基于分层博弈的居民用户智能用电技术研究

摘要

在智能电网环境下，需求侧管理作为一种改变和促进电力消费的重要机制，可以提高能源利用率和电网可靠性。需求侧管理强调居民用户与电网之间的双向互动，这其中也包含了用户与用户之间的互动，因而在电网与用户、用户与用户之间存在着大量的博弈行为。本文考虑电动汽车和分布式电源接入电网，并将户用分布式电源作为用户电力自发自用的一种方式，研究电力公司与用户、以及各用户之间的分层博弈行为。本文的主要研究工作如下:
　　首先，建立智能用电系统的基础模型，包括电力公司的成本模型、居民用户的电力消耗模型以及居民用户的负荷模型;
　　其次，在考虑电动汽车接入电网分别进行充电和反向放电，以及将户用分布式电源接入电网发电时，研究居民用户参与ECS(energy consumption scheduling)时的合作博弈行为，用户根据自身负荷的用电安排策略，优化所有用户的能源消耗费用总和，并通过仿真结果分析电动汽车充放电和分布式电源的接入对用户用电计划安排的影响;
　　再次，考虑多个电力公司参与电价政策的决策与发布，在居民用户参与自动家庭能量管理方式下，建立电力公司与居民用户之间的分层合作博弈模型，其中电力公司依据各自的售电分配策略使得所有电力公司的输配电成本总和最小，而用户则通过决策其负荷的用电时段使得总用电费用最低;
　　最后，考虑居民用户用电的满意度，研究多个电力公司报价和多个居民用户负荷调度构成的分层博弈问题，通过描述这种分层博弈的场景，依次建立电力公司和用户的两层博弈模型，博弈的目标是使各电力公司的收益和各用户的综合效益均最大化，并设计分布式算法使这两层博弈均收敛到各自的纳什均衡点。
　　本文的研究结果表明当居民用户以合作博弈的方式参与ECS后，既改善了用户的负荷用电安排，又有效降低了电费;同时，各电力公司在参与合作博弈后成本也得以大大降低。进一步地，在考虑电动汽车接入电网反向放电，以及当居民用户将户用分布式电源接入电网进行电力自发自用时，用户的电费将得以进一步降低。另外，在更实际的应用场合下，当各电力公司和各用户均以非合作的方式参与分层博弈时，电力公司的收益和用户的综合效益均得到了有效的提升。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要工作

第二章 智能用电系统中的关键技术研究

2．1 动态电价机制

2．1．1 分时电价

2．1．2 实时电价

2．1．3 尖峰电价

2．2 智能用电系统

2．3 系统基础模型建立

2．3．1 电力公司的成本模型

2．3．2 用户的电力消耗模型

2．3．3 用户的负荷模型

2．4 内点法

2．5 本章小结

第三章 基于合作博弈的用户负荷用电安排

3．1 合作博弈

3．1．1 合作博弈的定义

3．1．2 合作博弈的收益分配原则

3．2 用户的负荷控制模型

3．2．1 考虑电动汽车充放电的负荷控制模型

3．2．2 考虑户用分布式电源接入电网的负荷控制模型

3．3 能源消费合作博弈模型

3．3．1 计及PEV充放电的用户之间的合作博弈

3．3．2 配有户用光伏发电设备的用户之间的合作博弈

3．4 算例仿真

3．4．1 计及PEV充放电的用户合作博弈仿真分析

3．4．2 配有户用光伏发电设备的用户合作博弈仿真分析

3．5 本章小结

第四章 基于分层博弈的家庭能量管理

4．1 分层博弈

4．1．1 分层博弈的具体内涵

4．1．2 研究分层博弈的意义

4．2 电力公司与用户之间的分层合作博弈模型

4．2．1 第一层合作博弈模型

4．2．2 第二层合作博弈模型

4．2．3 分层合作博弈纳什均衡解的存在性及唯一性证明

4．3 求解纳什均衡解的算法

4．3．1 电力公司之间合作博弈的纳什均衡解求解算法

4．3．2 用户之间合作博弈的纳什均衡解求解算法

4．4 算例仿真

4．5 本章小结

第五章 分层博弈下考虑用户满意度的家庭负荷调度

5．1 分层博弈场景描述

5．2 分层博弈模型构建

5．2．1 电力公司之间的非合作博弈模型

5．2．2 用户之间的非合作博弈模型

5．3 分布式算法

5．4 算例仿真

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 未来展望

参考文献

攻读硕士期间的研究成果

致谢