计及工业负荷能效的电网需求响应主从博弈奖惩激励方法及系统

本发明属于电网需求响应领域，具体涉及一种计及工业负荷能效的电网需求响应主从博弈奖惩激励方法及系统。

背景技术：

1、用户在参与需求响应时会受到多种因素的影响，电网公司一般从电价和激励两方面引导用户参与需求响应。由于当前我国电价管控较为严格，不易进行灵活电价的调整，因此设计一种较为有效的激励补贴机制来提高用户参与电网需求响应的积极性是十分有必要的。国外实行需求响应技术较早，并且有较为成熟的市场化机制投入使用，而我国对于需求响应的研究起步较晚，尚未能建立起一套比较完善的激励机制。

2、现有的需求响应激励方法不仅缺乏较为合理的计算方法，而且当补贴价格较高时会造成不必要的资源浪费，补贴价格较低时则不能充分调动用户参与电网需求响应的积极性，同时在进行补贴用户时未考虑用户能效的影响，激励机制的变化也会对用户提高能效的意愿产生影响，所以当前急需一套行之有效的补贴方案。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的不足，提供一种计及工业负荷能效的电网需求响应主从博弈奖惩激励方法及系统。本发明首先，基于能效指标确定高低能效奖惩系数，并在能效分析的结果上建立基于能效优先成交权，确定能效奖惩机制；其次，将能效奖惩的成本计入电网和用户的成本与效益，搭建电网与用户之间的主从博弈，分析其主从博弈的存在性，并分别构建电网公司的需求响应收益模型以及用户的需求响应收益模型；最后，研究主从博弈模型的求解方法，针对复杂模型通过迭代法求取博弈模型的均衡解，得到用户补贴价格以及响应量。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种计及工业负荷能效的电网需求响应主从博弈奖惩激励方法，包括如下步骤：

4、sl、根据工业用户的单位产品能耗，计算工业用户的节能水平；

5、s2、根据工业用户的节能水平高低对工业用户能效进行排序；

6、s3、确定工业用户的最大能效奖惩系数；

7、s4、根据工业用户能效排序结果的中间值划分高能效工业用户和低能效工业用户，利用最大能效奖惩系数计算低能效工业用户的奖惩电价，利用低能效工业用户的奖惩电价计算高能效工业用户的奖惩电价；

8、s5、构建电网公司的需求响应收益模型；

9、s6、将奖惩电价计入工业用户的成本与收益中，建立工业用户的需求响应收益模型；

10、s7、电网公司与工业用户间的需求响应收益互相博弈，基于这种博弈关系构建主从博弈模型；

11、s8、通过改进樽海鞘群优化算法不断优化需求响应的补贴价格，得到最优第一时段补贴价格；

12、s9、将最优第一时段补贴价格代入主从博弈模型进行计算得到电网补贴价格；

13、s10、根据电网补贴价格计算工业用户的需求响应量以及需求响应收益。

14、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

15、进一步地，s1中，所述节能水平计算表达式如下：

16、

17、式中，ji表示第i个工业用户的总节能水平；表示第j类产品的行业单位产品能耗基准值，表示第i个工业用户生产第j类产品的单位产品能耗值；m为用户生产产品的种类总数；表示第i个工业用户生产第j类产品的产量。

18、进一步地，s3具体为：

19、根据对淘汰类型企业所指定的执行电价确定最大能效奖惩系数的初值，利用最大能效奖惩系数的初值计算工业用户的节能水平，根据节能水平的变化确定最大能效奖惩系数的最优值。

20、进一步地，s4中，所述利用最大能效奖惩系数计算低能效工业用户的奖惩电价的具体过程为：

21、

22、式中，表示对低能效工业用户y的奖惩电价；jmin表示参与电力市场工业用户的节能水平最大值，ji表示第i个工业用户的总节能水平，qmax表示最高能效惩罚系数；n表示生产产品j的工业用户数量；

