电力、电信、天然气公司之间协同方法、系统及存储介质

1.本发明属于电-气综合能源系统中通信网络优化技术领域，尤其涉及电力、 电信、天然气公司之间协同方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.能源是人类社会赖以生存和发展的基本保障，伴随着全球经济的快速发展， 能源短缺、环境污染成为全球性问题，如何在经济稳定增长的同时，保障能源 持续供应且降低环境污染成为各国共同关注的关键问题。构建清洁低碳、安全 高效的现代能源体系是能源革命的目标和要求，在此背景下，国内外众多学者 开展了对电-气综合能源系统的研究，其本质是互联互通能源资源，利用其互补 优势来解决能源危机，从而不再追求单一能源的生产、运输和供应。
3.在智能电网用户侧通信网络中，大量负荷数据同时通过数据聚合单元(dau) 进行转发，传输信道会出现网络拥塞、路径损耗和电磁干扰等问题。在无线传 输过程中，由于信息传输存在数据包丢失现象，将会影响电力公司的负荷预测 精度，电力公司的成本也会随着负荷预测偏差的增加而增加。随着信息通信技 术的快速发展，在通信网络中可以采用协作中继技术、认知无线电技术等先进 通信技术来提高信息传输速率，从而减少数据包丢失。另外，在智能电网用户 侧通信网络的信息传输研究中，一些学者提出可以通过向电信运营商购买中继 服务来实现电力公司与用户之间的实时双向通信，以此来降低电力公司成本， 补偿信道衰落，提高数据传输速率和可靠性。
4.在直接负荷控制方式下，电力公司根据负荷跟踪偏差从辅助服务市场购买 agc服务，高昂的agc服务单价将增加电力公司的成本负担。我国丰富的天然气 资源为天然气发电提供了充足的气源，且天然气的发电特性能有效减缓节能减 排的压力并满足电网调峰要求，受益于污染物排放小、能量转化效率高、建设 投资和运行维护成本低的优势，天然气发电的综合成本要低于煤电，另外，气 电成本可以通过电价得到疏导，使得天然气发电企业留有一定的边际利润，为 气电发展与应用创造了良好的条件。因此，利用天然气公司的气转电技术和agc 调节服务共同弥补需求侧的负荷跟踪偏差具有至关重要的意义。


技术实现要素：

5.基于此，本发明提供电力、电信、天然气公司之间协同方法、系统及存储 介质，对各个电力公司的支付方案、电信运营商分配给中继业务的传输功率比 例、电力公司气转电服务的需求比例、天然气公司气转电服务的零售价格进行 协同优化，为电-气综合能源系统通信网络中基于中继的协作传输以及天然气公 司与电力公司之间的气转电能源交易提供一种可行的技术方案，最终实现在降 低各个电力公司成本的同时，提高电信运营商和天然气公司的收益。
6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
7.电力、电信、天然气公司之间协同方法，包括：
8.获取第一初始参数、第二初始参数和第三初始参数；其中，所述第一初始 参数包括电力公司的预留电力成本、负荷跟踪偏差的拟合系数、dau的传输带 宽、从网关到用户的信息正确传输概率、信息到达dau的速率、dau到网关以 及中继到网关的信道增益、dau的发射功率、agc服务的零售价格、电信运营商 基站的总功率；所述第二初始参数包括电信运营商的总带宽、电信运营商电信 业务基价、基站中dau数量、中继到控制中心的信道增益；所述第三初始参数 包括天然气公司总的天然气储备量、天然气公司的天然气零售价格与气转电服 务零售价格的比例系数、工程实践中的热率曲线系数；
9.依据第一初始参数、各个电力公司的支付方案、电信运营商分配给中继业 务的传输功率比例、电力公司气转电服务的需求比例以及天然气公司气转电服 务的零售价格，以各个电力公司成本最小为目标，各个电力公司的支付方案、 电力公司气转电服务的需求比例分别为决策变量，建立各自的第一优化目标模 型和第三优化目标模型；
10.依据第二初始参数、各个电力公司的支付方案和电信运营商分配给中继业 务的传输功率比例，以电信运营商收益最大为目标，电信运营商分配给中继业 务的传输功率比例为决策变量，建立第二优化目标模型；
11.依据第三初始参数、各个电力公司的支付方案、电信运营商分配给中继业 务的传输功率比例、电力公司气转电服务的需求比例以及天然气公司气转电服 务的零售价格，以天然气公司收益最大为目标，天然气公司气转电服务的零售 价格为决策变量，建立第四优化目标模型；
12.采用迭代算法对所述第一优化目标模型和第二优化目标模型求解，得到上 级博弈均衡解；所述上级博弈均衡解包括第一优化目标模型中各个电力公司的 支付方案、第二优化目标模型中电信运营商分配给中继业务的传输功率比例；
13.将上级博弈均衡解代入到第三、第四优化目标模型中，采用迭代算法对所 述第三优化目标模型和第四优化目标模型求解，得到下级博弈均衡解。所述下 级博弈均衡解包括第三优化目标模型中电力公司气转电服务的需求比例、第四 优化目标模型中天然气公司气转电服务的零售价格；
