电网-聚合商-用户三方参与需求响应博弈的优化方法与流程

本发明涉及电力系统调度，尤其涉及一种电网-聚合商-用户三方参与需求响应博弈的优化方法。

背景技术：

1、随着我国电力市场的逐步发展成熟，电力市场交易主体和交易模型不断呈现多样化发展，使得市场主体之间产生了复杂的互动调控和激烈的博弈关系。在互动调控方面，电网为了保持电力系统稳定，需要频繁做出调控，而通过用户侧进行需求响应，可以极大的提升调控效率，节省电网建设成本。由于存在用户数量多，分布广，难以直接接受调控等问题，故需要聚合商对其进行聚合。然而，目前的调控主要通过辅助服务市场进行需求响应，其存在市场出清计算规模大、需求时间长、难以满足调频及紧急响应等情况下调控要求的问题。目前，已有许多研通过建立聚合商利润最大化和用户购电成本最小化的主从博弈模型来优化调控方案，但在这些模型中，电网作为需求响应的发起者只起到提供固定激励价格和固定需求电量数额的作用，并未参与到博弈中，容易造成聚合商获取过多资源，不利于社会资源在各主体之间的合理分配，源荷侧相应的控制成效有待提高。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种电网-聚合商-用户三方参与需求响应博弈的优化，通过建立电网、聚合商和用户这三个主体均参与需求响应的主从博弈模型来促进社会资源的合理分配，平衡多主体的利益的同时更好的激励用户积极参与源荷响应，促进源荷侧协调优化，实现电网的供需平衡。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、第一方面，本发明提供一种电网-聚合商-用户三方参与需求响应博弈的优化方法，

4、方法包括：

5、分别建立电网、聚合商及用户参与需求响应互动的数学模型；

6、基于各所述数学模型，将电网作为博弈的第一主导者，聚合商作为第一从属者，构建电网-聚合商主从博弈模型；同时以聚合商作为博弈的第二主导者，用户作为第二从属者，构建聚合商-用户主从博弈模型；

7、通过建立基于激励和响应的双样本集，并结合双层kriging元模型理论，对构建的两所述主从博弈模型进行优化，获得电网-聚合商主从博弈元模型及聚合商-用户主从博弈元模型；

8、对优化后的两所述主从博弈元模型进行求解，得到电网、聚合商及用户参与需求响应的优化方案。

9、可选的，所建立的聚合商参与需求响应互动的数学模型如下：

10、

11、式中，为聚合商j参与需求响应互动的总收益；为电网向聚合商j下发的响应激励总价；为聚合商j向用户下发的响应补偿总价；为电网下发给聚合商j的单位电能激励价格；i为用户集合；t为时间集合；为聚合商j所辖范围内的用户i在t时段的响应电量；为聚合商j向其所辖范围内的用户i下发的单位电能补偿价格；和分别为聚合商j下发给用户的单位电能激励价格最小值和最大值。

12、可选的，所建立的用户参与需求响应的数学模型如下：

13、

14、式中，为聚合商j所辖范围内所有用户参与需求响应互动的总收益；为聚合商j向用户下发的响应补偿总价；为聚合商j所辖范围内所有用户减少的用电费用；为聚合商j所辖范围内所有用户的响应成本；为聚合商j所辖范围内的用户i在t时段的补偿价格；为聚合商j所辖范围内的用户i在t时段的响应电量；χi为用户i的损失厌恶系数；αt和βt分别为在t时刻的用户响应成本第一系数和第二系数；为聚合商j所辖范围内的用户i在t时段响应的最大电量。

