一种网络变化场景下促进微电网合作的让利方法

1.本发明涉及微电网领域，更确切地说，它涉及一种网络变化场景下促进微电网合作的让利方法。


背景技术：

2.微电网技术作为一种分布式发电应用，具有安装灵活、运行稳定、污染排放低和可再生能源利用率高等特点，有效解决了传统发电方式带来的能源和环境问题。微电网群相比于单微电网能够实现更大的经济价值。多个微电网间的能量互济是形成微电网群的物理条件，合作运营后获得收益将大于每一个微电网独立运营的收益之和，这是保证微电网群内各微电网合作的经济基础，也是微电网群扩张的重要凭据。通常情况下，微电网参与到微电网群中必然会牺牲自身的部分权益，如调控的独立性、信息的隐私性，即通过妥协达成合作，获取自身最大收益。如果环境变化，缺乏主动合作和相互妥协的意愿，微电网会选择退出微电网群。因此，微电网群的网络拓扑会发生动态变化。如何在变化过程中及时调整协同交互策略，使得微电网群能够保持在已有资源情况下的最优运行，是需要研究的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种网络变化场景下促进微电网合作的让利方法。
4.第一方面，提供了一种网络变化场景下促进微电网合作的让利方法，通过建立两阶段动态博弈模型，来分析各微电网的利益博弈行为，并在均衡电价下搜索各方均能接受的交易方案，包括：
5.s1、第一阶段博弈：缺电微电网mgk与余电微电网mgi参与第一阶段博弈，协商交易电价，缺电微电网mgk再根据所述交易电价向余电微电网mgi购电；
6.s2、第二阶段博弈：多个微电网参与第二阶段博弈，确定均衡电价，再通过均衡效用搜索算法，确定所有参与博弈的微电网的交易方案；
7.s3、阶段让利机制：对参与博弈的微电网进行标记，博弈过程中微电网按阶段支付让利成本。
8.作为优选，s1中，缺电微电网mgk与余电微电网mgi的全策略空间为交易电价集合μ和交易功率量集合p
ex
，分别由以下两式表示：
9.[0010][0011]
作为优选，s1包括：
[0012]
s101、公布电量，协商电价：余电微电网mgi可供交易的电量为初始电价定为缺电微电网mgk期望购买电量双方根据供求关系协商交易电价：
[0013][0014]
上式中为协商后两个微电网均能接受的价格，γ为议价因子；
[0015]
s102、功率交易：缺电微电网mgk与余电微电网mgi建立连接，并依据协商的交易电价优先向余电微电网mgi购电，若仍不满足负荷需求则继续向主网购电：
[0016]
s103、清算：缺电微电网mgk对比连接前后效用变化，确定是否维持连接请求，同时结束博弈过程；余电微电网mgi记录交易后的剩余电能状态，并进入第二阶段的博弈。
[0017]
作为优选，s2中，所有微电网以均衡电价进行交易，所述均衡电价表示为：
[0018][0019]
上式表示均衡电价为购电价格和售电价格的均值。
[0020]
作为优选，s2的均衡效用搜索算法中，每一个参与博弈的微电网制定一套使自身效用最大化的交易方案，剩余微电网组成临时联盟提出一套该联盟效用最大的方案，两者皆以一定的步长改变各自的交易功率来降低自身效用，提高对方的效用，直到两者的交易方案达成一致，重复执行该搜索算法，直至遍历完所有参与博弈的微电网。
[0021]
作为优选，s2包括：
[0022]
s201、预处理：确定博弈领导者和博弈跟随者，设博弈领导者集合有leaders＝{leader1,
…
,leader m}，搜集功率缺额、过剩信息，当leaders为售电微电网时，有m＝ns，售电微电网针对出售功率总额进行博弈，按下式计算效用：
[0023][0024]
上式中，表示售电微电网i的效用，第一项为微网间交易的效用，第二项为向电网售电的效用；
[0025]
当leaders为购电微电网时，有m＝nb，购电微电网针对购买功率总额进行博弈，按下式计算效用：
[0026][0027]
上式中，表示购电微电网j的效用，由于其需要向微网和电网支付才能获得电量，因此其效用为负值；
[0028]