14.将下级博弈均衡解代入到第一、第二优化目标模型，采用迭代算法对所述 第一优化目标模型和第二优化目标模型求解，得到新的上级博弈均衡解，利用 新的上级博弈均衡解通过上述步骤获得新的下级博弈均衡解，判断所得整体博 弈均衡解是否与上一次整体博弈均衡解结果一致，一致则为全局最优，不一致 则进行本步骤的循环迭代。
15.确定全局最优优化结果，所述全局最优优化结果由恒定的上级博弈均衡解 和恒定的下级博弈均衡解组成。
16.本方法的进一步改进在于：构建所述第一优化目标模型步骤如下：
17.通过直接负荷控制误差的统计分析方法，建立电力公司i(i∈n＝{1，2，......，n}) 的电力成本模型：
[0018][0019]
其中，是电力公司i的预留电力成本，mi表示电力公司i的支付方案，qi表示电力公司i由于信息传输过程中数据包丢失而需要补偿的直接负荷控制误 差，ρ1表示天然气公司气转电服务的零售价格，ρ2表示agc服务的零售价格，β 为电力公司气转电服务的需求
比例；
[0020]
根据直接负荷控制误差的统计分析，电力公司i由于信息传输过程中数据包 丢失而需要补偿的直接负荷控制误差可以表示为：
[0021]
qi＝ap
il-b
[0022]
其中，a和b为直接负荷控制误差统计分析后的拟合系数，p
il
为电力公司i 的数据包丢失率。
[0023]
电力公司与用户之间存在双向通信，构造在df协作中继传输策略下的数据 包丢失率；不失一般性，仅考虑下行传输过程中的数据包丢失，电力公司i的数 据包丢失率表示为：
[0024][0025]
其中，t
in
是信息到达dau的速率，定义为df协作中继策略下网关i的 信息接收速率，g是从网关到用户的信息正确传输概率。
[0026]
从daui到网关i采用df协作中继传输方式下，网关i的信息接收速率表示 为：
[0027][0028]
其中，w为daui的传输带宽，为daui的信息发射功率，为电信运 营商分配给daui的中继传输功率，为daui到网关i的信道增益，为中继 到网关i的信道增益，为daui到中继的信道增益。
[0029][0030]
其中，mi表示电力公司i给电信运营商制定的支付方案，为所有电力 公司制定的支付方案的总和，n表示电力公司集(i∈n＝{1，2，......，i，......，n})，α表示 电信运营商分配给中继业务的传输功率比例，p表示电信运营商的总功率。
[0031]
综上，所述第一优化目标模型为电力公司i的成本模型：
[0032][0033]
所述第一优化目标模型约束条件为：
[0034]
0＜α＜1
[0035]
0＜β＜1
[0036]
[0037]
其中，是电信运营商分配给daui的最大中继传输功率。
[0038]
本方法的进一步改进在于：构建所述第二优化目标模型步骤如下：
[0039]
由于电信运营商既提供传统的电信业务又提供中继业务，所以其总体收益 表示为：
[0040]
maxv(α)＝max(vu+vr)
[0041]
其中，vu表示电信运营商电信业务带来的收益，vr表示电信运营商中继业务 带来的收益。
[0042]
电信运营商电信业务带来的收益可以表示为：
[0043]vu
＝ωr(w
r-nw)ln(1+(1-α)ph
rd
)
[0044]
其中，ωr为电信运营商电信业务的基价，wr为电信运营商的总带宽，电力 公司与dau具有一一对应的关系，n为dau的数量，h
rd
为从电信运营商基站到 控制中心的信道增益。
[0045]
电信运营商中继业务带来的收益可以表示为：
[0046][0047]
综上，所述第二优化目标模型为电信运营商的收益模型：
[0048][0049]
所述第二优化目标模型约束条件为：
[0050]
0＜α＜1
[0051][0052]
本方法的进一步改进在于：构建所述第三优化目标模型步骤如下：
[0053]
电力公司代理商代表的是全体电力公司的利益，使所有电力公司的成本和 最小化；电力公司代理商的成本函数可以表示为：
[0054][0055]
其中，zi表示电力公司i的电力成本函数；
[0056]
综上，所述第三优化目标模型为电力公司代理商的成本模型：
[0057][0058]
所述第三优化目标模型约束条件为：
[0059]
0＜α＜1
[0060]
0＜β＜1
[0061]
[0062]
本方法的进一步改进在于：构建所述第四优化目标模型步骤如下：
[0063]
由于天然气公司既售卖天然气服务又售卖气转电服务，其总体收益表示为：
[0064]
maxu＝max(ug+u
g2p
)
[0065]
其中，ug表示天然气公司售气服务带来的收益，u
g2p
为天然气公司售卖气 转电服务带来的收益；
[0066]
天然气公司售卖天然气服务的收益可以表示为：
[0067]
ug＝(c
all-ψ)ρg[0068]
其中，c
all
表示天然气公司总的天然气储备量，ρg为天然气的零售价格，ψ表 示天然气公司进行气转电服务所需的天然气量。
[0069][0070]
其中，为天然气零售价格与气转电服务零售价格之间的一个比例系数；
[0071]
