综合能源系统的主从复合博弈策略及多目标运行优化方法的研究
发布时间：2020-11-05 01:12
目前,化石能源的枯竭和环境污染等问题的日益严峻,全球对提高能源的利用和管理效率,实现能源和环境的可持续发展的需求更为迫切。其中可实现电、天然气、热能和可再生能源等多种能源的综合利用,整合多种能源的生产方式的综合能源系统具有效率高,能耗低的优点,在近年来得到了广泛的工程应用。在传输网络的运行优化方面,随着天然气发电占发电量比重的加大,天然气网和电网的耦合越来越密切,天然气网和电网的联合运行优化问题在学术界得到热烈讨论。然而仅考虑经济性指标已经不能满足当今社会对节能减排的迫切需求。对于具有多个目标的优化问题,特别是存在冲突关系的多个目标,单目标方法已不再适用。此外,综合能源系统中还包含生产冷、热、电多种终端能源的分布式能源站和有多种能源需求的用户。在未来开放的能源市场中,他们将在交互中追求各自的利益目标。比如在工业园区中,分布式能源站与用户之间需要制定关于多种能源交易的套餐合同。面对未来复杂的综合能源系统,参与者要如何制定关于多种能源的交互策略来实现收益最大化也是现今研究的热点。本文针对综合能源系统中的这两方面问题展开了多目标优化方法和博弈策略的相关研究。(1)针对电网和天然气网的联合运行优化问题,本文考虑兼顾经济性和环保性两方面性能,采用群搜索多目标优化算法和证据推理决策方法。首先建立了通过燃气机组产生耦合的气-电网联合运行模型。其中天然气网的模型中包含了气井、管道、压气机和负荷,并且通过牛顿拉夫逊方法来求解天然气网的管道流量模型。本文同时优化气-电网的运行成本和污染气体排放量两个存在冲突关系的目标,通过多目标群搜索优化方法求解得到帕累托解集,再运用证据推理决策方法在帕累托解集中决策出最优解,为气-电网的联合运行优化提供方法建议。(2)针对综合能源系统中分布式能源站和用户之间关于电能和热能的最优交互策略问题,本文提出了一个基于主从复合的Stackelberg博弈的能源交互模型,用于分布式能源站与具有电和热需求的工商业大用户之间制定套餐合同时决策出双方的均衡交互策略。需要强调的是,本文中的用户主要指有电和热需求的工商业用户。在所提的模型中,作为领导者的分布式能源站通过购入天然气来生产用户所需的电能和热能,在竞争中决定电能和热能的价格,且依据用户的需求来优化生产方式,从而使得各自的收益最大化。能源用户作为跟随者,目标为最大化消费者剩余,依据价格决定电需求量和热需求量。本文分析博弈的性质,证明了所提博弈模型存在唯一的均衡解,并且推导出该均衡解的解析表达式。此外,本文还提出用于求解出能源交易双方的均衡解的分布式算法。仿真算例验证了本文所提的博弈模型和分布式算法的有效性。所提博弈模型将对工业园区内,分布式能源站与用户之间关于交易套餐合同的制定提供建议。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK01;TM73
【部分图文】：
图 2-1 证据推理决策流程图选解在每个评价属性上确定好评价等级即优化时考虑的目标，在本文中，评,2,..., )L表示第 i 个评价属性，每个评价等级即对每个候选解在每个属性上的评( 1,2,..., )n N表示第 n 个评价等级。评价估，用n ,i 表示第i 个属性中第n个评价1，若,1=1Nn in 这说明评价者对属者对属性 的评价是不完整的。因此，：
求解出 DES 追求收益最大化和 EU 以消费者剩余为目标时的均衡交互策略。我们了 DES 和 EU 的数学模型，包括了各自目标函数和约束。与此同时，我们通过严格学推导研究了本章 DES 与 EU 之间博弈模型的性质，证明了其 Stackelberg 均衡解在性和唯一性，并且推导出双方均衡策略的解析表达式。最后，提出了通过迭代方且保护交易双发交易信息的分布式算法用于求解均衡解并且验证其收敛性和有效性.2 区域综合能源系统模型如图 3-1 所示，本文研究的区域综合能源系统包含 K 个 DES，T {1,2, ...,K}，和具有电能和热能需求的工商业大用户， V {1,2, ...,N}。本模型中，DES 以天然气料生产出电能和热能，我们假设用户的需求的电量和热量都从 DES 购入。DES 在中以盈利最大为目标，他们相互竞争。需要强调的是，本章假设 DES 和 EU 的交场是完全竞争市场，所有供应商与消费者以统一的市场价格进行交易，即电能价热能价格分别统一。本章将详细介绍 DIES 中 DES 和 EU 的数学模型。