s202、初始化：设任一博弈领导者leader i与博弈跟随者集合的功率交易量为令
[0029]
s203、个体最大效益方案：求解leader i效用最大时的功率交易量，剩余m-1个博弈领导者组成临时联盟，并求解该联盟效用最大时所期望的leader i功率交易量；两者的求解公式分别为：
[0030][0031][0032]
其中，为前i-1个博弈领导者通过该算法得到的交易功率，表示t时刻微网间的均衡电价，表示临时联盟中剩余m-1个微电网以联盟整体效用之和最大为目标求得的交易功率，有
[0033][0034]
s204、迭代搜索：leader i在基础上以δp
step
为步长减少交易值，计算该轮自身的效用，表示为：
[0035][0036]
临时联盟在基础上以δp
step
为步长增加leader i的功率交易值，计算该轮临时联盟制定方案下的leader i的效用，表示为：
[0037][0038]
当间隙时，迭代停止，认为在该交易功率的方案下leader i与临时联盟关于效用达成一致；
[0039]
s205、遍历并完成交易：重复s202-s204，直到遍历完所有博弈领导者，确定交易功率集合博弈跟随者集合中的微电网依次按上述交易功率与博弈领导者完成交易。
[0040]
作为优选，s205中，微电网mgi经过博弈过程后总成本函数为：
[0041][0042]
上式由两项组成，第一项为微电网的运行成本，包括发电机成本和储能成本；第二项为微电网参与博弈的效用。
[0043]
作为优选，s3中，所述让利成本体现在交易功率量上，微电网mgi在前一阶段协商得到的基础上减少交易功率，降低自身的效益，阶段让利系数表示为：
[0044][0045]
式中，表示经二阶段博弈过程后，微电网群中mgi的成本；βi表示mgi参与的博弈阶段数，ei为标记变量，这两个参数表明只有当有新的连接，并且进入第二阶段博弈后才会触发让利机制；是mgi在t时刻的效用调节因子；将上式代入mgi的效用计算中，有
[0046][0047]
根据让利后临时联盟重新取得的效益可推得该联盟内微电网的功率交易量，如下式：
[0048][0049]
经过阶段让利机制对系统收益再分配后，mgi的总成本表示为：
[0050][0051]
第二方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质内存储有计算机程序；所述计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面任一所述的一种网络变化场景下促进微电网合作的让利方法。
[0052]
第三方面，提供了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面任一所述的一种网络变化场景下促进微电网合作的让利方法。
[0053]
本发明的有益效果是：
[0054]
(1)本发明可以为网络变化场景下各微电网的利益博弈行为提供分析方法。
[0055]
(2)本发明通过阶段让利机制公平分配了系统扩张带来的涌现收益，促进多微电网群合作运行。
[0056]
(3)本发明可以通过局部经济性的变化判断各微电网的合作意愿。
附图说明
[0057]
图1为微电网群动态博弈框架结构图；
[0058]
图2为微电网群动态博弈树。
具体实施方式
[0059]
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本
发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0060]
实施例1：
[0061]
随着运行环境的变化，微电网群呈现扩张趋势时出现新的微网有意愿加入系统。如图1所示，地区2有n个微电网mg1～mgn组成微电网群联合运行。地区1中的微电网mgk和地区3中的mgm为提高经济性向地区2中的微电网群发起连接请求。由于地理位置限制，mgk仅能与mgi建立连接，mgm仅能与mgn建立连接。mgk和mgm加入原微电网群后，mgm可响应同一区域内mg