天然气的消耗量与输出功率有如下关系：
[0072]
ψ＝a1+a2p
out
+a3(p
out
)2[0073]
其中，p
out
为气转电设备的发电量，a1，a2，a3为工程实践中的热率曲线系 数。
[0074]
天然气公司气转电设备的发电量即为电力公司代理商所需的用电量，可以表 示为：
[0075][0076]
天然气公司售卖气转电服务所带来的收益可以表示为：
[0077][0078]
综上，所述第四优化目标模型为天然气公司的收益模型：
[0079][0080]
其中，
[0081]
所述第四优化目标模型约束条件为：
[0082]
0＜α＜1
[0083]
0＜β＜1
[0084][0085]
电力、电信、天然气公司之间协同系统，包括：
[0086]
参数获取模块，用于获取第一初始参数、第二初始参数和第三初始参数； 其中，所述第一初始参数包括电力公司的预留电力成本、负荷跟踪偏差的拟合 系数、dau的传输带宽、从网关到用户的信息正确传输概率、信息到达dau的 速率、dau到网关以及中继到网关的信道增益、dau的发射功率、agc服务的 零售价格、电信运营商基站的总功率；所述第二初始参数包括电信运营商的总 带宽、电信运营商电信业务基价、基站中dau数量、中继到控制中心的信道增 益；所述第三初始参数包括天然气公司总的天然气储备量、天然气公司的天然 气零售价格与气转电服务零售价格的比例系数、工程实践中的热率曲线系数；
[0087]
第一模型构建模块，用于依据所述第一初始参数、各个电力公司的支付方 案、电信运营商分配给中继业务的传输功率比例、电力公司气转电服务的需求 比例以及天然气公司气转电服务的零售价格，以各个电力公司成本最小为目标， 所述各个电力公司的支付方案为决策变量，建立第一优化目标模型；
[0088]
第二模型构建模块，用于依据所述第二初始参数、各个电力公司的支付方 案和电信运营商分配给中继业务的传输功率比例，以电信运营商收益最大为目 标，所述电信运营商分配给中继业务的传输功率比例为决策变量，建立第二优 化目标模型；
[0089]
第三模型构建模块，用于依据所述第一初始参数、各个电力公司的支付方 案、电信运营商分配给中继业务的传输功率比例、电力公司气转电服务的需求 比例以及天然气公司气转电服务的零售价格，以电力公司代理商成本最小为目 标，所述电力公司气转电服务的需求比例为决策变量，建立第三优化目标模型；
[0090]
第四模型构建模块，用于依据所述第三初始参数、各个电力公司的支付方 案、电信运营商分配给中继业务的传输功率比例、电力公司气转电服务的需求 比例以及天然气公司气转电服务的零售价格，以天然气公司收益最大为目标， 所述天然气公司气转电服务的零售价格为决策变量，建立第四优化目标模型；
[0091]
第一求解模块，用于采用迭代算法对所述第一优化目标模型和第二优化目 标模型求解，得到上级博弈均衡解。所述上级博弈均衡解包括第一优化目标模 型中各个电力公司的支付方案、第二优化目标模型中电信运营商分配给中继业 务的传输功率比例；
[0092]
第二求解模块，用于将上级博弈均衡解代入到第三、第四优化目标模型中， 采用迭代算法对所述第三优化目标模型和第四优化目标模型求解，得到下级博 弈均衡解。所述下级博弈均衡解包括第三优化目标模型中电力公司气转电服务 的需求比例、第四优化目标模型中天然气公司气转电服务的零售价格；
[0093]
第三求解模块，用于将下级博弈均衡解代入到第一、第二优化目标模型， 采用迭代算法对所述第一优化目标模型和第二优化目标模型求解，得到新的上 级博弈均衡解，利用新的上级博弈均衡解通过第二求解模块所述方法获得新的 下级博弈均衡解，判断所得整体博弈均衡解是否与上一次整体博弈均衡解结果 一致，一致则为全局最优，不一致则进行本步骤的循环迭代。
[0094]
优化结果确定模块，用于确定全局最优优化结果，所述全局最优优化结果 由恒定的上级博弈均衡解和恒定的下级博弈均衡解组成。
[0095]
一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处 理器执行时实现上述电力、电信、天然气公司之间协同方法的步骤。
[0096]
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
[0097]
本发明公开了电力、电信、天然气公司之间协同方法、系统及存储介质， 包括：构建电力公司和电信运营商之间的优化模型；电力公司和电信运营商之 间的优化模型包括第一优化目标模型和第二优化目标模型；构建电力公司代理 商和天然气公司之间的优化模型；电力公司代理商和天然气公司之间的优化模 型包括第三优化目标模型和第四优化目标模型。采用迭代算法对电力公司和电 信运营商之间的优化模型、电力公司代理商和天然气公司之间的优化模型求解， 得到全局最优优化结果。优化结果包括：电力公司制定给电信运营商处的支付 方案、电信运营商分配给中继业务的传输功率比例、电力公司气转电服务的需 求比例、天然气公司气转电服务的零售价格。本发明利用agc调节服务和天然 气公司的气转电技术共同弥补需求侧的负荷跟踪偏差，能够实现在降低各个电 力公司成本的同时，提高电信运营商和天然气公司的收益。
