考虑多能耦合共享储能的微网多智能体混合博弈协调优化

林墨涵; 刘佳; 唐早; 曾平良; 蒋标; 马公瑾

doi:10.7500/AEPS20230920003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

考虑多能耦合共享储能的微网多智能体混合博弈协调优化

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 考虑多能耦合共享储能的微网多智能体混合博弈协调优化
- Coordinated Optimization of Mixed Microgrid Multi-agent Game Considering Multi-energy Coupled Shared Energy Storage
- 电力系统自动化 2024年48卷第4期页码：132-141
- 作者机构：
  
  杭州电子科技大学自动化学院，浙江省杭州市 310018
- 作者简介：
  
  林墨涵(2000—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力系统规划与调度。E-mail：mohan@hdu.edu.cn
  刘佳(1991—)，男，博士，讲师，硕士生导师，主要研究方向：电力能源系统规划、运行。E-mail：sjtu_lj@hdu.edu.cn
  唐早(1995—)，女，博士，讲师，硕士生导师，主要研究方向：储能的优化运行与控制。E-mail：ztang@hdu.edu.cn
  曾平良(1962—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统分析与规划、可再生能源并网、电动汽车接入、规模化储能应用、分布式电源、区域综合能源系统、电力市场。E-mail：plzeng@hotmail.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(U2166211);国家自然科学基金青年项目(52207085);浙江省科技计划资助项目(2023C01142)
- DOI：10.7500/AEPS20230920003
  中图分类号：
- 收稿：2023-09-20，
  
  修回：2023-11-28，
  
  网络出版：2024-01-19，
  
  纸质出版：2024-02-25
- 稿件说明：
移动端阅览
林墨涵,刘佳,唐早等.考虑多能耦合共享储能的微网多智能体混合博弈协调优化[J].电力系统自动化,2024,48(4):132-141.

LIN Mohan,LIU Jia,TANG Zao,et al.Coordinated Optimization of Mixed Microgrid Multi-agent Game Considering Multi-energy Coupled Shared Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(4):132-141.
林墨涵,刘佳,唐早等.考虑多能耦合共享储能的微网多智能体混合博弈协调优化[J].电力系统自动化,2024,48(4):132-141. DOI： 10.7500/AEPS20230920003.

LIN Mohan,LIU Jia,TANG Zao,et al.Coordinated Optimization of Mixed Microgrid Multi-agent Game Considering Multi-energy Coupled Shared Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(4):132-141. DOI： 10.7500/AEPS20230920003.

摘要

冷热电耦合的共享储能可以更显著地提高微网多种能源的利用效率与消纳水平。然而，多能耦合的共享储能进一步增加了多微网之间协调运行的难度，故而提出了一种考虑多能耦合共享储能的微网多智能体混合博弈协调优化模型。首先，围绕多能耦合共享储能进行建模，从冷、热、电3个维度构建元件的运行模型。其次，提出了一种计及多能耦合共享储能协作的微网混合博弈双层协调调度模型。上层部分为基于主从博弈的微网运营商日内电价优化模型，以微网运营商的日内收益最大化为目标，综合考虑电价上下限约束和购售电价平均值约束，为下层协作运行提供响应电价；下层部分为基于合作博弈的微网间协作运行策略模型，以产消者和共享储能电站的合作成本为目标，综合考虑机组出力上下限约束和功率平衡约束，为上层反馈合作成本用于指导电价优化调整。然后，在混合博弈模型求解时，以电价变动率为收敛判据，同时采用二分法处理电价约束以加速模型求解。最后，采用多智能体协调优化的微网系统验证了所提方法的有效性。

Abstract

Shared energy storage with cooling

heating and power coupling can more significantly improve the utilization efficiency and accommodation level of multi-energy sources in microgrids. However

the multi-energy coupled shared energy storage further increases the difficulty of coordinated operation among multi-microgrids. Therefore

a coordinated optimization model of mixed microgrid multi-agent game is proposed considering multi-energy coupled shared energy storage. First

the model is carried out around the multi-energy coupled shared energy storage

and the operation model of the components is constructed from three dimensions of cooling

heating and power. Then

a two-layer coordinated scheduling model of mixed microgrid game is proposed considering the collaboration of multi-energy coupled shared energy storage. The upper layer is an intraday electricity price optimization model for microgrid operators based on Stackelberg game

which aims at maximizing the microgrid operators’ intraday revenues

and provides a responsive electricity price for the lower collaborative operation with the comprehensive consideration of the upper and lower constraints on the electricity price and the constraints on the average of the purchase and sale prices. The lower layer is a cooperative operation strategy model based on cooperation game

which takes the cooperation cost of producers and sellers and shared energy storage as the goal

comprehensively considers the upper and lower limits of unit output constraints and power balance constraints

and provides feedback cooperation cost for the upper layer to guide the optimization and adjustment of electricity price. Then

the change rate of electricity price is used as the convergence criterion

and the bifurcation method is used to deal with the constraints of electricity price to accelerate the model solution in the mixed game model solution. Finally

the effectiveness of the proposed method is verified by using a microgrid system with the multi-agent coordinated optimization.

