一种基于重复博弈模型的区域综合能源系统优化运行方法技术方案

一种基于重复博弈模型的区域综合能源系统优化运行方法,首先对区域综合能源系统中的配电网、配气网和微能源网进行稳态建模与潮流分析；然后，计及区域综合能源系统中电力环节与能源耦合环节之间的互动影响，将微能源网与配电网作为博弈参与者，分别以微能源网日运行费用和配电网综合满意度为各自的效用函数，构建区域综合能源系统的重复博弈优化模型，并采用自适应变异粒子群算法求解重复博弈优化模型，得到区域综合能源系统博弈均衡优化结果；最后验证基于重复博弈模型的区域综合能源系统优化运行方法的正确性和有效性。本发明专利技术可充分发挥配电网的主动调控作用，同时兼顾微能源网和配电网的利益，实现区域综合能源系统的协同经济优化运行。

An optimal operation method of regional comprehensive energy system based on repeated game model

An optimal operation method of regional comprehensive energy system based on repeated game model. Firstly, steady-state modeling and power flow analysis are carried out for distribution network, gas distribution network and micro energy network in the regional comprehensive energy system. Then, considering the interaction between power link and energy coupling link in the regional comprehensive energy system, the micro energy network and distribution network are regarded as game participants, respectively with micro The daily operation cost of the energy network and the comprehensive satisfaction of the distribution network are utility functions respectively. The repeated game optimization model of the regional comprehensive energy system is constructed, and the adaptive mutation particle swarm optimization algorithm is used to solve the repeated game optimization model to obtain the balanced optimization result of the regional comprehensive energy system. Finally, the optimal operation method of the regional comprehensive energy system based on the repeated game model is verified The correctness and effectiveness of. The invention can give full play to the active regulation and control function of the distribution network, simultaneously taking into account the interests of the micro energy network and the distribution network, and realize the coordinated economic optimal operation of the regional comprehensive energy system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于重复博弈模型的区域综合能源系统优化运行方法