GT)、蒸汽轮机(steam turbine, ST)、余热锅炉(heat rec HRSG)以及热转换机(heat exchanger, HE)，DESk的能量转换方程e e GT e s GT HRGT ST HR GTh h GT HRHE HR GTh s GT HRST HR GThhh( )[ ( )( )]k k k kk k kk kO G G GO G GG G 和eGT 分别表示 GT 的热和电的生产效率。sHR 和hHR 分别表示 HR的效率；eST 和hST 分别表示 ST 产电和热的效率。HE 表示 HE 的热表示 DESk产出的电能和热能。由于本文假设各设备的生产效率为的电量和热量由输入至 GT 的天然气量GTkG 和输入到 HRSG 的天GTkG 和HRkG 决定了 DESk的生产方式。此类 DES 的数学模型的相关[64]。
【参考文献】
本文编号：2870888
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK01;TM73
【部分图文】：
图 2-1 证据推理决策流程图选解在每个评价属性上确定好评价等级即优化时考虑的目标，在本文中，评,2,..., )L表示第 i 个评价属性，每个评价等级即对每个候选解在每个属性上的评( 1,2,..., )n N表示第 n 个评价等级。评价估，用n ,i 表示第i 个属性中第n个评价1，若,1=1Nn in 这说明评价者对属者对属性 的评价是不完整的。因此，：
求解出 DES 追求收益最大化和 EU 以消费者剩余为目标时的均衡交互策略。我们了 DES 和 EU 的数学模型，包括了各自目标函数和约束。与此同时，我们通过严格学推导研究了本章 DES 与 EU 之间博弈模型的性质，证明了其 Stackelberg 均衡解在性和唯一性，并且推导出双方均衡策略的解析表达式。最后，提出了通过迭代方且保护交易双发交易信息的分布式算法用于求解均衡解并且验证其收敛性和有效性.2 区域综合能源系统模型如图 3-1 所示，本文研究的区域综合能源系统包含 K 个 DES，T {1,2, ...,K}，和具有电能和热能需求的工商业大用户， V {1,2, ...,N}。本模型中，DES 以天然气料生产出电能和热能，我们假设用户的需求的电量和热量都从 DES 购入。DES 在中以盈利最大为目标，他们相互竞争。需要强调的是，本章假设 DES 和 EU 的交场是完全竞争市场，所有供应商与消费者以统一的市场价格进行交易，即电能价热能价格分别统一。本章将详细介绍 DIES 中 DES 和 EU 的数学模型。
GT)、蒸汽轮机(steam turbine, ST)、余热锅炉(heat rec HRSG)以及热转换机(heat exchanger, HE)，DESk的能量转换方程e e GT e s GT HRGT ST HR GTh h GT HRHE HR GTh s GT HRST HR GThhh( )[ ( )( )]k k k kk k kk kO G G GO G GG G 和eGT 分别表示 GT 的热和电的生产效率。sHR 和hHR 分别表示 HR的效率；eST 和hST 分别表示 ST 产电和热的效率。HE 表示 HE 的热表示 DESk产出的电能和热能。由于本文假设各设备的生产效率为的电量和热量由输入至 GT 的天然气量GTkG 和输入到 HRSG 的天GTkG 和HRkG 决定了 DESk的生产方式。此类 DES 的数学模型的相关[64]。
【参考文献】
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本文编号：2870888
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