[发明专利]一种基于博弈理论的综合能源多能交易方法

权利要求书

1.一种基于博弈理论的综合能源多能交易方法，其特征在于，所述多能交易方法包括以下步骤：

步骤一：多能主体初始购能成本计量。采集综合能源系统设定负荷点与能源点的位置与参数信息，输入已知的能源负荷。输入多能主体的结构、位置与参数信息，包括各形式能量转换系数、负荷需求；初始化单位能量基准价格，根据市场交易环境进行计算。

步骤二：综合能源系统优化运行求解。基于综合能源系统优化运行情况以及当前决策xⁱ，转化成优化问题求解Z(xⁱ)。

步骤三：综合能源系统多能主体纳什均衡分析。根据终止条件公式设定迭代的终止值ε，当满足迭代终止条件，达到纳什平衡，输出交易结果，否则进行算法的迭代操作。

2.根据权利要求1所述的一种基于博弈理论的综合能源多能交易方法，其特征在于：所述步骤一(多能主体初始购能成本计量)包括以下内容：

(1)采集综合能源系统设定负荷点与能源点的位置与参数信息，输入已知的能源负荷。输入多能主体的结构、位置与参数信息，包括各形式能量转换系数、负荷需求。

(2)初始化单位能量基准价格

(3)多能主体的购能目标为经济性最优，在供能收入一定的情况下目标为供能的成本最低，成本主要包括两部分：能源的购买成本与设备的运营成本。目标函数为最小化购能成本与运营成本之和。

min F＝F_p(P)+F_O(S)

购能成本

运营成本

式中，F_p(P)为多能主体的购能成本，F_O(S)为多能主体内部能源转换器的运行成本，P是多能主体从能源互联网购入的能源数量方案，S表示多能主体内部能器的运行工况设置方案。购能成本中u(i)和P(i)分别表示第i种输入能源在市场中的价格以及购入的数量。运行成本中，N表示多能主体中的转换器数量，T表示多能主体的优化时长(例如以10min为一个优化时段，共计T个时段)，S(i,t)表示第t个时段第i个转换器的启停工况，v(i)表示第i个转换器单位时段的运行费用，该费用与各转换器的实际情况有关。

3.根据权利要求1所述的一种基于博弈理论的综合能源多能交易方法，其特征在于：所述步骤二(综合能源系统优化运行求解)包括以下内容：

综合能源系统通过多能节点进行耦合，系统运营商以社会福利最高为目标对多能系统进行协同优化，即社会总剩余最大。其中多能主体在满足向零散用户供能需求的同时，作为可变负荷从综合能源系统运营商购能。目标函数为

式中，T表示时段，K表示能源类型，I表示供能节点数，J表示负荷节点数，P_s(t)表示t时段的能源出力，P_d(t)表示t时段的能源负荷，c_i,k(P_s(t)表示在t时刻刻节点i上第k种能源出力为P_s(t)的成本，F_j,k(P_d(t)表示在t时刻节点j上第k种能源购能数量为P_d(t)的费用。

4.根据权利要求1所述的一种基于博弈理论的综合能源多能交易方法，其特征在于：所述步骤三(综合能源系统多能主体纳什均衡分析)包括以下内容：

(1)判断完全信息动态合作博弈过程下，利用二阶堂-矶田函数，判断多能主体博弈供能策略是否达到纳什均衡。

我们一般假设多能市场是一个容纳多形式能量流动的泛能网络，在物理上实则联合多种类型能源传输网络；在市场交易中，多能主体或其他能源购买者给出自身的购买需求，而综合能源系统中的能源生产商则提供能源价格，在达成合作的基础上，各多能主体在交易期间的信息向合作者公开。因此我们一般状况下多能主体在多能市场购能过程是一个完全信息动态合作博弈过程。

(2)当到达博弈平衡点时，参与主体不能再通过改变交易行为使获益增加，可利用二阶堂-矶田函数求解博弈过程的平衡点，将博弈问题转化为一个优化问题，即在策略调整过程中所有参与主体收益的增加值之和最多为零时得到纳什平衡。二阶堂-矶田函数为：

其中，表示第i个参与主体在其他主体采取X策略时，将自身策略从x_i调整为y_i时增加的收益，该函数表示在参与主体调整策略中提高的收益的总和。当达到纳什平衡时，每一项的和最多为零。

(3)利用二阶堂-矶田函数，可以对参与博弈的多能主体的交易决策进行迭代优化。该方法中，利用二阶堂-矶田函数达到纳什均衡的条件为：

(4)采用松弛算法实现迭代的收敛，由参与主体的改进策略点Z(x^k)和当前策略点x^k加权平均更新决策x^k+1，随着纳什均衡点的逼近，改进策略点和当前策略点间的距离越来越近，达到纳什均衡点时，两者之差为零。其中改进点Z(x^k)由步骤3优化求解获得，更新算法如下：

x^k+1＝(1-θ_k)x^k+θ_kZ(x^k)

式中：x^k是第K次迭代的决策，θ_k是迭代的权重系数，并且0≤θ_k≤1，权重系数K可以通过优化函数确定，

(5)更新价格：由于各主体的决策变化导致市场供需发生变化，且能量转换系数与市场价格、供需关系有关，由一定的规律更新市场价格

(6)达到市场平衡，输出最终交易决策。