本专利技术涉及一种区域综合能源系统优化运行方法。特别是涉及一种基于重复博弈模型的区域综合能源系统优化运行方法。
技术介绍
随着世界能源格局的深度调整和全球环境污染问题日益加重，为应对能源
的一系列挑战，综合能源系统(integratedenergysystem,IES)应运而生。IES可以看作是微电网的自然延伸，其主要由供能网络、能源转换环节、能源存储环节、综合能源供用单元和终端用户构成。其一方面通过多种能源的统筹调度和协同优化，充分发挥分布式能源多能互补的优势，提高可再生能源利用率；另一方面可以实现能源的梯级利用，提高能源的综合利用水平。近年来，IES的建设和相关研究在我国得到了快速发展，国家科技部973计划、863计划已将IES相关的研发项目列入重点资助范围。国家《能源技术革命创新行动计划(2016-2030)》中指出要重点研究多能互补综合能源网络等技术。由此可见，IES在我国能源变革领域处于极其重要的地位，势必将成为未来能源系统的主要形态。目前，大多数研究主要从模型、算法及指标体系等角度对IES的建模与能流分析、协同规划与优化运行、供能可靠性评估与需求响应机制等方面亟需解决的问题进行归纳总结。区域综合能源系统(integratedcommunityenergysystem,ICES)的优化运行是其中的一个重要研究课题，考虑ICES中不同环节的耦合互动影响并充分发挥配电网的主动调控作用是实现ICES协同经济优化运行的关键。ICES中的电力环节与能源耦合环节分属不同利益主体，其目标、需求和调整策略均有所不同，并且它们之间能量相互耦合，策略及目标收益相互影响，是一种典型的博弈问题。重复博弈是动态博弈的一种特例，参与者在每个阶段面临相同的博弈格局，但可根据对手在前面阶段的行为修正己方策略，从而影响整个博弈过程。基于重复博弈模型的ICES优化运行中，微能源网与配电网轮流决策，以改变双方的能量交互边界，从而动态改变双方策略集，循环进行多回合博弈，直至求得博弈的Nash均衡解，兼顾微能源网和配电网的利益。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种计及ICES中不同环节的耦合互动影响并充分发挥配电网的主动调控作用的基于重复博弈模型的区域综合能源系统优化运行方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于重复博弈模型的区域综合能源系统优化运行方法，包括如下步骤：1)根据区域综合能源系统中区域配电网、区域配气网和微能源网的典型日负荷和风电、光伏出力数据，对区域综合能源系统中的区域配电网、区域配气网和微能源网进行稳态建模与潮流分析；2)计及区域综合能源系统中区域配电网与微能源网之间的互动影响，构建区域综合能源系统的重复博弈模型，其中，将微能源网与区域配电网作为博弈参与者，分别以微能源网日运行费用和区域配电网综合满意度为各自的效用函数，并综合考虑区域配电网、区域配气网和微能源网的约束条件；3)采用自适应变异粒子群算法求解重复博弈模型，验证基于重复博弈模型的区域综合能源系统优化运行方法的正确性和有效性。步骤1)所述的对区域综合能源系统中的区域配电网、区域配气网和微能源网进行稳态建模与潮流分析，包括：(1.1)区域配电网建模作为区域综合能源系统的电力环节和支撑平台，配电网既是其他能源环节的输出对象，又是其他能源系统耦合环节的能量供应者，区域配电网潮流计算模型如下：其中，Pi、Qj分别为节点i的注入有功功率和无功功率；n为节点数；Ui、Uj分别为节点i、j电压幅值；Gij、Bij分别为支路ij的电导和电纳；δij为节点i、j之间的电压相角差；(1.2)区域配气网建模天然气系统包括气源、管道、压缩机、储气点、负荷，区域配气网模型构建包括天然气节点和输气管道，节点类型包括气源点和负荷节点，其中气源点压力为已知，负荷节点流量为已知；区域配气网节点方程如下：M＝A1F其中，A1为缩减的支路-节点关联矩阵；F为支路中的天然气流量矢量；M为天然气管网中的燃气负荷矢量；对于输气管道ij，采用基于Lacey公式计算0～75mbar压力下天然气管道流量Fij：其中，i、j分别为天然气管道始末节点；Fij为管道流量；pi、pj为节i、j上压力；Dij为管道直径；lij为管道长度；fij为无方向摩擦系数；G为天然气比重；以上各值均在温度为288K，大气压为～0.1MPa的标准状况下测得；(1.3)微能源网建模微能源网建模基于能源集线器模型搭建电-气-热耦合微能源网模型，通过耦合矩阵C描述能量输入P与能量输出L之间的耦合关系：L＝CP，所采用的两种典型能源集线器EH1、EH2的能量转化关系如下：其中，Le1、Lh1、Pe1、Pg1、PDG1分别表示典型能源集线器EH1模型中电负荷、热负荷、购电量、购气量、分布式电源输入功率；Le2、Lh2、Pe2、Pg2、PDG2分别表示典型能源集线器EH2模型中电负荷、热负荷、购电量、购气量、分布式电源输入功率；λ1、λ2为电力、天然气分配系数；ηT、ηAC和ηGF分别表示变压器T、空调系统AC和燃气锅炉GF环节的能量转化效率；分别表示微燃机MT环节的电效率和热效率；对区域综合能源系统中配电网采用前推回代法进行潮流计算求解，对区域综合能源系统中配气网采用牛顿节点法进行潮流计算求解，得到区域综合能源系统潮流分析数学模型如下：其中，fe、fg、feh分别表示区域配电网、区域配气网和微能源网的潮流方程；xe为区域配电网的状态变量，包括节点电压、支路功率；xg为区域配气网的状态变量，包括节点压力、管道流量；xeh为微能源网状态变量，包括电、热负荷、购电量、购气量和分布式电源输入功率；步骤2)所述的构建区域综合能源系统的重复博弈模型E如下：E＝<N,H,S,U>其中，N为参与者集，H为行动历史集，S为策略集，U为收益/支付函数；其中，参与者包括微能源网和区域配电网，微能源网通过调整能源分配系数λ1、λ2和购电/气量Pe、Pg改变自身收益/支付，区域配电网通过优化配电网拓扑结构Xe和电容器投切组合Xc作为策略改变自身收益/支付；将1天分为24个时段，假设每个时段各参与者每轮博弈的策略相互告知；在重复博弈过程中，为了描述时间的代价，引入折扣因子α，每增加一个阶段，博弈双方的收益/支付均乘以α，对于博弈参与者s来说，每次博弈表示为：其中，As为每个阶段博弈中参与者s的策略空间；参与者s在阶段k的支付为：其中，为阶段k中博弈参与者s的策略组合；重复博弈模型中博弈双方的具体支付函数分别为：(2.1)微能源网的支付函数微能源网以日运行费用C1为支付函数，由购电费Cgrid、购气费Cgas、DG运维费Com和环保费Cce构成，具体如下所示：minC1＝min(Cgrid+Cgas+Com+Cce)Cgrid、Cgas、Com和Cce分别表示为：其中，Pe(t)、Pg(t)、Ppv(t)和Pwt(t)分别为t时段的购/售电功率、购气功率、光伏出力和风机出力；pbe(t)和pse(t)分别为t时段的购电电价和售电电价；pg为天然气固定价格；ppv和pwt分别表示单位光伏、风机出力的运维费用；βe、βg分别表示购电和购气的等效碳排放系数；β表示单位CO2的处理费用；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于重复博弈模型的区域综合能源系统优化运行方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据区域综合能源系统中区域配电网、区域配气网和微能源网的典型日负荷和风电、光伏出力数据，对区域综合能源系统中的区域配电网、区域配气网和微能源网进行稳态建模与潮流分析；2)计及区域综合能源系统中区域配电网与微能源网之间的互动影响，构建区域综合能源系统的重复博弈模型，其中，将微能源网与区域配电网作为博弈参与者，分别以微能源网日运行费用和区域配电网综合满意度为各自的效用函数，并综合考虑区域配电网、区域配气网和微能源网的约束条件；3)采用自适应变异粒子群算法求解重复博弈模型，验证基于重复博弈模型的区域综合能源系统优化运行方法的正确性和有效性。

【技术特征摘要】
1.一种基于重复博弈模型的区域综合能源系统优化运行方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据区域综合能源系统中区域配电网、区域配气网和微能源网的典型日负荷和风电、光伏出力数据，对区域综合能源系统中的区域配电网、区域配气网和微能源网进行稳态建模与潮流分析；2)计及区域综合能源系统中区域配电网与微能源网之间的互动影响，构建区域综合能源系统的重复博弈模型，其中，将微能源网与区域配电网作为博弈参与者，分别以微能源网日运行费用和区域配电网综合满意度为各自的效用函数，并综合考虑区域配电网、区域配气网和微能源网的约束条件；3)采用自适应变异粒子群算法求解重复博弈模型，验证基于重复博弈模型的区域综合能源系统优化运行方法的正确性和有效性。2.