基于博弈模型的综合需求响应的电-气联合运行优化方法技术

本发明专利技术属于能源系统优化运行领域，涉及基于博弈模型的综合需求响应的电

【技术实现步骤摘要】
基于博弈模型的综合需求响应的电
‑
气联合运行优化方法


[0001]本专利技术属于能源系统优化运行领域，具体涉及一种基于博弈模型的综合需求响应的电
‑
气联合运行优化方法。

技术介绍

[0002]近些年来，在环境逐步恶化的压力下，世界各国越来越重视碳排放的污染治理。国家电网积极参与碳市场的发展，助力能源低碳转型，并且发布了详细的行动方案。与此同时，人类也面临着传统能源短缺及污染严重的问题。在此背景下，能源互联网成为未来能源供应的主流模式，多种能源联合运行，依据各类能源的特性相互补充。既实现能源结构的优化，节能减排，又保障能源使用的稳定性和经济性。然而，随着多种类型能源联合供应，多方能源供应主体存在不同的利益需求和环保要求，负荷需求方同样根据自己的支付成本有更多的响应选择。如何保证供需各方的经济性和社会性，已经成为能源互联中亟需研究解决的问题。
[0003]目前，对于能源互联网的研究主要是设定不同环境下，不同对象的综合能源系统，通过优化实现新能源消纳和经济性的最佳。如2021年第47卷《高电压技术》刊登的陈永龙等的论文“基于多方利益博弈的园区级综合能源系统经济优化运行技术研究”针对不同的智能科技园、工业产业园、智能生活小区建立综合能源系统，进行优化。这些研究在优化中采用了不同的方法如双层优化、博弈论的策略优化。还有一方面的科学研究如张加贝等2021年在期刊《电力需求侧管理》发表的论文“基于需求响应的用户侧综合能源系统分布式博弈均衡策略”，结合需求侧方，做综合能源需求响应的联合优化，其研究对象仍然是大到能源枢纽，小到智慧园区、社区等，但是加入了需求响应模型或者需求响应约束。由于考虑了供需双方的利益，所以更具意义。但是上述研究的对象包含风、光、热电联产和储能的智慧园区，偏于理想化。在目前的实际情况中，区域级综合能源系统几乎没有，要实现不仅建设成本大，而且周期时间较长。
[0004]在能源互联网中，天然气作为除电能以外，主要的一种能源类型，已经广泛供应于商业和家庭中，有成熟的运输管网。全国大多数终端用户均已实现了用电和用气的双能源入口，电能与天然气组成能源互联，实现互补，既与当前实际能源条件相符合，建设成本低，又能对传统电网的稳定性起到积极作用，徐海华等2020年在《电力需求侧管理》发表的论文“用户侧综合能源系统中能源储能优化配置模型研究”对此进行了详细介绍。在需求侧用户中，单个家庭负荷由于柔性水平低，分布分散，不易参与需求侧管理中。
[0005]因此，研究引入家庭负荷聚合集群(Household Load Cluster,HLC)参与能源需求侧管理中。HLC群体具有类似的家庭负荷特性，便于统一地实现柔性需求响应。研究在家庭负荷聚合集群的现实基础条件下，以现有条件设立综合能源互联环境，即用户级综合能源系统，在此基础上进行博弈优化分析，这样建设周期短，成果转化成本低，更具现实意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种基于博弈模型的综合需求响应的电
‑
气联合运行优化方法，将用户作为家庭负荷聚合集群，分别建立供电公司、用户的碳排放折算模型，分析用户能源需求与价格的关系，建立综合能源环境下的供需方主从博弈模型，为能源互联下的电
‑
气联合市场决策优化运行提供参考。
[0007]本专利技术的技术方案是基于博弈模型的综合需求响应的电
‑
气联合运行优化方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：根据综合供能用能情况，建立用户的能源转换模型；
[0009]步骤2：分别建立供电公司、用户的碳排放折算模型；
[0010]步骤3：分析用户能源需求与价格的关系，得到综合能源互联环境下的负荷侧需求
‑
价格函数；
[0011]步骤4：建立综合能源环境下的供需方主从博弈模型；
[0012]步骤5：求解博弈模型，得到Pareto最优解，指导能源互联网优化运行。
[0013]进一步地，步骤1中，将用户作为家庭负荷聚合集群建模，用户侧能源入口包括电能和天然气，用户侧电能一部分转化为热负荷，另一部分电能供应电负荷；用户的能源转换模型如下：
[0014][0015]式中P
out
表示用户的电负荷，H
out
表示用户的热负荷；P
in
表示用户的用电量，V
in
表示用户的天然气用量；α表示用户侧电负荷、热负荷用电量的比例系数；γ
p
表示电能转换为热能的转换系数；γ
h
表示天然气与热能的转换系数。
[0016]进一步地，步骤2中，供电公司的碳排放折算模型如下：
[0017][0018]式中S
p
表示供电公司的碳排放折算强度，P
i
表示电力供应方利用第i种能源发电得到的电能，表示电力供应方的第i种能源的电能转换过程的碳排放折算强度，A
