一种考虑投机行为的多能源市场交易策略决策方法

摘要

本发明公开了一种考虑投机行为的多能源市场交易策略决策方法，涉及能源交易控制领域，包括以下步骤：将多能源市场中的交易角色分为三类：购买方、销售方和观望方，将储能系统作为投机者引入交易市场，并使其在初始时被设置为观望方；销售方与购买方进行第一轮动态博弈；根据第一轮动态博弈的结果、历史能源价格以及当前能源信息，使用逻辑回归N元分类算法，给出投机者下一轮选择的交易角色以及对此角色的偏向程度；依据投机者选择的交易角色以及偏向程度，给出其储能效用函数以及其交易模型的最优解，销售方、购买方和投机者根据最优响应算法进行第二轮动态博弈。本发明能够更加灵活地调节电价，缓解高峰期用能压力，达到削峰填谷的调节效果。

说明书

技术领域

本发明涉及能源交易控制领域，尤其涉及一种考虑投机行为的多能源市场交易策略决策方法。

背景技术

随着信息技术与基础设备的发展，微能源网系统结构越来越复杂，本地用户的用能需求也越来越多样化。单一的电力交易市场已经无法满足需求，需要与多能源市场相辅相成，实现将不同类型的能源转换为用户所需的电、热等多种能源。然而，多能源紧密的耦合关系使得微能源网的运行规划及交易策略变得更加复杂、灵活多样。另外，对于纯电力市场，由于受到储能设备的约束，即设备成本高、容星小且频繁的充放电操作对设备使用寿命有一定影响，具有大量剩余电力的微能源网倾向于选择卖出而不是存储。相比之下，在多能源交易中，天然气、热能易于存储且成本相对较低，也可以利用P2G等技术将低谷期过剩的风电/光电转化成天然气进而存储。此时，能源剩余且储能容量充足的微能源网不一定非卖不可，甚至在交易中充当购买方角色。这类微能源网，不满足于仅实现本地供需平衡，还会观察市场能源价格，以低价买入高价卖出实现获利。由此可见，在多能源交易策略研究中，此类微能源网的投机行为值得深入探究。

国内申请号为201510958914.3的名称为“一种面向能源互联网的能源交易模型”的专利提供了一种能源互联网的能源交易模型，在当前分段电价的基础上更新了能源价格的计量方式，给出了一种用统一的函数形式表示电、气、热等多种能源的模型，但整个模型没有把储能设备考虑在内。国内申请号为201810237913.3的名称为“一种基于分布式储能的能源交易系统和方法”的专利公开了一种基于分布式储能的能源交易系统和方法，包括用户终端、储能设备和能源交易平台，实现了储能设备和电网之间的能量交互，抑制区域电网内的用电波动，但这种方法基于电网设计，储能系统储能成本较高，且储能系统收用户端或平台控制，不具备自主性。

综上所述，现有技术对多能源系统能源交易的模型构建中没有很好将储能设备利用起来，并且传统电网交易策略的设计中由于储能设备自身成本限制只能依附于用户端或者交易平台起到一定的调节作用。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种考虑投机行为的多能源市场交易策略决策方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：(1)如何在考虑储能设备的情况下构建多能源的交易策略模型；(2)如何在多能源系统中储能成本较低的前提下设计好储能设备在市场交易中的角色使其能发挥更大的调节能力；(3)如何进行用户端、供能端和储能端三者之间的博弈以到达最优的交易策略。

为实现上述目的，本发明提供了一种考虑投机行为的多能源市场交易策略决策方法，包括以下步骤：

步骤S1：配有可再生能源发电系统、储能系统及小/中型热电联产机组(CHP)的微能源网，依据其能源的短缺或富余情况，作为购买方或销售方，参与多能源现货市场交易；一天划分为T个交易周期；将所述储能系统作为投机者引入交易市场，并使其在初始时被设置为观望方，形成存在三类不同交易角色的多能源交易市场，所述交易角色指所述购买方、所述销售方和所述观望方中的任一种；

步骤S2：所述多能源市场中的所述销售方与所述购买方进行第一轮动态博弈；

步骤S3：根据31个交易特征，使用逻辑回归N元分类算法，给出所述投机者下一轮选择的交易角色以及对此类交易角色的偏向程度；

步骤S4：依据所述投机者选择的所述交易角色以及所述偏向程度，给出其储能效用函数以及其交易模型的最优解，所述销售方、所述购买方和所述投机者根据最优响应算法进行第二轮动态博弈。

进一步地，在所述步骤S1中，在每个时间段t中，若干个所述微能源网根据本地能源供需情况分为所述销售方

进一步地，所述投机者

进一步地，在所述步骤S3中，所述31个交易特征包括根据所述第一轮动态博弈计算得到的能源价格，当前时段，前一周7天内每一天处在与所述当前时段相同时段的能源价格，以及所述投机者的当前能源情况；其中所述能源价格指电价、气价、热能价格中的任一种，所述当前时段指低谷期、平稳期、高峰期中的任一种，所述投机者的所述能源情况包括电储能、剩余电能、热储能、剩余热能、气储能、剩余气能6种情况；

在所述步骤3中，使用所述逻辑回归N元分类算法时，用x代表交易特征，θ表示多分类模型参数，所述投机者选择成为所述销售方、所述购买方、所述观望方这三类交易角色中任一种的概率分布如下

