基于合作博弈论的多微电网优化运行研究

随着“双碳”政策的落地,微电网中的新能源渗透率逐步提高,新能源固有的随机特性也给用户侧的能量管理带了极高的难度。需求侧的能量共享可以有效解决上述问题,在此基础上本文根据合作博弈理论制定了多微电网系统的能量共享方案。该方案解决了两个重要的工程问题,其一是解决了共享功率的大小,其二是解决了自主定价问题。最后,仿真实验证明了采用合作博弈理论制定的能量共享方案可以令微电网在高效消纳可再生能源的同时实现能量的高效匹配。     

基于能量共享的综合能源系统群多主体实时协同优化策略

建设多主体参与的区域综合能源市场是中国能源市场发展的主要方向,但是综合能源系统一般规模较小,用能行为难以掌握,如何处理能源需求预测不准造成的能量偏差成为市场交易的关键问题。通过能量共享方式实现综合能源系统集群参与日前-实时市场,是处理能量偏差的有力途径。设计了基于供应侧多主体竞价互动、需求侧多主体能量共享的综合能源日前-实时市场框架。在此基础上,需求侧园区运营商内部通过能源枢纽模型进行运行优化,外部采用能量共享方式展开交易,并采用合作博弈的Shapley值法对多主体联合运营效益再分配,实现多主体实时协同优化。最后,算例分析表明所提的交易机制和能量共享策略能够在平抑能量偏差的同时有效提升市场各主体利益。     

三层博弈架构下的智能电网能量管理分布式优化方法

如何改善用户用电模式以及优化供配电系统成为了智能电网发展中亟需解决的问题之一。针对电力市场和新能源发电的需求,文章提出一种基于博弈论的三层博弈架构下的智能电网能量分布式优化管理方法。首先,在用户侧,构建家庭用户演化博弈模型反映需求侧响应;其次,针对供电侧,构建多售电公司的非合作博弈模型调节电力市场供需平衡;然后,针对传统火力发电企业与新能源发电企业构建合作博弈模型,并依据Shapley值分配合作博弈中的联盟收益;最后,通过仿真和计算,对提出的三层博弈架构模型进行验证和分析。     

一种基于半分布式结构化拓扑的云储能点对点交易策略研究

随着用户对储能资源需求的日益增长及点对点(peer-to-peer,P2P)交易技术的逐渐成熟,云储能P2P交易有望成为未来用户侧储能的新业态。针对中心化拓扑P2P交易可靠性差、负载不均衡,全分布式拓扑P2P拓展性差、低带宽节点过载的问题,该文提出一种基于半分布式结构化拓扑的云储能P2P交易框架,将能量流、信息流、业务流紧密的耦合在一起,在兼顾通讯效率的同时实现用户隐私保护。在此基础上,针对分层、多主体化交易框架下难以实现全局最优的问题,引入合作博弈理论,构建云储能运营商–社区–用户的双层P2P两阶段交易优化模型：第一阶段,以合作联盟利益最大化为目标,基于嵌套式交替方向乘子法建立云储能运营商–社区–用户双层储能容量共享模型;第二阶段,计及主体参与度差异性与市场因素,设计一种基于纳什议价模型的云储能服务定价机制,以实现利益分配。最后,通过仿真验证所提云储能P2P交易策略的可行性与优越性以及定价机制的公平性,结果可为用户侧储能业务开展提供全新的视角。     

基于价值认同的需求侧电能共享分布式交易策略

分布式电源、储能和柔性负荷的集成赋予了需求侧灵活调控能力,使其能够以产消者身份进行电能共享,从而促进电力资源的优化配置。为此,针对电能共享市场的交易机制进行研究,文章提出了基于价值认同的需求侧电能共享分布式交易策略,旨在降低电力市场的交易成本并提高市场效率。首先,基于剩余理论设计了边际价格驱动下的电能共享模式,同时基于最优反应函数建立了市场博弈模型,揭示了市场无序竞争导致的无谓损失。对此,提出了价值认同机制以提高电能共享市场的运营效率,并设计了基于一致性算法的分布式交易策略以实现产消者间的去中心化交易,从而保护用户的隐私安全。最后,通过数值仿真验证了所提交易策略能够实现电能共享市场的帕累托改进并促进电力资源的优化配置。     

