一种基于Stackelberg博弈模型的售电公司最优定价方法技术

本发明专利技术涉及一种基于Stackelberg博弈模型的售电公司最优定价方法。基于Stackelberg主从博弈，考虑多个售电公司与多个用户的售电市场框架。在该框架下，多个售电公司从上级电网公司以统一市场出清电价购买电力，之后结合自身运营成本、最大化自身收益的基础上确定售电价格信息发布给各个用户。各个用户根据售电公司发布的电价信息，结合自身用电效益、最大化自身用电收益的基础上确定计划用电量并将计划用电量上报给售电公司。本文建立了上层各售电公司之间的边际成本定价模型，以及下层多个用户用电效益优化模型。最后给出博弈的求解算法并通过算例对该最优定价策略进行了验证分析。

An optimal pricing method for power sale companies based on Stackelberg game model

The present invention relates to an optimal pricing method for a power sale company based on Stackelberg game model. Based on the Stackelberg Stackelberg game, the power market framework of multiple power companies and multiple users is considered. In this framework, a number of retail companies from the superior Power Grid Corp to unify the market clearing price to buy power, based after the combination of their operating costs and maximize their own income to determine the sale of electricity price information released to all users. Each user according to the electricity price information released by the power company, combined with their own electricity efficiency, maximize their own electricity consumption on the basis of determining the planned electricity consumption and the planned electricity consumption reported to the sale of electricity companies. In this paper, the marginal cost pricing model of the upper selling companies is established, and the optimization model of the lower users' electricity consumption is established. Finally, the algorithm for solving the game is given, and the optimal pricing strategy is verified by an example.

【技术实现步骤摘要】
一种基于Stackelberg博弈模型的售电公司最优定价方法
本专利技术涉及一种基于Stackelberg博弈的售电公司最优定价策略，具体涉及一种基于Stackelberg博弈模型的售电公司最优定价方法，属于售电市场