根据权利要求1所述的一种基于重复博弈模型的区域综合能源系统优化运行方法，其特征在于，步骤1)所述的对区域综合能源系统中的区域配电网、区域配气网和微能源网进行稳态建模与潮流分析，包括：(1.1)区域配电网建模作为区域综合能源系统的电力环节和支撑平台，配电网既是其他能源环节的输出对象，又是其他能源系统耦合环节的能量供应者，区域配电网潮流计算模型如下：其中，Pi、Qj分别为节点i的注入有功功率和无功功率；n为节点数；Ui、Uj分别为节点i、j电压幅值；Gij、Bij分别为支路ij的电导和电纳；δij为节点i、j之间的电压相角差；(1.2)区域配气网建模天然气系统包括气源、管道、压缩机、储气点、负荷，区域配气网模型构建包括天然气节点和输气管道，节点类型包括气源点和负荷节点，其中气源点压力为已知，负荷节点流量为已知；区域配气网节点方程如下：M＝A1F其中，A1为缩减的支路-节点关联矩阵；F为支路中的天然气流量矢量；M为天然气管网中的燃气负荷矢量；对于输气管道ij，采用基于Lacey公式计算0～75mbar压力下天然气管道流量Fij：其中，i、j分别为天然气管道始末节点；Fij为管道流量；pi、pj为节i、j上压力；Dij为管道直径；lij为管道长度；fij为无方向摩擦系数；G为天然气比重；以上各值均在温度为288K，大气压为～0.1MPa的标准状况下测得；(1.3)微能源网建模微能源网建模基于能源集线器模型搭建电-气-热耦合微能源网模型，通过耦合矩阵C描述能量输入P与能量输出L之间的耦合关系：L＝CP，所采用的两种典型能源集线器EH1、EH2的能量转化关系如下：其中，Le1、Lh1、Pe1、Pg1、PDG1分别表示典型能源集线器EH1模型中电负荷、热负荷、购电量、购气量、分布式电源输入功率；Le2、Lh2、Pe2、Pg2、PDG2分别表示典型能源集线器EH2模型中电负荷、热负荷、购电量、购气量、分布式电源输入功率；λ1、λ2为电力、天然气分配系数；ηT、ηAC和ηGF分别表示变压器T、空调系统AC和燃气锅炉GF环节的能量转化效率；分别表示微燃机MT环节的电效率和热效率；对区域综合能源系统中配电网采用前推回代法进行潮流计算求解，对区域综合能源系统中配气网采用牛顿节点法进行潮流计算求解，得到区域综合能源系统潮流分析数学模型如下：其中，fe、fg、feh分别表示区域配电网、区域配气网和微能源网的潮流方程；xe为区域配电网的状态变量，包括节点电压、支路功率；xg为区域配气网的状态变量，包括节点压力、管道流量；xeh为微能源网状态变量，包括电、热负荷、购电量、购气量和分布式电源输入功率。3.根据权利要求1所述的一种基于重复博弈模型的区域综合能源系统优化运行方法，其特征在于，步骤2)所述的构建区域综合能源系统的重复博弈模型E如下：E＝<N,H,S,U>其中，N为参与者集，H为行动历史集，S为策略集，U为收益/支付函数；其中，参与者包括微能源网和区域配电网，微能源网通过调整能源分配系数λ1、λ2和购电/气量Pe、Pg改变自身收益/支付，区域配电网通过优化配电网拓扑结构Xe和电容器投切组合Xc作为策略改变自身收益/支付；将1天分为24个时段，假设每个时段各参与者每轮博弈的策略相互告知；在重复博弈过程中，为了描述时间的代价，引入折扣因子α，每增加一个阶段，博弈双方的收益/支付均乘以α，对于博弈参与者s来说，每次博弈表示为：其中，As为每个阶段博弈中参与者s的策略空间；参与者s在阶段k的支付为：其中，为阶段k中博弈参与者s的策略组合；重复博弈模型中博弈双方的具体支付函数分别为：(2.1)微能源网的支付函数微能源网以日运行费用C1为支付函数，由购电费Cgrid、购气费Cgas、DG运维费Com和环保费Cce构成，具体如下所示：minC1＝min(Cgrid+Cgas+Com+Cce)Cgrid、Cgas、Com和Cce分别表示为：其中，Pe(t)、Pg(t)、Ppv(t)和Pwt(t)分别为t时段的购/售电功率、购气功率、光伏出力和风机出力；pbe(t)和pse(t)分别为t时段的购电电价和售电电价；pg为天然气固定价格；ppv和pwt分别表示单位光伏、风机出力的运维费用；βe、βg分别表示购电和购气的等效碳排放系数；β表示单位CO2的处理费用；(2.2)区域配电网的支付函数采用网络重构结合电容器投切作为优化调控手段，选取配电网网损及负荷均衡率为双目标进...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，王子轩，侯磊，张雪，马显，刘洋，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，国网河北省电力有限公司雄安新区供电公司，许继集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13