基于价值认同的需求侧电能共享分布式交易策略

分布式电源、储能和柔性负荷的集成赋予了需求侧灵活调控能力,使其能够以产消者身份进行电能共享,从而促进电力资源的优化配置。为此,针对电能共享市场的交易机制进行研究,文章提出了基于价值认同的需求侧电能共享分布式交易策略,旨在降低电力市场的交易成本并提高市场效率。首先,基于剩余理论设计了边际价格驱动下的电能共享模式,同时基于最优反应函数建立了市场博弈模型,揭示了市场无序竞争导致的无谓损失。对此,提出了价值认同机制以提高电能共享市场的运营效率,并设计了基于一致性算法的分布式交易策略以实现产消者间的去中心化交易,从而保护用户的隐私安全。最后,通过数值仿真验证了所提交易策略能够实现电能共享市场的帕累托改进并促进电力资源的优化配置。     

用户侧分布式储能鲁棒博弈优化调度方法

针对开放电力市场环境中多主体电能交易机制下系统的经济调度问题,提出了一种基于合作博弈理论的用户侧分布式储能鲁棒博弈优化调度方法.该方法旨在协调配电网与用户之间的能量交互,通过寻找博弈模型的均衡点来制定最优的用户侧储能调度策略,提高系统的新能源消纳水平和经济效益.其次,为减少系统中源荷功率不确定性对实际调度运行过程中系统...     

基于物联网的分布式资源需求响应和能量管理平台

为了应对电池储能和用户侧可调负荷等分布式资源数量多、分布广而带来的能量管控难度大的问题,本文结合储能及用户可调资源管控需求,设计了一种基于物联网的分布式资源需求响应和能量管理平台.该平台以物联网技术为基础,能够实现电池储能和用户侧可调负荷等分布式资源数据采集、业务运营、智能调度、需求侧响应和能量管理.实际应用结果表明:...     

客户侧分布式储能消纳新能源的互动套餐和多元化商业模式研究

为积极探索客户侧分布式储能消纳新能源的有效途径,基于现阶段市场和政策环境,构建了面向电力需求响应、电储能调峰和跨省跨区新能源现货交易等互动套餐,从准入申请、交易模式、价格机制和计费结算等维度建立了互动机制,开展了不同互动套餐的风险对比分析。然后,通过算例研究了江苏地区客户侧分布式储能选择不同互动套餐的增值可行性,提出了两类典型客户侧分布式储能提高盈利水平的运营策略。最后,基于共享储能理念,提出了客户侧分布式储能的多元化商业模式,实现了客户侧分布式储能不同利益主体的协同共赢。     

计及两级碳交易和需求响应的多微网合作运行优化策略

随着碳交易市场的逐步发展,多微网(multi-microgrids, MMG)系统的多主体交易机制和需求侧互动潜力需进一步挖掘。为此,提出一种计及两级碳交易和需求响应的MMG合作运行优化策略。首先,给出了含两级碳交易的MMG合作运行架构;其次,建立了计及两级碳交易和多类型需求响应的MMG合作运行优化模型;然后,将模型转化为基于纳什议价理论的合作博弈运行优化模型,并将非凸非线性的纳什议价问题转化为易于求解的两个子问题;最后,采用基于预测-校正的交替方向乘子法进行分布式优化求解。改进的园区型微网仿真结果表明:所提模型能有效促进碳排放配额和电能共享,降低MMG总运行成本和总碳排放量,同时分布式求解能保证微网间交易策略公平合理。     

