(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 107992966 A(43)申请公布日 2018.05.04
(21)申请号 201711207374.0(22)申请日 2017.11.27
(71)申请人 清华大学
地址 100084 北京市海淀区清华园(72)发明人 梅生伟 陈来军 薛小代 卢强 (74)专利代理机构 北京清亦华知识产权代理事
务所(普通合伙) 11201
代理人 张润(51)Int.Cl.
G06Q 10/04(2012.01)G06Q 10/06(2012.01)G06Q 50/06(2012.01)
权利要求书2页 说明书13页 附图2页
CN 107992966 A(54)发明名称
含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法及装置(57)摘要
本发明公开了一种含压缩空气储能的综合
其中，方法包括：能源系统优化配置方法及装置，
建立适用于综合能源系统规划问题的压缩空气储能CAES模型；将压缩空气储能及其他分布式电源的投资者作为博弈参与者，以各自的容量为策略，并取其全寿命周期收入作为支付，建立综合能源系统规划的策略式博弈模型；根据多方所有可能的决策形式建立每种合作模式下的具体博弈模型；通过迭代搜索法进行求解，并对比分析各博弈模式下的Nash均衡，得到最优容量配置结果。该方法可以通过使用博弈论这一工具，解决了多目标优化可能存在的缺乏客观性和无法反映市场环境下各方多样化决策的问题，从而可以更加符合实际市场情况，能为市场监管部门提供辅助。
CN 107992966 A
权 利 要 求 书
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1.一种含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：建立适用于综合能源系统规划问题的压缩空气储能CAES模型；将压缩空气储能及其他分布式电源的投资者作为博弈参与者，以各自的容量为策略，并取其全寿命周期收入作为支付，建立综合能源系统规划的策略式博弈模型；
根据多方所有可能的决策形式建立每种合作模式下的具体博弈模型；通过迭代搜索法进行求解，并对比分析各博弈模式下的Nash均衡，得到最优容量配置结果。
2.根据权利要求1所述的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法，其特征在于，所述建立适用于综合能源系统规划问题的压缩空气储能CAES模型，进一步包括：
A：不包含储热装置和吸收式制冷机组部分的支付，其包括不包含储热装置和吸收式制冷机组部分的年售电收入、年投资费用、年停电补偿费用、年购电费用、年报废收入、年运行维护费用、年辅助服务收入、年售热收入、年购热费用和年售冷收入；
B：储热装置的支付，其包括储热装置的年售热收入、年投资费用、年报废收入、年运行维护费用；
C：吸收式制冷机组的支付，其包括吸收式制冷机组的年售冷收入、年投资费用、年报废收入、年运行维护费用。
3.根据权利要求1所述的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法，其特征在于，所述博弈参与者包括风电、光伏和CAES联盟，且所述风电、所述光伏和所述CAES联盟的策略分别为各自的容量，所述支付为所述博弈参与者的全寿命周期收入与全周期寿命费用或成本之差。
4.根据权利要求3所述的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法，其特征在于，所述风电、所述光伏和所述CAES联盟共有五种可能的博弈模式，其分别为完全竞争的非合作博弈模式、两个参与者合作另一个独立决策的博弈模式以及三者完全合作组成总联盟的博弈模式。
5.根据权利要求1所述的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法，其特征在于，所述通过迭代搜索法进行求解，并对比分析各博弈模式下的Nash均衡，得到最优容量配置结果，进一步包括：
输入系统的技术经济数据及参数，并建立策略式博弈模型；设定均衡点初值；
各博弈参与者或联盟依次进行独立优化决策；
将上一步中各博弈者的最优策略告知每一位参与者，以实现信息共享；判断系统是否找到Nash均衡点，以在找到所述Nash均衡点后，输出系统的所述Nash均衡点。
6.一种含压缩空气储能的综合能源系统优化配置装置，其特征在于，包括：第一建立模块，用于建立适用于综合能源系统规划问题的压缩空气储能CAES模型；第二建立模块，用于将压缩空气储能及其他分布式电源的投资者作为博弈参与者，以各自的容量为策略，并取其全寿命周期收入作为支付，建立综合能源系统规划的策略式博弈模型；
第三建立模块，用于根据多方所有可能的决策形式建立每种合作模式下的具体博弈模
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权 利 要 求 书
