基于主从博弈模型的电热联合市场中节点能价的计算方法

随着综合能源系统的发展和电力市场改革的深化,电力与热力的产销日益紧密,如何构建一个健康高效的电热联合市场得到了越来越多的关注。为此,本文构建了一个基于Stackelberg博弈理论的电热联合市场框架,独立能源交易中心负责组织能源供应商与用户进行交易,并负责最终的市场出清。基于比例共享原则,提出了考虑生产成本和水泵运行成本的节点热价计算方法,并通过修正用户的热力需求函数以考虑热力在传输过程中的损耗。在博弈模型的求解方面,提出了交互式迭代算法以求解能源供应商的最优设备出力、节点电价和节点热价以及用户的最优混合需求响应。最后,通过算例详细阐述了求解所提模型的计算步骤,展现了所提模型和算法的高效性和实用性。     

考虑碳排放分摊的综合能源服务商交易策略

为寻求在满足用户用能需求的同时降低系统碳排放的有效途径,提出了一种考虑碳排放分摊的多综合能源服务商能源交易策略。基于网络流模型实现碳流追踪并联合Shapley理论建立了综合能源服务商碳排放成本计算模型。应用Nash议价理论构建了多综合能源服务商合作博弈运行模型,将综合能源服务商碳排放成本引入优化目标函数,并利用分布式算法求解最优能源交易量和交易费用。基于由修改的IEEE 39节点电网和12节点气网构成的多综合能源服务商系统进行仿真分析,验证了所提模型和方法的有效性。     

基于Stackelberg博弈模型的综合能源系统均衡交互策略

提出了一个基于多主多从Stackelberg博弈的能源交易模型,通过分析综合能源系统中多个分布式能源站和用户之间的多种能源的交互方式,求解它们之间的均衡交互策略。在博弈模型中,分布式能源站作为领导者负责购入天然气来生产用户所需的电能和热能,通过竞争决定能源价格,并且根据用户需求优化生产方式,从而最大化各自的收益。能源用户作为跟随者,以最大化消费者剩余为目标,根据能源价格决定电需求和热需求。通过分析博弈的性质,证明了该博弈模型存在唯一的均衡解,并推导出了该均衡解的闭式表达式。同时,提出了一个分布式算法,仅使用有限的信息求解出能源交易双方的均衡解。经算例验证,所提的博弈方法和分布式算法可有效地求解出分布式能源站和用户的均衡交互策略。     

基于区块链的微电网双层博弈电力交易优化决策

建立有效、合理的微电网电力市场交易机制以促进分布式清洁能源的就地消纳,是实现微电网运营经济环保、多方共赢的重要途径。为了更好地实现微电网电力市场的运行优化,提出了基于区块链和博弈理论的微电网电力交易模型。首先,对用电主体的效用函数进行改进,以量化区块链技术对其用电福利的影响;然后,基于演化博弈理论构建需求侧各主体选择交易对象的动态过程,基于斯坦伯格(Stackelberg)博弈理论构建供需两侧间的交互机制,建立基于区块链的微电网电力市场双层博弈模型,并采用迭代算法进行求解;最后,在区块链平台上进行仿真分析,结果表明所提方法能有效达到状态均衡,得到最优交易策略,提高了微电网的总福利,实现了微电网电力市场内多主体共赢与协调发展。     

考虑电热联合需求响应的区域综合能源系统多目标双层优化调度

由于区域综合能源系统的多种能源之间存在耦合与互补,电热联合需求响应为区域综合能源系统的优化调度提供了新的手段.本文首先建立能源用户的电力需求响应和热力需求响应模型,提出考虑电热联合需求响应的区域综合能源系统日前多目标优化调度模型.然后,为解决分布式电源与负荷不确定性引起的日前调度偏差,构建了基于模型预测控制的日内滚动优化调度模型.最后,本文对带精英策略的非支配排序遗传算法进行改进,提高了调度模型的求解效率.算例表明,本文提出的模型可有效解决区域综合能源系统的多目标双层优化调度问题,电热联合需求响应可以有效提升区域综合能源系统的经济性和能效水平.     