考虑供给-需求调控成本动态变化的园区供用能综合优化模型

对于包含柔性负荷的园区级综合能源系统,可通过调整各能源转换设备的出力改变冷、热、电、蒸汽等能源产品的供给量,也可通过需求侧管理调整各类能源产品的实时需求量。各能源转换设备出力调节及需求管控措施均需相应的成本,有必要对冷、热、电及蒸汽等能源产品的生产侧和需求侧进行综合协调。通过构建冷热电气各类能源转换系统与需求调节措施动态成本的数学模型,以供用能综合成本最低为目标,对能源转换设备出力和需求调节进行综合优化。结果表明：同单纯调节能源转换设备出力相比,园区能源转换设备出力与需求综合调控可进一步降低供用能成本。     

计及需求响应和共享储能的多微网系统双层优化调度

在多微网系统中考虑用户的需求响应行为和加入共享储能装置均会对系统内的能量流动及设备出力情况造成影响。在此背景下,为促进储能装置的高效利用和可再生能源的就地消纳,提出一种同时计及耗能用户需求响应和共享储能的多微网系统双层优化调度策略。对共享储能运行模式、多微网系统和耗能用户自主响应行为进行建模;分别以多微网系统净收益最大、耗能用户总购能成本最低为上、下层目标,形成合作型Stackelberg互动均衡模型;将下层模型转换成KKT最优条件,随后用Big-M法和对偶定理对非线性项进行处理,将Stackelberg博弈模型转换为混合整数线性规划问题,对多微网系统的能源定价策略、共享储能动态容量划分和各微网内设备的运行状态进行求解。为促进微网间的功率交互,提出基于交互贡献度的利润分配方案。最后,采用5个方案作为算例验证了所提策略的有效性。     

基于一致性算法的区域网络集中式共享储能共享机制

现阶段共享储能市场的交易机制存在准入门槛高、交易成本高、交易过程复杂等问题。在高渗透率新能源接入背景下,传统集中式调度方法存在调度中心通信压力大、可靠性差等问题,而分布式调度方法能通过降低市场交易成本来提高市场效率。针对多座新能源场站与共享储能的标准纳什博弈关系,提出了基于价格一致性的共享储能实时共享机制。基于共享储能的实时交易机制,构建了新能源场站与共享储能运营商的分布式个体决策模型;为了实现去中心化共享,在区域共享网络中提出了基于一致性算法的共享储能实时共享机制,参与者通过交互共享电价达成价格认同,最终实现共享储能社会福利最大化。以新能源场站-共享储能网络为算例进行仿真,验证所提分布式调度方法能达到与集中式调度方法相同的效果,且适用性更优。     

面向综合能源园区的三方市场主体非合作交易方法

多能互补、集成优化运行的综合能源园区作为耦合多种能源网络的底层终端,研究其市场运营机制对综合能源系统的发展和可再生能源的消纳具有重要意义。首先建立了包含能源运营商、含分布式光伏的用户、电动汽车充电代理商的综合能源园区模型,提出了以能源运营商为市场主导方的市场交易框架;其次,分析并建立了具有不同属性的三类市场交易主体参与的、各方理性追求自身利益最大化的非合作博弈模型;最后,以某商务型园区冬季典型日场景为例,对所提出的博弈模型进行了求解。仿真结果表明,博弈均衡时,能源运营商向其余两方供能,可以获得一定的收益;含分布式光伏的用户参与市场竞争,通过余量光伏上网售卖能够增加自身的光伏资源利用率,降低自身用能成本;电动汽车代理商选比各方报价并制定自身充电策略,能够降低自身充电费用并协助用户消纳多余的光伏资源,同时减少了用电早高峰时段对配电网的负荷需求。     

