基于博弈论的区域能源互联网规划的数学模型和规划方法技术

本发明专利技术涉及能源互联网规划技术领域，具体涉及一种基于博弈论的区域能源互联网规划的数学模型和规划方法，包括建立适用于博弈论规划分析的分布式电源、储能系统、冷热电联供系统的模型；将公共能源运营商、分布式能源的服务商以及用户作为博弈参与者，以规划建设容量、定价策略、用能行为作为各自的决策变量，并将设备的全寿命周期收入作为收益，建立区域能源互联网规划的不同博弈模型；根据各个参与者的决策策略建立多个模式下的具体博弈模型；通过迭代优化算法进行求解，并对比分析各种博弈模式下的Nash均衡解，最终选择各方利益最大化下的Nash均衡解作为区域能源互联网的规划方案。

Mathematical Model and Planning Method of Regional Energy Internet Planning Based on Game Theory

The invention relates to the technical field of energy Internet planning, in particular to a mathematical model and planning method of regional energy Internet planning based on game theory, including the establishment of a model of distributed power supply, energy storage system and combined cooling, heating and power supply system suitable for game theory planning and analysis, and taking public energy operators, distributed energy service providers and users as game participants. Taking planning capacity, pricing strategy and energy use behavior as their decision variables, and taking equipment life cycle income as revenue, different game models of regional energy Internet planning are established; specific game models under multiple modes are established according to the decision strategies of each participant; the solutions are solved by iterative optimization algorithm, and the N of various game modes is compared and analyzed. The Nash equilibrium solution, which maximizes the interests of all parties, is chosen as the planning scheme of regional energy internet.

【技术实现步骤摘要】
基于博弈论的区域能源互联网规划的数学模型和规划方法
本专利技术涉及能源互联网规划
，具体涉及一种基于博弈论的区域能源互联网规划分析方法。
技术介绍