15、可选的，所建立的电网参与需求响应的数学模型如下：

16、

17、式中，pk为电网参与需求响应互动的总收益；cnl为电网参与需求响应互动减少的网络损耗成本；cou为电网参与需求响应互动减少的切负荷赔偿成本；cse为电网参与需求响应互动减少的售电收益；j为聚合商集合；i为用户集合；为聚合商j在一个时间周期t内的平均电价；δ为网损率；γt为t时段的赔偿系数；为聚合商j所辖范围内的用户i在t时段的响应电量；为聚合商j所辖范围内的用户i在t时段的补偿价格；为聚合商j的i号用户在t时段的平均用电量；为聚合商j在t时段的电价；为聚合商j在t时段的总聚合负荷；为电网下发给聚合商j的单位电能激励价格；和分别为电网下发的单位电能激励的最小值和最大值。

18、可选的，所述构建的电网-聚合商主从博弈模型的表达式如下：

19、

20、式中，pk为电网参与需求响应互动的总收益；为电网下发给聚合商j的单位电能激励价格；θk表示电网向聚合商下发的单位电能激励价格策略集；θlaa为聚合商向电网反馈的响应电量策略集；为聚合商j在t时段的总聚合负荷；为聚合商j参与需求响应互动的总收益。

21、可选的，所述构建的聚合商-用户主从博弈模型的表达式如下：

22、

23、式中，为聚合商j参与需求响应互动的总收益；θlab表示聚合商向用户下发的单位电能补偿价格策略集；θus表示用户向聚合商反馈的响应电量策略集；为聚合商j所辖范围内的用户i在t时段的响应电量；为聚合商j所辖范围内所有用户参与需求响应互动的总收益。

24、可选的，所述建立基于激励和响应的双样本集的步骤包括：

25、步骤1：从电网向聚合商下发的单位电能激励价格策略集θk和聚合商向用户下发的单位电能补偿价格策略集θlab中进行随机抽样，获得主导策略样本集a：

26、

27、式中，表示电网下发给聚合商j的第n个策略的单位电能激励价格；为聚合商j下发给用户的第n个策略的单位电能补偿价格；

28、步骤2：将主导策略样本集a代入所述聚合商参与需求响应互动的数学模型中，获得从属策略样本集b：

29、

30、式中，表示聚合商j在t时段第n个策略的总聚合负荷；为聚合商j所辖范围内的用户i在t时段的第n个策略的响应电量；

31、步骤3：将所述主导策略样本集a和从属策略样本集b代入构建的两所述主从博弈模型中，分别获得更新后的主导策略样本集a1和从属策略样本集b1：

32、

33、式中，表示聚合商j在t时段更新后的第n个策略的总聚合负荷，聚合商j所辖范围内的用户i在t时段更新后的第n个策略的响应电量。

34、可选的，所述对构建的两所述主从博弈模型进行优化的步骤包括：

35、将所述从属策略样本集b1输入dace工具箱构建双层kriging元模型，再使用主导策略样本集a1进行训练，获得两所述主从博弈模型中占据从属地位的隐性映射关系如下：

36、

37、式中，fkri1(·)为构建完成的聚合商kriging元模型；fkri2(·)为构建完成的用户kriging元模型；

38、基于所述聚合商kriging元模型，得到优化后的电网-聚合商主从博弈元模型的表达式如下：

39、

40、基于所述用户kriging元模型，得到优化后的聚合商-用户主从博弈元模型的表达式如下：

41、

42、可选的，对优化后的两所述主从博弈元模型进行求解的步骤包括：

43、先求解所述聚合商-用户主从博弈元模型，获得聚合商的报量和报价策略后，将其策略带入所述电网-聚合商主从博弈元模型，获得电网最终成交价格及响应成本；

44、其中，电网-聚合商和聚合商-用户的主从博弈元模型在达到均衡后满足以下约束：

45、

46、式中，表示两所述主从博弈元模型的博弈均衡解；为电网下发给聚合商j的均衡策略；为聚合商j自身的均衡策略；为聚合商j在t时段的用户的均衡策略；为聚合商j所代理的除了用户i∈i之外的其他用户的均衡策略。

