一种基于连续价格函数的电力消费转移算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及软件算法技术领域，尤其涉及一种基于连续价格函数的电力消费转移 算法。
【背景技术】
[0002] 随着科技的发展和人们对电力需求的快速增长，可持续发展的经济战略使得智能 电网的概念应运而生，智能电网已成为21世纪全球能源的新战略。然而，目前还没有经济 有效的大容量电力存储技术，这使得必须随时保持电力发生和消费的平衡。用户每天对电 力的需求随时间而变化：白天工作时间用电需求大幅增加，晚上休息时间用电需求较小。为 满足电力供需平衡，必须设计一种有效的电力消费转移机制。目前关于智能电网的电力消 费转移量分配机制吸引着研究界越来越多的关注。Akasiadis等人引用了 CRPS (Continuous Ranked Probability Score)的概念，提出了一个直接可行的电力消费转移方案，它允许 拥有非法转移成本的用户加入到其方案，使得智能电网达到了保持电力供需平衡的目的。 此外该转移方案满足"激励相容"、"个体理性"和"弱预算平衡"等良好的属性，但是却不 满足"均衡"的属性，这使得可能存在用户对其所分得的收益不满从而导致用户联盟的破 裂。Mohsenian-Rad和Ibar等提出了一些为用户保留固定策略的方法，通过在特定的博弈 设置中寻求纳什均衡的方式来优化高峰期和低峰期电力能源的消费调度，但是该方法的时 间复杂度较高，在实际生产生活中需要花费较多的时间才能得到最终的电力转移量结果。 Andreas Veit等人提出了一个新颖的多agent协调算法来减少合作用户消费的电量，并达 到了电力供需平衡的目的，但是该算法机制缺少"激励相容"这一良好的经济熟悉。因此， 设计一个科学的电力消费转移机制存在许多挑战，主要可以总结如下：（1)均衡：博弈论告 诉我们均衡能够确保每个电力代理商都能产生最好的输出策略且对自己所分配的电力转 移量感到满意。（2)预算平衡：机制的预算平衡是指不需要额外奖励和电量输入或输出机 制，预算平衡是评价机制质量的重要参数之一。（3)激励相容：用户的自私性使其会策略性 地操控机制以最大化收益，设计一个防止用户虚假报价的机制至关重要。（4)低执行时间： 为保证在真实环境中可行，电力消费转移方案必须拥有低执行时间。而目前现有的技术方 案大都是基于阶梯式分段函数且暂时没有发现能够同时解决上述四个挑战。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提出一种基于连续价格函数的电力消费转移算法，其主要包括 两种不同类型的分配算法。主要用于解决智能电网如何保持高峰期和低峰期电量供需平 衡，保证电网正常顺利运行的问题。此外，设计具备满足"均衡"、"预算平衡"、"激励相容" 和"低执行时间"这些良好经济属性的电力消费转移方案也是本发明的重要目的之一。
[0004] 本发明的技术方案是这样实现的，
[0005] -种基于连续价格函数的电力消费转移算法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1 :智能电网公布高峰期和低谷期时间段，并根据地理区域指定两个电力代 理商；
[0007] 步骤2:用户根据其所在地理区域选择相应的电力代理商，并提交自己的电力转 移成本和转移能力；
[0008] 步骤3 :电力代理商决定赢者集，经过计算后，向智能电网提交其转移成本与转移 能力；
[0009] 步骤4 :智能电网调整低谷期价格函数L(r)的相关参数使其满足均衡分配条件； [0010] 步骤5 :智能电网将电力转移量和奖励分配给电力代理商；
[0011] 步骤6 :电力代理商将电力转移量和奖励分配给用户；
[0012] 步骤7 :用户转移所分配到电力转移量并获取奖励。
[0013] 本发明的有益效果：
[0014] 本发明以数学建模和实验设计为手段，提出了一种基于连续价格函数的电力消费 转移方案并同时解决了上述的四个挑战，并在社会奖励值及其稳定性两方面进行了试验分 析。研究成果为智能电网中节能环保的经济战略提供了理论依据。将本发明提出的方案与 现有技术相比，无论在理论效果上还是在实验效果比较上，本发明提出的方案相较于现有 的技术都有较大的优势。
【附图说明】
[0015] 图1是L(r)的函数图；
[0016] 图2是电力消费从到转移示意图；
[0017] 图3是三层架构的电力消费转移方案；
[0018] 图4是"弥补遗憾值"的过程；
[0019] 图5是常见的二层架构电力消费转移方案（方法2);
[0020] 图6是本发明（方法1)和现有技术（方法2)的性能比较，其中图6 (a)为社会奖 励，图6(b)为社会奖励方差，图6(c)为平均电量转移率。
【具体实施方式】
