基于博弈论的微网负荷控制方法
【专利摘要】基于博弈论的微网负荷控制方法，包括以下步骤：步骤1、确定博弈理论的基本思想及构造收益函数；步骤2、搭建微网模型，确定微网内各博弈要素的明确定义；步骤3、建立微网内各工厂参与博弈的收益函数及求解算法；步骤4、设计实现博弈论在微网负荷控制中的实现。
【专利说明】基于博弈论的微网负荷控制方法
【技术领域】
[0001]本发明项目涉及ー种微网负荷控制方法，特别是一种基于博弈理论的控制方法。【背景技术】
[0002]微网的产生，一方面，提高了可再生能源的利用，对实现节能减排，环境友好型社会起到积极作用；另一方面，提高了主网的可靠性和安全性，进ー步扩大了电カ网的覆盖面积，大大改善了生活和生产环境。微电网负荷控制及优化分配作为体现微电网经济性的重要方面，逐渐引起人们的关注。随着微网进ー步发展与应用，エ业用电也在逐渐改变其购电模式，从传统的主网购电转为向更为经济的微网购电，然而，微网规模有限，微电源投资成本过大，エ厂作为追求利润收益的市场主体，势必存在竞争用电的局面。エ业负荷虽占用户总数很小的比例，却构成了大部分的用电负荷，对社会经济的影响则显得尤为重要。因此，如何实现エ业负荷的合理控制与管理，则是目前エ业用电关注的焦点。然而，目前所用ー些经济优化算法，如粒子群算法、遗传算法及混沌算法等都存在某些不足之处。混沌算法利用加权方法将多目标转化为单目标进行优化，存在权重系数难以确定，对系统结果影响过大的问题；粒子群算法和遗传算法等虽能提高寻优速度，但依然难以保证所得解的全局收敛性。博弈理论作为ー类先进的数学工具，g在解决不同主体之间的相互竞争关系，所得纳什均衡解是博弈方相互的最优反应，根据不同合作程度权重系数，确定各エ厂的最佳用电量，从而达到指导微网合理安排微电源出力的目的，实现节能减排、増加社会效益。目前，微网的经济性运行主要针对微电源的容量及出力进行优化，很少涉及微网内用电负荷的合理控制和管理。
【发明内容】
[0003]本发明要克服现有微网容量有限、投资成本过大、系统内エ厂用电竞争激烈的问题，提出一种基于博弈理论的微网负荷控制方法，通过分析非合作博弈和合作博弈下各エ厂的用电量和收益，达到指导微网出力和エ厂合理用电的目的。
[0004]基于博弈论的微网负荷控制方法，包括以下步骤:
[0005]步骤1、确定博弈理论的基本思想及构造收益函数；
[0006]步骤2、搭建微网模型，确定微网内各博弈要素的明确定义；
[0007]步骤3、建立微网内各エ厂參与博弈的收益函数及求解算法；
[0008]步骤4、设计实现博弈论在微网负荷控制中的实现。
[0009]进ー步，步骤(I)中确定博弈论基本思想及构造收益函数步骤如下:
[0010]1-1)、明确博弈论的基本概念及纳什均衡解的定义；
[0011]1-2)、明确博弈的主要分类及不同类别博弈的主要区别；
[0012]1-3)、根据不同类别的博弈构造相应的收益函数，其中，非合作博弈只考虑自身收益，合作博弈中包含自身及整体收益，并因合作程度不同，收益函数也相应不同；
[0013]进ー步，步骤(2)可有以下几个步骤组成:[0014]2-1)、搭建微网模型，选择太阳能、风能、燃料电池作为主要微电源，并包含蓄电池组，起到平抑系统功率波动的功能；选取三种不同エ厂作为系统用电负荷；
[0015]2-2)、博弈要素分析:本发明中将エ厂视为博弈參与者，用电量为博弈策略，エ厂利润为相应的收益，均衡策略则为系统博弈后所得到的最优用电量；
[0016]进ー步，步骤(2)中建立微网内各エ厂參与博弈的收益函数及设计求解算法可有以下几个步骤组成:
[0017]3-1)、确定各エ厂的收益函数；
[0018]进ー步,对于步骤(3-1),确定步骤如下:
[0019]Al)、设计エ厂的收入函数，其收入主要为产品销售；
[0020]A2)、设计エ厂支付电费的函数，电费采用国家规定的两部制电价进行计算；