关键词

Keywords

references

魏泓屹，卓振宇，张宁，等 . 中国电力系统碳达峰·碳中和转型路径优化与影响因素分析［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 19 ）： 1 - 12 .

WEI Hongyi ， ZHUO Zhenyu ， ZHANG Ning ， et al . Transition path optimization and influencing factor analysis of carbon emission peak and carbon neutrality for power system of China ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 19 ）： 1 - 12 .

CHIS A ， KOIVUNEN V . Coalitional game-based cost optimization of energy portfolio in smart grid communities ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 2 ）： 1960 - 1970 .

BENJAAFAR S ， HU M . Operations management in the age of the sharing economy： what is old and what is new？［J］. Manufacturing & Service Operations Management ， 2020 ， 22 （ 1 ）： 93 - 101 .

CHENG Y H ， ZHANG N ， ZHANG B S ， et al . Low-carbon operation of multiple energy systems based on energy-carbon integrated prices ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 2 ）： 1307 - 1318 .

LIU P Y ， ZHAO W ， SHAIR J ， et al . Modeling of battery energy storage systems for AGC performance analysis in wind power systems ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2024 ， 155 ： 109478 .

齐彩娟，车彬，杨燕，等 . 考虑新能源消纳与储能参与调频的共享储能主从博弈鲁棒定价方法［J］. 中国电力， 2023 ， 56 （ 8 ）： 26 - 39 .

QI Caijuan ， CHE Bin ， YANG Yan ， et al . Master-slave game-based robust pricing method of shared energy storage considering renewable energy accommodation and energy storage participating in frequency modulation ［J］. Electric Power ， 2023 ， 56 （ 8 ）： 26 - 39 .

LI Q ， XIAO X K ， PU Y C ， et al . Hierarchical optimal scheduling method for regional integrated energy systems considering electricity-hydrogen shared energy ［J］. Applied Energy ， 2023 ， 349 ： 121670 .

HO W S ， MACCHIETTO S ， LIM J S ， et al . Optimal scheduling of energy storage for renewable energy distributed energy generation system ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2016 ， 58 ： 1100 - 1107 .

THOMPSON C C ， OIKONOMOU K ， ETEMADI A H ， et al . Optimization of data center battery storage investments for microgrid cost savings， emissions reduction， and reliability enhancement ［C］// IEEE Industry Applications Society Annual Meeting ， October 18-22 ， 2015 ， Addison， USA .

安麒，王剑晓，武昭原，等 . 高比例可再生能源渗透下的电力市场价值分配机制设计［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 7 ）： 13 - 22 .

AN Qi ， WANG Jianxiao ， WU Zhaoyuan ， et al . Benefit allocation mechanism design of electricity markets with penetration of high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 7 ）： 13 - 22 .

武昭原，周明，王剑晓，等 . 激励火电提供灵活性的容量补偿机制设计［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 6 ）： 43 - 51 .

WU Zhaoyuan ， ZHOU Ming ， WANG Jianxiao ， et al . Mechanism design of capacity payment for incentivizing flexibility of thermal power ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 6 ）： 43 - 51 .

朱宗耀，王秀丽，吴雄，等 . 考虑多场景规划的共享储能投资及运营分析［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 7 ）： 23 - 31 .

ZHU Zongyao ， WANG Xiuli ， WU Xiong ， et al . Investment and operation analysis of shared energy storage considering multi-scenario planning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 7 ）： 23 - 31 .

杜锡力，李笑竹，陈来军，等 . 面向多场景调节需求的集中式共享储能鲁棒优化配置［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 23 ）： 5911 - 5921 .

DU Xili ， LI Xiaozhu ， CHEN Laijun ， et al . Robust and optimized configuration of centralized shared energy storage for multi-scenario regulation demand ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 23 ）： 5911 - 5921 .

李咸善，解仕杰，方子健，等 . 多微电网共享储能的优化配置及其成本分摊［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 10 ）： 44 - 51 .

LI Xianshan ， XIE Shijie ， FANG Zijian ， et al . Optimal configuration of shared energy storage for multi-microgrid and its cost allocation ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 10 ）： 44 - 51 .

曹阳，喻洁，李扬，等 . 基于演化博弈的区域综合能源市场零售侧竞争策略选择方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 5 ）： 104 - 113 .

CAO Yang ， YU Jie ， LI Yang ， et al . Evolutionary game based competition strategy selection method for retail side of regional integrated energy market ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 5 ）： 104 - 113 .

彭春华，钱锟，闫俊丽 . 新能源并网环境下发电侧微分演化博弈竞价策略［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 6 ）： 2002 - 2010 .

PENG Chunhua ， QIAN Kun ， YAN Junli . A bidding strategy based on differential evolution game for generation side in power grid integrated with renewable energy resources ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 6 ）： 2002 - 2010 .

王剑晓，夏清，李庚银，等 . 基于多市场均衡的综合能源市场机制设计［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 17 ）： 5789 - 5803 .