技术介绍
随着未来智能电网高级量测体系的建立，需求响应技术作为智能电网的核心技术之一，可以充分挖掘负荷侧资源，实现资源的综合优化配置，但总体而言当前对于负荷调节能力的挖掘还不够深入，用户响应程度还不够高。为了整合需求响应资源，使闲置的具有调节能力的中小负荷能够参与到市场中，可以通过专业化需求响应提供商——售电公司，为中小负荷提供参与市场调节的机会。2015年，中共中央国务院发布《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》〔2015〕9号文，进一步促进需求响应管理的发展，使得电网公司及电力售电公司向用户提供实时电价成为了可能，实时电价能反映短期的生产成本及用电量信息，能够指导用户优化用电，是在考虑运行成本和基本投资的情况下，在给定时段，向用户提供电能的边际成本，因此，研究售电公司与用户之间售电电价的制定具有重要意义。纵观现有文献研究，主要集中在单个售电公司和多个用户之间的博弈收益研究，缺少考虑多个售电公司与多个用户之间博弈的收益情况。目前对售电公司的建模主要集中在售电公司从用户获得的收益，缺少考虑售电公司从上级电网购电以及自身运营成本所需要的成本开支。针对于用户的收益，目前主要集中在用户用电设备，缺少考虑用户的用电效益因素影响。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于Stackelberg博弈模型的售电公司最优定价方法。本专利技术为了解决上述问题采用以下的技术方案：本专利技术设计了一种基于Stackelberg博弈模型的售电公司最优定价方法。在上述背景下，本文基于Stackelberg主从博弈，考虑多个售电公司与多个用户的售电市场框架。在该框架下，多个售电公司从上级电网公司以统一市场出清电价购买电力，之后结合自身运营成本、最大化自身收益的基础上确定售电单价信息发布给各个用户，各个用户根据售电公司发布的电价信息，结合自身用电效益、最大化自身用电收益的基础上确定计划用电量并将计划用电量上报给售电公司。本文建立了上层各售电公司之间的边际成本定价模型，以及下层多个用户用电效益优化模型。最后给出博弈的求解算法并通过算例对该最优定价策略进行了验证分析。作为本专利技术的一种优选技术方案：一种基于Stackelberg博弈模型的售电公司最优定价方法，该方法包括以下步骤：步骤001：对用户来说，选择在哪个时段用电，用电量受到售电公司这个时段的电价的影响。我们定义xn,s为第n个用户从第s个售电公司处购买的电量，定义第n个用户的收益Uuser,n为其中，Uuser,s为用户所获得的收益；an为用户舒适度关系因子，可以衡量用户舒适度与费用的关系大小，单位为(元)；bn为用户的用电效益系数；表示用户用电费用开支。令ys为第s个售电公司对用户提供的售电单价，Cn为第n个用户的电费支出预算。对于售电公司给定的一组电价集合{y1,y2,..,yK}，第n(n∈N)个用户通过求解下列用户优化问题计算其最优需求响应：以上优化问题是一个凸优化问题，因此，解是唯一且最优的。先从N个用户和2个售电公司开始分析，之后再将结果推导至K个售电公司。在这种情况下，该n个用户的优化问题为s.t.y1xn,1+y2xn,2≤Cn\*MERGEFORMAT(6)xn,s≥0；s＝1,2\*MERGEFORMAT(7)对约束式使用拉格朗日乘子λn,1，λn,2，λn,3，从而将以上带约束条件的问题转化为下列形式以及互补松弛条件λn,2xn,1＝0\*MERGEFORMAT(10)λn,3xn,2＝0\*MERGEFORMAT(11)λn,1＞0,λn,2,λn,3,xn,1,xn,2≥0\*MERGEFORMAT(12)最大化问题的一阶优化条件是其中由于用户之间唯一的耦合是通过ys，使得用户的需求响应可以为以下其中一种形式：2)情况一：xn,1,xn,2＞0：在这种情况下，λn,2＝λn,3＝0。将λn,2和λn,3代入将式代入获得我们将代入获得2)情况二：xn,1＞0，xn,2＝0：这是当式表明λn,2＝0且将xn,1代入式，可以得到将上式代入，得到可以证明欲证上式成立，只要证成立；只要证成立；只要证明bn(y2-y1)＝Cn上式成立，是因为可以得到bn(y2-y1)＝Cn。因此，xn,1可以写成如下形式3)情况三：xn,1＝0，xn,2＞0：这与情况二相似，可以得到如下形式4)情况四：xn,1＝0，xn,2＝0：在这种情况下，λn,1＝0且λn,2，λn,3可以为任意非负实数。这是一种极端例子，只有当Cn＝0或者时才发生。请注意以上讨论情况一至三，均是在电力约束和成本约束为等式时计算得到。因此一般地，由N个用户和K个售电公司组成的交易机制，根据给定的一组{ys}，结合式，用户的用电量模型可以归纳为：其中，xn,s≥0,n∈N。步骤002：令第s个售电公司从上级电网购买的电量为Ps，该Ps为售电公司s向所有用户可提供的最大电量。每一个售电公司都期望销售可提供的所有电量。如果有一个单独的售电公司，为了自身收益最大化，定价特别高。然而，在这样情况下，会有两个因素制约售电公司的电力定价。第一个制约因素是用户的预算，第二个制约因素是其他售电公司的售电电价。所有的售电公司互相之间进行一场电费合作价格选择博弈，决定这各自的最优售电单价。我们假定对于所有s∈K都有一个给定的Ps，对于第s个售电公司的收益Ugen,s为其中，y-s表示除了售电公司s以外其他售电公司售电电价；acr,s、dcr,s为售电公司的运营成本曲线系数，可通过售电公司的成本分析得到；xn,s为售电公司s向第n个用户销售的电量；ys为售电公司s的售电电价；λr为市场清算电价。因此售电公司s的优化问题可以描述为ys≥acr,s+λr,s∈K\*MERGEFORMAT(25)为了保证售电公司收益随电量增加而增加，需要U′gen,s≥0，且用户将售电公司从上级电网购买的电量全部用完，因此得到等式约束及不等式约束；当式为等式约束时，售电公司的收益就是随着电量的增加而为一个增函数。当售电公司可提供的电量为给定情况时，每一个售电公司都希望销售掉尽可能多的的电量，当式取等号时，即售电公司销售自身可提供的全部电量。为了求解售电公司的优化问题，我们针对式,定义Lgen,s为将式及约束代入上式，可得令对上式整理有将售电公司拉格朗日函数关于ys求一阶导数对于售电公司s有对上式进行整理有式给出了K个等式，而式给出的K个等式来源于式的等式约束。为了求解这2K个等式，可以获得及根据获得的y*，可以计算得到现在，将式代入式，我们可以得到将式代入式可以得到步骤003：针对所述的确定性模型，开始进行Stackelberg博弈优化迭代。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述售电框架采用3个售电公司与5个用户模型进行电力交易。有益效果：本专利技术所述一种基于Stackelberg博弈模型的售电公司最优定价方法，该方案与现有技术相比，具有以下技术效果：需求响应技术促进智能电网深入的发展，在用户与售电公司之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Stackelberg博弈模型的售电公司最优定价方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤001.每个售电公司以一个随机电价

