一種基于連續(xù)價格函數(shù)的電力消費轉(zhuǎn)移算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及軟件算法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于連續(xù)價格函數(shù)的電力消費轉(zhuǎn)移 算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技的發(fā)展和人們對電力需求的快速增長，可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟戰(zhàn)略使得智能 電網(wǎng)的概念應(yīng)運而生，智能電網(wǎng)已成為21世紀(jì)全球能源的新戰(zhàn)略。然而，目前還沒有經(jīng)濟 有效的大容量電力存儲技術(shù)，這使得必須隨時保持電力發(fā)生和消費的平衡。用戶每天對電 力的需求隨時間而變化：白天工作時間用電需求大幅增加，晚上休息時間用電需求較小。為 滿足電力供需平衡，必須設(shè)計一種有效的電力消費轉(zhuǎn)移機制。目前關(guān)于智能電網(wǎng)的電力消 費轉(zhuǎn)移量分配機制吸引著研究界越來越多的關(guān)注。Akasiadis等人引用了 CRPS (Continuous Ranked Probability Score)的概念，提出了一個直接可行的電力消費轉(zhuǎn)移方案，它允許 擁有非法轉(zhuǎn)移成本的用戶加入到其方案，使得智能電網(wǎng)達(dá)到了保持電力供需平衡的目的。 此外該轉(zhuǎn)移方案滿足"激勵相容"、"個體理性"和"弱預(yù)算平衡"等良好的屬性，但是卻不 滿足"均衡"的屬性，這使得可能存在用戶對其所分得的收益不滿從而導(dǎo)致用戶聯(lián)盟的破 裂。Mohsenian-Rad和Ibar等提出了一些為用戶保留固定策略的方法，通過在特定的博弈 設(shè)置中尋求納什均衡的方式來優(yōu)化高峰期和低峰期電力能源的消費調(diào)度，但是該方法的時 間復(fù)雜度較高，在實際生產(chǎn)生活中需要花費較多的時間才能得到最終的電力轉(zhuǎn)移量結(jié)果。 Andreas Veit等人提出了一個新穎的多agent協(xié)調(diào)算法來減少合作用戶消費的電量，并達(dá) 到了電力供需平衡的目的，但是該算法機制缺少"激勵相容"這一良好的經(jīng)濟熟悉。因此， 設(shè)計一個科學(xué)的電力消費轉(zhuǎn)移機制存在許多挑戰(zhàn)，主要可以總結(jié)如下：（1)均衡：博弈論告 訴我們均衡能夠確保每個電力代理商都能產(chǎn)生最好的輸出策略且對自己所分配的電力轉(zhuǎn) 移量感到滿意。（2)預(yù)算平衡：機制的預(yù)算平衡是指不需要額外獎勵和電量輸入或輸出機 制，預(yù)算平衡是評價機制質(zhì)量的重要參數(shù)之一。（3)激勵相容：用戶的自私性使其會策略性 地操控機制以最大化收益，設(shè)計一個防止用戶虛假報價的機制至關(guān)重要。（4)低執(zhí)行時間： 為保證在真實環(huán)境中可行，電力消費轉(zhuǎn)移方案必須擁有低執(zhí)行時間。而目前現(xiàn)有的技術(shù)方 案大都是基于階梯式分段函數(shù)且暫時沒有發(fā)現(xiàn)能夠同時解決上述四個挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提出一種基于連續(xù)價格函數(shù)的電力消費轉(zhuǎn)移算法，其主要包括 兩種不同類型的分配算法。主要用于解決智能電網(wǎng)如何保持高峰期和低峰期電量供需平 衡，保證電網(wǎng)正常順利運行的問題。此外，設(shè)計具備滿足"均衡"、"預(yù)算平衡"、"激勵相容" 和"低執(zhí)行時間"這些良好經(jīng)濟屬性的電力消費轉(zhuǎn)移方案也是本發(fā)明的重要目的之一。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的，
