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计及有限理性决策的微网容量多策略集演化博弈规划

包佳瑞琦  
【摘要】:快速的社会发展带来了能源短缺和环境污染等问题,同时由于远距离输送极大限制能源利用效率的弊端,使得清洁供能的微网系统(Microgrid System)近年来发展迅猛。传统电力需求下,微电网研究成为了主流,但随着热、冷等能源需求的不断增多以及能源互联概念的提出,一类新型含多能互补的微能源网(Micro Energy Grid,MEG)作为新型微网同样得到了广泛关注。在新的能源格局下,从单一供能的微电网规划研究出发,进一步对多能互补的微能源网进行科学有效的规划具有重要意义。含传统微电网与多能源微能源网的微网系统容量规划受不同投资主体、能源市场、环境效益、投资经济性等众多因素的影响,忽略这些影响因素将导致微网系统容量规划的结果与实际工程应用不符。同时,不同规划目标及利益主体间存在互动关系,不考虑其主体间交互的规划结论不但影响微网系统运行的经济性,而且规划结果与实际工况存在偏差。除此之外,在研究利益主体交互关系的博弈论中,传统博弈假定参与人完全理性决策的概念,对微网系统容量规划的分析过于理想。为此,本文首先结合微网规划场景,基于演化博弈数学思想,从参与人、策略集、支付函数及复制者动态出发,提出有限理性决策的多策略集演化博弈规划建模方法,并实现求解多策略集演化稳定策略。同时,充分分析微网中关键设备的时序特性和运行特性。然后,在新电改放开微网投资的场景下,基于多策略集演化博弈的规划方法与待规划设备的运行特性,研究微电网运营商与配电网运营商联合投资场景的光-储微电网容量规划。以微电网运营商的规划成本及经济收益,以及配电网运营商的投资微网成本、配电网网损、延缓配电网升级成本及售购电收益,分别建立两主体的支付函数模型。通过有限理性决策思想分析演化稳定策略。通过实际系统算例结合非博弈、传统博弈与演化博弈等不同场景的对比实验证明演化博弈方法在平衡微电网运营商与配电网运营商的收益方面具有更好的效果。最后,在微电网容量规划研究的基础上,针对多能互补型微能源网规划中难以平衡经济与环境的冲突关系,以及能源价格不确定对微能源网规划带来的影响,进一步提出了一种计及能源动态定价策略的环境-经济双层博弈微能源网规划模型。该模型包括上层的有限理性决策多策略集演化博弈的环境-经济规划层与下层的计及微能源网运营商-用户的领导者-跟随者斯坦伯格(Stackelberg)博弈的能源动态定价层。基于多能源系统的能源枢纽理论建立了微能源网的含电、气、热、冷等多能源耦合矩阵。通过仿真证明所提出的计及能源动态定价策略的环境-经济双层博弈规划模型,由于同时计及能源动态定价与环境-经济,降低规划总成本,提高能源利用效率,降低环境污染。


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