热力实时定价机制下热电联产机组多能源市场协同决策研究

随着能源市场化改革逐步深入,市场机制下热电联产(CHP)机组的运行与决策受到广泛关注,而以热定电限制了CHP机组的灵活性,影响其独立参与市场的收益.基于此,采用实时定价的热力市场机制挖掘需求灵活性,提出热力实时定价机制下CHP机组在多能源市场中的协同决策双层模型,即CHP机组参与电力市场的同时,在热力市场制定实时热价进行负荷管理释放灵活性,以最大化参与能源市场的利润.其中上层模型为CHP机组最优电力报价与热力定价模型,下层模型为电力批发市场出清模型与热用户决策模型.利用KKT条件等将双层模型转化为混合整数线性规划模型以进行求解.通过算例验证所提模型的可行性与有效性,算例结果表明热力实时定价在有效提高CHP机组电力侧灵活性与机组利润的同时,改善了用户与社会福利.最后,探究了热力实时定价机制下CHP机组在电力市场的策略报价行为.     

基于主从博弈的新型城镇配电系统产消者竞价策略

随着能源互联技术的发展以及售电侧市场的逐步放开,新型城镇配电系统在优化运行和交易模式上呈现多能协同、交易开放的特征。新型城镇配电系统的电力零售交易机制被重新定义,产消者通过非合作竞争上报最优竞标曲线获取最大售电收益,电网公共服务企业收取过网费并提供保底供电服务,用户可基于实时电价与激励政策参与需求响应降低用电成本。在此背景下,充分考虑配电网内多角色的主动参与以及运营商的经济调度要求,建立一种基于主从动态博弈理论的产消者非合作竞价双层模型。以改进的IEEE 33节点配电网为算例,采用改进粒子群优化算法与CPLEX求解器相结合的方法,求得该主从博弈模型的均衡解。仿真结果表明,该策略可以在保证电网公共服务企业和用户利益基础上实现产消者利润最大化,为新型城镇电力零售市场的交易模式提供参考。     

基于主从博弈理论的社区微电网-配网能量交易模型研究

随着全球环境污染问题及化石能源短缺问题日趋突出,分布式光伏大量接入配电侧导致微电网环境下的能量管理愈发困难.为实现微电网能源高效消纳及资源合理配置,提出了一种基于主从博弈的能量交易优化模型.针对光伏产消型社区微电网建立一种新型区域电力市场模型,并根据电网分时电价模型及内部交易电价模型提出市场交易模式选择方案.提出基于数据驱动的产消者负荷模型,并搭建用户经济模型.基于主从博弈理论提出售电用户(主导方)与购电用户(随从方)的博弈模型,并结合微分进化算法提出该模型的求解流程.算例验证了该优化模型对于提升社区收益、促进能量消纳的有效性.     

电力市场环境下源-网-荷多主体协调互动规划

新型主体大量涌现和电力市场化交易是新型电力系统的重要特征。为综合考虑多主体利益以及市场化因素,提出基于博弈论的源-网-荷多主体协调互动的规划模型。首先,分析配电网中各主体间的市场关系,将节点边际电价融入分布式电源运营商、配电网运营商、电力用户的优化配置模型。其次,基于用户的电力效用函数,建立需求侧响应模型;接着,结合三者的博弈关系,构建源-网-荷协调互动模型,采用基于粒子群算法的迭代搜索法求解。最后,分别通过改进的IEEE 33节点系统与实际9节点系统进行算例分析。算例结果表明,在电力市场环境下考虑各主体利益关系,能在保证主体间利益均衡的同时达到减缓线路以及分布式电源投资的目的,具有实际意义。     

基于“空间报价”的电–热现货市场联合出清模式设计EI北大核心CSCD

随着“双碳”目标的提出,能源生产清洁替代和能源消费电能替代成为推动能源转型的重要途径,研究高比例可再生能源接入的电力市场和大量电热转换设备参与的区域热力市场间的协调交易机制,对推动电力系统和区域热力系统的协调运行具有重要意义。基于此,以园区级的电力系统和区域热力系统为研究对象,考虑高比例可再生能源和大量电热转换设备参与的电–热现货市场框架和出清模型,提出了基于“空间报价”的联合出清模式。与其他市场出清模式对比,验证了所提出模式的优越性,并进一步分析了可再生能源高渗透率和高电能替代率对市场出清结果的影响。     

综合能源系统综合需求响应行为研究

面向耦合电、气、冷、热等多种形式能源的综合能源系统,研究柔性负荷、储能和电动汽车等需求侧资源的综合需求响应,有利于挖掘多能负荷的响应潜力,激发综合能源系统的灵活性,提升能源利用效率。首先以区域电-气互联综合能源系统为基础,构建了园区级冷-热-电-气综合能源系统,其次建立了综合能源系统调度模型,通过节点能量平衡方程分析节点能源价格,明确了系统调度-能源价格-综合需求响应的传递关系,然后基于节点能源价格建立了考虑柔性负荷、储能、电动汽车为参与主体的综合需求响应模型;最后通过算例分析了柔性负荷、储能、电动汽车的响应情况,基于节点能源价格对不同位置多能用户综合需求响应前后的负荷曲线进行了分析。     