47、第二方面，本发明提供一种电网-聚合商-用户三方参与需求响应博弈的优化，运行如本发明第一方面中任一项所述方法的步骤，系统包括：

48、建立模块，用于分别建立电网、聚合商及用户参与需求响应互动的数学模型；

49、构建模块，用于基于各所述数学模型，将电网作为博弈的第一主导者，聚合商作为第一从属者，构建电网-聚合商主从博弈模型；同时以聚合商作为博弈的第二主导者，用户作为第二从属者，构建聚合商-用户主从博弈模型；

50、优化模块，用于通过建立基于激励和响应的双样本集，并结合双层kriging元模型理论，对构建的两所述主从博弈模型进行优化，获得电网-聚合商主从博弈元模型及聚合商-用户主从博弈元模型；

51、求解模块，用于对优化后的两所述主从博弈元模型进行求解，得到电网、聚合商及用户参与需求响应的优化方案。

52、可选的，所述优化模块包括；

53、获得主导策略样本集单元，用于从电网向聚合商下发的单位电能激励价格策略集θk和聚合商向用户下发的单位电能补偿价格策略集θlab中进行随机抽样，获得主导策略样本集a：

54、

55、式中，表示电网下发给聚合商j的第n个策略的单位电能激励价格；为聚合商j下发给用户的第n个策略的单位电能补偿价格；

56、获得从属策略样本集单元，用于将主导策略样本集a代入所述聚合商参与需求响应互动的数学模型中，获得从属策略样本集b：

57、

58、式中，表示聚合商j在t时段第n个策略的总聚合负荷；为聚合商j所辖范围内的用户i在t时段的第n个策略的响应电量；

59、更新样本集单元，用于将所述主导策略样本集a和从属策略样本集b代入构建的两所述主从博弈模型中，分别获得更新后的主导策略样本集a1和从属策略样本集b1：

60、

61、式中，表示聚合商j在t时段更新后的第n个策略的总聚合负荷，聚合商j所辖范围内的用户i在t时段更新后的第n个策略的响应电量。

62、可选的，所述优化模块还包括；

63、训练双层kriging元模型单元，用于将所述从属策略样本集b1输入dace工具箱构建双层kriging元模型，再使用主导策略样本集a1进行训练，获得两所述主从博弈模型中占据从属地位的隐性映射关系如下：

64、

65、式中，fkri1(·)为构建完成的聚合商kriging元模型；fkri2(·)为构建完成的用户kriging元模型；

66、第一优化单元，用于基于所述聚合商kriging元模型，得到优化后的电网-聚合商主从博弈元模型的表达式如下：

67、

68、第二优化单元，用于基于所述用户kriging元模型，得到优化后的聚合商-用户主从博弈元模型的表达式如下：

69、

70、第三方面，本发明提供一种终端，包括处理器及存储介质；

71、所述存储介质用于存储指令；

72、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行本发明第一方面中任一项所述方法的步骤。

73、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明第一方面中任一项所述方法的步骤。

74、本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

75、本发明对电力市场中的电网、聚合商和用户三个主体建立主从博弈模型，准确反映各主体的运行利益需求，克服了现有方法中只考虑聚合商和用户的主从博弈模型易造成聚合商获取过多资源的问题，促进了模型中资源的合理分配，平衡多主体的利益的同时更好的激励用户积极参与源荷响应，促进源荷侧协调优化，实现电网的供需平衡，推动了电力系统巨量负荷侧资源常态化参与互动调控。

76、本发明基于双层kriging元模型对各主从博弈模型中的下层进行拟合，生成上层策略与下层参数之间的函数关系，大大减低了计算的复杂度，提高了主从博弈模型的计算速度；此外，本发明通过建立双样本集对kriging元模型进行构建与训练，克服了传统的单样本集kriging元模型构建方式在误差估计精度以及模型的近似能力方面难以与越来越复杂的实际问题相适应的缺点，提高了kriging元模型的拟合精度。