电支路ij传输的无功功率；表示配电变压器的无功功率；表示数据中心的无功功率；表示节点负荷的无功功率；表示风电场的无功功率；基于Distflow潮流模型的节点电压约束表达为： 其中：Vs,b,t表示节点电压幅值的平方；Rij表示扩容后支路ij的电阻值；为配电网安全运行所允许的节点电压上限；为配电网安全运行所允许的节点电压下限；Xij表示扩容后支路ij的电抗值；配电支路潮流约束表达为： 其中：为扩容后配电支路ij的额定容量；表示扩容前配电支路ij的额定容量；表示待选配电线路m的额定容量；配电网购电功率约束表达为： 风电场出力约束表达为： 其中：表示风电场功率因数角；数据中心功率约束表示为： 其中：表示数据中心功率因数角；中层为数据中心投资规划与数据服务定价模型设定数据中心投资规划与数据服务定价模型的目标函数为： 其中：profitDC表示数据中心的经济效益；表示运行场景s下系统运行效益；CDC,inv表示系统投资成本；系统投资成本表达为 其中：δTD表示数据中心站内变压器的资本回收系数；δser表示数据中心服务器的资本回收系数；δess表示数据中心储能系统的资本回收系数；δcool表示数据中心制冷设备的资本回收系数；cTD表示数据中心站内变压器的单位投资成本；cser表示数据中心服务器的单位投资成本；cess表示数据中心储能设备的单位投资成本；ccool表示数据中心制冷设备的单位投资成本；STD为数据中心站内变压器的配置容量；nser表示服务器配置数量；ENess表示数据中心储能设备的配置容量；PNcool表示制冷设备配置容量；系统运行效益表达为： 其中：表示系统的运营收益；表示系统的维护成本；表示系统的购电成本；表示系统的激励成本；系统运营收益表达为： 其中：需求响应后可转移负载数据负载需求；zWL表示数据中心运营商提供数据服务的基础价格；系统维护成本表达为： 其中：cTDm表示数据中心站内变压器的单位维护成本；cserm表示数据中心服务器的单位维护成本；cessm表示数据中心电储能的单位维护成本；ccoolm表示数据中心制冷设备的单位维护成本；数据中心运营商的购电成本表达为: 数据中心运营商的激励成本表达为： 其中：与削减量线性相关；为有关于削减量与响应时段的时变函数： 其中：表示可削减负载参与需求响应对应的激励补贴；表示可转移负载参与需求响应对应的激励补贴；表示可削减负载在t时刻的单位激励价格；示可转移负载在t时刻的单位激励价格；表示在时刻t到t'间可转移负载的转移量；表示t时刻可转移负载的数据处理截止时间；表示可削减负载的负载削减量；确定数据中心投资规划与数据服务定价模型的目标函数的约束条件包括：规划约束和运行约束；规划约束表达为：0≤nser≤nser，max，0≤ENess≤ENess,max，0≤PNcool≤PNcool,max，0≤STD≤STD,max，其中：nser,max表示服务器的最大配置数量；ENess,max表示储能设备的最大配置容量；PNcool,max表示制冷设备的最大配置容量；STD,max表示数据中心站内变压器的最大新建容量；对于制冷设备而言，其配置容量需满足所有服务器满载运行时的功率约束： 其中：Pser_peak表示单台服务器的峰值功率；表示制冷设备的综合负载系数；由于数据负载任务数量限制，数据中心只建设于待选节点的一处，故而需满足数据中心投建数量约束： 运行约束表达为： 其中：表示服务器的运行功率；εess表示自放电率；表示充电功率；表示制冷设备的运行功率；表示放电功率；表示电储能容量；ηess_c表示充电效率；ηess_d表示放电效率；SOCess,min表示荷电状态上限；SOCess,max表示荷电状态下限；表示电储能充电的0-1变量；表示电储能放电的0-1变量；数据任务服务质量约束表达为： 其中：μser表示单台服务器的服务率；表示数据中心实际数据负载处理需求；Tdelay,max数据任务最大可容忍延迟时间；表示服务器开机数量；激励价格约束表达为： 其中：表示可削减负载在t时刻的单位激励价格；zRW,max表示可削减负载的最大单位激励价格；表示可转移负载在t时刻的单位激励价格；zSW,max表示可转移负载的最大单位激励价格；下层为数据用户需求响应模型设定确定数据用户需求响应模型的目标函数为： 其中：profitWL表示数据用户预期效益；表示运行场景s下数据用户预期效益；数据用户预期效益表达为： 其中， 其中：表示数据负载聚合商的原始数据负载需求；表示可削减负载因参与需求响应的效益折损；表示可转移负载因参与需求响应的效益折损；αRW,loss表示可削减负载的效用损失系数；表示需求响应前可削减负载数据负载需求；αSW,loss表示可转移负载的效用损失系数；Δtf表示可转移负载的最大可延迟时间。

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