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型；
优化模块，用于通过迭代搜索法进行求解，并对比分析各博弈模式下的Nash均衡，得到最优容量配置结果。
7.根据权利要求6所述的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置装置，其特征在于，所述第一建立模块还用于不包含储热装置和吸收式制冷机组部分的支付，其包括不包含储热装置和吸收式制冷机组部分的年售电收入、年投资费用、年停电补偿费用、年购电费用、年报废收入、年运行维护费用、年辅助服务收入、年售热收入、年购热费用和年售冷收入，以及储热装置的支付，其包括储热装置的年售热收入、年投资费用、年报废收入、年运行维护费用，以及吸收式制冷机组的支付，其包括吸收式制冷机组的年售冷收入、年投资费用、年报废收入、年运行维护费用。
8.根据权利要求6所述的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置装置，其特征在于，所述博弈参与者包括风电、光伏和CAES联盟，且所述风电、所述光伏和所述CAES联盟的策略分别为各自的容量，所述支付为所述博弈参与者的全寿命周期收入与全周期寿命费用或成本之差。
9.根据权利要求8所述的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置装置，其特征在于，所述风电、所述光伏和所述CAES联盟共有五种可能的博弈模式，其分别为完全竞争的非合作博弈模式、两个参与者合作另一个独立决策的博弈模式以及三者完全合作组成总联盟的博弈模式。
10.根据权利要求6所述的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置装置，其特征在于，所述优化模块还用于输入系统的技术经济数据及参数，并建立策略式博弈模型，且设定均衡点初值，而且各博弈参与者或联盟依次进行独立优化决策，并将上一步中各博弈者的最优策略告知每一位参与者，以实现信息共享，以及判断系统是否找到Nash均衡点，以在找到所述Nash均衡点后，输出系统的所述Nash均衡点。
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说 明 书
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含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法及装置
技术领域
[0001]本发明涉及新能源发电系统技术领域，特别涉及一种含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法及装置。
背景技术
[0002]由于可再生能源本身的波动性及传统电网中市场机制不健全等问题，虽然我国的分布式可再生能源发电容量增长迅速，但消纳形势非常严峻。利用多能互补方式调节消纳可再生能源的综合能源系统成为了关注热点。在我国，建立全面覆盖水电气热力行业、比智能电网层次更高、规模更大的智能能源网，成立售电售热一体化运营公司也已经提上日程。为了保证综合能源系统中能源生产和消纳的实时平衡，储能单元的作用显得异常重要。CAES(Compressed Air Energy Storage，压缩空气储能)天然具备冷热电三联供特征，可实现多种能源相互配合、且CAES还具备综合利用效率较高、建设限制条件少以及环境友好等特点，在微能源网的发展建设中具有显著优势。[0003]目前，对于CAES建模的研究包括：基于能量和功率等物理量建立CAES的简化效率模型，基于CAES工作的热力学过程建立详细的热力学模型。兼顾CAES的冷热电联供特性和规划问题的求解，建立适用于综合能源系统规划问题的CAES模型是一个值得研究的问题。[0004]对于综合能源系统的规划问题，由于其多耦合、非线性和多目标性的特点，建立多目标优化模型，利用智能算法求解比较常见。但利用多目标方法求解较为困难，在建模上亦存在一定局限性。实际上，综合能源系统中各方以自身收益最大化为目标，既可能完全独立决策，也可能通过与他人联合共同决策，其决策形式存在较大不确定性。显然，现有的多目标优化方法很难描述此类不确定情形。
发明内容
[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。[0006]为此，本发明的一个目的在于提出一种含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法，该方法可以更加符合实际市场情况，能为市场监管部门提供辅助。
[0007]本发明的另一个目的在于提出一种含压缩空气储能的综合能源系统优化配置装置。
[0008]为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法，包括以下步骤：建立适用于综合能源系统规划问题的压缩空气储能CAES模型；将压缩空气储能及其他分布式电源的投资者作为博弈参与者，以各自的容量为策略，并取其全寿命周期收入作为支付，建立综合能源系统规划的策略式博弈模型；根据多方所有可能的决策形式建立每种合作模式下的具体博弈模型；通过迭代搜索法进行求解，并对比分析各博弈模式下的Nash均衡，得到最优容量配置结果。
