基于多层博弈的区域综合能源系统运行优化方法及系统

本发明属于综合能源系统，尤其涉及一种基于多层博弈的区域综合能源系统运行优化方法及系统。

背景技术：

1、区域综合能源系统因其调度灵活性高、能源效率高以及分布式可再生能源承载性好等优势被广泛关注。

2、发明人发现，以往对区域综合能源系统的运行优化方法，以及各参与主体模型难以保障和均衡各方利益，甚至不重视部分主体，难以解决尖锐的利益冲突，比如，储能不能很好的参与市场交易，导致以辅助地位存在的储能站不能保证自身利益和参与调度的积极性。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提出了一种基于多层博弈的区域综合能源系统运行优化方法及系统，本发明以各参与主体的自身利益最大化为目标，且储能站以主动储能的运行策略参与总体能源管理，摆脱了辅助地位，解决了不重视部分主体时存在的尖锐利益冲突问题，保证了各参与主体的自身利益，提升了调度积极性。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供了一种基于多层博弈的区域综合能源系统运行优化方法，包括：

4、搭建包括负荷聚合商、储能站、用户主体和能源站的区域综合能源系统；其中，所述储能站内耦合了压缩空气储能，兼具能流纵向削峰填谷、应对源荷双侧不确定性以及能量横向时空转移的任务，以主动储能的运行策略参与总体能源管理；

5、以负荷聚合商、储能站、用户主体和能源站各自的自身利益最大化为目标函数，搭建所述区域综合能源系统的运行优化模型；其中，所述运行优化模型为多层博弈；在所述多层博弈中，纵向主体间被定义为多重斯塔克尔伯格博弈；横向各主体间被建模为非合作博弈；

6、根据搭建的运行优化模型，得到区域综合能源系统的优化运行方案。

7、进一步的，第 j个负荷聚合商与第 h个储能站的储能与放能交互成本为：

8、其中，和分别为 t时刻第 h个储能站发布的合同放能价格和储能价格；和分别为第 j个负荷聚合商制定的放能计划和储能计划；为政策性支持系数；为运行周期小时数。

9、进一步的，第 h个储能站对于第 j个负荷聚合商的储能价格和放能价格为合同价格，包括基本储能价格、放能价格以及增长系数：

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12、其中，分别是第 h个储能站的合同储能价格及放能价格，以及基础储能价格和基础放能价格；为第 j个负荷聚合商与第 h个储能站的电能交互量；和分别为储-放能价格增长系数； j为全体负荷聚合商数量。

13、进一步的，第 h个储能站依据储能-放能策略的多能解耦模型为：

14、

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16、其中，分别是放能，储能液-液换热器热效率，压缩机电-机械能转换效率，绝热效率，膨胀机电-机械能转换效率，以及绝热效率；分别是储能站的辅助储能量，放能量，压缩级数，以及膨胀级数；分别为空气常压比热容，空气比热容指数，以及气体常量；分别为各级压缩机和膨胀机的入口空气温度，以及出口和入口级间换热水温度；和分别为压缩/膨胀级数；为压缩机各级压强比； j为全体负荷聚合商数量； t为时刻； j和 i为常数；为第 j个负荷聚合商；为运行周期小时数。

17、进一步的，第 h个储能站的优化目标函数为：

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21、

22、其中，为实现收益； t为运行周期小时数； t为时刻； i和 j为常数； j为全体负荷聚合商数量； i为全体能源站数量；为是 t时刻第 h个负荷聚合商与第 j个储能站交互的成本；为 t时刻第 h个负荷聚合商与第 i个能源站交互的成本；为 政策投入；为运维成本；分别是储能站向负荷聚合商发布储能和放能合同价格的上限和下限，以及储能基础价格和放能基础价格的上限和下限；分别是平均储能价格上限和平均放能价格上限。

23、进一步的，上层能源站群体与中上层储能站群体作为引领者，中层负荷聚合商群体作为能源站群体和储能站群体的追随者同时作为用户群体的引领者，下层用户群体则为负荷聚合商群体的追随者，形成了一个多引领者多追随者的斯塔克尔伯格博弈模型。

24、进一步的，求解所述运行优化模型时，通过限制搜索域将储能容量约束转变为生成初始种群步骤中对于原始种群的约束化重赋值；通过添加等式约束解码器将日内储放能平衡约束转化为对初始种群中主动储能决策的规范化平衡；将初始种群中主动储能策略的额定容量边界约束转变为对初始种群的归一化处理。

25、进一步的，通过包含于储能站中的压缩空气储能的主动储能策略为所述区域综合能源系统解耦以改变系统参与主体间的能量和信息交互关系，实现系统重构；将能量流由能源站-储能站-运营商三者耦合相关，转变为能源站-运营商和储能站-运营商两两分别相关。

26、进一步的，储能站在决策自身售能价格时，将热能交互价格等于邻近能源站热能售价；将能源站-储能站-运营商三者复杂多能流耦合的能源调度策略，解耦为在运营商的调度下能量共同经能源站进行交互；求解所述运行优化模型时，中层负荷聚合商-下层用户主体的分布式优化问题，通过kkt条件理论，将下层用户主题的运行优化，转换为中层负荷聚合商优化问题的约束条件，将多层博弈模型转变为双层混合整数二次规划博弈模型。

27、第二方面，本发明还提供了一种基于多层博弈的区域综合能源系统运行优化系统，包括：

28、区域综合能源系统搭建模块，被配置为：搭建包括负荷聚合商、储能站、用户主体和能源站的区域综合能源系统；其中，所述储能站内耦合了压缩空气储能，其兼具能流纵向削峰填谷、应对源荷双侧不确定性以及能量横向时空转移的任务，以主动储能的运行策略参与总体能源管理；

29、运行优化模型搭建模块，被配置为：以负荷聚合商、储能站、用户主体和能源站各自的自身利益最大化为目标函数，搭建所述区域综合能源系统的运行优化模型；其中，所述运行优化模型为多层博弈；在所述多层博弈中，纵向主体间被定义为多重斯塔克尔伯格博弈；横向各主体间被建模为非合作博弈；

30、运行优化模型求解模块，被配置为：根据搭建的运行优化模型，得到区域综合能源系统的优化运行方案。

31、第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了第一方面所述的基于多层博弈的区域综合能源系统运行优化方法的步骤。

32、第四方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了第一方面所述的基于多层博弈的区域综合能源系统运行优化方法的步骤。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

34、1、本发明中，首先，搭建包括负荷聚合商、储能站、用户主体和能源站的区域综合能源系统；其中，储能站兼具能流纵向削峰填谷、应对源荷双侧不确定性以及能量横向时空转移的任务，以主动储能的运行策略参与总体能源管理；然后，以负荷聚合商、储能站、用户主体和能源站各自的自身利益最大化为目标函数，搭建所述区域综合能源系统的运行优化模型；其中，运行优化模型为多层博弈；在多层博弈中，纵向主体间被定义为多重斯塔克尔伯格博弈；横向各主体间被建模为非合作博弈；最后，通过求解运行优化模型中的目标函数，得到区域综合能源系统的优化运行方案；以各参与主体的自身利益最大化为目标，且储能站以主动储能的运行策略参与总体能源管理，摆脱了辅助地位，解决了不重视部分主体时存在的尖锐利益冲突问题，保证了各参与主体的自身利益，提升了调度积极性。

35、2、本发明中提出了一种考虑源-网-荷-储四维主体协同的多层博弈模型，且综合能源系统纵向各主体均以独立的市场策略参与分布式优化，还原了实际中复杂多主体市场化竞争并实现了各项主体利益的兼顾。