一种基于非合作博弈的综合能源系统能源共享方法技术方案

一种基于非合作博弈的综合能源系统能源共享方法，包括以下步骤：建立综合能源系统共享机制框架：根据综合能源系统共享机制框架，建立综合能源上层模型和产消者下层模型：根据综合能源上层模型和产消者下层模型建立非合作博弈模型：用分布式算法而非集中式优化方法对非合作博弈模型进行求解，得到价格和负荷，实现能源共享。本发明专利技术提出的基于非合作博弈的综合能源系统能源共享方法，可以通过非合作博弈的方法迭代博弈出综合能源运营商内部的电、气、热共享价格信号，可以有效引导用户的用能行为，保证用户舒适度；通过综合能源系统整合分布式资源和能量转化的方法可以提高能效，促进区域资源的优化配置。进区域资源的优化配置。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非合作博弈的综合能源系统能源共享方法


[0001]本专利技术属于共享经济和电力市场交叉领域，涉及一种基于非合作博弈的综合能源系统能源共享方法。

技术介绍

[0002]为了缓解环境污染和能源短缺，近年提出了区域电、气、热能转换、分配和协调的综合能源系统概念。据估计，到2030年天然气发电量将增长230％，相应的装机容量将迅速增加，进一步加深综合能源系统内部的耦合。开发一个能实现新技术与分布式能源的深度融合、需求多样化(冷、热、电、气等)的一体化能源系统，已成为能源革命的必然选择。
[0003]同时，能源集线器的概念也为综合能源系统的建模和分析带来了方便。能源集线器被认为是一个单元，在这里可以转换、调节和储存多个能量载体。它代表了能源基础设施和负荷之间的接口。各种能源的协调和优化可以提高能源利用的可靠性和灵活性。
[0004]此外，近年来共享经济的概念被熟知并且有了广泛的商业实践。其中共享商业模式已经延伸至电力领域，以储能共享为代表的商业模式已经开始运行。未来还将发展出更多的形式，目前尚未出现综合能源系统电
‑
气
‑
热多能领域的共享形式。
[0005]目前，已有的综合能源系统研究存在以下问题：
[0006](1)如今，用户与发电资源之间的互动已经增加，为用户提供了更多参与能源交易的选择，并促进了最终用户的角色从传统能源消费者向产消者的转变，例如智能建筑，商业住宅，以及可以自行消耗和提供能源的居民社区。如果在市场设计过程中，不充分考虑用户侧的需求响应，就无法充分发挥用户侧的积极性和激励用户之间的互相交易过程，不能促进分布式资源的就地消纳。
[0007](2)随着电力市场的改革，交易正在从传统的垂直整合结构(自上而下)变为交互式竞争结构(彼此之间的相互作用)。电价影响负荷需求，负荷也影响电价。传统的集中式优化方法几乎无法描述两者之间的相互作用，也无法保护信息隐私。因此，在综合能源系统中，在面对市场改革的大环境下，也需要引入新的方法来处理价格和用户侧的交互。其中，非合作博弈论是研究各方如何做出决策的理论，存在利益关联或冲突时，根据自己的能力和所拥有的信息做出合理的决定，适合分析多方之间的交互。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于针对综合能源系统能源共享的问题，提出了一种基于非合作博弈的综合能源系统能源共享方法，该方法考虑了非合作博弈和双层模型，能够实现综合能源运营商的利润和产消者的效用最大化，同时能够为综合能源系统的运行以及多种能源共享经济与电力系统的融合提供参考。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0010]一种基于非合作博弈的综合能源系统能源共享方法，包括以下步骤：
[0011]步骤I：建立综合能源系统共享机制框架：
[0012]步骤II：根据综合能源系统共享机制框架，建立综合能源上层模型和产消者下层模型：
[0013]步骤III：根据综合能源上层模型和产消者下层模型建立非合作博弈模型：
[0014]步骤IV：用分布式算法而非集中式优化方法对非合作博弈模型进行求解，得到价格和负荷，实现能源共享。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，综合能源系统共享机制框架包括能源集线器、新能源以及产消者；综合能源系统包括产消者用户侧和综合能源运营商；其中，运营商为博弈的上层主体，发布价格信号并且嵌有能源集线器设备进行转化；产消者为博弈的下层主体，根据价格信号进行自身共享购售调整；能源集线器包括电、气、热储能装置。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，综合能源系统运营商目标函数是最大化自身利润，表示为：
[0017][0018]式中：F
IES
表示综合能源运营商全天的利润；是在时间段t中向产消者出售的能源收入，是在时间段t中从产消者购买的成本，是与电力市场和天然气市场相互作用的成本，是能源枢纽的运营成本。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，在时间段t中向产消者出售的能源收入在时间段t中从产消者购买的成本电力市场和天然气市场相互作用的成本与能源枢纽的运营成本如下：
[0020][0021][0022][0023][0024]式中，λ
tp,b
，λ
tf,b
，λ
