一種基于非合作博弈的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的優(yōu)化算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)的運行、仿真、分析與調(diào)度技術(shù)，特別涉及一種基于非合 作博弈的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的優(yōu)化算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微電網(wǎng)被認為是利用分布式電源尤其是可再生能源的有效途徑之一。國際電工委 員會（IEC)在《2010-2030應對能源挑戰(zhàn)白皮書》中明確將微電網(wǎng)技術(shù)列為未來能源鏈的關(guān) 鍵技術(shù)之一。相比于大電網(wǎng)，微電網(wǎng)"多種能源輸入(風、光、天然氣等）、多種產(chǎn)品輸出（電、 熱、冷）、多種轉(zhuǎn)換單元(光/電、熱/電、風/電、DC/AC)、多種運行狀態(tài)(并網(wǎng)/孤立)"，并且可 再生能源具有強隨機性和間歇性。有效的能量管理系統(tǒng)(Energy Management System，EMS) 的建立是保證其正常運行的基礎(chǔ)。
[0003] 隨著技術(shù)的發(fā)展，微電網(wǎng)發(fā)展面臨著新的形勢。一方面，國家和政府對可再生能源 的進一步放開，從2012國家電網(wǎng)正式下文支持6MW以下分布式光伏免費接入電網(wǎng)到后續(xù)一 系列支持分布式能源并網(wǎng)的文件和政策的下發(fā)，加之電動汽車和綠色智能建筑的日益成熟 與推廣應用，先進儲能技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，這使得微電網(wǎng)的主體形式越來越 多樣、分散和自主化。另一方面，電力CPS(Cyber Phsical System)和能源互聯(lián)網(wǎng)相繼提出， 信息技術(shù)的高速發(fā)展和融入，不僅使得微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制有了新的依托和技術(shù)支撐，更為 重要的是，微電網(wǎng)個體的智能性和自主性也必將隨著信息化的提高而大幅度的提高。因此， 微電網(wǎng)的運行優(yōu)化面臨著新的挑戰(zhàn)。從優(yōu)化的視野，包含鈉硫電池儲能的微電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟 運行優(yōu)化(丁明，張穎媛，茆美琴，劉小平，徐寧舟.包含鈉硫電池儲能的微電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟運 行優(yōu)化[J].中國電機工程學報，2011,04:7-14.)關(guān)注了包含儲能單元硫鈉電池的以經(jīng)濟性 為目標的微電網(wǎng)經(jīng)濟優(yōu)化模型，微電網(wǎng)多目標經(jīng)濟調(diào)度優(yōu)化(陳潔，楊秀，朱蘭，張美霞，李 振坤。微電網(wǎng)多目標經(jīng)濟調(diào)度優(yōu)化[J].中國電機工程學報，2013，19:57-66+19.)提出考慮 熱電聯(lián)產(chǎn)型微電網(wǎng)多目標經(jīng)濟調(diào)度模型，Centralized control operation for optimizing microgrids(A.G.TsikaIakis,and N.D.Hatziargyriou.Centralized control operation for optimizing microgrids[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion ,2008,23(01 ):241-248.)研究了并網(wǎng)運行微電網(wǎng)的集中優(yōu)化控制模型，建立可 控負荷側(cè)競價選項，最大化微電網(wǎng)的運行效益，Operation of a multiagent system for microgridcontrol([9]A·L·Dimeas，and N.D·Hatziargyriou·Operation of a multiagent system for microgridcontrol[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2005，20(03): 1447-1455.)設計了微電網(wǎng)分布式優(yōu)化控制算法，重點研究了微電網(wǎng)的能量 市場下整體收益。