WANG Jianxiao ， XIA Qing ， LI Gengyin ， et al . Mechanism design for integrated energy markets based on multi-market equilibrium ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 17 ）： 5789 - 5803 .

郭宴秀，苏建军，刘洋，等 . 考虑电热交互和共享储能的多综合能源系统运行优化［J］. 中国电力， 2023 ， 56 （ 4 ）： 138 - 145 .

GUO Yanxiu ， SU Jianjun ， LIU Yang ， et al . Optimal operation of multiple integrated energy systems considering power and heat interaction and shared energy storage system ［J］. Electric Power ， 2023 ， 56 （ 4 ）： 138 - 145 .

朱青，曾利华，寇凤海，等 . 考虑储能并网运营模式的工业园区风光燃储优化配置方法研究［J］. 电力系统保护与控制， 2019 ， 47 （ 17 ）： 23 - 31 .

ZHU Qing ， ZENG Lihua ， KOU Fenghai ， et al . Research on optimal allocation method of wind， photovoltaic， gas turbine and energy storage in industrial parks considering energy storage’s grid-connected operation modes ［J］. Power System Protection and Control ， 2019 ， 47 （ 17 ）： 23 - 31 .

何奇琳，艾芊 . 售电侧放开环境下含需求响应虚拟电厂的电力市场竞价策略［J］. 电力建设， 2019 ， 40 （ 2 ）： 1 - 10 .

HE Qilin ， AI Qian . Bidding strategy of electricity market including virtual power plant considering demand response under retail power market deregulation ［J］. Electric Power Construction ， 2019 ， 40 （ 2 ）： 1 - 10 .

王程，刘念，成敏杨，等 . 基于Stackelberg博弈的光伏用户群优化定价模型［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 12 ）： 146 - 153 .

WANG Cheng ， LIU Nian ， CHENG Minyang ， et al . Stackelberg game based optimal pricing model for photovoltaic prosumer cluster ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 12 ）： 146 - 153 .

徐艳春，刘海权，孙思涵，等 . 计及需求响应和共享储能的多微网系统双层优化调度［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 6 ）： 18 - 26 .

XU Yanchun ， LIU Haiquan ， SUN Sihan ， et al . Bi-level optimal scheduling of multi-microgrid system considering demand response and shared energy storage ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 6 ）： 18 - 26 .

郑浩伟，闫庆友，尹哲，等 . 计及日前-实时交易和共享储能的VPP运行优化及双层效益分配［J］. 电力建设， 2022 ， 43 （ 9 ）： 34 - 46 .

ZHENG Haowei ， YAN Qingyou ， YIN Zhe ， et al . VPP operation optimization and bilayer revenue distribution model considering the two-level market and shared energy storage ［J］. Electric Power Construction ， 2022 ， 43 （ 9 ）： 34 - 46 .

虞宋楠，刘念，赵波 . 面向光伏用户群的多主体分级电压调控方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 5 ）： 20 - 41 .

YU Songnan ， LIU Nian ， ZHAO Bo . Multi-agent classified voltage regulation method for photovoltaic user group ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 5 ）： 20 - 41 .

刘聪，周京阳， SHAHIDEHPOUR M ，等 . 市场环境下输配电系统一体化分布式交易优化方法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 21 ）： 103 - 110 .

LIU Cong ， ZHOU Jingyang ， SHAHIDEHPOUR M ， et al . Optimization method for decentral transaction of integrated transmission and distribution system in market environment ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 21 ）： 103 - 110 .

DEHGHANPOUR K ， NEHRIR H . An agent-based hierarchical bargaining framework for power management of multiple cooperative microgrids ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 1 ）： 514 - 522 .

吴锦领，楼平，管敏渊，等 . 基于非对称纳什谈判的多微网电能共享运行优化策略［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 7 ）： 2711 - 2723 .

WU Jinling ， LOU Ping ， GUAN Minyuan ， et al . Operation optimization strategy of multi-microgrids energy sharing based on asymmetric Nash bargaining ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 7 ）： 2711 - 2723 .

芮涛，李国丽，王群京，等 . 配电侧多微电网日前电能交易纳什议价方法［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 7 ）： 2576 - 2585 .

RUI Tao ， LI Guoli ， WANG Qunjing ， et al . Nash bargaining method for multi-microgrid energy trading in distribution network ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 7 ）： 2576 - 2585 .

杨志豪，刘沆，文明，等 . 考虑综合需求响应混合不确定性的综合能源系统优化调度策略［J］. 电力建设， 2022 ， 43 （ 9 ）： 66 - 76 .

YANG Zhihao ， LIU Hang ， WEN Ming ， et al . Optimal scheduling strategy for integrated energy system considering mixed uncertainties of integrated demand response ［J］. Electric Power Construction ， 2022 ， 43 （ 9 ）： 66 - 76 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

考虑碳排放多级利用的综合能源系统两阶段混合博弈共赢策略

共享储能商业模式和定价机制研究综述