附图说明
[0098]
为了更清楚地说明本发明运行原理和使用的技术方案，下面将对运行原理 和使用的技术所需要使用的附图做简单地介绍。显而易见，下面描述中的附图 进仅是本发明的一些运行例子，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造 性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0099]
图1为本发明实施例电力公司和电信运营商、天然气公司之间的系统结构 图；
[0100]
图2为本发明实施例电力公司和电信运营商、天然气公司之间的互动关系 图；
[0101]
图3为本发明实施例电力公司和电信运营商、天然气公司之间协同优化方 法的流程图；
[0102]
图4为本发明实施例电力公司和电信运营商、天然气公司之间互动模型的 结构图；
[0103]
图5为本发明实施例采用迭代算法优化求解的流程图。
具体实施方式
[0104]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0105]
本技术中“dau”为数据集中器单元，“agc”为自动发电控制。
[0106]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0107]
电力公司、电信运营商和天然气公司之间的系统结构如图1所示。
[0108]
电力公司：电力公司通过dau与用户侧的网关进行实时通信，网关收集来 自dau的控制信息进行需求侧调节，由于信息收集过程中存在数据包丢失的情 况，所以需求侧调节会产生偏差，电力公司的成本会随着调节偏差的增大而增 加，因此电力公司需要通过制定支付方案给电信运营商，用以购买电信运营商 的中继业务帮助其转发控制信息，从而降低数据包丢失率，提升信息传输速率， 最终降低电力公司的成本。需要指明的是，系统中的多个电力公司之间为非合 作博弈关系，各个电力公司通过制定不同的支付方案来竞争电信
运营商分配给 自身的中继传输功率大小。
[0109]
电信运营商：电信运营商包括中继业务和其自身的电信业务，电信运营商 根据自身利益需要在中继业务和电信业务之间做出权衡，通过决策分配给中继 业务的传输功率比例来实现自身收益最大化。
[0110]
电力公司代理商：电力公司代理商代表的是全体电力公司的利益，在电网 运行过程中，电力公司代理商通过制定电力公司气转电服务的需求比例来实现 所有电力公司成本和最小的目标。
[0111]
天然气公司：天然气公司包括售卖天然气业务和售卖气转电业务，在“双 碳”背景下，天然气发电具有良好的应用和发展前景，天然气公司通过制定气 转电服务的零售价格以实现自身收益最大化。
[0112]
电力公司、电信运营商和天然气公司之间的互动关系如图2所示。本实施 例中的电力公司和电信运营商、天然气公司之间的协同优化方法的思路如下：
[0113]
建立电力公司和电信运营商互动模型，实现电力公司和电信运营商之间双 向互动。在电力公司与电信运营商的双向互动过程中，电信运营商往往是交易 机制制定的主要角色，一般电信运营商在实现收益最大化的前提下，先确定分 配给中继业务的传输功率比例，电力公司再对电信运营商分配给中继业务的传 输功率比例作出响应，在满足交换需求的基础上，电力公司确定支付方案使电 力公司成本最小化。在实际的互动中，各个电力公司的支付方案又会反过来影 响电信运营商对分配给中继业务的传输功率比例的制定，二者之间的互动构成 博弈模型，最终形成动态均衡。两者之间的行为有先后，因而在实际的互动中， 电信运营商为领导者，电力公司为跟随者，且一方的策略选择会对另一方的收 益和成本产生直接的影响，最后在电信运营商收益最大化和电力公司成本最小 化之间达到均衡。电力公司和电信运营商互动模型包括以电力公司作为跟随者 建立的第一优化目标模型和以电信运营商作为领导者建立的第二优化目标模型。
[0114]
建立电力公司代理商和天然气公司互动模型，实现电力公司代理商和天然 气公司之间的双向互动。在电力公司代理商和天然气公司的互动过程中，在天 然气公司收益最大化的前提下，天然气公司先确定气转电服务的零售价格，电 力公司代理商根据天然气公司气转电服务的零售价格确定电力公司气转电服务 的需求比例。在实际的互动中，电力公司气转电服务的需求比例又会反过来影 响天然气公司气转电服务的零售价格的制定，二者之间的互动构成博弈模型， 最终形成动态均衡。两者之间的行为也存在先后，因而在实际的互动中，天然 气公司为领导者，电力公司代理商为跟随者，且一方的策略选择会对另一方的 收益和成本产生直接的影响，最后在天然气公司收益最大化和电力公司代理商 成本最小化之间达到均衡。电力公司代理商和天然气公司互动模型包括以电力 公司代理商作为跟随者建立的第三优化目标模型和以天然气公司作为领导者建 立的第四优化目标模型。