23、所述利用低能效工业用户的奖惩电价计算高能效工业用户的奖惩电价的具体过程为：

24、

25、式中，表示对高能效工业用户f的奖惩电价；表示高能效工业用户f的电力市场购电量；y表示实行惩罚机制的低能效工业用户数量；x表示实行奖励机制的高能效工业用户数量；py表示低能效工业用户的购电量；表示低能效工业用户y的惩罚金额。

26、进一步地，s5中，所述电网公司的需求响应收益模型的具体构建过程包括：

27、电网侧的收益和成本包括输配电容量减少收益sg,c、电量减少收益sg,e、输配电收益减少成本cg.e以及需求响应补贴成本cg,dr，

28、输配电容量减少收益sg,c的计算表达式如下：

29、sg,c＝cgδp

30、其中，cg表示可避免输配电容量单位价格；δp表示当前系统中实际避免容量；

31、电量减少收益sg,e的计算方式如下所示：

32、

33、其中，sg,e表示电网减少电量的收益；a表示电网输配电损耗系数，m表示系统总的高峰时段；n表示当前系统中参与需求响应的用户数量；lv表示市场平均电价，表示用户i在第k个时段内的响应量；

34、输配电收益减少成本cg.e计算方式如下所示：

35、

36、其中，lt表示需求响应时段的输配电价；

37、需求响应补贴成本cg,dr的计算方式如下式所示：

38、

39、其中，表示在k时段电网发布的补贴价格；

40、电网公司的需求响应收益模型的表达式为：

41、

42、其中，fg表示电网公司的需求响应收益，k＝cg/(1-a)为常量，cg表示可避免输配电容量单位价格，a表示电网输配电损耗系数，在k时段电网发布的补贴价格需要满足条件ak表示用户的总响应量，计算公式为：

43、

44、其中，表示工业用户i在第k个时段内的响应量；t表示每个高峰时段的持续时间。

45、进一步地，s6中，所述工业用户的需求响应收益模型的构建过程如下：

46、在响应过程中对于工业用户的收益以及成本考虑响应成本电量减少收益sq,i、电网奖惩收益sjc,i以及需求响应补贴sdr,i；

47、根据响应电量的特性用以下二次函数来表达工业用户的响应成本：

48、

49、其中，表示工业用户i在k时段的响应成本；ai和bi表示两个常数，均大于零；表示工业用户i在第k个时段内的响应量；

50、电量减少收益sq,i用下式表示：

51、

52、其中，表示在k时段的工业用户购电价格；b表示削减负荷量占响应量的百分比，表示工业用户i在第k个时段内的响应量；

53、电网奖惩收益sjc,i的计算表达式如下：

54、

55、式中，工业用户的奖惩电价；

56、需求响应补贴sdr,i的计算表达式如下：

57、

58、式中，需求响应补贴sdr,i由电网公司给予，表示在k时段电网发布的补贴价格；

59、工业用户的需求响应收益模型的表达式如下：

60、

61、式中，fc,i表示工业用户i的需求响应收益。

62、进一步地，s7中，所述构建主从博弈模型的具体过程为：

63、基于电网公司的需求响应收益模型和工业用户的需求响应收益模型构建电网公司的最优求解问题：

64、

65、式中：表示电网发布的补贴价格集合，表示在k时段电网发布的补贴价格，k＝cg/(1-a)为常量，cg表示可避免输配电容量单位价格，lv表示市场平均电价，a表示电网输配电损耗系数，lt表示需求响应时段的输配电价，ak表示用户的总响应量，t表示需求响应时段；m表示系统总的高峰时段；

66、基于电网发布的补贴价格构建工业用户最优响应量求解问题如下：

67、

68、式中：表示用户i在k时段的最大响应电量，ai、bi表示两个常数，均大于零，表示工业用户i在第k个时段内的响应量，表示在k时段的工业用户购电价格，b表示削减负荷量占响应量的百分比，工业用户的奖惩电价。

69、进一步地，s8具体为：

70、s81、确定第一时段补贴价格的最大值为k+laa，并随机初始化补贴价格向量随机初始化的表达式为：

71、y1g(l′d)＝rand(l,d)(ub-lb)+lb

72、式中：y1g(l′d)表示补贴价格向量，rand(.)函数表示随机生成，ub＝[ub1,ub2,l,ubd]表示补贴价格最大值，lb＝[lb1,lb2,l,lbd]表示补贴价格最小值，l表示补贴时段的数量，d表示维数；