目前，我国正在有效开展绿色低碳能源体系变革发展，推动“四个革命”，建立清洁低碳、安全高效的现代能源体系。推动能源消费革命，建立能权交易等机制，控制能源消费总量，有效落实节能优先方针；推动能源供给革命，建立多元供应体系，形成煤、油、气、核、新能源、可再生能源多轮驱动的能源供应体系；推动能源技术革命，通过技术创新推进新能源开发与应用，有效提升能源发展水平；推动能源体制革命，构建有效竞争的市场结构和市场体系，形成主要由市场决定能源价格的机制。在技术进步、能源结构调整、体制改革、环境压力等因素的推动下，能源互联网成为能源产业革命的突破口，而区域能源互联网则是其主要形式之一。区域能源网需要规划建设的内容非常多，涉及到众多利益相关方，对时间、人力、资金等方面的成本要求相当高，很少有企业能够独立进行全面布局，而往往需要开展企业间的协作。随着配电网电力改革的深入，涌现的售电公司逐渐发展为拥有分布式电源、供热、供冷等综合业务的能源服务商。分布式电源全面参与电力交易，结合用户气、冷、热、电等多种用能需求，将各种高效能源技术根据需求和技术特点进行优化组合，结合各类能源交易和增值服务，形成综合能源服务模式。对于能源互联网的规划问题，因其能源间的耦合性、模型的非线性以及不同主体的多目标性等特点，通常采用智能算法建立多目标优化模型进行求解。但该类方法忽略了在市场经济条件下，由于综合能源服务商的投资行为导致区域能源互联网中不同主体之间的利益不同，各主体都以自身的利益为最大化采取不同的策略，即可以完全独立决策又可以同其他主体联合共同决策。这样就需要考虑不同主体之间决策的相互影响，从而制定出更合理的能源互联网规划方案。显然，现有的多目标优化规划方法无法描述多个主体之间决策行为，因此需要一种新的方法对其进行分析。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于博弈论的区域能源互联网规划分析方法，建立基于博弈论的区域能源互联网规划模型，分析区域能源互联网中各能源设施的容量优化配置问题，以分布式能源供应商、公共能源运营商和用户作为博弈的参与者，采用迭代搜索法求解不同博弈模式下的Nash均衡点，其结果能够保证能源的高效综合利用，提升各个参与者的综合技术经济效益。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：本专利技术中所指的区域包括但不限于工业、产业、科技等园区，区域能源互联网结构，如图1所示。1.建立基于博弈论的区域能源互联网规划的数学模型本专利技术涉及的能源技术包括可再生能源发电技术、储能系统(EnergyStorageSystem，简称ESS)、冷热电联供系统(CombinedCoolingHeatingandPower，简称CCHP)，可再生能源发电技术包括但不限于光伏发电(Photovoltaic，简称PV)、风力发电(WindTurbine，简称WT)；根据博弈理论，本模型包含了参与者集合、策略集合、收益函数、均衡等基本元素，其中：(1)参与者集合，其包括，(1a)分布式能源服务商：规划区域中的电、热、冷等能源的投资建设和运营者。负责规划区域中能源设施的投资建设、维护以及运营，服务商从上级电网买电、从燃气公司购买燃气，服务商为用户提供能源服务，并决策能源销售价格；(1b)公共能源运营商：向规划区域提供电力、燃气等公共能源的运营商如电力公司、燃气公司。负责该区域中公共能源设施如变电站、储气站的投资建设、维护以及运营，并向分布式能源服务商销售能源；(1c)用户：规划区域中电、热、冷等能源的使用者；以上三者为该博弈模型的参与者，分别用A(Agency)、U(Utilities)、C(Customer)表示分布式能源服务商、公共能源运营商、用户，并将参与者集合表示为：N＝{A,U,C}；(2)策略集合在对区域能源互联网进行规划时，主要是在满足技术性和经济性基础上确定各种能源设施的建设容量；在能源市场化条件下，不同能源设施归属于不同的市场主体，其运营的盈利情况与能源价格、用户的用能行为相关，直接影响了投资回收周期以及规划的建设规模；合理的能源价格能够调整用户的用能行为和用能习惯，提高用户的市场参与度，从而提升设备的运行效率；参与者在进行博弈时，区域分布式能源服务商的建设容量以及销售策略，主要是通过与用户的用能行为以及公共能源运营商的建设情况之间博弈模式决定的；策略集合包括，(2a)分布式能源服务商的策略，是能源站的容量以及能源价格，即光伏发电(PV)、风力发电(WT)、储能系统(ESS)、冷热电联供系统(CCHP)的容量以及电力销售价格，分别记为PPV、PWT、PESS、PCCHP、SE，决策变量可以在某个范围内连续取值，即具有连续的策略空间ΩPV、ΩWT、ΩESS、ΩCCHP、ΩE，具体为其中，分别为光伏发电系统容量的上限和下限；分别为风力发电系统容量的上限和下限；分别为储能系统容量上限和下限；分别为冷热电联供系统容量的上限和下限；分别为售电价格的上限和下限。