[发明专利]一种基于势博弈的微电网能量管理系统分布式优化算法

摘要

本发明公开了一种基于势博弈的微电网能量管理系统分布式优化算法，包括如下三个部分：第一部分，基于微电网个体的博弈映射建模，将个体(微电源)映射为局中人，去局中人的收益函数为个体的经济收入或运行成本，把个体不同的约束条件转换成具有统一形式的策略空间；第二部分，通过求和的方式给出势函数，建立起势博弈模型，从而保证了博弈的收敛性；第三部分，采用分布式的方式进行优化求解。本发明从经济性角度为异构的微电网个体建立收益模型；将复杂的个体约束条件转化成局中人的策略空间，从博弈角度将个体统一起来进而建立势博弈模型；采用分布式的方式进行优化求解，充分体现了微电网个体的自主性和智能性。

主权项

1.一种基于势博弈的微电网能量管理系统分布式优化算法，其特征在于，包括以下步骤：1)基于微电网个体的博弈映射建模微电网由个体光伏阵列、风力发电机、柴油机组、蓄电池以及负荷组成，主要分为底层设备单元、功率控制器和顶层的能量管理系统；按照博弈的三要素：局中人、收益/效用函数、策略空间，对微电网个体进行博弈建模，如下：1.1)为了充分体现微电网中微电源自主性，将各微电源映射成局中人，局中人包括光伏、风机、柴油机和蓄电池，各局中人能够自主决策，在相互博弈过程中最大化自身效益，同时促进系统效益最优；1.2)从经济角度协调各微电源出力，因此作为局中人的各微电源的收益函数选择各自对应的经济收入或者运行成本；选择经济收入作为收益函数，优化的目标是使得经济收入最高；选择运行成本作为收益函数，优化的目标是使得运行成本最低；1.3)满足各微电源约束条件的出力范围作为各微电源的策略空间，于是该势博弈的策略组合即为光伏、风机、柴油机和蓄电池的出力组合；Yi＝{Pi:Pi·min≤Pi≤Pi·max}式中，Pi表示第i个微电源的输出功率，Pi·min表示第i个微电源输出功率的下限，Pi·max表示第i个微电源输出功率的上限，Yi表示局中人的策略空间；需要说明的是，将策略空间离散化，使其成为有限的策略空间，确保博弈为有限博弈；2)给出势函数确立势博弈模型采用将各局中人的收益直接求和的方式给出势函数G(y)，表示如下：Fi＝{Fpv,Fwt,Fde,Fba}i∈N式中，Fi为第i个局中人的收益函数，N为局中人的个数，Fpv是光伏局中人的收益函数，Fwt是风机局中人的收益函数，Fde是柴油机局中人的收益函数，Fba是蓄电池局中人的收益函数；3)分布式优化求解3.1)策略空间的确定每个局中人要求满足的约束条件各不相同，为了适应博弈的需要，必须将约束条件转化成局中人的策略空间，简化博弈的模型；光伏阵列和风力发电机要按照功率预测模型对环境参数进行计算，确定对应的最大允许输出功率；光伏和风机的策略就是在最大允许输出功率范围内的离散数据点；蓄电池要根据前一时段充放电情况更新荷电状态，并考虑安全运行确定下一时段允许的充放电功率，将其离散化作为蓄电池局中人的策略空间；柴油机要在基本的机械出力允许范围内考虑启停和爬坡约束确定离散化的策略空间；3.2)策略评估与决策规则假定每个局中人都是个体理性的，即每一个局中人参与博弈的目的是使自身的效益最大化；因此，将局中人的收益函数作为策略评估的目标函数是最直接的方式；采用argmax决策规则，即选择使收益函数取得最大值的策略作为下一步的策略；在离散的策略空间中，通过遍历的方式确定最优策略；3.3)策略更新在局中人确定最优策略之后，按确定的优先顺序进行策略更新；光伏阵列和风机运行维护成本低，加之光能和风能作为清洁可再生能源绿色环保，因此优先更新；蓄电池在微电网中起平衡功率和削峰填谷的作用，设置其策略更新顺序为最后；因此，策略更新的顺序依次为光伏阵列、风机、柴油机和蓄电池；3.4)功率平衡不同于势博弈的其他应用，微电网的势博弈模型必须满足实时功率平衡约束，即使微电网中存在储能装置，但在某一具体时刻也只能充当电源或者负荷；忽略微电网中的网损，认为发电功率与负荷相等，即式中，Pi表示第i个微电源的输出功率，Lj表示第j个负荷消耗的功率；采用罚函数的方法考虑功率平衡约束，设定功率缺额来表征约束满足的程度；功率缺额为所有电源发电减去所有负荷用电；通过功率缺额构造罚函数项Fpun，即将罚函数项Fpun添加到每个局中人的收益函数上，使每个局中人将功率平衡作为其决策时必须考虑的因素；需要说明的是，蓄电池具有双重属性，充电时相当于负荷，放电时等同于电源。