73、s82、基于补贴价格向量按照电网公司的需求响应收益模型迭代计算得到补贴价格对应的电网公司需求响应收益向量fg；

74、s83、将电网公司需求响应收益向量fg中的收益值从大到小进行排序，选择对应收益值最大的补贴价格作为目标位置；

75、s84、将剩余l-1的补贴价格对应的收益值从大到小进行排序，前一半作为领导者，后一半作为跟随者；

76、s85、更新领导者的位置作为领导者第一时段补贴价格，更新跟随者的位置作为跟随者第一时段补贴价格；

77、s86、计算更新后的领导者和跟随者第一时段补贴价格对应的电网公司需求响应收益值，将更新后的电网公司需求响应收益值与目标位置的收益值进行对比，若是收益更高则选取该收益值对应的补贴价格作为新的目标位置，直到电网公司的收益值比之前的目标位置低的时候得到的最优位置作为最优第一时段补贴价格

78、进一步地，s9具体为：

79、s91、基于第一时段补贴价格计算期望响应量的大小；

80、s92、计算得到对应于期望响应量的k时段电网发布的补贴价格并判断是否满足以下条件，若不满足则直接得到工业用户i在第k个时段内的响应量若满足该条件，进入步骤s93；

81、

82、式中，ai、bi表示两个常数，均大于零，表示在k时段的工业用户购电价格，b表示削减负荷量占响应量的百分比，工业用户的奖惩电价；表示用户i在k时段的最大响应电量；

83、s93、将代入进行迭代计算，s表示迭代次数，s表示一个常数；表示第s次迭代得到的k时段电网发布的补贴价格；

84、s94、重复步骤s93直到满足得到电网补贴价格，ε表示趋于零的正数。

85、本发明还提出一种计及工业负荷能效的电网需求响应主从博弈奖惩激励系统，包括：

86、节能水平计算模块，用于根据工业用户的单位产品能耗，计算工业用户的节能水平；

87、排序模块，用于根据工业用户的节能水平高低对工业用户能效进行排序；

88、最大能效奖惩系数计算模块，用于确定工业用户的最大能效奖惩系数；

89、奖惩电价计算模块，用于根据工业用户能效排序结果的中间值划分高能效工业用户和低能效工业用户，利用最大能效奖惩系数计算低能效工业用户的奖惩电价，利用低能效工业用户的奖惩电价计算高能效工业用户的奖惩电价；

90、需求响应收益模型构建模块，用于构建电网公司的需求响应收益模型；将奖惩电价计入工业用户的成本与收益中，建立工业用户的需求响应收益模型；

91、主从博弈模型构建模块，用于电网公司与工业用户间的需求响应收益互相博弈，基于这种博弈关系构建主从博弈模型；

92、优化模块，用于通过改进樽海鞘群优化算法不断优化需求响应的补贴价格，得到最优第一时段补贴价格；

93、电网补贴价格计算模块，用于将最优第一时段补贴价格代入主从博弈模型进行计算得到电网补贴价格；

94、需求响应量及需求响应收益计算模块，用于根据电网补贴价格计算工业用户的需求响应量以及需求响应收益。

95、本发明的有益效果是：本发明考虑了工业用户的能效评估指标，提出一种基于用户等效节能量的能效奖惩机制；结合电网侧的收益以及成本分析情况，构建了电网公司的需求响应收益模型，对电网侧的效益情况进行研究；通过将能效奖惩电价计入用户侧的需求响应收益中，建立了工业用户的需求响应收益模型，针对高低能效用户给出收益计算模型；提出一种基于樽海鞘群算法的电网补贴初值的计算方法，该方法可有效改善初始随机解并趋于最优，为电网公司的最优补贴价格计算奠定基础；提出一种基于迭代法的最优补贴价格及需求响应收益计算方法，为电网以及工业用户带来最优的收益值以及提高工业用户改善能效的意愿。