基于博弈論的微網(wǎng)負荷控制方法
【專利摘要】基于博弈論的微網(wǎng)負荷控制方法，包括以下步驟：步驟1、確定博弈理論的基本思想及構造收益函數(shù)；步驟2、搭建微網(wǎng)模型，確定微網(wǎng)內(nèi)各博弈要素的明確定義；步驟3、建立微網(wǎng)內(nèi)各工廠參與博弈的收益函數(shù)及求解算法；步驟4、設計實現(xiàn)博弈論在微網(wǎng)負荷控制中的實現(xiàn)。
【專利說明】基于博弈論的微網(wǎng)負荷控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明項目涉及ー種微網(wǎng)負荷控制方法，特別是一種基于博弈理論的控制方法?！颈尘凹夹g】
[0002]微網(wǎng)的產(chǎn)生，一方面，提高了可再生能源的利用，對實現(xiàn)節(jié)能減排，環(huán)境友好型社會起到積極作用；另一方面，提高了主網(wǎng)的可靠性和安全性，進ー步擴大了電カ網(wǎng)的覆蓋面積，大大改善了生活和生產(chǎn)環(huán)境。微電網(wǎng)負荷控制及優(yōu)化分配作為體現(xiàn)微電網(wǎng)經(jīng)濟性的重要方面，逐漸引起人們的關注。隨著微網(wǎng)進ー步發(fā)展與應用，エ業(yè)用電也在逐漸改變其購電模式，從傳統(tǒng)的主網(wǎng)購電轉為向更為經(jīng)濟的微網(wǎng)購電，然而，微網(wǎng)規(guī)模有限，微電源投資成本過大，エ廠作為追求利潤收益的市場主體，勢必存在競爭用電的局面。エ業(yè)負荷雖占用戶總數(shù)很小的比例，卻構成了大部分的用電負荷，對社會經(jīng)濟的影響則顯得尤為重要。因此，如何實現(xiàn)エ業(yè)負荷的合理控制與管理，則是目前エ業(yè)用電關注的焦點。然而，目前所用ー些經(jīng)濟優(yōu)化算法，如粒子群算法、遺傳算法及混沌算法等都存在某些不足之處?；煦缢惴ɡ眉訖喾椒▽⒍嗄繕宿D化為單目標進行優(yōu)化，存在權重系數(shù)難以確定，對系統(tǒng)結果影響過大的問題；粒子群算法和遺傳算法等雖能提高尋優(yōu)速度，但依然難以保證所得解的全局收斂性。博弈理論作為ー類先進的數(shù)學工具，g在解決不同主體之間的相互競爭關系，所得納什均衡解是博弈方相互的最優(yōu)反應，根據(jù)不同合作程度權重系數(shù)，確定各エ廠的最佳用電量，從而達到指導微網(wǎng)合理安排微電源出力的目的，實現(xiàn)節(jié)能減排、増加社會效益。目前，微網(wǎng)的經(jīng)濟性運行主要針對微電源的容量及出力進行優(yōu)化，很少涉及微網(wǎng)內(nèi)用電負荷的合理控制和管理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要克服現(xiàn)有微網(wǎng)容量有限、投資成本過大、系統(tǒng)內(nèi)エ廠用電競爭激烈的問題，提出一種基于博弈理論的微網(wǎng)負荷控制方法，通過分析非合作博弈和合作博弈下各エ廠的用電量和收益，達到指導微網(wǎng)出力和エ廠合理用電的目的。
[0004]基于博弈論的微網(wǎng)負荷控制方法，包括以下步驟:
[0005]步驟1、確定博弈理論的基本思想及構造收益函數(shù)；
[0006]步驟2、搭建微網(wǎng)模型，確定微網(wǎng)內(nèi)各博弈要素的明確定義；
[0007]步驟3、建立微網(wǎng)內(nèi)各エ廠參與博弈的收益函數(shù)及求解算法；
[0008]步驟4、設計實現(xiàn)博弈論在微網(wǎng)負荷控制中的實現(xiàn)。
[0009]進ー步，步驟(I)中確定博弈論基本思想及構造收益函數(shù)步驟如下:
[0010]1-1)、明確博弈論的基本概念及納什均衡解的定義；
[0011]1-2)、明確博弈的主要分類及不同類別博弈的主要區(qū)別；
[0012]1-3)、根據(jù)不同類別的博弈構造相應的收益函數(shù)，其中，非合作博弈只考慮自身收益，合作博弈中包含自身及整體收益，并因合作程度不同，收益函數(shù)也相應不同；
[0013]進ー步，步驟(2)可有以下幾個步驟組成:[0014]2-1)、搭建微網(wǎng)模型，選擇太陽能、風能、燃料電池作為主要微電源，并包含蓄電池組，起到平抑系統(tǒng)功率波動的功能；選取三種不同エ廠作為系統(tǒng)用電負荷；
[0015]2-2)、博弈要素分析:本發(fā)明中將エ廠視為博弈參與者，用電量為博弈策略，エ廠利潤為相應的收益，均衡策略則為系統(tǒng)博弈后所得到的最優(yōu)用電量；