【技术特征摘要】
1.一种基于Stackelberg博弈模型的售电公司最优定价方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤001.每个售电公司以一个随机电价作为初始值，且所有售电司将售电电价信息发送给用户；步骤002.每个用户使用式确定从每个售电公司处购买的用电量；步骤003.售电公司计算从电网购买的电量和所有用户从该售电公司购电之和的差；步骤004.代入式更新电价，其中t为迭代次数；步骤005.任何一个售电公司更新电价，都将电价信息发送给用户；步骤006.用户更新计划用电量并通知售电公司；步骤007.其他售电公司也更新售电电价；步骤008.满足收敛条件，终止，输出最优解；否则，转步骤2)；步骤009.采用Stackelberg博弈求解，获得基于Stackelberg博弈模型的售电公司最优定价方法方案中的最优解。2.根据权利1所述的基于Stackelberg博弈模型的售电公司最优定价方法，其特征在于：所述步骤001包括：我们定义xn,s为第n个用户从第s个售电公司处购买的电量，定义第n个用户的收益Uuser,n为其中，Uuser,s为用户所获得的收益；an为用户舒适度关系因子，可以衡量用户舒适度与费用的关系大小，单位为元；bn为用户的用电效益系数；表示用户用电费用开支；令ys为第s个售电公司对用户提供的售电单价，Cn为第n个用户的电费支出预算；对于售电公司给定的一组电价集合{y1,y2,..,yK}，第n(n∈N)个用户通过求解下列用户优化问题计算其最优需求响应：以上优化问题是一个凸优化问题，因此，解是唯一且最优的；先从N个用户和2个售电公司开始分析，之后再将结果推导至K个售电公司，在这种情况下，该n个用户的优化问题为：s.t.y1xn,1+y2xn,2≤Cn\*MERGEFORMAT(6)xn,s≥0；s＝1,2\*MERGEFORMAT(7)对约束式使用拉格朗日乘子λn,1，λn,2，λn,3，从而将以上带约束条件的问题转化为下列形式以及互补松弛条件λn,2xn,1＝0\*MERGEFORMAT(10)λn,3xn,2＝0\*MERGEFORMAT(11)λn,1＞0,λn,2,λn,3,xn,1,xn,2≥0\*MERGEFORMAT(12)最大化问题的一阶优化条件是其中由于用户之间唯一的耦合是通过ys，使得用户的需求响应可以为以下其中一种形式：1)情况一：xn,1,xn,2＞0：在这种情况下，λn,2＝λn,3＝0；将λn,2和λn,3代入将式代入获得我们将代入获得2)情况二：xn,1＞0，xn,2＝0：这是当式表明λn,2＝0且将xn,1代入式，可以得到将上式代入，得到可以证明欲证上式成立，只要证成立；只要证成立；只要证明bn(y2-y1)＝Cn上式成立，是因为可以得到bn(y2-y1)＝Cn；因此，xn,1可以写成如下形式3)情况三：xn,1＝0，xn,2＞0：这与情况二相似，可以得到如下形式4)情况四：xn,1＝0，xn,2＝0：在这种情况下，λn,1＝0且λn,2，λn,3可以为任意非负实数，这是一种极端例子，只有当Cn＝0或者时才发生；请注意以上讨论情况一至三，均是在电力约束和成本约束为等式时计算得到；因此一般地，由N个用户和K个售电公司组成的交易机制，根据给定的一组{ys}，结合式，用户的用电量模型可以归纳为：其中，3.根据权利1所述的基于Stackelberg博弈模型的售电公司最优定价方法，其特征在于：所述步骤002包括以下步骤：令第s个售电公司从上级电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈星莺，吴淳，李瑶虹，谢俊，金颋，钱科军，余昆，
申请(专利权)人：河海大学，国家电网公司，国网江苏省电力公司，国网江苏省电力公司苏州供电公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32