基于区块链的微电网市场势博弈模型

微电网是实现新能源优势互补、高效消纳和并网远送的有效形式。基于区块链与微电网市场相似的分布式拓扑结构,设计了微电网市场总体框架。综合考虑微电网市场经济性和能源利用情况,引入博弈理论和势博弈概念,将约束条件转化为状态空间,构造基于双向时变信息交互下状态量序数势博弈的微电网运行优化模型,并证明了该模型状态均衡的存在。在微电网市场不同信息交互的条件下,通过博弈中策略学习算法求解势博弈模型,实现微电网市场的运行优化。仿真结果表明,在微电网市场参与个体保持理性的情况下应用势博弈模型,能够使得微电网中各设备运行在最优水平,增加了微电网的经济收益,提高了新能源利用率。     

考虑供给-需求调控成本动态变化的园区供用能综合优化模型

对于包含柔性负荷的园区级综合能源系统,可通过调整各能源转换设备的出力改变冷、热、电、蒸汽等能源产品的供给量,也可通过需求侧管理调整各类能源产品的实时需求量。各能源转换设备出力调节及需求管控措施均需相应的成本,有必要对冷、热、电及蒸汽等能源产品的生产侧和需求侧进行综合协调。通过构建冷热电气各类能源转换系统与需求调节措施动态成本的数学模型,以供用能综合成本最低为目标,对能源转换设备出力和需求调节进行综合优化。结果表明：同单纯调节能源转换设备出力相比,园区能源转换设备出力与需求综合调控可进一步降低供用能成本。     

基于双层Kriging元模型算法的多产消代理商主从博弈能量管理模型

分布式能源的蓬勃发展为建设低碳高效的能源系统提供了新的途径,但同时也带来用户侧行为随机、能量管理困难等难题.为实现用户侧低碳能源系统的柔性调控与高效管理,提出产消代理商的概念,并对其具体含义作了详细说明.在此基础上,为进一步实现用户侧清洁能源的就地消纳并促进多产消代理商间的能量共享,构建了市场运营商(MO)和多产消代理商间主从博弈模型.该模型中,MO作为博弈的领导者,通过电价优化引导产消代理商的购电/售电行为;而产消代理商作为博弈的跟随者,在收到MO制定的电价后,以最小化用电成本为目标对内部各聚合单元进行优化.同时,为克服下层模型中由布尔变量带来的求解困难问题,采用双层Kriging元模型算法实现博弈模型的求解,减少了下层模型的调用次数,显著提高了计算效率.算例验证了所构建模型的有效性.     

面向配电网设备利用率提升的分布式储能优化配置

随着配电网中负荷峰谷波动特性加剧以及分布式电源的渗透率加大,分布式储能势必成为配电网构建“供储销”新形态,提升存量变配电设备利用率和分布式可再生能源消纳能力是一种可行的技术方案选择。针对配电网时段性、局部性设备重过载负荷平衡需求,提出基于线路和变电设备两阶段潮流灵敏度搜索的分布式储能选址定容优化模型,以储能总投资最小为优化目标,考虑配电网潮流约束及储能运行约束,采用遗传算法优化求解分布式储能配置策略。算例分析表明,结合配电网发用电负荷分布特性、配变电能力,优化规划分布式储能,可发挥分布式储能对传统配电网投资的替代效应,提升配电网资产整体利用率。     

合作模式下含多利益主体的综合能源系统协同优化研究

在能源转型的背景之下,园区综合能源系统成为现代能源领域发展的重要趋势,多园区综合能源系统(multiple park integrated energy system, MPIES)能量协同优化受到了重点关注。针对多园区综合能源系统的多主体分布自治特点,具有模型求解困难与主体隐私问题的集中式调度模式将难以为继。文中提出了一种多主体经济调度架构及竞争合作机制,利用博弈合作理论构建了MPIES博弈合作优化调度模型,基于交替方向乘子法（Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM）对其进行求解,并给出了算法流程。MPIES合作调度模型实现了PIES之间的能源交互,充分挖掘了园区间能源潜力,不仅有效提高新能源利用率和储电设备使用寿命,还具有良好的环保性。算例以多园区综合能源系统为例进行分析,结果验证了所述方法的有效性和准确性。