基于用户需求响应的城市燃气管网分时定价多Agent仿真研究

发布时间：2019-05-12 17:41

【摘要】：本论文获诸克军教授主持的国家自然科学基金项目“城市天然气管网分时定价政策的多Agent仿真研究(No.71173202)”资助。城市天然气管网是城市的公共设施,已经成为社会稳定、经济发展的基础条件。目前国内外的天然气公司发展迅速,管网覆盖面与日俱增,用户种类日益繁多,用户数量突飞猛进,城市居民对天然气的依赖越来越强。中国多个城市天然气供需矛盾突出,出现严重的“气荒”现象,暴露出中国天然气价格体制的种种弊端。因此,制定城市燃气管网天然气分时定价机制,能够优化资源配置,保证城市天然气管网稳定运行,从而缓解城市“气荒”现象,促进燃气产业健康发展。城市燃气管网分时定价多Agent仿真就是要真实地再现天然气价格变化所引起的燃气管网需求与运营的动态变化过程及涌现特征。本文建立了包含政府、燃气运营商、用户(城市居民用户和城市工商业用户)等多主体参与的城市燃气用户分时定价多Agent仿真模型,仿真各主体的自主行为、交互作用及与环境的相互影响。其中,政府控制天然气价格的上、下限,起监控作用;各类用户分别建立各自的价格需求响应规则,根据价格变化调整其自身用气行为；燃气运营商根据用户响应行为动态调整天然气价格,但受政府智能体的制约。通过城市燃气管网分时定价多Agent仿真分析,探讨价格变化对峰、平、谷时段负荷的影响,寻求最佳分时价格以保证各相关主体的利益,并降低燃气管网的峰谷负荷差。主要内容如下： (1)提出城市燃气管网分时定价机制,包括分时定价的对象、原则、策略和实施流程。本文的研究对象是城市燃气管网系统,分时定价的对象是城市工商业用户和城市居民用户；将一天分为峰、平、谷三个时段,按照“量大价格”的原则实施峰谷分时定价；分时定价的策略是制定峰谷价格关系,降低燃气管网峰谷负荷差,并尽可能使得用户收益增加或者用户能源消费支出降低,以保证用户对价格的响应行为。 (2)分析目前我国的天然气定价机制。通过介绍我国天然气生产和消费状况,分析价格对天然气供需关系的影响；对比我国天然气定价机制与世界天然气定价机制,发现我国天然气定价机制中存在的问题。 (3)天然气需求价格弹性估计。分别对世界范围内工商业用户和居民用户的天然气需求价格弹性进行详细的综述,以此作为确定我国工商业用户和居民用户天然气需求价格弹性的依据。 (4)城市燃气管网短期负荷预测。通过分析短期负荷预测的特点和影响因素,建立基于模态经验分解(EMD)、相空间重构(PSR)和最小二乘支持向量机(LSSVM)的天然气短期负荷预测模型。并运用该组合预测模型对郑州市燃气管网一天24小时的负荷进行预测,为城市燃气管网分时定价提供仿真数据。 (5)建立城市燃气管网分时定价多Agent仿真模型。通过分析工商业用户和居民用户天然气消费比重对城市燃气管网负荷的影响,得出工商业用户和居民用户分时定价的假设条件。以此为基础,建立基于价格弹性的工商业用户分时定价多Agent仿真模型、基于消费心理的居民用户分时定价多Agent仿真模型,以及城市燃气用户(工商业用户和居民用户)分时定价多Agent仿真模型。 (6)郑州市城市燃气管网分时定价仿真实例。基于城市燃气管网分时定价多Agent仿真模型,以郑州市为仿真实例,分别仿真郑州市工商业用户分时定价、居民用户分时定价,以及工商业用户和居民用户同时实施分时定价的问题。根据上述多Agent分时定价仿真模型,以郑州市为例,将一天24小时划分为峰、平、谷三个时段,按照“量大价高”的原则,分别对城市工商业用户、城市居民用户和城市燃气用户实施分时定价政策,模拟郑州市燃气管网的运行状态。并得出以下结论： (1)所建立的城市燃气管网多Agent系统反映了分时定价政策下,政府、燃气运营商、工商业用户和居民用户之间的交互行为所引起的城市燃气管网负荷变化的动态变化过程。仿真结果表明城市燃气用户分时定价能够有效降低燃气管网峰谷负荷差,可以为我国不同城市实施天然气分时定价提供决策依据。 (2)对工商业用户实施分时定价时,燃气运营商一直处于亏损状态；而对居民用户实施分时定价时,燃气运营商的效益先增加后减小,且当峰谷价格差高于某一阈值时,开始呈现亏损。也就是说,对工商业用户实施分时定价使得燃气运营商亏损,对居民用户实施分时定价才可能使得燃气运营商获益。 (3)对于工商业用户而言,分时定价一定会使其获益,且峰谷价格差越大,获益越多；对于居民用户而言,分时定价使得其能源消费支出增加,且峰谷价格差越大,能源消费支出越大。 (4)对工商业用户实施分时定价时,居民用户比例越低,燃气管网峰谷负荷差越小,且调峰效率越高；对居民用户实施分时定价时,居民用户比例越低,燃气管网峰谷负荷差越也小,而调峰效率较差；同时对工商业用户和居民用户实施分时定价时,燃气管网调峰效率最高。本文的创新点主要体现在以下三个方面：第一,选题上的创新。以削峰填谷、优化天然气消费结构为目的,提出城市燃气管网分时定价机制,是一个全新的选题。第二,建立了基于价格弹性的工商业用户需求响应模型；并通过构造天然气价格敏感度函数,建立了基于消费心理学的居民用户需求响应模型。第三,建立城市燃气用户分时定价多Agent仿真模型。城市燃气管网看作一个具有非线性作用机制的复杂经济系统。基于此,本文建立了包含政府、燃气运营商、城市工商业用户、城市居民用户等多主体参与的城市燃气用户分时定价多Agent仿真模型,通过各主体的协作与交互行为模拟城市燃气管网需求与运营的动态变化过程,并得出相关有意义的结论。
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【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU996

【参考文献】