在当前电力市场改革趋势下，电价具有较为灵活的定价空间，本专利技术中仅以电价为例进行方法的说明，热能价格和冷能价格也可以进行类推；(2b)公共能源运营商的策略，是公共能源设施的容量，即电力公司建设变电站的容量以及燃气公司建设储气站的容量，分别记为PSTA和VGAS，决策变量可以在某个范围内连续取值，即具有连续的策略空间ΩSTA和ΩGAS，具体为其中，分别为电力公司建设的变电站容量上限和下限；分别为燃气公司建设的储气站容量上限和下限；(2c)用户的策略，是不同能源价格采取不同的用能行为以减小用能支付，即调整或平移使用的负荷，记为PC，决策变量可平移负荷可以在某个范围内连续取值，即具有连续的策略空间ΩC，具体为其中，分别为用户可平移负荷的上限和下限；因此，博弈的策略集合为Ω＝(ΩPV,ΩWT,ΩESS,ΩCCHP,ΩE,ΩSTA,ΩGAS,ΩC)；(3)收益函数基于全寿命周期的理念，将参与者收益定义为，参与者的全寿命周期收入与全寿命周期费用(或成本)之差，参与者的收益分别记为IA、IU和IC，从而该博弈的收益向量为I＝(IA,IU,IC)；本专利技术采用资金贴现率来表征全寿命周期的收益，以年平均收入和费用计算各参与者的全寿命周期收益；收益函数包括，(3a)分布式能源服务商的收益函数分布式能源服务商的全寿命周期收入主要包括售能收入报废收入和辅助服务收入等；分布式能源服务商的全寿命周期费用主要包括运行年限内的设备投资建设费用运行维护费用停电补偿费用从公共能源运营商购能的费用等；其中，辅助服务主要是指储能系统(ESS)为公共能源运营商如电力公司提供的削峰填谷、平滑功率输出的辅助功能；在计算过程中，本专利技术采用时间序列模型描述光伏发电(PV)、风力发电(WT)、储能系统(ESS)、负荷(LD)的特性，并分别将t时刻的光伏发电出力、储能系统的功率水平和电负荷需求记作pPV(t)、pWT(t)、pESS(t)和本专利技术在光伏发电、风力发电出力的时间序列的基础上计算其各项费用和收入；具体的，通过间接法得到光伏发电、风力发电出力的时间序列，即首先获取该区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于博弈论的区域能源互联网规划的数学模型，其特征在于，涉及能源技术，所述能源技术包括可再生能源发电技术、储能系统、冷热电联供系统，所述可再生能源发电技术至少包括光伏发电、风力发电；所述数学模型的基本元素至少包括参与者集合、策略集合、收益函数、均衡，其中：(1)参与者集合，包括：规划区域中的分布式能源服务商、公共能源运营商和用户；所述分布式能源服务商、公共能源运营商、用户分别用A、U、C表示，参与者集合为N＝{A,U,C}；(2)策略集合，包括：(2a)分布式能源服务商的策略，包括光伏发电系统(PV)、风力发电系统(WT)、储能系统(ESS)、冷热电联供系统(CCHP)的容量、以及电力销售价格，分别记为PPV、PWT、PESS、PCCHP、SE，光伏发电系统(PV)、风力发电系统(WT)、储能系统(ESS)、冷热电联供系统(CCHP)的分布式能源服务商的决策变量、以及电力销售价格的决策变量，具有连续的策略空间，分别记为ΩPV、ΩWT、ΩESS、ΩCCHP、ΩE，具体为

【技术特征摘要】
2018.09.19 CN 20181109856901.一种基于博弈论的区域能源互联网规划的数学模型，其特征在于，涉及能源技术，所述能源技术包括可再生能源发电技术、储能系统、冷热电联供系统，所述可再生能源发电技术至少包括光伏发电、风力发电；所述数学模型的基本元素至少包括参与者集合、策略集合、收益函数、均衡，其中：(1)参与者集合，包括：规划区域中的分布式能源服务商、公共能源运营商和用户；所述分布式能源服务商、公共能源运营商、用户分别用A、U、C表示，参与者集合为N＝{A,U,C}；(2)策略集合，包括：(2a)分布式能源服务商的策略，包括光伏发电系统(PV)、风力发电系统(WT)、储能系统(ESS)、冷热电联