[0115]
本实施例中电力公司、电信运营商和天然气公司之间的协同优化方法如下：
[0116]
图3为本发明实施例电力公司与电信运营商协同优化方法的流程图。参见 图3，实施例的电力公司和电信运营商、天然气公司之间的协同优化方法，包括：
[0117]
步骤s1：获取第一初始参数、第二初始参数、第三初始参数。
[0118]
所述第一初始参数包括电力公司的预留电力成本、负荷跟踪偏差的拟合系 数、
dau的传输带宽、从网关到用户的信息正确传输概率、信息到达dau的速 率、dau到网关以及中继到网关的信道增益、dau的发射功率、agc服务的零 售价格、电信运营商基站的总功率；所述第二初始参数包括电信运营商的总带 宽、电信运营商电信业务基价、基站中dau数量、中继到控制中心的信道增益； 所述第三初始参数包括天然气公司总的天然气储备量、天然气公司的天然气零 售价格与气转电服务零售价格的比例系数、工程实践中的热率曲线系数。
[0119]
步骤s2：依据第一初始参数、各个电力公司的支付方案、电信运营商分配 给中继业务的传输功率比例、电力公司气转电服务的需求比例以及天然气公司 气转电服务的零售价格，以各个电力公司成本最小为目标，所述各个电力公司 的支付方案为决策变量，建立第一优化目标模型。
[0120]
该步骤中，利用直接负荷控制误差的统计分析方法来描述各个电力公司的 成本模型。电力公司除自身的运营成本外，还包括购买中继服务的成本，为了 降低信息传输过程中的数据包丢失率，电力公司需要向电信运营商购买中继服 务帮助其转发信息，电信运营商先确定分配给中继业务的传输功率比例，各个 电力公司之间为非合作博弈关系，通过制定不同的支付方案来竞争电信运营商 分配给自身的传输功率大小。
[0121]
在电力公司和电信运营商互动过程中，对于电力公司i来说，决策变量为电 力公司i的支付方案mi，所述第一优化目标模型为：
[0122]
首先，利用直接负荷控制误差的统计分析方法，建立电力公司 i(i∈n＝{1，2，......，n})的电力成本模型：
[0123][0124]
其中，是电力公司i的预留电力成本(￥)，mi表示电力公司i的支付方 案(￥)，qi表示电力公司i由于信息传输过程中数据包丢失而需要补偿的直接负 荷控制误差(mw)，ρ1表示天然气公司气转电服务的零售价格(￥/mw)，ρ2表示 agc服务的零售价格(￥/mw)，β为电力公司的气转电服务需求比例。
[0125]
根据直接负荷控制误差的统计分析，电力公司i由于信息传输过程中数据包 丢失而需要补偿的直接负荷控制误差可以表示为：
[0126]
qi＝ap
il-b
[0127]
其中，a和b为直接负荷控制误差统计分析后的拟合系数，p
il
为电力公司i 的数据包丢失率。
[0128]
电力公司与用户之间存在双向通信，构造在df协作中继传输策略下的数据 包丢失率。不失一般性，仅考虑下行传输过程中的数据包丢失，电力公司i的数 据包丢失率表示为：
[0129][0130]
其中，t
in
是信息到达dau的速率(mbit/s)，定义为df协作中继策略下 网关i的信息接收速率(mbit/s)，g是从网关到用户的信息正确传输概率。
[0131]
从daui到网关i采用df协作中继传输方式下，网关i的信息接收速率表示 为：
[0132][0133]
其中，w为daui的传输带宽(hz)，为daui的信息发射功率(w)，为电 信运营商分配给daui的中继传输功率(w)，为daui到网关i的信道增益(db)， 为中继到网关i的信道增益(db)，为daui到中继的信道增益(db)。
[0134][0135]
其中，mi表示电力公司i给电信运营商制定的支付方案，为所有电力 公司制定的支付方案的总和(￥)，n表示电力公司集(i∈n＝{1，2，......，i，......，n})，α表 示电信运营商分配给中继业务的传输功率比例，p表示电信运营商的总功率(w)。
[0136]
综上，所述第一优化目标模型为电力公司i的成本模型：
[0137][0138]
所述第一优化目标模型约束条件为：
[0139]
0＜α＜1
[0140]
0＜β＜1
[0141][0142]
其中，是电信运营商分配给daui的最大中继传输功率(w)。
[0143]
步骤s3：依据第二初始参数、各个电力公司的支付方案和电信运营商分配 给中继业务的传输功率比例，以电信运营商收益最大为目标，所述电信运营商 分配给中继业务的传输功率比例为决策变量，建立第二优化目标模型。
[0144]
该步骤中，电信运营商的基站是为各个电力公司提供中继服务的主要基础 设施，电信运营商的总功率中有α比例分配给中继业务，用以帮助电力公司更 高效的传输控制信息，(1-α)比例分配给电信业务来维持电信运营商自身电信服 务的工作。
[0145]
在电力公司和电信运营商互动过程中，对于电信运营商来说，决策变量为 电信运营商分配给中继业务的传输功率比例α，所述第二优化目标模型为：
[0146]