考虑电热多种负荷综合需求响应的园区微网综合能源系统优化运行

区域综合能源系统是解决社会能源利用效率低以及可再生清洁能源难以消纳问题的有效途径之一。基于电力负荷与热力负荷在综合能源管理中具有相似的可调度价值,提出了一种考虑电热多种负荷综合需求响应的园区微网综合能源系统优化模型。首先,在电力负荷价格型需求响应的基础上,分析了热力负荷具有传输延迟、供热舒适度模糊性等固有特点,可作为柔性负荷参与到优化调度中,即热力需求响应;其次建立了包含风电、光伏、燃气轮机、余热锅炉、储能设备、燃气锅炉、以及电热负荷构成的热电联供型园区微网模型,以系统综合运行成本最小为目标函数。算例仿真结果表明,综合需求响应的应用提高了园区微网热电生产的灵活性,考虑电热力多负荷综合需求响应比单一考虑需求响应可有效地减少弃风、弃光,降低需求侧用户的总能源消耗成本以及系统的运行成本,提高能源利用效率,实现系统环保经济运行。     

用户侧热电联产机组基于优化热点域的综合需求响应模型

随着综合能源系统的不断发展,用户侧热电联产机组（combined heat and power units,CHP）不断普及,对于降低用户用能成本、提高用户用能灵活性具有重要意义。用户侧燃气CHP能够在影响用户用能的前提下使用户具有综合需求响应能力,对于未来电力系统运行具有重要意义。文章结合抽凝式CHP在多能源系统中实际工作特点,提出了“CHP成本优势”的概念,即CHP与同等电热出力的“常规机组+电/热锅炉”构成的“等效CHP”之间运行成本差值。根据CHP不同运行状态“成本优势”的相对大小,从CHP电热运行域中进一步得到电热负荷的“优化热点域”。采用“优化热点域”顶点的线性组合,建立CHP在综合需求响应中的高效优化模型。算例表明,相比传统CHP电热运行域模型,所提出的模型能够减少综合需求响应优化决策的计算复杂度,从而提高计算效率。     

基于综合需求响应的工业园区联络线功率控制

为平抑可再生能源系统所引起的联络线功率波动,工业园区通常采取整合园区内部所有源荷设备进行统一集中管理或基于电力需求响应的简单源荷互动运行模式,未能充分挖掘园区多能负荷综合需求响应的潜力。在分析工业园区用能特点的基础上,文中提出了一种基于综合需求响应的联络线功率控制方法,建立了园区与生产任务相关的储能、空调负荷以及电动汽车的综合需求响应特性模型,并通过激励多元用户进行需求响应以平抑功率的波动,有效实现了兼顾综合运行成本及跟踪控制误差的联络线功率控制。结合南方某蓄电池生产工业园区进行算例分析,结果表明该方法能降低园区经济损失,使内部负荷用户受益,并确保对联络线功率计划的有效跟踪。     

考虑综合需求响应的电热系统调度

随着综合能源中电、热负荷不断增长以及热电联产(CHP)装置、风机等电源迅速发展,弃风现象愈发严重。为解决弃风问题,提出考虑电、热综合需求响应的优化模型。首先,在负荷侧分析电、热负荷的可调度价值,对电负荷建立实时电价模型,并采用价格型需求响应进行调整;其次,采用自回归滑动平均(ARMA)模型描述热负荷的传输延迟特性,并考虑模糊性供热舒适度,使得热负荷具有一定的弹性,即热力需求响应,通过2种响应模式对电、热负荷进行调整可增大风电上网空间;然后,在源侧增加电锅炉和储热装置,增加系统的灵活性,解耦CHP“以热定电”的刚性需求;最后,以系统的日运行费用与弃风成本最小为目标,在Matlab中调用CPLEX对模型进行求解。算例表明,所提方法可显著提升风电消纳能力,降低系统运行成本,提高能源利用效率。     