其中，N＝3；所述投机者根据上述概率分布公式选择下一轮的所述交易角色。

进一步地，所述投机者选择任意一种所述交易角色后，其选择所述交易角色的分类概率作为所述投机者选择所述交易角色的偏向程度b

进一步地，在所述步骤S4中，所述投机者的所述储能效用函数取对数函数，当所述投机者选择转变成所述销售方时，

进一步地，在所述步骤S4中，解得所述销售方和所述投机者转变成的销售方的最优能源定价和销售量。

进一步地，在所述步骤S4中，还解得所述购买方和所述投机者转变成的购买方的最优能源购买策略。

进一步地，在所述步骤S4中，所述最优响应算法用于迭代求取所述投机者的投机行为的动态非合作博弈模型的纳什均衡点；所述最优响应算法设定博弈收敛阈值ρ，以前后两次迭代的电价差值与ρ的大小关系作为判定迭代终止的条件，在每次进行所述迭代时，根据上一轮迭代的电价、气价、热能价格分别求解计算结果，所述计算结果包括所述购买方的购买量，所述投机者转变成的购买方的购买量，所述销售方的销售量及调度因子

进一步地，在第k次迭代过程中，如果

与现有技术方案相比，本发明的有益技术效果在于，由于在多能源系统能源交易种考虑了储能设备，且使储能系统以一个具有自主性的投机者身份加入到能源市场交易当中，它可以根据市场交易情况自主选择买进或卖出能源，因此本发明能够更加灵活地调节电价，缓解高峰期用能压力，达到削峰填谷的调节效果。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的微能源网交易示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的热电联产机组示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的交易策略决策方法流程图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

图1为微能源网多能源交易示意图，这里的微能源网不但具备可再生能源发电系统、储能系统和各种电力用户，同时具备一定的能源枢纽(这里选用小/中型热电联产机组)。其中的局部调度中心负责调度本地电、热、气多种能源，并通过能源交易中心参与到多能源交易市场，实现多种能源间的协调互补。值得注意的是，主网和气网(即液化天然气站)在多能源交易市场中作为能源补充供应方，在交易周期

每个微能源网的能量枢纽设备为图2所示的热电联产机组，主要由三部分组成：能源传输设备(不需要任何能源转换，如变压器)、能源转换设备(实现多种能源间的转换，如燃气轮机和燃气锅炉)、能源储存设备(如热储罐和电池)。通过输入一定的天然气(P

其中η

图3所示为本发明所提考虑投机行为的多能源市场交易策略决策方法流程图。初始时让所有的市场投机者均处于观望状态，进行销售方与购买方的第一轮博弈，多能源交易中心计算博弈模型的均衡策略。

第一轮博弈结束后，基于此时段与历史交易情况——即包括高峰期、平稳期和低谷期的当前交易时段，当前及过去一周内同时段的能源价格，微能源网当前各种能源产出及储能情况等共31个交易特征，这31个特征指的是电价、气价、热能价格、当前时段(低谷期/平稳期/高峰期中的某一个)、前一周7天的同时段能源价格(7个电价、7个气价、7个热能价格)、投机者当前能源情况(电储能情况、剩余电能情况、热储能情况、剩余热能情况、气储能情况、剩余气能情况6种)，投机者选择各自的交易角色。选择的策略由多分类算法决定，使用逻辑回归N元分类模型(即类别y＝1,2...N)，可得：

其中，x代表交易特征，θ是多分类模型参数。显然，有N-1个方程，加上概率之和为1的方程，可以得到N个逻辑回归的概率分布，如下：

本发明所提技术方案中的N为3。若投机者k最终选择某一交易角色，该角色的分类概率假定为其选择该交易角色的偏向程度b

第二轮博弈中，当投机者k选择了销售方角色，其最优销售策略如下：

1、最优电价

其中，

2、天然气和热能的最优价格及销售量满足(x＝g,th)：

当投机者k选择购买方角色时，其最优购买策略如下：

·对于电能的最优购买策略

·对于天然气的最优购买策略

·对于热能的最优购买策略

在能源交易市场中加入投机者角色后，原本的能源销售方最优价格

·对于电能，

其中，

·对于天然气和热能，

在能源交易市场中加入投机者角色后，原本的能源购买方的最优购买策略求解如下：

·对于电能：

·对于天然气和热能：

其中，

3、对于天然气调度因子

a)当满足

b)当满足

c)当满足

其中

投机者根据其在第一轮博弈结束后选择的角色加入市场或继续观望，进入到第二轮动态博弈中，考虑投机行为的动态非合作博弈存在唯一的纳什均衡点，通过迭代方法即可求得。第二轮博弈的最优响应算法包含以下步骤：

步骤一：设定电价调度因子σ

步骤二：判断

步骤三：对于每个能源销售方

步骤四：判断等式(16)是否满足，若不满足，转至步骤五，否则转至步骤六。

步骤五：热能价格更新：

步骤六：计算电能总销售量

步骤七：达到纳什均衡点，根据结果确定能源价格

综上，本发明所提技术方案将储能设备作为一个具有自主性的能源交易市场的投机者加入到多能源市场的交易之中，并给出了包含投机者、购买方和销售方三者的最优交易策略。其主要特点在于：

·将储能设备作为市场投机者这一第三方角色引入到能源交易市场当中，它具有三种状态：选择加入购买方买入能源，选择加入销售方卖出能源，选择暂退市场处于观望状态。

·设计了包含三方角色的两轮博弈交易策略，第一轮博弈让全部投机者处于观望状态，第一轮博弈结束投机者选择角色并加入第二轮博弈当中。

·给出了投机者选择角色的依据，选择了相关的31个特征并使用逻辑回归分类算法对投机者进行分类。并给出投机者选择不同角色后的储能效应函数。

·对第二轮博弈设计了一种最优响应算法求取最优的能源价格和销售量、购买量。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。