考虑电信运营商既提供传统的电信业务又提供中继业务，所以其总体收益 表示为：
[0147]
maxv(α)＝max(vu+vr)
[0148]
其中，vu表示电信运营商电信业务带来的收益(￥)，vr表示电信运营商中继 业务带来的收益(￥)。
[0149]
电信运营商电信业务带来的收益可以表示为：
[0150]vu
＝ωr(w
r-nw)ln(1+(1-α)ph
rd
)
[0151]
其中，ωr为电信运营商电信业务的基价(￥/mbps)，wr为电信运营商的总带宽 (hz)，电力公司与dau具有一一对应的关系，n为dau的数量，h
rd
为从电信运 营商基站到控制中心的信道增益(db)。
[0152]
电信运营商中继业务带来的收益可以表示为：
[0153][0154]
综上，所述第二优化目标模型为电信运营商的收益模型：
[0155][0156]
所述第二优化目标模型约束条件为：
[0157]
0＜α＜1
[0158][0159]
经过步骤s2和步骤s3，得到包括第一优化目标模型和第二优化目标模型的 电力公司和电信运营商互动模型。
[0160]
步骤s4：依据所述第一初始参数、各个电力公司的支付方案、电信运营商 分配给中继业务的传输功率比例、电力公司气转电服务的需求比例以及天然气 公司气转电服务的零售价格，以电力公司代理商成本最小为目标，所述电力公 司气转电服务的需求比例为决策变量，建立第三优化目标模型。
[0161]
该步骤中，电力公司代理商的成本函数由各个电力公司的成本之和所组成， 电力公司代理商充分的代表了系统中各个电力公司的利益。电力公司代理商通 过制定电力公司气转电服务的需求比例来实现系统中所有电力公司成本和最小 的目标。
[0162]
在电力公司代理商和天然气公司互动过程中，对于电力公司代理商来说， 决策变量为电力公司气转电服务的需求比例，所述第三优化目标模型为：
[0163]
电力公司代理商代表的是全体电力公司的利益，其目的是使所有电力公司 的成本和最小化。电力公司代理商的成本函数可以表示为：
[0164][0165]
其中，zi表示电力公司i的电力成本函数。
[0166]
综上，所述第三优化目标模型为电力公司代理商的成本模型：
[0167][0168]
所述第三优化目标模型约束条件为：
[0169]
0＜α＜1
[0170]
0＜β＜1
[0171][0172]
步骤s5：依据第三初始参数、各个电力公司的支付方案、电信运营商分配 给中继业务的传输功率比例、电力公司气转电服务的需求比例以及天然气公司 气转电服务的零售价格，以天然气公司收益最大为目标，所述天然气公司气转 电服务的零售价格为决策变量，建立第四优化目标模型。
[0173]
该步骤中，天然气公司包含售卖天然气和售卖气转电服务两种业务，天然 气公司需要在售卖天然气业务和售卖气转电业务之间做出权衡，天然气公司通 过制定气转电服务的零售价格以实现收益最大化。
[0174]
在电力公司代理商和天然气公司互动过程中，对于天然气公司来说，决策 变量为天然气公司气转电服务的零售价格，所述第四优化目标模型为：
[0175]
考虑天然气公司既售卖天然气服务又售卖气转电服务，所以其总体收益表 示为：
[0176]
maxu＝max[ug+u
g2p
]
[0177]
其中，ug表示天然气公司售气服务带来的收益(￥)，u
g2p
为天然气公司售卖 气转电服务带来的收益(￥)。
[0178]
天然气公司售卖天然气服务的收益可以表示为：
[0179]
ug＝(c
all-ψ)ρg[0180]
其中，c
all
表示天然气公司总的天然气储备量(m3)，ρg为天然气的零售价格 (￥/m3)，ψ表示天然气公司进行气转电服务所需的天然气量(m3)。
[0181][0182]
其中，为天然气零售价格与气转电服务零售价格之间的一个比例系数。
[0183]
天然气的消耗量与输出功率有如下关系：
[0184]
ψ＝a1+a2p
out
+a3(p
out
)2[0185]
其中，p
out
为气转电设备的发电量(mw)，a1，a2，a3为工程实践中的热率 曲线系数。
[0186]
天然气公司气转电设备的发电量即为电力公司代理商所需的用电量，可以 表示为：
[0187][0188]
天然气公司售卖气转电服务所带来的收益可以表示为：
[0189][0190]
综上，所述第四优化目标模型为天然气公司的收益模型：
[0191]
[0192]
其中，
[0193]
所述第四优化目标模型约束条件为：
[0194]
0＜α＜1
[0195]
0＜β＜1
[0196][0197]
经过步骤s4和步骤s5，得到包括第三优目标化模型和第四优化目标模型的 电力公司代理商和天然气公司互动模型。
[0198]
电力公司和电信运营商、天然气公司之间的优化模型如图4所示。
[0199]