i
表示电力供应方采用第i种能源发电的电能与总电能的比例。
[0019]进一步地，考虑企业的碳排放配额，则
[0020][0021]式中M为企业的碳排放配额。
[0022]进一步地，步骤3中，所述用户侧需求
‑
价格函数如下
[0023][0024]式中j
p
表示电价，J
p
表示用户接受的合理的电价，J
p
为常数；表示用户最大用电
量，表示用户最小用电量。
[0025]优选地，步骤4中，建立主从Stackelberg博弈模型，电力供应方为领导者，用户作为跟随者，电力供应方通过电能价格引导用户负荷调节用能，获得其最小支付，即通过商业互联实现主从方的联系；在考虑碳排放折算和天然气公司供气的情况下，电力供应方只需要通过决策策略集电价的变化，就可使用户根据决策策略集对用电和用气进行协调联动，即需求响应。
[0026]所述Stackelberg博弈模型包含主从双方参与者、参与者的策略集、参与者的支付或收益，其中参与者为电力供应方和用户，即家庭负荷聚合方；电力供应方的策略集为电价，用户的策略集为需求响应值，定义ε为用户热负荷的需求响应值，即用户消耗的热效用负荷中多少比例的热负荷是选择通过能源入口天然气获得，则1
‑
ε表示由电能转换而来的热效用负荷的比例；则博弈模型可表示为：
[0027]G＝{EPC,HLC；j
p
,ε；f
p
,f
L
}
ꢀꢀ
(5)
[0028]其中EPC表示电力供应方，HLC表示家庭负荷聚合方，即用户；j
p
表示电价，f
p
表示电力供应力的支付函数；f
L
表示用户的支付函数；
[0029]电力供应方的支付函数f
p
计算式如下：
[0030][0031]式中c<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于博弈模型的综合需求响应的电
‑
气联合运行优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据综合供能用能情况，建立用户的能源转换模型；步骤2：分别建立供电公司、用户的碳排放折算模型；步骤3：分析用户能源需求与价格的关系，得到综合能源互联环境下的负荷侧需求
‑
价格函数；步骤4：建立综合能源环境下的供需方主从博弈模型；步骤5：求解博弈模型，得到Pareto最优解，指导能源互联网优化运行。2.根据权利要求1所述的电
‑
气联合运行优化方法，其特征在于，步骤1中，将用户作为家庭负荷聚合集群建模，用户侧能源入口包括电能和天然气，用户侧电能一部分转化为热负荷，另一部分电能供应电负荷；用户的能源转换模型如下：式中P
out
表示用户的电负荷，H
out
表示用户的热负荷；P
in
表示用户的用电量，V
in
表示用户的天然气用量；α表示用户侧电负荷、热负荷用电量的比例系数；γ
p
表示电能转换为热能的转换系数；γ
h
表示天然气与热能的转换系数。3.根据权利要求2所述的电
‑
气联合运行优化方法，其特征在于，步骤2中，供电公司的碳排放折算模型如下：式中S
p
表示供电公司的碳排放折算强度，P
i
表示电力供应方利用第i种能源发电得到的电能，表示电力供应方的第i种能源的电能转换过程的碳排放折算强度，A
i
表示电力供应方采用第i种能源发电的电能与总电能的比例。4.根据权利要求3所述的电
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气联合运行优化方法，其特征在于，考虑企业的碳排放配额，则式中M表示企业的碳排放配额。5.根据权利要求3所述的电
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气联合运行优化方法，其特征在于，步骤3中，所述用户侧需求
‑
价格函数如下式中j
p
表示电价，J
p
表示用户接受的合理的电价，J
p
为常数；表示用户最大用电量，表示用户最小用电量。
6.根据权利要求5所述的电
‑
气联合运行优化方法，其特征在于，步骤4中，建立主从Stackelberg博弈模型，电力供应方为领导者，用户作为跟随者，电力供应方通过电能价格引导用户负荷调节用能，获得其最小支付；在考虑碳排放折算和天然气公司供气的情况下，电力供应方只需要通过决策策略集电价的变化，就可使用户根据决策策略集对用电和用气进行协调联动，即需求响应；所述Stackelberg博弈模型包含主从双方参与者、参与者的策略集、参与者的支付或收益，其中参与者为电力供应方和用户，用户即为家庭负荷聚合方；电力供应方的策略集为电价，用户的策略集为需求响应值，定义ε为用户热负荷的需求响应值，即用户消耗的热效用负荷中多少比例的热负荷是选择通过能源入口天然气获得，则1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊炜，粟世玮，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：