[0009]本发明实施例的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法，可以通过使用博弈论这一工具，解决了多目标优化可能存在的缺乏客观性和无法反映市场环境下各方多样
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说 明 书
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化决策的问题，从而具有更加符合实际市场情况，能为市场监管部门提供辅助，不仅可以为各独立能源投资主体配置各自容量以最大化自身利益提供理论工具，而且也可以为监管组织者准确预测各投资主体的可能决策形式，并在此基础上引导各投资者合理投资并发挥市场监管作用提供依据。[0010]另外，根据本发明上述实施例的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法及装置还可以具有以下附加的技术特征：[0011]进一步地，在本发明的一个实施例中，所述建立适用于综合能源系统规划问题的压缩空气储能CAES模型，进一步包括：A：不包含储热装置和吸收式制冷机组部分的支付，其包括不包含储热装置和吸收式制冷机组部分的年售电收入、年投资费用、年停电补偿费用、年购电费用、年报废收入、年运行维护费用、年辅助服务收入、年售热收入、年购热费用和年售冷收入；B：储热装置的支付，其包括储热装置的年售热收入、年投资费用、年报废收入、年运行维护费用；C：吸收式制冷机组的支付，其包括吸收式制冷机组的年售冷收入、年投资费用、年报废收入、年运行维护费用。[0012]进一步地，在本发明的一个实施例中，所述博弈参与者包括风电、光伏和CAES联盟，且所述风电、所述光伏和所述CAES联盟的策略分别为各自的容量，所述支付为所述博弈参与者的全寿命周期收入与全周期寿命费用或成本之差。[0013]进一步地，在本发明的一个实施例中，所述风电、所述光伏和所述CAES联盟共有五种可能的博弈模式，其分别为完全竞争的非合作博弈模式、两个参与者合作另一个独立决策的博弈模式以及三者完全合作组成总联盟的博弈模式。[0014]进一步地，在本发明的一个实施例中，所述通过迭代搜索法进行求解，并对比分析各博弈模式下的Nash均衡，得到最优容量配置结果，进一步包括：输入系统的技术经济数据及参数，并建立策略式博弈模型；设定均衡点初值；各博弈参与者或联盟依次进行独立优化决策；将上一步中各博弈者的最优策略告知每一位参与者，以实现信息共享；判断系统是否找到Nash均衡点，以在找到所述Nash均衡点后，输出系统的所述Nash均衡点。[0015]为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种含压缩空气储能的综合能源系统优化配置装置，包括：第一建立模块，用于建立适用于综合能源系统规划问题的压缩空气储能CAES模型；第二建立模块，用于将压缩空气储能及其他分布式电源的投资者作为博弈参与者，以各自的容量为策略，并取其全寿命周期收入作为支付，建立综合能源系统规划的策略式博弈模型；第三建立模块，用于根据多方所有可能的决策形式建立每种合作模式下的具体博弈模型；优化模块，用于通过迭代搜索法进行求解，并对比分析各博弈模式下的Nash均衡，得到最优容量配置结果。
[0016]本发明实施例的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置装置，可以通过使用博弈论这一工具，解决了多目标优化可能存在的缺乏客观性和无法反映市场环境下各方多样化决策的问题，从而具有更加符合实际市场情况，能为市场监管部门提供辅助，不仅可以为各独立能源投资主体配置各自容量以最大化自身利益提供理论工具，而且也可以为监管组织者准确预测各投资主体的可能决策形式，并在此基础上引导各投资者合理投资并发挥市场监管作用提供依据。[0017]另外，根据本发明上述实施例的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置装置还可以具有以下附加的技术特征：
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说 明 书
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进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一建立模块还用于不包含储热装置