供系统(CCHP)的容量、以及电力销售价格，分别记为PPV、PWT、PESS、PCCHP、SE，光伏发电系统(PV)、风力发电系统(WT)、储能系统(ESS)、冷热电联供系统(CCHP)的分布式能源服务商的决策变量、以及电力销售价格的决策变量，具有连续的策略空间，分别记为ΩPV、ΩWT、ΩESS、ΩCCHP、ΩE，具体为其中，分别为光伏发电系统容量的上限和下限；分别为风力发电系统容量的上限和下限；分别为储能系统容量上限和下限；分别为冷热电联供系统容量的上限和下限；分别为售电价格的上限和下限；(2b)公共能源运营商的策略，包括电力公司建设变电站的容量以及燃气公司建设储气站的容量，分别记为PSTA和VGAS，电力公司和燃气公司的公共能源运营商的决策变量具有连续的策略空间ΩSTA和ΩGAS，具体为其中，分别为电力公司建设的变电站容量上限和下限；分别为燃气公司建设的储气站容量上限和下限；(2c)用户的策略，是不同能源价格采取不同的用能行为以减小用能支付，即调整或平移使用的负荷，记为PC，用户的决策变量具有连续的策略空间ΩC，具体为其中，分别为用户可平移负荷的上限和下限；(3)收益函数参与者收益，定义为参与者的全寿命周期收入与全寿命周期费用之差；分布式能源服务商的收益、公共能源运营商的收益和用户的收益分别记为IA、IU和IC，从而模型的收益向量为I＝(IA,IU,IC)；(3a)分布式能源服务商的全寿命周期收入包括售能收入报废收入和辅助服务收入分布式能源服务商的全寿命周期费用包括运行年限内的设备投资建设费用运行维护费用停电补偿费用从公共能源运营商购能的费用分布式能源服务商的收益函数为：(3b)公用能源运营商包括电力公司和燃气公司；电力公司的全生命周期收入包括由于分布式能源服务商的并网接入，电力系统中网损的降损收益向分布式能源服务商售电的收益以及设备的报废收入电力公司的全寿命周期费用包括运行年限内的设备投资建设费用运行维护费用以及支付分布式能源服务商辅助服务的费用燃气公司的全寿命周期收入包括向分布式能源服务商售气的收益设备的报废收入燃气公司的全寿命周期费用包括运行年限内的设备投资建设费用和运行维护费用公共能源运营商的收益函数为：(3c)用户的用能成本用户的用能效益用户的收益函数为：(4)均衡基于参与者集合、策略集合和收益函数，得出模型的纳什(Nash)均衡，记为分布式能源服务商、公共能源运营商和用户之间为合作方式的博弈或非合作方式的博弈；能源传输和转换的约束条件如下：(4a)能量平衡约束电负荷平衡热负荷平衡冷负荷平衡(4b)电空调约束电空调的制热量、制冷量与耗电功率之间的关系如下：(4c)CCHP模型及约束CCHP的电力出力、制热量、制冷量与燃气之间存在以下关系：2.一种基于博弈论的区域能源互联网规划方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：获取规划区域内的负荷时间序列光伏发电出力的时间序列pPV(t)、风力发电出力的时间序列pWT(t)和经济数据；第二步：依据权利要求1所述的基于博弈论的区域能源互联网规划的数学模型，在不同的博弈模式下分别建立相应的博弈模型；第三步：对博弈模型进行迭代求解；第四步：对合作模式的收益进行分配；第五步：参与者收益分析比较，选取最佳博弈模式；第六步：最佳博弈模式的Nash均衡解作为系统的Nash均衡点分布式能源服务商按照规划投资光伏发电、风力发电、储能系统、冷热电联供系统的容量，并按照策略制定售能价格；公共能源运营商按照规划投资变电站、储气站的容量；用户按照调整用能行为对负荷进行平移；通过对用户、公共能源运营商、分布式能源服务商的博弈分析，最终确定区域能源互联网中光伏发电、风力发电、储能系统、冷热电联供系统的规划容量。3.根据权利要求2所述的基于博弈论的区域能源互联网规划方法，其特征在于：第一步包括获取该规划区域的地块规划数据、风速数据、太阳辐射强度数据；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，朱守真，白晓民，郑竞宏，魏玲，
申请(专利权)人：清华大学，北京智中能源科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11