p
的连接请求。由于此框架下微电网群的动态扩张存在相似性，下面重点分析mgk加入原微电网群的动态博弈过程。
[0062]
与静态博弈格局中各博弈参与者同时决策不同，上述微电网加入微电网群的行为中，不同的微电网做决策具有先后顺序。采用博弈树来表示上述动态博弈格局，如图2所示。
[0063]
在图2的顶部画出一点x1作为整个博弈树的根节点，表示博弈过程开始。第一阶段的博弈中，根节点x1处标记的mgk开始行动，发起与mgi的连接请求。mgi可采取两种行动回应mgk的连接请求，因此从根节点x1处引出两条树枝，分别表示mgi的“准入”、“拒入”决策。沿着两条博弈路径到达分节点x2和x3。分节点x3表示mgk连接失败，各微电网按原模式运行；分节点x2代表博弈进入第二阶段。
[0064]
第二阶段的博弈中，分节点x2处的mgi希望延续原微电网群各成员协同运行模式，分节点x4和x5处的原微电网群内除mgi的其余微电网(图中记为s
{mg\i}
)同时行动，在阶段让利协议下，n个微电网在自身最大效用的基础上逐步相互妥协，直至达成一致。最后，原微电网群内除mgi的其余微电网对比原运行收益情况，接纳或拒绝有新连接的mgi。经过两阶段的动态博弈，最终可以得到整个博弈过程的博弈树。由以上分析可知，该博弈树中只有一条博弈路径可以构建新的微电网群，即x1～x2～x4。
[0065]
实施例2：
[0066]
本发明提出一种网络变化场景下促进微电网合作的让利方法，通过建立两阶段动态博弈模型，来分析各微电网的利益博弈行为，并在均衡电价下搜索各方均能接受的交易方案，以及引入阶段让利机制公平地分配收益，维持微电网群合作的稳定性。具体的，包括：
[0067]
s1、第一阶段博弈：缺电微电网mgk与余电微电网mgi参与第一阶段博弈，协商交易电价，缺电微电网mgk再根据交易电价向余电微电网mgi购电；
[0068]
s2、第二阶段博弈：多个微电网参与第二阶段博弈，确定均衡电价，再通过均衡效用搜索算法，确定所有参与博弈的微电网的交易方案；
[0069]
s3、阶段让利机制：对参与博弈的微电网进行标记，博弈过程中微电网按阶段支付让利成本。
[0070]
s1中，第一阶段的博弈本质上是点对点博弈，参与的缺电微电网mgk与余电微电网mgi的全策略空间为交易电价集合μ和交易功率量集合p
ex
，分别由以下两式表示：
[0071]
[0072][0073]
两个微电网遵循理性人假设进行点对点交易。为降低成本，它们需尽可能提高交易功率中与微电网交易量的占比，减少与主网的功率交易量，并争取较低的交易价格。
[0074]
s1包括：
[0075]
s101、公布电量，协商电价：余电微电网mgi可供交易的电量为初始电价定为缺电微电网mgk期望购买电量双方根据供求关系协商交易电价：
[0076][0077]
上式中为协商后两个微电网均能接受的价格，γ为议价因子；
[0078]
s102、功率交易：缺电微电网mgk与余电微电网mgi建立连接，并依据协商的交易电价优先向余电微电网mgi购电，若仍不满足负荷需求则继续向主网购电：
[0079]
s103、清算：缺电微电网mgk对比连接前后效用变化，确定是否维持连接请求，同时结束博弈过程；余电微电网mgi记录交易后的剩余电能状态，并进入第二阶段的博弈。
[0080]
s2中，第二阶段的博弈是多主体间的博弈，需要确定主导和跟随博弈者。在完全自由且理性的市场中，博弈的主导者是由在供需关系中占主导地位的个体组成的。买卖双方都能接受的均衡电价表示为：
[0081][0082]
上式表示均衡电价为购电价格和售电价格的均值。
[0083]
调度周期t内参与第二阶段博弈的所有微电网关于电价的策略组合空间，记为表示为：
[0084][0085]
所有微电网以均衡电价进行交易，参与博弈的微电网要提高自身效用必须加大与其他微电网的功率交易量。不同微电网在优化过程中会产生冲突，参考博弈论中讨价还价博弈的方法，提出一种均衡效用搜索算法，使得参与博弈的微电网均能接受在该机制下达成的优化方案。