和吸收式制冷机组部分的支付，其包括不包含储热装置和吸收式制冷机组部分的年售电收入、年投资费用、年停电补偿费用、年购电费用、年报废收入、年运行维护费用、年辅助服务收入、年售热收入、年购热费用和年售冷收入，以及储热装置的支付，其包括储热装置的年售热收入、年投资费用、年报废收入、年运行维护费用，以及吸收式制冷机组的支付，其包括吸收式制冷机组的年售冷收入、年投资费用、年报废收入、年运行维护费用。[0019]进一步地，在本发明的一个实施例中，所述博弈参与者包括风电、光伏和CAES联盟，且所述风电、所述光伏和所述CAES联盟的策略分别为各自的容量，所述支付为所述博弈参与者的全寿命周期收入与全周期寿命费用或成本之差。[0020]进一步地，在本发明的一个实施例中，所述风电、所述光伏和所述CAES联盟共有五种可能的博弈模式，其分别为完全竞争的非合作博弈模式、两个参与者合作另一个独立决策的博弈模式以及三者完全合作组成总联盟的博弈模式。[0021]进一步地，在本发明的一个实施例中，所述优化模块还用于输入系统的技术经济数据及参数，并建立策略式博弈模型，且设定均衡点初值，而且各博弈参与者或联盟依次进行独立优化决策，并将上一步中各博弈者的最优策略告知每一位参与者，以实现信息共享，以及判断系统是否找到Nash均衡点，以在找到所述Nash均衡点后，输出系统的所述Nash均衡点。
[0022]本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明
[0023]本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0024]图1为根据本发明一个实施例的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法流程图。；
[0025]图2为根据本发明另一个实施例的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法流程图；
[0026]图3为根据本发明一个实施例的含压缩空气储能的综合能源系统博弈规划模型的求解流程图；
[0027]图4为根据本发明一个实施例的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置装置的结构示意图。
具体实施方式
[0028]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0029]下面参照附图描述根据本发明实施例提出的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法。
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说 明 书
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图1是本发明一个实施例的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法流程
图。
如图1所示，该含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法包括以下步骤：
[0032]在步骤S101中，建立适用于综合能源系统规划问题的压缩空气储能CAES模型。[0033]也就是说，如图2所示，本发明实施例可以对于包括储热装置和吸收式制冷机组的CAES整体进行建模，其中，CAES整体也可以称为CAES联盟。并且本发明实施例中基于博弈论建立综合能源系统模型，则适用的CAES联盟模型以支付形式进行建立。[0034]进一步地，建立适用于综合能源系统规划问题的压缩空气储能CAES模型，进一步包括：A：不包含储热装置和吸收式制冷机组部分的支付，其包括不包含储热装置和吸收式制冷机组部分的年售电收入、年投资费用、年停电补偿费用、年购电费用、年报废收入、年运行维护费用、年辅助服务收入、年售热收入、年购热费用和年售冷收入；B：储热装置的支付，其包括储热装置的年售热收入、年投资费用、年报废收入、年运行维护费用；C：吸收式制冷机组的支付，其包括吸收式制冷机组的年售冷收入、年投资费用、年报废收入、年运行维护费用。
[0035]具体而言，本发明实施例建立适用于综合能源系统规划问题的压缩空气储能CAES模型包括单个部分，每个部分具体如下：[0036]A、不包含储热装置和吸收式制冷机组部分(以下称为CAES)的支付。[0037]CAES在t时刻的功率pC(t)既与t时刻的供求关系相关，也与其在上一时刻的能量状况相关。记系统中风电与光伏发电的总功率与系统负荷之差为系统发电裕度，可得t时刻的系统发电裕度如下：
[0038]Δ(t)＝pW(t)+pS(t)-Pd(t)-PdH(t)-PdC(t)。[0039]当系统功率充足(即Δ(t)≥0)时，CAES以效率η同时在压缩空气的过程中C充电，产生大量压缩热(效率η当系统功率不足(即Δ(t)<0)时，CAES以效率η同时透平CH)；F放电，产生可用来供冷的低温空气(效率η于是可得CAES在t时刻的电、热、冷功率分别为：CC)。
[0040][0031]
[0041]
[0042]
同时，影响CAES的效率及产热、产冷量的因素有很多，此处按照简单的线性规律处理。一般地，CAES的功率不能低于保证其正常工作的最低功率，即其t时刻的功率应满足：[0044]PCmin≤pC(t)≤PC，[0045]在此基础上，可得CAES的支付如下：[0046](1)年售电收入