[0004] 但是，從這些文章可以看出，不管是哪種程度的優(yōu)化，對于負荷的處理，僅僅是將 他們看做一個統(tǒng)一的負荷，或者簡單的劃分為可中斷負荷和不可中斷負荷。而實際上，微電 網(wǎng)個體自主性將隨著信息的充分化，智能性大幅增加，負荷或者說用戶的多樣化，傳統(tǒng)的簡 單的將負荷劃分為"重要負荷"（不可中斷）和"非重要負荷"（可中斷）的簡單管理方式已遠 遠不能滿足現(xiàn)在的要求。負荷側(cè)實際上存在著大量能與電網(wǎng)友好合作的可平移負荷，其比 重甚至超過運行儲備?？紤]到面向可再生能源微電網(wǎng)能源供應的特性，若能對負荷進行有 效的控制，使之能夠接近或者符合微電網(wǎng)中可再生能源的出力，這將是提高微電網(wǎng)運行效 率的一條有效途徑。含風電系統(tǒng)的發(fā)用電一體化調(diào)度模型(王卿然，謝國輝，張粒子.含風電 系統(tǒng)的發(fā)用電一體化調(diào)度模型[J].電力系統(tǒng)自動化，2011，35(5) :15-18.)分別將可中斷負 荷和用電激勵作為正旋轉(zhuǎn)備用和負旋轉(zhuǎn)備用資源，用戶側(cè)互動模式下發(fā)用電一體化調(diào)度計 劃(夏葉，康重慶，寧波，等.用戶側(cè)互動模式下發(fā)用電一體化調(diào)度計劃[J].電力系統(tǒng)自動 化，2012，36(I): 17-23.)設計了用戶側(cè)自愿申報用電意愿和移峰成本的互動模式，計及不 確定性需求響應的日前調(diào)度計劃模型（孫宇軍，李揚，王落落等.計及不確定性需求響應的 日前調(diào)度計劃模型[J].電網(wǎng)技術(shù)，2014,38(10) :2708-2714.)考慮了用電轉(zhuǎn)移行為的不確 定性。這些文獻主要是從大電網(wǎng)的角度，考慮用戶側(cè)的響應，但是，由于規(guī)模的龐大以及信 息技術(shù)的滯后，所提出的方法負荷描述簡單，或者側(cè)重于用戶側(cè)的經(jīng)濟效益的考慮，忽略了 用戶用電的舒適度等要求，可行性受到一定限制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種基于非合作博弈的微電 網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的優(yōu)化算法。
[0006] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):一種基于非合作博弈的微電網(wǎng)能量管理系 統(tǒng)的優(yōu)化算法，包括如下步驟：
[0007] (1)采集微電網(wǎng)氣象數(shù)據(jù)和負荷信息數(shù)據(jù)，所述微電網(wǎng)氣象數(shù)據(jù)包括未來一天的 溫度、光照強度、風速，所述負荷信息數(shù)據(jù)包括需求負荷數(shù)據(jù)和不可中斷負荷數(shù)據(jù)，并輸入 微電網(wǎng)氣象數(shù)據(jù)和負荷信息數(shù)據(jù)；
[0008] (2)根據(jù)溫度、光照強度和風速情況，以及光伏陣列和風機模型，計算在相應溫度、 光照強度下的光伏陣列最大允許出力和相應風速下的風機的最大允許出力。
[0009] (3)以微電網(wǎng)發(fā)電成本函數(shù)的函數(shù)值最小為目標函數(shù)，輸入約束條件。目標函數(shù)中 的變量為風機出力、光伏陣列出力、柴油發(fā)電機的出力、蓄電池充放電狀態(tài)。
[0010] (4)得到微電網(wǎng)發(fā)電的邊際成本和光伏陣列、風機、柴油機的出力結(jié)果以及蓄電池 充放電結(jié)果。
[0011] (5)將步驟(4)得到的邊際成本和步驟(1)中的需求負荷數(shù)據(jù)代入微電網(wǎng)的效用函 數(shù)中，步驟(1)中的需求負荷數(shù)據(jù)代入用戶的效用函數(shù)中，將微電網(wǎng)的效用函數(shù)和用戶的效 用函數(shù)進行互動博弈的博弈過程分為24個時段，以能源側(cè)和用戶側(cè)雙方的效用函數(shù)為目標 進行優(yōu)化博弈，得到第n+1次的分時電價和負荷曲線；
[0012] (6)經(jīng)步驟(5)得到第n+1次的負荷曲線，與第η次得到的負荷曲線相比較，偏差小 于ε時，結(jié)束優(yōu)化，大于ε時，將第n+1次的負荷數(shù)據(jù)代入步驟（1)，更新（1)中的負荷數(shù)據(jù)，再 次進行循環(huán)，直到偏差小于ε時為止。
[0013] 本發(fā)明的原理:本發(fā)明的基于非合作博弈的微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的優(yōu)化算法以微 電網(wǎng)的經(jīng)濟運行優(yōu)化為目標，引入了非合作完全信息動態(tài)博弈方法，提出將負荷調(diào)控主動 參與到到微電網(wǎng)能量管理，建立能源側(cè)與負荷側(cè)互動關(guān)系，制定以分時電價為的措施的負 荷側(cè)激勵方法，引導用戶用電策略，制定負荷計劃，再以此計劃作為負荷需求，優(yōu)化微電網(wǎng) 出力。本發(fā)明所提算法引入用戶滿意度指標，根據(jù)微電網(wǎng)特性，建立了微電網(wǎng)運行優(yōu)化博弈 模型。本發(fā)明所提算法于負荷側(cè)能有效兼顧用戶滿意度的情況下，實現(xiàn)經(jīng)濟最優(yōu)，對于能源 偵I可再生能源能得到最優(yōu)利用。在微電網(wǎng)個體理性的情況下，實現(xiàn)了微電網(wǎng)能源效率的最 優(yōu)化，具有良好的可行性與適應性。
[0014] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：
[0015] 本發(fā)明充分考慮能源側(cè)與負荷側(cè)的互動關(guān)系，引入非合作完全信息動態(tài)