[发明专利]基于博弈模型的综合需求响应的电-气联合运行优化方法

权利要求书

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：建立用户侧综合需求的不确定模型；

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；

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；Pⁱⁿ表示用户的用电量，Vⁱⁿ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；

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；

步骤3中，用户侧综合需求的不确定模型如下

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；

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-ε表示由电能转换而来的热效用负荷的比例；

所述Stackelberg博弈模型如下：

G＝{EPC,HLC；j_p,ε；f_p,f_L}   (5)

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表示电力供应方的支付函数；f_L表示用户的支付函数；

电力供应方的支付函数f_p计算式如下：

式中c_p表示电能的单位生产成本；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，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；c_pPⁱⁿ表示电能生产成本，表示碳排放税收成本，j_pPⁱⁿ表示售电收益；

结合电力供应方决策策略集和负荷侧需求-价格函数，得到电力供应方的支付函数如下

式中H^out表示用户的热负荷，γ_p表示电能转换为热能的转换系数；

用户的支付函数f_L的计算式如下：

式中J_a表示天然气的单价，j_p表示电价，表示用户侧第i种热负荷的碳排放折算强度，表示用户侧第i种热负荷与热负荷总量的比例；

结合用户决策策略集和负荷侧需求-价格函数，进一步得到用户的支付函数如下

式中γ_h表示天然气与热能的转换系数；

步骤5中，以最优反应函数结合非支配排序遗传算法求解博弈模型，当从方用户，即家庭负荷聚合方根据主方电力供应方采用的决策策略作出最优响应，而主方根据从方的需求响应不再调整自己的策略，接受从方的策略，博弈达到均衡，式(10)成立

式中表示电力供应方最优的电价，ε^*表示用户最优的热负荷需求响应值，即为Nash均衡解；

为得到均衡解，分别对电力供应方、用户的支付函数求一阶偏导，根据最优反应方程求均衡解；判断Nash均衡解存在的合适性，同时求电力供应方、用户的支付函数的梯度向量，判断Nash均衡解是否为Pareto最优解，参与方支付函数的梯度向量如下

其中表示电力供应方的支付函数的梯度向量，表示用户的支付函数的梯度向量；表示电力供应方的支付函数的一阶偏导，表示用户的支付函数的一阶偏导；

采用非支配排序遗传算法结合最优反应函数求解Stackelberg博弈模型的均衡解，并判断Stackelberg均衡解与Pareto最优解的关系。

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，考虑企业的碳排放配额，则

式中M表示企业的碳排放配额。