[0047]本发明实施例获得CAES售电功率的简单方法是计算相邻两个时刻的功率差：[0048]ΔpC(t)＝pC(t)-pC(t+1)，
[0049]而CAES在t时刻的售电量PCSEL(t)与ΔpC(t)的关系如下：
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[0043]
CN 107992966 A[0050][0051][0052][0053][0054][0055][0056][0057][0058][0059][0060][0061][0062][0063][0064][0065][0066]
说 明 书
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从而CAES的售电收入为：
其中，R(t)为实时电价，α为表征政府补贴的电价系数。(2)年投资费用
若CAES的单位投资费用为UC，且其寿命为LC，则可得到CAES的年投资费用为：
其中，r为贴现率。(3)年停电补偿费用
CAES的年停电补偿费用为：CCEENS＝CEENSPC/(PW+PS+PC)。(4)年购电费用
CAES的年购电费用如下：CCPUR＝CPURPC/(PW+PS+PC)。(5)年报废收入
若CAES的单位功率报废收益为DC，则其年报废收入为：
(6)年运行维护费用
[0068]若CAES单位功率的年运行维护费用为MC，则年运行维护费用为：[0069]CCOM＝PCMC。[0070](7)年辅助服务收入
[0071]CAES大部分时间处于备用状态，为系统提供备用容量。设由此获得辅助服务的收入为ICAUX，显然，该收入与CAES所提供的备用量成正比。在t时刻的备用容量为PRES(t)为：[0072]PRES(t)＝pC(t)-PCSEL(t)-PCmin，
[0073]从而可以得CAES的年辅助服务收入为：
[0074][0075][0076][0077][0078][0079]
[0067]
其中，δ表示单位备用容量的收入。(8)年售热收入
首先考虑系统在t时刻的最大消耗热功率为：
其中，QHd(t)为t时刻的热负荷需求，QHT-qhT(t)为储热装置在t时刻最大可吸收的为最大与市政热网交换的热量，QHdc(t)为t时刻供应吸收式制冷机组制冷的热
功率，
功率。进一步综合能源系统的过剩热功率为系统总产热与最大可消耗热功率的差值：
[0080]QHMAR(t)＝qhC(t)-QHmax(t)。
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说 明 书
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过剩功率QHMAR(t)由弃热负荷消耗掉，不会给参与者带来任何收入。从而可得到
CAES在t时刻的售热功率QHCSEL(t)为：
[0082][0083][0084][0085]
综上，CAES的年售热收入IHCSEL为：
其中，RH(t)为实时热价，β为表征政府补贴的热价系数。
[0086](9)年购热费用
[0087]记t时刻系统中热负荷与最大可用热功率之差为系统的不平衡功率，其表达式为：[0088]ΔQH(t)＝QHd(t)+QHdC(t)-[qhC(t)+qhT(t)-QHTmin]，[0089]其中，QHTmin为储热装置的最小储能功率，qhT(t)-QHTmin表示储热装置在t时刻的最大可释放功率。显然，倘若ΔQH(t)≤0，系统可以满足热负荷的需求；否则将从市政热网购进部分热量QHg(t)，以期最大程度地满足用户需求，其中QHg(t)公式为：
[0090]
[0091][0092]
此时仍需要电供热补足的热功率为：
即所需的电功率为：[0094]PdH(t)＝QHENS(t)/COPEH。
[0095]本发明实施例可以将从热网购热带来的总费用CHPUR视为购热量QHg(t)的函数，即：[0096]CHPUR＝f(QHg(t))。[0097]此外，CHPUR应按照容量比例分摊到CAES和储热装置上，而最终都算在CAES联盟的总支付中，则不再分别考虑。[0098](10)年售冷收入
[0099]同(8)中的计算方式，综合能源系统的过剩冷功率为：[0100]QCMAR(t)＝qcC(t)+qcAC(t)-QCd(t)，[0101]其中，qcAC(t)为t时刻吸收式制冷机组制冷的功率，QCd(t)为t时刻的热负荷需求。过剩功率QCMAR(t)由弃冷负荷消耗掉，不会给参与者带来任何收入。从而可得到CAES在t时刻的售冷功率QCCSEL(t)为：
[0102][0103][0104]
[0093]
综上，CAES的年售冷收入ICCSEL为：
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CN 107992966 A[0105][0106][0107][0108][0109][0110][0111][0112][0113][0114][0115][0116][0117][0118][0119][0120][0121][0122][0123][0124][0125][0126][0127][0128][0129][0130][0131][0132][0133][0134][0135][0136][0137]
