[发明专利]一种基于Stackelberg双层博弈模型的园区综合能源交易价量确定方法

说明书

本发明公开一种基于Stackelberg双层博弈模型的园区综合能源交易价量确定方法，针对园区能源交易中能源商和能源用户的定价和定量优化问题，创新性地提出一种基于动态Kriging元模型的Stackelberg主从博弈模型，利用元模型良好的近似特征和误差估计能力将传统上下层博弈模型得以简化。创新性地提出一种将拉丁超立方采样法、动态修正kriging模型结合NSGA2的优化算法以改善均衡算法流程计算繁复、缓慢的缺点，快速准确且保护用户信息隐私的情况下得出博弈模型中双方的NASH均衡解，可求解园区能源交易双边利益最大化情况下的电、气、热最优交易价格和最优负荷需求量。

技术领域

本发明属于园区综合能源系统能源经济优化领域，针对园区内冷热电及气为基础的多能交易，提出一种基于Stackelberg双层博弈模型的园区综合能源交易价量确定方法。

背景技术

随着能源市场消费转型推进，在园区综合能源系统多能交易过程中，其能源商(Integrated Energy System operators,IESO)的价格策略与能源用户(Energy user,EU)的需求策略都备受关注，双边追求效益最优化已成为必然趋势。而经济学中的博弈论方法成为解决优化问题的重要手段。

Stackelberg博弈模型是一种主从复合的双层博弈模型，根据博弈双方分别居于领导和从属的博弈地位，建立上下层目标函数和约束条件，上层IESO以能源交易价格为决策变量，下层EU以用能需求为决策变量，上下层彼此交互、采用优化算法重复寻优，直至得唯一的NASH均衡解，即可得到IESO的价格策略和EU的需求策略。如文献《基于Stackelberg博弈模型的综合能源系统均衡交互策略》、《基于Stackelberg 博弈的微网价格型需求响应及供电定价优化》等大量价量研究均为采用遗传算法求解 Stackelberg博弈模型从而得到分布式能源站和用户之间的价量策略，但是，算法寻优速度慢，调用下层用户信息和数据次数高，导致收敛速度慢的同时，由于非合作博弈中，双方信息是不完全披露性，大量次数调取下层用户信息失去了对下层用户隐私的保护性。

为此，本发明的主要创新点将解决价量寻优过程中的多次调用和计算速度慢等不足，基于动态Kriging元模型改进Stackelberg价量博弈模型以及相应均衡算法。将博弈模型中的IESO和EU优化模型分别建立相应的动态Kriging元模型以改进，并将IESO和 EU的目标函数值分层，挑选出优化解概率大的区域，采用NSGA2优化算法寻得局部最优解，在局部最优解的基础上选出收敛最优解或是更新数据样本并修正Kriging元模型就迭代，可以在提升IESO和EU双方均衡策略解合理性的同时，保证计算速度和双方信息的隐私性。

发明内容

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

1、建立园区综合能源系统多能交易模型。

即基于冷热电多联供的综合能源系统，各类能源生产设备和能量转换设备包括燃气轮机(gas turbine,GT)、余热锅炉(HRSG)、蒸汽轮机(steam turbine,ST)、电转气设备(P2G,Power to Gas)、燃气锅炉(gas boiler,GB)、吸收式制冷机(absorption chiller,AC)、电制冷机(Electric Refrigerator,EC)以及蓄电池(Storage battery,BT)等。

2、建立园区能源系统交易双层Stackelberg博弈模型。

包含上层能源商IESO目标函数和约束条件，其中目标函数为各类能源效益减去成本函数，以实现自身效益最大化为目标；约束条件包括电气热多能流耦合系统功率平衡约束，外部网络约束以及电转气、储电/热和燃气轮机等源储约束等。下层能源用户EU目标函数为EU使用电气热各类能源所得到的满意度之和减去用能成本函数，以提升用能满意度；约束条件为电气热各类负荷需求上下限。