基于非協作博弈的智能電網供需互動策略研究

楊朝陽 秦奮 陳向民

摘 要 本文提出智能電網供需互動博弈的智能用電策略，采用博弈論理論，實現供電側與需求側之間的互動博弈。互動過程中，供電側通過實時調整電價，緩解電網供電高峰時段供電壓力、提高低谷時段電網設備利用率等目標，并最終促進電網運行穩定性與經濟性；需求側根據實時電價，調整用電習慣，從而降低其用電成本。

【關鍵詞】智能電網 博弈 模型

1 供需互動策略優化博弈模型

1.1 需求側優化博弈

博弈論是專門研究2個或2個以上利益有沖突的個體。博弈問題分為“非協作博弈”和“協作博弈”兩類。非協作博弈是指參與者互相獨立，各自爭取自身最大利益的博弈。本文的情況屬于“非協作博弈”，供電側和需求側都爭取自身最大利益的博弈。本模型假定需求側用戶和供電側是足夠理性的，即用戶會依據價格及負荷特性做出滿足自身利益的負荷改變，并且假設峰平谷時段劃分已知。

1.1.1 用戶響應矩陣

用戶的響應行為主要體現在用電負荷的變化，用戶主動參與響應的誘導因素是價格信號，用戶對價格信號反應程度不同主要影響因素有用戶類型，價格水平以及用戶對價格機制的經驗等。

用戶對峰谷分時電價的單時段響應通過用戶的自彈性系數描述：

式（1）、（2）、（3）中，為i時段實行峰谷分時電價前后用戶的用電變化量；為i時段用戶實行峰谷分時電價前后的電價變化量；為i時段的峰谷分時電價；為i時段未實行峰谷分時電價前的電價；分別為峰、平、谷時段的電價；為實行峰谷分時電價后t時刻的用電負荷；為未實行峰谷分時電價時t 時刻的用電負荷。若，則用戶的自彈性系數為零。

1.1.2 用戶的響應度模型

2 供需互動優化博弈模型算例分析

基于以上分析，建立的如下用戶響應優化模型：

（1）變量：可變功率蓄熱/蓄冷裝置。

本文以空調機組為例：

（2）目標函數：最大經濟效益C；

選擇某個月的用戶用電負荷曲線，對實施需求響應策略前后的負荷進行對比。得出客戶支出電費的差值。分時電價，按照目前的市場價格，尖峰期電價為1.089元/千瓦時，高峰期電價為0.891元/千瓦時，低谷期電價為0.676元/千瓦時。在三個電價下進行博弈，以確定電價的分布時間。

（3）約束條件：

消耗功率；

空調機組的最大功率；

最高負荷；

人體舒適度=室內溫度區間。

本模型為有約束的非線性規劃，調用MATLAB 中的非線性有約束優化函數求解。如圖1所示。

3 小結

本文是關于智能用電策略的研究，供電側和需求側之間的關系屬于有利益沖突的兩個主體。通過分析各自之間的約束條件、目標函數建立博弈模型，目的是使雙方都能達到各自最大的效益。供電側從調整電價以達到移峰填谷的目的，需求側根據供電側電價情況，改變用電模式，以達到自己最大經濟效益的目的。同時引入舒適度的概念以減少用戶用電量，節約電費。最后建立供需互動優化博弈模型，給出算例分析。

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作者單位

1.國網浙江杭州市余杭區供電公司 浙江省杭州市 310000

2.杭州凱達電力建設有限公司 浙江省杭州市 310000