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对 本发明进行进一步详细说明，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。应当理 解，此处所描写的具体实施例，仅仅用于解释本发明，并不用以限制本发明。
[0022] 本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
[0023] (1)智能电网电力消费转移模型的建立：
[0024] 在这一节中，给出了本发明的电力消费转移模型。表1表示的是本发明所涉及的 相关符号。
[0025] 表1本发明所涉及的相关符号
[0026]
[0027] ?智能电网（Smart Grid，SG) :SG拥有一组发电设备来为用户提供供电。假定SG 希望用户转移电量减轻发电设备的压力。本文提出了两个不同类型的时间段1和M。， 并且在这两个时间段存在不同的电力单价水平：H > L(r)，这表明电力在吣时间段时的单 价更低。电力单价为H的时间段被认为是一个高峰期，在这个时间段，SG希望用户能够减 少对电力的消耗。以下三个条件在本文保持成立= (I)H是一个常数；(2)L(r)是一个连续的 单价曲线函数，如图1所示，其公式表达式如下：
[0028]
[0029] 其中':是一个临界值。当所有用户一共转移I电量时，此时在吣时间段有最低电 力单价L ni(LniX))提供给用户。（3)
[0030] 电力代理商（Power Agency, PA) :PAs由SG根据地理区域指定。假设SG指定两 个PAs，记为A = {1，2}. PAj决定赢者集Wj (能参加电量转移方案的用户）并且向SG提交 Qj和Cj。显而易见，巧。
[0031] ?用户（users):我们假定存在两组users (又称缩减者，转移者），分别记为^和 B2，这两组users拥有不同的转移成本范围。在本发明中，假定在B j中的users根据他们所 在的地理区域选择电力代理商PAj。user i将自己的报价提交给他所选择的PA,选择PAj 的user i的报价包含两个参数和cf。
[0032] 本发明的主要目标是为三层架构的电力消费转移方案设计电力转移量和奖励分 配机制使得用户转移的电量和为轉,以便保持电力的供应与需求达到平衡。
[0033] (2)模型中的相关经济属性的定义
[0034] 设计一个实用的电力消费转移量和奖励分配机制时，本发明的一大创造性在于考 虑了一些良好的经济属性。下面介绍一些本发明将要实现的经济属性。
[0035] 定义1(自由支配）：在M1时间段的电力单价L (r)是一个关于r的函数，其中r指 的是所有用户一共转移的电量，L(r)需服从自由支配的条件。即对于任意的0 < r2< r i， 都有L (r2) *r2< L (r D打丨成立。
[0036] 显而易见地，用户所消费的电力越多，它们付给智能电网的费用也就越高。
[0037] 定义2 (均衡）：均衡是指电力转移向量R*满足于对于每一个j e A，都有
[0038] 这个属性确保了：在均衡，电力代理商对自己所分配到的电力转移量感到满意且 没有动机选择其它转移量。
[0039] 定义3(个体理性）：如果用户参加到电力消费转移方案中不会受到利益上的损 失，则称这个机制方案是个体理性的。即user i所获得的奖励4 2 0。
[0040] 这个属性确保了理性的用户有动机加入到转移方案中。
[0041] 定义4 (预算平衡）：一个机制是预算平衡的如果下列条件成立：①SG分配给PAs 的总奖励等于PAs分给users的总奖励，Sf
。②SG分配给PAs的电力 转移量和等于PAs分配给users的转移量和，即
[0042] 这个属性确保了没有电力转移量和奖励转入或转出机制。
[0043] 定义5 (激励相容）：如果一个机制使得每一个用户提交它们真实的报价是占优策 略，则称这个机制是激励相容的，即不管其它用户的报价，一个用户只要报出自己真实的报 价，就能最大化自己的奖励。真实的机制能避免市场操控并确保分配的公平与效率。
[0044] (3)基于连续价格函数的电力消费转移算法
[0045] (3). 1、三层架构的电力消费转移方案
[0046] 将在M。时间段消费的电量转移到M1时间段的示意图如图2所示。参加电力消费 转移方案（Power Consumption Shifting Scheme，PCSS)的PAj，可以被描述为：⑴它的转 移能力Q,，即它所愿意转移的电量。（2)它的转移成本0)，即每转移一单位在M。时 间段消耗的电量到M1所需要的成本（转移电量会打乱用户的生产节奏，故电量转移存在转 移成本）。如果PAj转移心单位电量，则将获得奖励U j (rj，r J = (H-L (rs) -Cj) Rj，其中rs =Σ E ARj。类似地，如果user i转移1