[0086]
上述均衡效用搜索算法中，每一个参与博弈的微电网制定一套使自身效用最大化的交易方案，剩余微电网组成临时联盟提出一套该联盟效用最大的方案，两者皆以一定的步长改变各自的交易功率来降低自身效用，提高对方的效用，直到两者的交易方案达成一致，重复执行该搜索算法，直至遍历完所有参与博弈的微电网。
[0087]
能源市场中电量总供应量和总需求量变化后，根据供求关系确定的购电微电网和售电微电网在博弈过程中的主从地位也会发生改变。在执行搜索算法时，要先对每个微电网在博弈中的地位归类。
[0088]
基于上述分析，s2包括：
[0089]
s201、预处理：确定博弈领导者(leader)和博弈跟随者(follower)，设博弈领导者集合有leaders＝{leader1,
…
,leader m}，搜集功率缺额、过剩信息，当leaders为售电微电网时，有m＝ns，售电微电网针对出售功率总额进行博弈，按下式计算效用：
[0090][0091]
上式中，表示售电微电网i的效用，第一项为微网间交易的效用，第二项为向电网售电的效用；
[0092]
当leaders为购电微电网时，有m＝nb，购电微电网针对购买功率总额进行博弈，按下式计算效用：
[0093][0094]
上式中，表示购电微电网j的效用，由于其需要向微网和电网支付才能获得电量，因此其效用为负值；
[0095]
s202、初始化：设任一博弈领导者leader i与博弈跟随者集合(followers)的功率交易量为令
[0096]
s203、个体最大效益方案：求解leader i效用最大时的功率交易量，剩余m-1个博弈领导者组成临时联盟，并求解该联盟效用最大时所期望的leader i功率交易量；两者的求解公式分别为：
[0097][0098][0099]
其中，为前i-1个博弈领导者通过该算法得到的交易功率，表示t时刻微网间的均衡电价，表示临时联盟中剩余m-1个微电网以联盟整体效用之和最大为目标求得的交易功率，有
[0100][0101]
s204、迭代搜索：leader i在基础上以δp
step
为步长减少交易值，计算该轮自身的效用，表示为：
[0102][0103]
临时联盟在基础上以δp
step
为步长增加leader i的功率交易值，计算该轮临时联盟制定方案下的leader i的效用，表示为：
[0104][0105]
当间隙时，迭代停止，认为在该交易功率的方案下leader i与临时联盟关于效用达成一致；
[0106]
s205、遍历并完成交易：重复s202-s204，直到遍历完所有博弈领导者，确定交易功率集合博弈跟随者集合中的微电网依次按上述交易功率与博弈领导者完成交易。
[0107]
s205中，微电网mgi经过博弈过程后总成本函数为：
[0108][0109]
上式由两项组成，第一项为微电网的运行成本，包括发电机成本和储能成本；第二项为微电网参与博弈的效用。
[0110]
s3中，在新微电网加入微电网群的过程中，网络拓扑结构发生动态变化。原微电网群中产生新连接的微电网依次参与了两个阶段的博弈，在第二阶段的功率交易量减小，导致原微电网群中其他微电网的效用下降。为维持微电网群公平、稳定地运行，需要对系统收益进行再分配。
[0111]
对参与博弈的微电网进行标记，博弈过程中微电网需要按阶段支付让利成本。让利成本体现在交易功率量上，以微电网mgi为例，微电网mgi在前一阶段协商得到的基础上减少交易功率，降低自身的效益，阶段让利系数表示为：
[0112][0113]
式中，表示经二阶段博弈过程后，微电网群中mgi的成本；βi表示mgi参与的博弈阶段数，ei为标记变量，这两个参数表明只有当有新的连接，并且进入第二阶段博弈后才会触发让利机制；是mgi在t时刻的效用调节因子；将上式代入mgi的效用计算中，有
[0114][0115]
根据让利后临时联盟重新取得的效益可推得该联盟内微电网的功率交易量，如下式：
[0116][0117]
经过阶段让利机制对系统收益再分配后，mgi的总成本表示为：
[0118]