智能配用电系统是坚强智能电网的重要组成部分。伴随着能源领域的变革、售电侧市场化改革以及自动需求响应技术的发展,智能配用电系统的运行优化面临着巨大的挑战,传统的以单主体决策为主要特征的最优化理论体系很难应对这些变化。在此背景下,面向复杂主体多目标优化的博弈论将有望成为攻克智能电网诸多关键难题的有力工具。本文主要基于博弈论展开了智能楼宇集群及社区能源互联网的能量管理研究,主要工作归纳如下:建立了博弈论在智能配用电系统中的典型应用框架,主要包括了非合作对等架构博弈、非合作主从架构博弈、合作博弈三类模型,框架中提出了这三类博弈应用的基本流程。分析了博弈论应用于智能配用电系统所涉及的各类边界条件,以及博弈类型的选择与边界条件的对应关系。提炼了与本文博弈模型相关的理论基础。针对需求侧响应问题中可平移负荷变量离散且数目大的问题,提出了可平移负荷的实用化等效模型,将原来大规模离散变量优化问题转换为了一个连续变量优化问题,给出了等效后的优化变量及约束函数的表达式。提出了等效模型求解结果的还原方法及在实际优化问题中的应用流程,并通过算例验证了等效及还原方法的有效性。针对智能楼宇集群提出了智能楼宇联合运行的系统框架以及集群运营商与智能楼宇的信息交互流程。基于非合作对等架构博弈提出了智能楼宇日前分布式能量管理优化模型,模型考虑了建筑一体化光伏和自动需求响应,每个楼宇被视作博弈中的博弈方。电价模型考虑了我国光伏电价政策及功率倒送情况,智能楼宇的成本综合考虑了用电成本、运营商运维费用、不便利性成本和光伏补贴多个方面。证明了博弈模型中纳什均衡的存在性,并针对纳什均衡求解提出了相应求解算法和流程。算例分析表明所提模型能够有效减少智能楼宇的成本并优化整个楼宇集群的负荷特性,并能有效避免分时电价下的低电价时段新负荷高峰的出现。针对社区能源互联网,以社区运营商为主导方,社区内产消者为随从方,基于非合作主从博弈理论提出了社区能源互联网的日前分布式能量管理模型。以热电联产机组“以热定电”策略为基础,建立了运营商定价策略、产消者电力交易模式选择模型以及产消者和社区运营商侧的功率及收益模型。证明了斯塔克伯格博弈均衡解的存在性,并提出了模型求解方法及流程。算例应用说明本文模型在社区运营商收益提升、产消者收益提升、系统负荷特性改善等方面均带来了有利的影响。以社区能源互联网为研究对象,提出了基于合作博弈的实时能量管理模型。同时提出了传统交易模式下社区能源互联网实时能量管理模型作为比较基准。模型考虑了未来时刻预测变量的不确定性,提出了基于预测误差概率分布的多场景确定方法,并在产消者的优化目标中综合考虑当前时刻用电成本、未来时刻成本期望及条件风险价值成本。在此基础上,提出了基于公平原则的联盟收益分配方法,并证明联盟博弈的稳定性。将优化目标为分段函数的优化模型等效为了一个混合整数线性优化问题,相应提出了实时能量管理模型的实施流程。算例应用说明合作模式集中优化模型在社区运营商收益提升、产消者成本节约等方面相比传统模型更具优势。
