【电力系统】基于主从博弈的社区综合能源系统分布式协同优化运行策略附Matlab代码

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🔥 内容介绍

本研究聚焦社区综合能源系统（CIES）的优化运行，提出基于主从博弈的分布式协同策略。通过构建包含能源供应商与社区用户的主从博弈模型，考虑多种能源耦合特性及运行约束，实现能源资源的高效配置。采用分布式算法求解模型，平衡各方利益，提升系统经济性与可靠性。仿真结果表明，该策略有效降低系统运行成本，提高能源利用效率，为 CIES 的优化运行提供新的思路与方法。

关键词

社区综合能源系统；主从博弈；分布式协同；优化运行

一、引言

1.1 研究背景

随着能源需求的增长和环境问题的加剧，发展高效、清洁、低碳的能源系统成为必然趋势。社区综合能源系统作为能源综合利用的重要形式，通过整合电力、热力、天然气等多种能源，实现能源的梯级利用和协同互补，能够有效提高能源利用效率，减少环境污染。然而，CIES 涉及多个能源主体和复杂的能源耦合关系，如何实现系统的优化运行，平衡各主体利益，是当前研究的关键问题。主从博弈理论为解决这类多主体决策问题提供了有效的工具，通过构建主从博弈模型，可使各主体在相互影响中做出最优决策，实现系统整体效益最大化。

1.2 研究意义

对 CIES 采用基于主从博弈的分布式协同优化运行策略，具有重要的理论与实际意义。理论上，丰富了 CIES 优化运行的研究方法，拓展了主从博弈理论在能源系统领域的应用。实际中，有助于提高 CIES 的能源利用效率，降低运行成本，增强系统稳定性与可靠性，促进社区能源的可持续发展，为能源规划与管理提供科学依据。

1.3 国内外研究现状

国内外学者在 CIES 优化运行方面开展了大量研究。在能源优化配置上，多采用混合整数线性规划、动态规划等方法，但对多主体间的利益博弈考虑不足。在博弈论应用于能源系统方面，部分研究构建了能源市场交易博弈模型，实现能源资源的合理分配，但在社区层面综合考虑多种能源耦合及分布式协同运行的研究较少。主从博弈理论在电力市场、交通领域有一定应用，为 CIES 的优化运行研究提供了借鉴思路，但目前将其系统应用于 CIES 分布式协同优化的成果尚不多见。

二、社区综合能源系统结构与运行特性

2.1 系统结构

CIES 通常由能源供应侧、能源转换与存储设备及社区用户侧组成。能源供应侧包含外部电网、天然气网络等一次能源输入，以及分布式电源如光伏电站、风力发电机等。能源转换设备有热电联产（CHP）机组、电转气（P2G）装置、换热器等，实现不同能源形式的转换。储能设备包括蓄电池、储热罐等，用于平抑能源供需波动。社区用户涵盖居民、商业及公共设施等，具有不同的能源需求特性。各部分通过能源网络相互连接，形成复杂的能源耦合系统。

2.2 运行特性

CIES 运行具有多能源耦合、时空分布不均及用户需求多样等特性。多能源耦合表现为电力、热力、天然气等能源在转换与消费过程中相互关联，如 CHP 机组同时产生电力与热能。能源供需在时间上存在峰谷差异，在空间上因用户分布不同而有所区别。用户对能源的需求在数量、质量及时间上各不相同，如居民用电主要集中在早晚时段，商业用户对电力和热力需求具有特定的营业时间规律。这些特性增加了 CIES 优化运行的复杂性。

三、主从博弈理论基础

3.1 主从博弈基本概念

主从博弈是一种具有层次结构的非合作博弈，其中领导者先行动，制定决策变量，追随者观察到领导者的决策后再做出自己的最优决策。在 CIES 中，能源供应商可视为领导者，其决策影响能源价格等因素；社区用户作为追随者，根据能源价格和自身需求调整能源消费策略。通过这种博弈关系，各主体在追求自身利益最大化的过程中，实现系统的优化运行。

3.2 主从博弈模型构建要素

构建主从博弈模型需确定参与者、决策变量、目标函数及约束条件。参与者为能源供应商和社区用户。能源供应商的决策变量包括能源生产计划、能源销售价格等；社区用户的决策变量是能源消费组合与消费时间。能源供应商以利润最大化为目标函数，考虑能源生产成本、供应能力等约束；社区用户以能源消费成本最小化或满意度最大化为目标，受自身能源需求、设备运行限制等约束。通过合理设置这些要素，可准确描述 CIES 中各主体的决策行为及相互关系。

⛳️ 运行结果

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🔗 参考文献

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