[0016]進ー步，步驟(2)中建立微網(wǎng)內(nèi)各エ廠參與博弈的收益函數(shù)及設計求解算法可有以下幾個步驟組成:
[0017]3-1)、確定各エ廠的收益函數(shù)；
[0018]進ー步,對于步驟(3-1),確定步驟如下:
[0019]Al)、設計エ廠的收入函數(shù)，其收入主要為產(chǎn)品銷售；
[0020]A2)、設計エ廠支付電費的函數(shù)，電費采用國家規(guī)定的兩部制電價進行計算；
[0021]A3)、設計エ廠維護費用函數(shù)，包括維護備件費用、人工費用、維護的油料及輔助費用；
[0022]A4)、設計エ廠生產(chǎn)材料費用。
[0023]3-2 )、設計博弈問題的求解算法。
[0024]進ー步，對于步驟(3-2)，求解算法步驟如下:
[0025]BI)、在各博弈策略空間內(nèi)隨機生成初始可行策略Stl=ISltl, S20, -Sj ；
[0026]B2)、記Sg為除博弈者i以外其他博弈方的策略集合。任意第i個(i=l，2，…，n)博弈者，以該博弈者的收益Ui為目標，固定Sm不變，在屬于該博弈方的策略空間Si內(nèi)進行
單目標優(yōu)化，求最佳決策<最優(yōu)化博弈者收益；
[0027]B3)、令策略組合ろ...ベ;丨為博弈優(yōu)化后的結果，檢驗S1的可行性，如不滿
足，轉為步驟2);若滿足，計算前后兩個策略組合之間的距離(一種范數(shù))是否滿足收斂準則Is1-S0I≤e，若滿足，則博弈結束；若不滿足，則以S1替換Stl，轉為步驟3)進行迭代循環(huán)；
[0028]B4 )、得出穩(wěn)定的Nash均衡解。
[0029]進ー步，步驟(4)的實現(xiàn)步驟如下:
[0030]4-1)、確定各エ廠的有效信息，明確相應費用函數(shù)的制定；
[0031]4-2)、分析不同情況下各エ廠的用電量與收益情況；
[0032]進ー步，步驟(4-2)中的實現(xiàn)步驟如下:
[0033]Cl)、首先分析非合作博弈下各エ廠的用電量及收益情況，得出相應的變化曲線及穩(wěn)定的納什均衡解；
[0034]C2)、針對某個確定的合作權重系數(shù)進行分析合作博弈下各エ廠的相應情況，并與步驟(Cl)中的結果進行比較；
[0035]C3)、分析不同合作權重系數(shù)下各エ廠的用電量及收益情況；
[0036]C4)、針對以上分析結果，制定相應用電量信息，用于指導エ廠合理用電。
[0037]本發(fā)明的技術構思是:微網(wǎng)內(nèi)耗電最多、且對社會影響大的エ業(yè)負荷，作為最求社會產(chǎn)值的市場主體，勢必引起競爭用電的博弈局面。傳統(tǒng)的多目標優(yōu)化方法，如粒子群算法、遺傳算法及混沌算法等都存在某些不足之處，而系統(tǒng)內(nèi)各エ廠追求自身利益，因此屬于單目標優(yōu)化的范疇。本發(fā)明利用博弈理論的思想進行單目標優(yōu)化，首先客觀分析了微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)客觀存在的博弈局面，及明確了各博弈參與的要素；針對不同エ廠，制定了相應的收益函數(shù)；同時提出了博弈的求解算法。根據(jù)本發(fā)明所提算法，能有效的進行求解微網(wǎng)內(nèi)存在的博弈問題。
[0038]本發(fā)明的優(yōu)點是:根據(jù)微網(wǎng)內(nèi)客觀存在的用電量博弈問題，提出博弈理論的方法，通過整合エ廠信息、建立相應的收益函數(shù)，并結合所提博弈求解算法，得到各エ廠的最優(yōu)策略；本發(fā)明所提方法簡單實用，對指導微網(wǎng)負荷合理控制給出新的思路。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1是本發(fā)明的微網(wǎng)系統(tǒng)模型
[0040]圖2是本發(fā)明的博弈求解流程
[0041]圖3是本發(fā)明的非合作博弈下エ廠用電量曲線
[0042]圖4是本發(fā)明的合作博弈下各エ廠用電量曲線
[0043]圖5是本發(fā)明的不同權重系數(shù)對各エ廠用電量的影響
[0044]圖6是本發(fā)明的不同權重系數(shù)下系統(tǒng)總用電量與總收益的變化
[0045]圖7是本發(fā)明的不同權重系數(shù)下各エ廠利潤率的改變
[0046]圖8是本發(fā)明的各エ廠用戶信息表
[0047]圖9是本發(fā)明的非合作與合作博弈下的均衡解[0048]圖10是本發(fā)明的各エ廠利潤率變化 【具體實施方式】
[0049]參照附圖:基于博弈論的微網(wǎng)負荷控制方法，包括以下步驟:
[0050]I)、確定博弈理論的基本思想及構造收益函數(shù)；
[0051]1-1)、明確博弈論的基本概念及納什均衡解的定義；