[0021]A3)、设计エ厂维护费用函数，包括维护备件费用、人工费用、维护的油料及辅助费用；
[0022]A4)、设计エ厂生产材料费用。
[0023]3-2 )、设计博弈问题的求解算法。
[0024]进ー步，对于步骤(3-2)，求解算法步骤如下:
[0025]BI)、在各博弈策略空间内随机生成初始可行策略Stl=ISltl, S20, -Sj ；
[0026]B2)、记Sg为除博弈者i以外其他博弈方的策略集合。任意第i个(i=l，2，…，n)博弈者，以该博弈者的收益Ui为目标，固定Sm不变，在属于该博弈方的策略空间Si内进行
单目标优化，求最佳决策<最优化博弈者收益；
[0027]B3)、令策略组合ろ...ベ;丨为博弈优化后的结果，检验S1的可行性，如不满
足，转为步骤2);若满足，计算前后两个策略组合之间的距离(一种范数)是否满足收敛准则Is1-S0I≤e，若满足，则博弈结束；若不满足，则以S1替换Stl，转为步骤3)进行迭代循环；
[0028]B4 )、得出稳定的Nash均衡解。
[0029]进ー步，步骤(4)的实现步骤如下:
[0030]4-1)、确定各エ厂的有效信息，明确相应费用函数的制定；
[0031]4-2)、分析不同情况下各エ厂的用电量与收益情况；
[0032]进ー步，步骤(4-2)中的实现步骤如下:
[0033]Cl)、首先分析非合作博弈下各エ厂的用电量及收益情况，得出相应的变化曲线及稳定的纳什均衡解；
[0034]C2)、针对某个确定的合作权重系数进行分析合作博弈下各エ厂的相应情况，并与步骤(Cl)中的结果进行比较；
[0035]C3)、分析不同合作权重系数下各エ厂的用电量及收益情况；
[0036]C4)、针对以上分析结果，制定相应用电量信息，用于指导エ厂合理用电。
[0037]本发明的技术构思是:微网内耗电最多、且对社会影响大的エ业负荷，作为最求社会产值的市场主体，势必引起竞争用电的博弈局面。传统的多目标优化方法，如粒子群算法、遗传算法及混沌算法等都存在某些不足之处，而系统内各エ厂追求自身利益，因此属于单目标优化的范畴。本发明利用博弈理论的思想进行单目标优化，首先客观分析了微网系统内客观存在的博弈局面，及明确了各博弈參与的要素；针对不同エ厂，制定了相应的收益函数；同时提出了博弈的求解算法。根据本发明所提算法，能有效的进行求解微网内存在的博弈问题。
[0038]本发明的优点是:根据微网内客观存在的用电量博弈问题，提出博弈理论的方法，通过整合エ厂信息、建立相应的收益函数，并结合所提博弈求解算法，得到各エ厂的最优策略；本发明所提方法简单实用，对指导微网负荷合理控制给出新的思路。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1是本发明的微网系统模型
[0040]图2是本发明的博弈求解流程
[0041]图3是本发明的非合作博弈下エ厂用电量曲线
[0042]图4是本发明的合作博弈下各エ厂用电量曲线
[0043]图5是本发明的不同权重系数对各エ厂用电量的影响
[0044]图6是本发明的不同权重系数下系统总用电量与总收益的变化
[0045]图7是本发明的不同权重系数下各エ厂利润率的改变
[0046]图8是本发明的各エ厂用户信息表
[0047]图9是本发明的非合作与合作博弈下的均衡解[0048]图10是本发明的各エ厂利润率变化 【具体实施方式】
[0049]參照附图:基于博弈论的微网负荷控制方法，包括以下步骤:
[0050]I)、确定博弈理论的基本思想及构造收益函数；
[0051]1-1)、明确博弈论的基本概念及纳什均衡解的定义；
[0052]1-2)、明确博弈的主要分类及不同类别博弈的主要区别；
[0053]1-3)、根据不同类别的博弈构造相应的收益函数，其中，非合作博弈只考虑自身收益，合作博弈中包含自身及整体收益，并因合作程度不同，收益函数也相应不同，