[0005] -種基于連續(xù)價格函數(shù)的電力消費轉(zhuǎn)移算法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1 :智能電網(wǎng)公布高峰期和低谷期時間段，并根據(jù)地理區(qū)域指定兩個電力代 理商；
[0007] 步驟2:用戶根據(jù)其所在地理區(qū)域選擇相應(yīng)的電力代理商，并提交自己的電力轉(zhuǎn) 移成本和轉(zhuǎn)移能力；
[0008] 步驟3 :電力代理商決定贏者集，經(jīng)過計算后，向智能電網(wǎng)提交其轉(zhuǎn)移成本與轉(zhuǎn)移 能力；
[0009] 步驟4 :智能電網(wǎng)調(diào)整低谷期價格函數(shù)L(r)的相關(guān)參數(shù)使其滿足均衡分配條件； [0010] 步驟5 :智能電網(wǎng)將電力轉(zhuǎn)移量和獎勵分配給電力代理商；
[0011] 步驟6 :電力代理商將電力轉(zhuǎn)移量和獎勵分配給用戶；
[0012] 步驟7 :用戶轉(zhuǎn)移所分配到電力轉(zhuǎn)移量并獲取獎勵。
[0013] 本發(fā)明的有益效果：
[0014] 本發(fā)明以數(shù)學(xué)建模和實驗設(shè)計為手段，提出了一種基于連續(xù)價格函數(shù)的電力消費 轉(zhuǎn)移方案并同時解決了上述的四個挑戰(zhàn)，并在社會獎勵值及其穩(wěn)定性兩方面進行了試驗分 析。研究成果為智能電網(wǎng)中節(jié)能環(huán)保的經(jīng)濟戰(zhàn)略提供了理論依據(jù)。將本發(fā)明提出的方案與 現(xiàn)有技術(shù)相比，無論在理論效果上還是在實驗效果比較上，本發(fā)明提出的方案相較于現(xiàn)有 的技術(shù)都有較大的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0015] 圖1是L(r)的函數(shù)圖；
[0016] 圖2是電力消費從到轉(zhuǎn)移示意圖；
[0017] 圖3是三層架構(gòu)的電力消費轉(zhuǎn)移方案；
[0018] 圖4是"彌補遺憾值"的過程；
[0019] 圖5是常見的二層架構(gòu)電力消費轉(zhuǎn)移方案（方法2);
[0020] 圖6是本發(fā)明（方法1)和現(xiàn)有技術(shù)（方法2)的性能比較，其中圖6 (a)為社會獎 勵，圖6(b)為社會獎勵方差，圖6(c)為平均電量轉(zhuǎn)移率。
【具體實施方式】
[0021] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實施例相關(guān)的部分。應(yīng)當(dāng)理 解，此處所描寫的具體實施例，僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用以限制本發(fā)明。
[0022] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：
[0023] (1)智能電網(wǎng)電力消費轉(zhuǎn)移模型的建立：
[0024] 在這一節(jié)中，給出了本發(fā)明的電力消費轉(zhuǎn)移模型。表1表示的是本發(fā)明所涉及的 相關(guān)符號。
[0025] 表1本發(fā)明所涉及的相關(guān)符號
[0026]
[0027] ?智能電網(wǎng)（Smart Grid，SG) :SG擁有一組發(fā)電設(shè)備來為用戶提供供電。假定SG 希望用戶轉(zhuǎn)移電量減輕發(fā)電設(shè)備的壓力。本文提出了兩個不同類型的時間段1和M。， 并且在這兩個時間段存在不同的電力單價水平：H > L(r)，這表明電力在吣時間段時的單 價更低。電力單價為H的時間段被認(rèn)為是一個高峰期，在這個時間段，SG希望用戶能夠減 少對電力的消耗。以下三個條件在本文保持成立= (I)H是一個常數(shù)；(2)L(r)是一個連續(xù)的 單價曲線函數(shù)，如圖1所示，其公式表達(dá)式如下：
[0028]
[0029] 其中':是一個臨界值。當(dāng)所有用戶一共轉(zhuǎn)移I電量時，此時在吣時間段有最低電 力單價L ni(LniX))提供給用戶。（3)