下面采用迭代算法对电力公司和电信运营商的互动模型、电力公司代理商 和天然气公司的互动模型进行优化求解，求解思路如步骤s6、s7和s8所示， 优化求解具体过程如图5所示。在电力公司和电信运营商的互动模型中，通过 迭代求解互动策略，通过电信运营商分配中继业务的传输功率比例以及对此中 继传输功率分配比例进行响应的电力公司的支付方案进行互动。在电力公司代 理商和天然气公司的互动模型中，通过迭代求解互动策略，通过天然气公司气 转电服务的零售价格以及对此零售价格进行响应的电力公司气转电服务的需求 比例进行互动。电力公司和电信运营商互动模型、电力公司代理商和天然气公 司互动模型能够很好的促进各个电力公司、电信运营商、天然气公司之间的良 性互动，最终实现共赢。
[0200]
步骤s6：采用迭代算法对所述第一优化目标模型和第二优化目标模型求解， 得到上级博弈均衡解。所述上级博弈均衡解包括第一优化目标模型中各个电力 公司的支付方案、第二优化目标模型中电信运营商分配给中继业务的传输功率 比例。
[0201]
步骤s7：将上级博弈均衡解代入到第三、第四优化目标模型中，采用迭代 算法对所述第三优化目标模型和第四优化目标模型求解，得到下级博弈均衡解。 所述下级博弈均衡解包括第三优化目标模型中电力公司气转电服务的需求比例、 第四优化目标模型中天然气公司气转电服务的零售价格。
[0202]
步骤s8：将下级博弈均衡解代入到第一、第二优化目标模型，采用迭代算 法对所述第一优化目标模型和第二优化目标模型求解，得到新的上级博弈均衡 解，利用新的上级博弈均衡解通过步骤s7获得新的下级博弈均衡解，判断所得 整体博弈均衡解是否与上一次整体博弈均衡解结果一致，一致则为全局最优， 不一致则进行本步骤的循环迭代。
[0203]
步骤s9：确定全局最优优化结果，所述全局最优优化结果由恒定的上级博 弈均衡解和恒定的下级博弈均衡解组成。
[0204]
本实施例的一种考虑电力公司和电信运营商、天然气公司之间的协同优化 方法，具有以下优点：
[0205]
在直接负荷控制方式下，电网发布控制信息调节需求侧的用电负荷，由于 信息传输过程中存在数据包丢失的情况，所以需求侧调节会产生偏差，电力公 司的电力成本随着
调节偏差的增大而增加，一些学者提出利用协作中继技术帮 助电力公司转发控制信息从而降低数据包丢失率，最终降低电力公司的成本。 另外，需要指出的是协助电力公司通信的中继设施主要有一般中继和采用电信 运营商的基站作为中继两种情况。现有技术主要集中在解决中继在智能电网通 信网络中的功率分配和带宽分配等问题，而对于需求侧负荷跟踪偏差的补偿采 用单一的agc服务，由于agc服务单价相较于电力单价要高出很多，而agc服 务的购买量又取决于通信网络信息传输的可靠性，这无疑为智能电网通信网络 带来了巨大的压力。在本方案中，引入天然气公司的气转电技术，受益于污染 物排放小、能量转化效率高、建设投资和运行维护成本低的优势，天然气发电 的综合成本要低于agc服务，为气电发展与应用创造了良好的条件。在国家大 力倡导“双碳”的背景下，利用天然气公司的气转电技术和agc调解服务共同 弥补需求侧的负荷跟踪偏差有助于缓解电网通信网络压力，在进一步降低电力 公司的成本的同时提高了电信运营商和天然气公司的收益。
[0206]
本实施例针对电力公司和电信运营商、天然气公司进行协同优化，从三者 各自角度考虑了自身的利益，其优化模型和多数研究存在很大差别。在电力公 司和电信运营商的互动模型中，各个电力公司之间为非合作博弈的关系，每个 电力公司通过制定各自的支付方案向电信运营商处购买中继服务帮助其转发控 制信息，电信运营商为实现自身利益最大化，确定分配给中继业务的传输功率 比例。在电力公司代理商和天然气公司的互动模型中，电力公司代理商代表系 统中所有电力公司的利益，根据天然气公司气转电服务的零售价格确定自身的 气转电服务需求比例，进而实现各个电力公司成本最小化，天然气公司以自身 收益最大化为前提，确定最优的气转电服务零售价格。考虑电力公司的预留电 力成本、负荷跟踪偏差的拟合系数、dau的传输带宽、从网关到用户的信息正 确传输概率、信息到达dau的速率、dau到网关以及中继到网关的信道增益、 dau的发射功率、agc服务的零售价格、电信运营商基站的总功率多因素下建立 电力公司成本最小为目标函数的第一优化目标模型。考虑电信运营商的总带宽、 电信运营商电信业务基价、基站中dau数量、中继到控制中心的信道增益多因 素下建立电信运营商收益最大为目标函数的第二优化目标模型。电力公司代理 商代表系统中所有电力公司的收益，考虑各个电力电力公司的成本建立电力公 司代理商成本最小为目标的第三优化目标模型。天然气作为一种清洁能源，相 较于燃煤发电，气转电技术在降低碳排放方面有巨大优势，考虑天然气公司总 的天然气储备量、天然气公司的天然气零售价格与气转电服务零售价格的比例 系数、工程实践中的热率曲线系数多因素下建立天然气收益最大为目标函数的 第四优化目标模型。
[0207]