n
本发明中收益函数记为A = % 1U +，巧为博弈方i采取某行动策略时自身
的绝对收益，~(ゾ=1，…U + 1，…/l)为博弈方i采取行动策略时其他博弈方的收益。
Tt
Lwi；=h为权重系数，它的取值反应各博弈者之间的合作和竞争程度，も取值
厂I
大，表示合作的程度低、竞争度高；当Wii=I时，表示各博弈者之间只存在竞争，合作博弈模型退化为非合作博弈模型；
[0054]2)、搭建微网模型如图1所示。确定微网内各博弈要素的明确定义，步骤如下:
[0055]2-1)、搭建微网模型，选择太阳能、风能、燃料电池作为主要微电源，并包含蓄电池组，起到平抑系统功率波动的功能；选取三种不同エ厂作为系统用电负荷；
[0056]2-2)、博弈要素分析:本发明中将エ厂视为博弈參与者，记为i，i=l，2，-n ;用电量为博弈策略，记为Si，S= {Si，S2,…SJ ;エ厂利润为相应的收益，记为Ui, i=l, 2，-n ;均衡策略则为系统博弈后所得到的最优用电量；[0057]3)、建立微网内各エ厂參与博弈的收益函数及求解算法:
[0058]3-1)、确定各エ厂的收益函数，记为屮=11
【权利要求】
1.基于博弈论的微网负荷控制方法，包括以下步骤: 步骤1、确定博弈理论的基本思想及构造收益函数； 步骤2、搭建微网模型，确定微网内各博弈要素的明确定义； 步骤3、建立微网内各エ厂參与博弈的收益函数及求解算法； 步骤4、设计实现博弈论在微网负荷控制中的实现。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤I中确定博弈论基本思想及构造收益函数步骤如下: 1-1 )、明确博弈论的基本概念及纳什均衡解的定义； 1-2)、明确博弈的主要分类及不同类别博弈的主要区别； 1-3)、根据不同类别的博弈构造相应的收益函数，其中，非合作博弈只考虑自身收益，合作博弈中包含自身及整体收益，并因合作程度不同，收益函数也相应不 同；收益函数记为
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于:步骤2由以下几个步骤组成: 2-1)、搭建微网模型，选择太阳能、风能、燃料电池作为主要微电源，并包含蓄电池组，起到平抑系统功率波动的功能；选取三种不同エ厂作为系统用电负荷； 2-2)、博弈要素分析:本发明中将エ厂视为博弈參与者，记为i，1=1，2，丨1!;用电量为博弈策略，记为Si, S= (S1, S2,…SJ ;エ厂利润为相应的收益，记为Ui, i=l, 2，-n ;均衡策略则为系统博弈后所得到的最优用电量。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于:步骤2中建立微网内各エ厂參与博弈的收益函数及设计求解算法可有以下几个步骤组成: 3-1)、确定各エ厂的收益函数,记为
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于:，步骤4的实现步骤如下: 4-1)、确定各エ厂的有效信息，明确相应费用函数的制定； 4-2)、分析不同情况下各エ厂的用电量与收益情况，具体包括: Cl)、首先分析非合作博弈下各エ厂的用电量及收益情况，得出相应的变化曲线及稳定的纳什均衡解； C2)、针对某个确定的合作权重系数进行分析合作博弈下各エ厂的相应情况，并与步骤(Cl)中的结果进行比较； C3)、分析不同合作权重系数下各エ厂的用电量及收益情况； C4)、针对以上分析结果，制定相应用电量信息，用于指导エ厂合理用电。
【文档编号】G06Q10/04GK103500361SQ201310378382
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】王晶, 王宗礼, 陈强, 陈俊宇 申请人:浙江工业大学