需求响应机制下含建筑虚拟储能的能源站经济调度

针对综合能源站运行调度中未考虑围护结构蓄热特性以及用户需求响应补贴机制等问题,提出了一种考虑用户协同互动的综合能源站调度方法。首先,综合考虑室内外各种扰量对热过程的影响,建立了以室内空气与围护结构为传热主体的精细化建筑虚拟储能模型。其次,构建了冷热电联合供应的典型能源站设备组成结构以及其与外部能源系统、用户的多主体互动交易关系,提出了基于阶梯型补贴的需求响应机制。然后,以考虑外部购能费用、向用户的售能费用与补贴、站内设备启停和损耗成本的能源站运行收益最大为目标,以用户柔性舒适度区间等为约束,构建了能源站日前经济调度模型,并采用了CPLEX求解器求解。最后,通过算例验证了所述模型与方法的实用性和有效性。     

考虑综合需求响应的电热系统优化调度

考虑配电网中电、热负荷的不断增长,以及热电联产装置(Combined heat and power,CHP)和风机等分布式电源的迅速发展,提出考虑电、热综合需求响应的优化模型。首先,在负荷侧分析电负荷和热负荷的可调价值,电负荷建立实时电价模型,采用价格型需求响应进行调整；热负荷是考虑热负荷的传输延迟特性,采用自回归滑动平均(ARMA)模型描述和计及模糊性供热舒适度特性,使得热负荷具有一定的弹性,即热力需求响应,通过这两种响应模式对电、热负荷进行调整,增大风电上网的空间；其次在源侧增加电锅炉和储热装置,增加系统的灵活性,解耦CHP“以热定电”的刚性需求,最后以系统的日运行费用与弃风成本最小为目标,在Matlab中调用CPLEX对模型进行求解。算例结果表明,在源侧采用CHP+电锅炉和储热相比于传统的CHP+储热,风电的消纳能力有显著提升；在荷侧考虑电、热综合需求响应相比于传统的考虑单一需求响应,可有效的降低系统的运行成本,提高能源的利用效率。     

电力现货市场环境下园区型综合能源系统多阶段联合优化运行

针对国内最新电力现货市场规则,设计了园区型综合能源系统参与电力市场的系统框架和运行模式,基于多时间尺度多步递进优化的思想,建立了包含日前、日内、实时三阶段联合优化经济运行模型:在日前和日内阶段,采用随机优化概率约束解决光伏、负荷的不确定性问题,通过线性规划算法求解现货日前市场最优申报用电量和日内24 h功率计划曲线;在实时阶段,采用模型预测控制算法,形成了对功率、电价信息的滚动跟踪预测和校正反馈,实现与实时市场的同步滚动优化.算例分析结果表明,该优化经济运行模型可以使园区用户积极跟踪电力现货市场价格波动,通过降低综合用能成本有效提升盈利空间.     

The Development of a Method for Calculating the Nodal Prices of the Thermal Energy by Modeling the Thermal and Hydraulic Regimes of the Heat Supply Systems for Solving Control and Optimization Problems

The article deals with the issues of energy saving and increasing the efficiency of thermal energy. Energy saving issues are inextricably linked to the cost of heat for consumers. The costs of thermal energy transfer depend directly on thermal and hydraulic regimes of the heat supply system. A mathematical model and a method for calculating differential heat energy prices for all nodes and consumers of a heat supply system are discussed considering various heat production costs, the actual heat flow distribution, the location of the consumers in the network (the distance from the source), the structure and parameters of the network, and numerous internal and external disturbances of both a systematic and an accidental character. The above factors are taken into account by means of a thermo-hydraulic model for calculating the regimes of the heat supply system with intermediate temporal control nodes that serve as a basis for determination of the heat amount in every node at every time point. The proposed approach to the calculation of nodal prices can be interpreted as a method for solving the problem of distribution of the “price field” over the network for a given distribution of heat flows. The approach is based on three main principles, viz., the nodal balance of the heat cost, the equality of prices for the flows from the common node, and a differentiated increment of prices due to the variable component for the transfer of thermal energy for each of the sections of the calculation scheme. The proposed method for calculating the nodal prices of thermal energy can be used for multicriteria optimization of thermal and hydraulic regimes. The maximum utilization of the cheapest energy in the system or the minimum price of thermal energy for consumers can be the optimization criteria. The proposed approach makes it possible to differentiate prices within the regulatory period currently adopted in accordance with the process conditions of the heat supply system, namely, summer, autumn–spring, and winter conditions, including using peak-load sources. The operating modes have significant differences in the parameters of the heat-transfer medium, such as the flow rate and temperature of the network water.