th,b
分别是由产消者共享能源的电力，天然气和热能的供应价格，λ
tp,s
，λ
tf,s
，λ
th,s
分别是生产者接受能源共享所获得的电，气和热价格；分别是生产者接受能源共享所获得的电，气和热价格；分别是产消者i提供和消耗的电量、气量与热量；λ
tEH,p,s
,λ
tEH,p,b
,λ
tEH,f,s
,λ
tEH
,f
,b
分别是时刻t时电力和天然气市场的买、卖价格；P
tEH,s
，P
tEH,b
，F
tEH,s
，F
tEH,b
分别是在市场上买卖的电能与气能；和分别是从存储设备充放电、气、热的能量；备充放电、气、热的能量；和分别是时刻t时存储设备存储电、气与热的单位成本；
[0025]上层主体的策略空间表示为：
[0026][0027]本专利技术进一步的改进在于，能源利润表示为：
[0028][0029]式中，是产消者的电力需求，是产消者的天然气需求，是产消者的热能需求；U
pi,t
(
·
)是电力效用函数，U
fi,t
(
·
)是天然气效用函数，U
hi,t
(
·
)是热能效用函数；是获取储能资源的成本，分别是生产者接受能源共享所获得的电，气和热价格，是总利润；
[0030]假设效用函数是凸的非递减函数，表示为：
[0031][0032]式中，ξ
i,t
，τ
i,t
分别是效用函数的一次系数和二次系数；
[0033]下层模型的策略空间为：
[0034][0035]本专利技术进一步的改进在于，非合作博弈模型为：
[0036]G＝{N；{δ
pro
}；{ψ
load
}；{F
pro
}；{F
IES
}}
ꢀꢀ
(10)
[0037]模型包括三要素，标准化为：
[0038](1)参与者
[0039]IES，DP，SP是博弈中的3个参与者，集合为N＝{Ι,IES}；
[0040](2)策略
[0041]IES领导者的24小时电，气和热价格购销策略用矩阵形式表示如下δ
pro
＝(λ
p,pro
,λ
f,pro
,λ
h,pro
)；
[0042]其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非合作博弈的综合能源系统能源共享方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤I：建立综合能源系统共享机制框架：步骤II：根据综合能源系统共享机制框架，建立综合能源上层模型和产消者下层模型：步骤III：根据综合能源上层模型和产消者下层模型建立非合作博弈模型：步骤IV：用分布式算法而非集中式优化方法对非合作博弈模型进行求解，得到价格和负荷，实现能源共享。2.根据权利要求1所述的一种基于非合作博弈的综合能源系统能源共享方法，其特征在于，综合能源系统共享机制框架包括能源集线器、新能源以及产消者；综合能源系统包括产消者用户侧和综合能源运营商；其中，运营商为博弈的上层主体，发布价格信号并且嵌有能源集线器设备进行转化；产消者为博弈的下层主体，根据价格信号进行自身共享购售调整；能源集线器包括电、气、热储能装置。3.根据权利要求2所述的一种基于非合作博弈的综合能源系统能源共享方法，其特征在于，综合能源系统运营商目标函数是最大化自身利润，表示为：式中：F
IES
表示综合能源运营商全天的利润；是在时间段t中向产消者出售的能源收入，是在时间段t中从产消者购买的成本，是与电力市场和天然气市场相互作用的成本，是能源枢纽的运营成本。4.根据权利要求3所述的一种基于非合作博弈的综合能源系统能源共享方法，其特征在于，在时间段t中向产消者出售的能源收入在时间段t中从产消者购买的成本电力市场和天然气市场相互作用的成本与能源枢纽的运营成本如下：如下：如下：如下：式中，λ
tp,b
，λ
tf,b
，λ
th,b
分别是由产消者共享能源的电力，天然气和热能的供应价格，λ
tp,s
，λ
tf,s
，λ
th,s
分别是生产者接受能源共享所获得的电，气和热价格；分别是生产者接受能源共享所获得的电，气和热价格；分别是产消者i提供和消耗的电量、气量与热量；λ
tEH,p,s
,λ
tEH,p,b
,λ
tEH,f,s
,λ
tEH,f,b
分别是时刻t时电力和天然气市场的买、卖价格；P
tEH,s
，P
tEH,b
，F
tEH,s
，F
tEH,b
分别是在市场上买卖的电能与气能；和分别是从存储设备充放电、气与热的能量；充放电、气与热的能量；和分别是时刻t时存储设备存储电、气与热的单位成本；上层主体的策略空间表示为：
5.根据权利要求2所述的一种基于非合作博弈的综合能源系统能源共享方法，其特征在于，能源的利润为：式中，是产消者的电力需求，是产消者的天然气需求，是产消者的热能需求；U
pi,t
(
·
)是电力效用函数，U
fi,t
(
·
)是天然气效用函数，U
hi,t
(
·
)是热能效用函数；是获取储能资源的成本，λ
tp,s
，λ
tf,s
，λ
th,s
分别是生产者接受能源共享所获得的电，气和热价格，是总利润；假...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭巧，王秀丽，王一飞，吴霁，陈雨甜，张亮，宋平，钟桦，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司上海电力交易中心有限公司，
类型：发明
国别省市：