基于主从博弈的园区综合能源系统容量及能量管理研究

作     者：陈正鹏 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：董军;薛贵元

授予年度：2022年

学科分类：080702[工学-热能工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：园区综合能源系统 容量规划 能量管理 定价策略 主从博弈 

摘      要：随着我国能源革命的深入推进以及“碳达峰、碳中和战略目标的提出,能源系统将朝着以促进新能源消纳为目标,电、气、冷、热等多种能源协同供给的方向发展。综合能源系统被认为是通过集成区域内多种能源来提高能源利用效率的有效模式,其能够促进能源耦合互补,实现一定区域内的电、气、冷、热协同供应,在降低系统成本的同时减少二氧化碳排放,成为当前能源系统发展的重要方向之一。在一系列政策和市场激励下,众多园区级综合能源系统相继落地,通过接入风光等分布式能源的园区综合能源系统能够满足园区各类用户的个性化用能需求,实现各类资源的整体高效利用。然而在园区综合能源系统发展过程中,具体到项目前期的规划建设以及后续的运营管理是目前主要关注的问题。对于园区综合能源系统而言,做好系统的容量规划,确定系统最优的设备选型和容量配置,同时做好系统实际运行过程中的多能源定价和能量管理是保障园区综合能源系统安全、经济、高效运行的基础。因此,论文主要通过优化理论和博弈理论研究园区综合能源系统的前期容量规划和后期的能量管理优化问题,主要研究内容包括:（1）分析园区综合能源系统的基本架构及包含的设备构成单元,对系统的相关设备建立数学模型,分析园区综合能源系统中可能出现的综合能源供应商、园区系统运营商和园区用户三类主体,同时总结归纳双层规划、多目标优化及主从博弈的相关理论,为后续构建系统模型提供理论基础。（2）在园区综合能源系统规划阶段,综合考虑系统年度经济性及系统碳排放量等因素,构建考虑综合能源系统运行的双层多目标容量规划模型并采用NSGA-II算法和Cplex求解,分析不同场景、不同设备配置方案下的容量规划结果,讨论最优设备配置方案下的系统最优运行策略,算例结果表明,双层多目标规划模型可以实现规划阶段的园区综合能源系统容量配置的准确性,也能实现系统经济性及碳排放量的协同趋优。（3）在园区综合能源系统运行阶段,考虑园区综合能源市场特性和能源传输路径,分析园区三类市场主体:综合能源供应商、园区系统运营商和园区用户,以各主体定价及能量管理行为为基础,以各主体净收益最大和用能综合成本最低为目标函数,建立双层主从博弈能量交易模型并证明博弈均衡解的存在性与唯一性,通过改进粒子群算法求解主从博弈均衡解并分析园区综合能源交易过程中多个主体的定价和能量管理策略,算例结果表明,园区多种能源定价互动行为可以有效平衡系统能量,实现园区内多个主体整体效益最优。