[0030] 電力代理商（Power Agency, PA) :PAs由SG根據(jù)地理區(qū)域指定。假設(shè)SG指定兩 個PAs，記為A = {1，2}. PAj決定贏者集Wj (能參加電量轉(zhuǎn)移方案的用戶）并且向SG提交 Qj和Cj。顯而易見，巧。
[0031] ?用戶（users):我們假定存在兩組users (又稱縮減者，轉(zhuǎn)移者），分別記為^和 B2，這兩組users擁有不同的轉(zhuǎn)移成本范圍。在本發(fā)明中，假定在B j中的users根據(jù)他們所 在的地理區(qū)域選擇電力代理商PAj。user i將自己的報價提交給他所選擇的PA,選擇PAj 的user i的報價包含兩個參數(shù)和cf。
[0032] 本發(fā)明的主要目標(biāo)是為三層架構(gòu)的電力消費轉(zhuǎn)移方案設(shè)計電力轉(zhuǎn)移量和獎勵分 配機制使得用戶轉(zhuǎn)移的電量和為轉(zhuǎn),以便保持電力的供應(yīng)與需求達(dá)到平衡。
[0033] (2)模型中的相關(guān)經(jīng)濟屬性的定義
[0034] 設(shè)計一個實用的電力消費轉(zhuǎn)移量和獎勵分配機制時，本發(fā)明的一大創(chuàng)造性在于考 慮了一些良好的經(jīng)濟屬性。下面介紹一些本發(fā)明將要實現(xiàn)的經(jīng)濟屬性。
[0035] 定義1(自由支配）：在M1時間段的電力單價L (r)是一個關(guān)于r的函數(shù)，其中r指 的是所有用戶一共轉(zhuǎn)移的電量，L(r)需服從自由支配的條件。即對于任意的0 < r2< r i， 都有L (r2) *r2< L (r D打丨成立。
[0036] 顯而易見地，用戶所消費的電力越多，它們付給智能電網(wǎng)的費用也就越高。
[0037] 定義2 (均衡）：均衡是指電力轉(zhuǎn)移向量R*滿足于對于每一個j e A，都有
[0038] 這個屬性確保了：在均衡，電力代理商對自己所分配到的電力轉(zhuǎn)移量感到滿意且 沒有動機選擇其它轉(zhuǎn)移量。
[0039] 定義3(個體理性）：如果用戶參加到電力消費轉(zhuǎn)移方案中不會受到利益上的損 失，則稱這個機制方案是個體理性的。即user i所獲得的獎勵4 2 0。
[0040] 這個屬性確保了理性的用戶有動機加入到轉(zhuǎn)移方案中。
[0041] 定義4 (預(yù)算平衡）：一個機制是預(yù)算平衡的如果下列條件成立：①SG分配給PAs 的總獎勵等于PAs分給users的總獎勵，Sf
。②SG分配給PAs的電力 轉(zhuǎn)移量和等于PAs分配給users的轉(zhuǎn)移量和，即
[0042] 這個屬性確保了沒有電力轉(zhuǎn)移量和獎勵轉(zhuǎn)入或轉(zhuǎn)出機制。
[0043] 定義5 (激勵相容）：如果一個機制使得每一個用戶提交它們真實的報價是占優(yōu)策 略，則稱這個機制是激勵相容的，即不管其它用戶的報價，一個用戶只要報出自己真實的報 價，就能最大化自己的獎勵。真實的機制能避免市場操控并確保分配的公平與效率。
[0044] (3)基于連續(xù)價格函數(shù)的電力消費轉(zhuǎn)移算法
[0045] (3). 1、三層架構(gòu)的電力消費轉(zhuǎn)移方案
[0046] 將在M。時間段消費的電量轉(zhuǎn)移到M1時間段的示意圖如圖2所示。參加電力消費 轉(zhuǎn)移方案（Power Consumption Shifting Scheme，PCSS)的PAj，可以被描述為：⑴它的轉(zhuǎn) 移能力Q,，即它所愿意轉(zhuǎn)移的電量。（2)它的轉(zhuǎn)移成本0)，即每轉(zhuǎn)移一單位在M。時 間段消耗的電量到M1所需要的成本（轉(zhuǎn)移電量會打亂用戶的生產(chǎn)節(jié)奏，故電量轉(zhuǎn)移存在轉(zhuǎn) 移成本）。如果PAj轉(zhuǎn)移心單位電量，則將獲得獎勵U j (rj，r J = (H-L (rs) -Cj) Rj，其中rs =Σ E ARj。類似地，如果user i轉(zhuǎn)移1