说 明 书
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其中，RC(t)为实时冷价，θ为表征政府补贴的冷价系数。B、储热装置的支付
储热装置支付相关的各项费用/收入的计算方式与储电的相似，简介如下：t时刻的系统发热裕度如下：
ΔH(t)＝qhC(t)-QHd(t)-QHdC(t)，储热装置在t时刻的功率为：
同理，储热装置t时刻的功率应满足：QHTmin≤qhT(t)≤QHT。(1)年售热收入
ΔqhT(t)＝qhT(t)-qhT(t+1)，
在t时刻的售热量QHTSEL(t)与ΔqhT(t)的关系如下：
从而储热装置的售热收入为：
(2)年投资费用
若储热装置的单位投资费用为UT，且其寿命为LT，则可得到年投资费用为：
(3)年报废收入
若储热装置的单位功率报废收益为DT，则其年报废收入为：
(4)年运行维护费用
若储热装置单位功率的年运行维护费用为MT，则年运行维护费用为CTOM＝QHTMT。
C.吸收式制冷机组的支付
吸收式制冷机组支付相关的各项费用/收入的计算方式简介如下：记t时刻系统中冷负荷与最大可用冷功率之差为系统的不平衡功率，其表达式为：ΔQC(t)＝QCd(t)-[qcC(t)+qcAC(t)]，此时仍需要电制冷补足的冷功率为
即所需的电功率为：PdC(t)＝QCENS(t)/COPEC。(1)年售冷收入
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CN 107992966 A[0138][0139][0140][0141][0142][0143][0144][0145]
说 明 书
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在t时刻的售冷量QCASEL(t)为：
则所需的热功率为：
QHdC(t)＝QCASEL(t)/COPAC，
从而吸收式制冷机组的售冷收入为：
(2)年投资费用
若吸收式制冷机组的单位投资费用为UAC，且其寿命为LAC，则可得到年投资费用
为：
[0146][0147][0148][0149][0150][0151][0152][0153][0154]
(3)年报废收入
若吸收式制冷机组的单位功率报废收益为DAC，则其年报废收入为：
(4)年运行维护费用
若吸收式制冷机组单位功率的年运行维护费用为MAC，则年运行维护费用为：CAOM＝QCACMAC。综上，可得CAES联盟的支付IC为：
在步骤S102中，将压缩空气储能及其他分布式电源的投资者作为博弈参与者，以
各自的容量为策略，并取其全寿命周期收入作为支付，建立综合能源系统规划的策略式博弈模型。
[0156]也就是说，如图2所示，本发明实施例可以将CAES联盟及其他分布式电源(选择风电和光伏)的投资者作为博弈参与者，以各自的容量为策略，取其全寿命周期收入作为支付，建立综合能源系统规划的策略式博弈模型。[0157]可选地，在本发明的一个实施例中，博弈参与者包括风电、光伏和CAES联盟，且风电、光伏和CAES联盟的策略分别为各自的容量，支付为博弈参与者的全寿命周期收入与全周期寿命费用或成本之差。[0158]也就是说，本发明实施例可以基于全寿命周期的理念设计参与者支付，将其定义为参与者的全寿命周期收入与全周期寿命费用(或成本)之差，基于全寿命周期理念的支付具有多种表征形式，并考虑资金的贴现率，采用年等效收入和费用计算各参与者的全寿命周期支付。
[0159]具体而言，以下根据博弈的基本要素：参与者、策略、支付和均衡分别进行叙述：[0160]A.参与者[0161]风电、光伏、CAES联盟为该博弈的参与者，以下分别用W、S和C表示此三个参与者，
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[0155]
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说 明 书
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并记参与者集合N＝{W,S,C}。[0162]B.策略[0163]风电、光伏、CAES联盟的策略分别为各自的容量。受实际物理环境和政策的影响，决策变量在某个范围内连续取值，即各参与者具有连续的策略空间，具体为：
[0164][0165][0166]
其中，和和
分别表示风机容量的上限和下限；分别表示CAES容量的上限和下限；和
和和
分别为光伏发电容分别表示储热装
量的上限和下限；
置容量的上限和下限；分别表示吸收式制冷机组容量的上限和下限。综上，博弈
的策略集合为Ω＝(ΩW,ΩS,ΩC)。[0167]C.支付
