【电力系统】基于合作型Stackerlberg博弈的考虑差别定价和风险管理的微网运行策略研究附Matlab代码

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🔥 内容介绍

本论文针对微网在复杂电力市场环境下的运行优化问题，提出基于合作型 Stackerlberg 博弈的微网运行策略，综合考虑差别定价和风险管理因素。通过构建主从博弈模型，刻画微网运营商与用户之间的互动关系，以微网运营商利润最大化和用户用电成本最小化为目标，结合差别定价策略引导用户用电行为，同时引入风险管理机制应对市场不确定性。通过算例分析验证了该策略能够有效提升微网运营效益，降低用户用电成本，增强微网在市场环境中的抗风险能力，为微网的高效、稳定运行提供理论支持与决策参考。

一、引言

（一）研究背景与意义

随着全球能源结构向清洁化、低碳化转型，微网作为一种将分布式电源、储能装置、负荷等有机结合的小型电力系统，在提高能源利用效率、促进可再生能源消纳、增强电力系统稳定性等方面发挥着重要作用。然而，在电力市场逐步开放和电力交易日益复杂的背景下，微网的运行面临诸多挑战。一方面，微网内分布式电源出力的间歇性和波动性，以及用户用电需求的不确定性，使得微网的功率平衡和经济运行难以保障；另一方面，传统的统一电价模式无法有效反映电力资源的实时价值和用户用电行为差异，不利于微网与用户之间形成良好的互动关系。

因此，研究合理的微网运行策略具有重要的现实意义。通过制定科学的运行策略，能够优化微网内资源配置，提高微网的经济效益和可靠性；考虑差别定价因素，可引导用户合理调整用电行为，实现电力资源的高效利用；引入风险管理机制，则有助于微网应对市场价格波动、电源出力不确定性等风险，保障微网的稳定运行 。

（二）国内外研究现状

在微网运行策略研究领域，国内外学者已开展了大量工作。早期研究多集中于微网的能量管理和优化调度，通过建立数学模型，以微网运行成本最小或利润最大为目标，优化分布式电源的出力和储能系统的充放电策略 。随着电力市场的发展，部分研究开始考虑电力市场环境下微网的运行策略，如基于博弈论的方法分析微网与大电网、其他微网之间的互动关系。

在差别定价方面，已有研究通过制定分时电价、实时电价等策略，引导用户用电行为，实现电力资源的优化配置。但现有研究大多将差别定价与微网运行策略分开考虑，缺乏对两者协同优化的研究。在风险管理方面，一些学者采用随机规划、鲁棒优化等方法，处理微网运行中的不确定性因素，但对于市场环境下微网面临的多种风险综合管理研究相对不足。此外，将合作型 Stackerlberg 博弈应用于微网运行策略，同时考虑差别定价和风险管理的研究较少，存在进一步探索的空间。

（三）研究内容与创新点

本研究的主要内容包括：构建基于合作型 Stackerlberg 博弈的微网运行策略模型，明确微网运营商与用户在博弈中的角色和决策行为；考虑差别定价因素，设计合理的电价策略，引导用户用电行为；引入风险管理机制，量化微网运行中的不确定性因素，制定风险应对策略；通过算例分析验证模型的有效性和策略的优越性。

本研究的创新点在于：一是将合作型 Stackerlberg 博弈理论引入微网运行策略研究，充分考虑微网运营商与用户之间的主从博弈关系，以及双方在决策过程中的互动和影响；二是综合考虑差别定价和风险管理因素，实现微网运行策略、电价策略和风险应对策略的协同优化，为微网在复杂市场环境下的运行提供更全面、有效的解决方案。

二、Stackerlberg 博弈理论基础

（一）Stackerlberg 博弈基本概念

Stackerlberg 博弈是一种非合作博弈模型，由德国经济学家海因里希・冯・斯塔克伯格（Heinrich von Stackelberg）于 1934 年提出。在 Stackerlberg 博弈中，存在两个参与者，分别为主导者（Leader）和跟随者（Follower）。主导者首先做出决策，跟随者在观察到主导者的决策后，再做出自己的决策。主导者在决策时会考虑跟随者的反应，而跟随者则根据主导者的决策来优化自己的策略，以实现自身利益最大化。

（二）合作型 Stackerlberg 博弈特点

与传统非合作型 Stackerlberg 博弈不同，合作型 Stackerlberg 博弈强调主导者和跟随者之间在一定程度上的合作与协调。在合作型 Stackerlberg 博弈中，双方并非完全对立，而是通过信息共享、协商等方式，寻求一种能够实现双方利益共赢的策略组合。这种博弈模式更适用于存在长期合作关系或相互依赖关系的参与者之间，能够在一定程度上提高整体效益，减少因竞争带来的资源浪费。

在微网运行场景中，微网运营商作为主导者，用户作为跟随者，双方存在着相互依存的关系。微网运营商需要用户的用电需求来实现自身的经济效益，用户则依赖微网提供的电力服务。通过合作型 Stackerlberg 博弈，微网运营商和用户可以在博弈过程中进行有效的沟通和协调，制定出更合理的运行策略和用电策略，实现双方利益的最大化。

三、基于合作型 Stackerlberg 博弈的微网运行策略模型构建

（一）模型假设与参与者描述

1. 模型假设

• 假设微网内包含多种分布式电源（如太阳能光伏、风力发电、微型燃气轮机等）、储能系统和各类负荷（如居民负荷、商业负荷等）。

• 假设电力市场价格存在波动，微网可以与大电网进行双向电力交易，即微网在电力富余时向大电网售电，电力不足时从大电网购电。

• 假设微网运营商能够实时监测微网内的功率平衡、分布式电源出力、用户用电需求等信息，并根据市场情况制定差别定价策略。

• 假设用户能够根据微网运营商制定的电价策略，合理调整自身的用电行为，以最小化用电成本。

1. 参与者描述

• 微网运营商：作为 Stackerlberg 博弈的主导者，微网运营商的决策目标是在满足用户用电需求的前提下，通过优化分布式电源出力、储能系统充放电策略、与大电网的交易策略以及制定差别电价，实现自身利润最大化。

• 用户：作为跟随者，用户根据微网运营商制定的电价策略，调整自身的用电设备启停时间、用电功率等，以最小化用电成本。同时，用户的用电行为会反馈给微网运营商，影响微网运营商的后续决策。

⛳️ 运行结果

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