对于电力公司来说，各个电力公司通过非合作博弈竞争获得电信运营商的 中继功率帮助其转发控制信息，有效的解决了大量控制信息同时传输而造成的 数据拥塞、数据包丢失问题。在一定程度上减小了智能电网的通信压力，有助 于降低电力公司的成本。对于电信运营商来说，需要在自身电信业务和中继业 务之间作出权衡，将基站总功率的一定比例分配给中继业务用以获得电力公司 的支付报酬，通过优化分配给中继业务的中继功率分配比例来实现电信运营商 收益最大化。对于电力公司代理商来说，其代表系统中所有电力公司的利益， 通过决策气转电服务的需求比例来实现自身成本最小化。利用气转电服务和agc 服务共同补偿负荷跟踪偏差相较于单纯依靠agc服务进行补偿更具选择性，并 且对于缓解智能电网的通信压力具有一定的积极作用。对于天然气公司来说， 向电力公司出售一定的气转电服务，拓宽了收益来源，通过制定气转电服务的 零售价格以实现自身收益
最大化。优化模型能够很好地促进电力公司和电信运 营商、天然气公司之间的良性互动，提高智能电网通信网络运行的可靠性，利 用气转电服务和agc服务共同补偿负荷跟踪偏差有助于缓解智能电网通信压力， 降低电力公司成本，本优化模型能够使得电力公司、电信运营商以及天然气公 司实现共赢。
[0208]
基于上述电力、电信、天然气公司之间协同方法的系统，包括：
[0209]
参数获取模块、第一模型构建模块、第二模型构建模块、第三模型构建模 块、第四模型构建模块、第一求解模块、第二求解模块、第三求解模块和优化 结果确定模块。
[0210]
参数获取模块获取第一初始参数、第二初始参数和第三初始参数；其中， 所述第一初始参数包括电力公司的预留电力成本、负荷跟踪偏差的拟合系数、 dau的传输带宽、从网关到用户的信息正确传输概率、信息到达dau的速率、 dau到网关以及中继到网关的信道增益、dau的发射功率、agc服务的零售价 格、电信运营商基站的总功率；所述第二初始参数包括电信运营商的总带宽、 电信运营商电信业务基价、基站中dau数量、中继到控制中心的信道增益；所 述第三初始参数包括天然气公司总的天然气储备量、天然气公司的天然气零售 价格与气转电服务零售价格的比例系数、工程实践中的热率曲线系数；第一模 型构建模块依据所述第一初始参数、各个电力公司的支付方案、电信运营商分 配给中继业务的传输功率比例、电力公司气转电服务的需求比例以及天然气公 司气转电服务的零售价格，以各个电力公司成本最小为目标，所述各个电力公 司的支付方案为决策变量，建立第一优化目标模型；第二模型构建模块依据所 述第二初始参数、各个电力公司的支付方案和电信运营商分配给中继业务的传 输功率比例，以电信运营商收益最大为目标，所述电信运营商分配给中继业务 的传输功率比例为决策变量，建立第二优化目标模型；第三模型构建模块依据 所述第一初始参数、各个电力公司的支付方案、电信运营商分配给中继业务的 传输功率比例、电力公司气转电服务的需求比例以及天然气公司气转电服务的 零售价格，以电力公司代理商成本最小为目标，所述电力公司气转电服务的需 求比例为决策变量，建立第三优化目标模型；第四模型构建模块依据所述第三 初始参数、各个电力公司的支付方案、电信运营商分配给中继业务的传输功率 比例、电力公司气转电服务的需求比例以及天然气公司气转电服务的零售价格， 以天然气公司收益最大为目标，所述天然气公司气转电服务的零售价格为决策 变量，建立第四优化目标模型；第一求解模块采用迭代算法对所述第一优化目 标模型和第二优化目标模型求解，得到上级博弈均衡解。所述上级博弈均衡解 包括第一优化目标模型中各个电力公司的支付方案、第二优化目标模型中电信 运营商分配给中继业务的传输功率比例；第二求解模块将上级博弈均衡解代入 到第三、第四优化目标模型中，采用迭代算法对所述第三优化目标模型和第四 优化目标模型求解，得到下级博弈均衡解。所述下级博弈均衡解包括第三优化 目标模型中电力公司气转电服务的需求比例、第四优化目标模型中天然气公司 气转电服务的零售价格；第三求解模块将下级博弈均衡解代入到第一、第二优 化目标模型，采用迭代算法对所述第一优化目标模型和第二优化目标模型求解， 得到新的上级博弈均衡解，利用新的上级博弈均衡解通过第二求解模块所述方 法获得新的下级博弈均衡解，判断所得整体博弈均衡解是否与上一次整体博弈 均衡解结果一致，一致则为全局最优，不一致则进行本步骤的循环迭代；优化 结果确定模块确定全局最优优化结果，所述全局最优优化结果由恒定的上级博 弈均衡解和恒定的下级博弈均衡解组成。
[0211]
一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处 理器执行时实现上述电力、电信、天然气公司之间协同方法的步骤。
[0212]
其中，存储介质可以读写二进制数据的储存芯片，可以是ram、rom或随机 存储器中的一个或多个。
[0213]
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发 明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员 对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定 的保护范围内。