[0168]基于全寿命周期的理念设计参与者支付，将其定义为参与者的全寿命周期收入与全周期寿命费用(或成本)之差，分别记为IW、IS和IC。[0169]对于风电和光伏的支付，参考电力系统规划的博弈模型中的计算方法，增加考虑由补充不足的冷和热能带来的电负荷(即电制冷和电供热消耗的电能)，即将Pd(t)变为Pd(t)+PdH(t)+PdC(t)。其中，Pd(t)、PdH(t)、PdC(t)分别表示t时刻的电负荷、电供热及电制冷的需求。
[0170]可得风电的支付IW为：
[0171]IW＝IWSEL+IWD+IWAUX-CWINV-CWOM-CWEENS-CWPUR，[0172]类似的光伏发电的支付IS为：
[0173]IS＝ISSEL+ISD+ISAUX-CSINV-CSOM-CSEENS-CSPUR。[0174]综上，该博弈的支付向量为I＝(IW,IS,IC)。[0175]D.均衡
[0176]在明确博弈的上述三要素之后，便可以得到博弈的Nash均衡(如果存在的话)，并记作
[0177]
在步骤S103中，根据多方所有可能的决策形式建立每种合作模式下的具体博弈模
型。
进一步地，如图2所示，在本发明的一个实施例中，风电、光伏和CAES联盟共有五种可能的博弈模式，其分别为完全竞争的非合作博弈模式、两个参与者合作另一个独立决策的博弈模式以及三者完全合作组成总联盟的博弈模式。[0179]具体而言，综合能源系统规划决策中，风、光、CAES三方共有5种可能的博弈模式，分别为完全竞争的非合作博弈模式、两个参与者合作另一个独立决策的博弈模式以及三者完全合作组成总联盟的博弈模式。其中两个参与者合作另一个独立决策的博弈模式共有三种可能的情形，从合作的程度来看，此三种博弈模式为部分合作模式。下面将分别给出综合能源系统规划在非合作与合作博弈模式下的策略式模型。[0180]A.非合作博弈模式的策略式博弈模型[0181]若风、光、CAES各自为政，独立决策以最大化各自支付，则所形成的非合作博弈的
[0178]
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策略式博弈模型如下：[0182](1)参与者集合：N＝{W,S,C}；[0183](2)策略集合：Ω＝(ΩW,ΩS,ΩC)；[0184](3)支付函数：I＝(IW,IS,IC)。
[0185]
若上述博弈模型存在Nash均衡点则根据Nash均衡的定义，其
应满足：
[0186][0187][0188]
B.合作博弈模式的策略式博弈模型[0190]在很多情况下，博弈参与者基于个人利益最大化的非合作博弈模式可能会导致整体利益远离最优，因此参与者有可能采用合作方式与其他参与者组成联盟，通过最大化联盟的支付以及对联盟支付的适当分配来实现个人支付的最大化。以风-光合作组成联盟后与CAES联盟博弈({W,S},{C})为例给出该合作博弈模式的策略式模型，在该博弈模式下，风-光联盟可视为一个独立决策者，其决策变量为风电和光伏的容量，相应的策略集合记为ΩWS，支付为风电与光伏发电支付之和，记作IWS，具体如下：[0191]1)参与者：{W,S},{C}；
[0192][0193][0194]
[0189]
2)策略集合：
3)支付函数：I＝(IWS＝IW+IS,IC)。若上述合作博弈模型存在Nash均衡点
根据Nash均衡的定义，
其应满足：
[0195][0196]
另三种合作博弈模式的策略式模型与此类似，为避免冗余，在此不再赘述。[0198]在步骤S104中，通过迭代搜索法进行求解，并对比分析各博弈模式下的Nash均衡，得到最优容量配置结果。[0199]可以理解的是，如图2所示，由策略式博弈模型可以看出，博弈问题并非一个全系统的统一优化问题，而是每个参与者(或联盟)独立优化各自目标的多个相互耦合的优化问题，本发明实施例采用迭代搜索法求解Nash均衡点，从而可以得到最优容量配置结果。[0200]进一步地，在本发明的一个实施例中，通过迭代搜索法进行求解，并对比分析各博弈模式下的Nash均衡，得到最优容量配置结果，进一步包括：输入系统的技术经济数据及参数，并建立策略式博弈模型；设定均衡点初值；各博弈参与者或联盟依次进行独立优化决策；将上一步中各博弈者的最优策略告知每一位参与者，以实现信息共享；判断系统是否找到Nash均衡点，以在找到Nash均衡点后，输出系统的Nash均衡点。[0201]举例而言，如图3所示，用迭代搜索法求解Nash均衡点，步骤如下：[0202]在步骤S1中，输入系统的技术经济数据及参数。
[0197]
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初始化建立策略式博弈模型所需的各种技术经济数据，主要包括负荷需求、风速、
光照、电价、资金的贴现率以及其他计算参与者支付必需的数据或参数。[0204]在步骤S2中，建立策略式博弈模型。[0205]在步骤S3中，设定均衡点初值。
[0206]在各决策变量的策略空间随机选取均衡点初值。[0207]在步骤S4中，各博弈参与者或联盟依次进行独立优化决策。[0208]以非合作博弈为例说明该优化决策过程：在进行第j轮优化时，各参与者根据上一轮的优化结果
即
[0209][0210][0211][0212][0213][0214]
通过粒子群算法得到最优策略组合
在步骤S5中，信息共享。