[0052]1-2)、明確博弈的主要分類及不同類別博弈的主要區(qū)別；
[0053]1-3)、根據(jù)不同類別的博弈構造相應的收益函數(shù)，其中，非合作博弈只考慮自身收益，合作博弈中包含自身及整體收益，并因合作程度不同，收益函數(shù)也相應不同，



n
本發(fā)明中收益函數(shù)記為A = % 1U +，巧為博弈方i采取某行動策略時自身
的絕對收益，~(ゾ=1，…U + 1，…/l)為博弈方i采取行動策略時其他博弈方的收益。
Tt
Lwi；=h為權重系數(shù)，它的取值反應各博弈者之間的合作和競爭程度，も取值
廠I
大，表示合作的程度低、競爭度高；當Wii=I時，表示各博弈者之間只存在競爭，合作博弈模型退化為非合作博弈模型；
[0054]2)、搭建微網(wǎng)模型如圖1所示。確定微網(wǎng)內(nèi)各博弈要素的明確定義，步驟如下:
[0055]2-1)、搭建微網(wǎng)模型，選擇太陽能、風能、燃料電池作為主要微電源，并包含蓄電池組，起到平抑系統(tǒng)功率波動的功能；選取三種不同エ廠作為系統(tǒng)用電負荷；
[0056]2-2)、博弈要素分析:本發(fā)明中將エ廠視為博弈參與者，記為i，i=l，2，-n ;用電量為博弈策略，記為Si，S= {Si，S2,…SJ ;エ廠利潤為相應的收益，記為Ui, i=l, 2，-n ;均衡策略則為系統(tǒng)博弈后所得到的最優(yōu)用電量；[0057]3)、建立微網(wǎng)內(nèi)各エ廠參與博弈的收益函數(shù)及求解算法:
[0058]3-1)、確定各エ廠的收益函數(shù)，記為屮=11
【權利要求】
1.基于博弈論的微網(wǎng)負荷控制方法，包括以下步驟: 步驟1、確定博弈理論的基本思想及構造收益函數(shù)； 步驟2、搭建微網(wǎng)模型，確定微網(wǎng)內(nèi)各博弈要素的明確定義； 步驟3、建立微網(wǎng)內(nèi)各エ廠參與博弈的收益函數(shù)及求解算法； 步驟4、設計實現(xiàn)博弈論在微網(wǎng)負荷控制中的實現(xiàn)。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟I中確定博弈論基本思想及構造收益函數(shù)步驟如下: 1-1 )、明確博弈論的基本概念及納什均衡解的定義； 1-2)、明確博弈的主要分類及不同類別博弈的主要區(qū)別； 1-3)、根據(jù)不同類別的博弈構造相應的收益函數(shù)，其中，非合作博弈只考慮自身收益，合作博弈中包含自身及整體收益，并因合作程度不同，收益函數(shù)也相應不 同；收益函數(shù)記為
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟2由以下幾個步驟組成: 2-1)、搭建微網(wǎng)模型，選擇太陽能、風能、燃料電池作為主要微電源，并包含蓄電池組，起到平抑系統(tǒng)功率波動的功能；選取三種不同エ廠作為系統(tǒng)用電負荷； 2-2)、博弈要素分析:本發(fā)明中將エ廠視為博弈參與者，記為i，1=1，2，丨1!;用電量為博弈策略，記為Si, S= (S1, S2,…SJ ;エ廠利潤為相應的收益，記為Ui, i=l, 2，-n ;均衡策略則為系統(tǒng)博弈后所得到的最優(yōu)用電量。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于:步驟2中建立微網(wǎng)內(nèi)各エ廠參與博弈的收益函數(shù)及設計求解算法可有以下幾個步驟組成: 3-1)、確定各エ廠的收益函數(shù),記為
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于:，步驟4的實現(xiàn)步驟如下: 4-1)、確定各エ廠的有效信息，明確相應費用函數(shù)的制定； 4-2)、分析不同情況下各エ廠的用電量與收益情況，具體包括: Cl)、首先分析非合作博弈下各エ廠的用電量及收益情況，得出相應的變化曲線及穩(wěn)定的納什均衡解； C2)、針對某個確定的合作權重系數(shù)進行分析合作博弈下各エ廠的相應情況，并與步驟(Cl)中的結果進行比較； C3)、分析不同合作權重系數(shù)下各エ廠的用電量及收益情況； C4)、針對以上分析結果，制定相應用電量信息，用于指導エ廠合理用電。
【文檔編號】G06Q10/04GK103500361SQ201310378382
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權日:2013年8月27日
【發(fā)明者】王晶, 王宗禮, 陳強, 陳俊宇 申請人:浙江工業(yè)大學