将上一步中各博弈者的最优策略告知每一位参与者。在步骤S6中，判断系统是否找到Nash均衡点，若是，则执行步骤S7；若否，则执行步若各博弈参与者相邻两次得到的最优解相同，即
骤S4。
[0215][0216]
则表明在该策略下，任何参与者都不能通过独立改变策略而获得更多的支付，可
以认为该策略组合即为Nash均衡。[0218]在步骤S7中，输出原始数据和参数，即为输出系统的Nash均衡点综上而言，本发明实施例可以针对综合能源系统中各投资主体可能属于不同的投资者，以及各投资者通常以最大化自身利益为目标确定最佳容量的现状，使用博弈论这一工具，解决了多目标优化可能存在的缺乏客观性和无法反映市场环境下各方多样化决策的问题。特别需要说明的是，即使风-光-储三方均属同一个投资主体，亦可视为一类合作博弈问题。另一方面，综合能源系统的发展尚处于起步阶段，市场监管部门如何监督、管理及制定政策促进其良性发展也需要有一套数学工具，本发明方法的分析结果即可为其提供有效辅助信息。因此，本发明实施例方法具有更加符合实际市场情况，能为市场监管部门提供辅助等诸多优点。
[0220]根据本发明实施例提出的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法，可以通过使用博弈论这一工具，解决了多目标优化可能存在的缺乏客观性和无法反映市场环境下各方多样化决策的问题，从而具有更加符合实际市场情况，能为市场监管部门提供辅助，不仅可以为各独立能源投资主体配置各自容量以最大化自身利益提供理论工具，而且也可以为监管组织者准确预测各投资主体的可能决策形式，并在此基础上引导各投资者合理投资并发挥市场监管作用提供依据。
[0221]其次参照附图描述根据本发明实施例提出的含压缩空气储能的综合能源系统优
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[0219]
[0217]
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化配置装置。
[0222]图4是本发明一个实施例的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置装置的结构示意图。
[0223]如图4所示，该含压缩空气储能的综合能源系统优化配置装置10包括：第一建立模块100、第二建立模块200、第三建立模块300和优化模块400。[0224]其中，第一建立模块100用于建立适用于综合能源系统规划问题的压缩空气储能CAES模型。第二建立模块200用于将压缩空气储能及其他分布式电源的投资者作为博弈参与者，以各自的容量为策略，并取其全寿命周期收入作为支付，建立综合能源系统规划的策略式博弈模型。第三建立模块300用于根据多方所有可能的决策形式建立每种合作模式下的具体博弈模型。优化模块400用于通过迭代搜索法进行求解，并对比分析各博弈模式下的Nash均衡，得到最优容量配置结果。本发明实施例的装置10可以通过使用博弈论这一工具，解决了多目标优化可能存在的缺乏客观性和无法反映市场环境下各方多样化决策的问题，从而可以更加符合实际市场情况，能为市场监管部门提供辅助。[0225]进一步地，在本发明的一个实施例中，第一建立模块100还用于不包含储热装置和吸收式制冷机组部分的支付，其包括不包含储热装置和吸收式制冷机组部分的年售电收入、年投资费用、年停电补偿费用、年购电费用、年报废收入、年运行维护费用、年辅助服务收入、年售热收入、年购热费用和年售冷收入，以及储热装置的支付，其包括储热装置的年售热收入、年投资费用、年报废收入、年运行维护费用，以及吸收式制冷机组的支付，其包括吸收式制冷机组的年售冷收入、年投资费用、年报废收入、年运行维护费用。[0226]进一步地，在本发明的一个实施例中，博弈参与者包括风电、光伏和CAES联盟，且风电、光伏和CAES联盟的策略分别为各自的容量，支付为博弈参与者的全寿命周期收入与全周期寿命费用或成本之差。[0227]进一步地，在本发明的一个实施例中，风电、光伏和CAES联盟共有五种可能的博弈模式，其分别为完全竞争的非合作博弈模式、两个参与者合作另一个独立决策的博弈模式以及三者完全合作组成总联盟的博弈模式。[0228]进一步地，在本发明的一个实施例中，优化模块400还用于输入系统的技术经济数据及参数，并建立策略式博弈模型，且设定均衡点初值，而且各博弈参与者或联盟依次进行独立优化决策，并将上一步中各博弈者的最优策略告知每一位参与者，以实现信息共享，以及判断系统是否找到Nash均衡点，以在找到Nash均衡点后，输出系统的Nash均衡点。[0229]需要说明的是，前述对含压缩空气储能的综合能源系统优化配置方法实施例的解释说明也适用于该实施例的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置装置，此处不再赘述。
[0230]根据本发明实施例提出的含压缩空气储能的综合能源系统优化配置装置，可以通过使用博弈论这一工具，解决了多目标优化可能存在的缺乏客观性和无法反映市场环境下各方多样化决策的问题，从而具有更加符合实际市场情况，能为市场监管部门提供辅助，不仅可以为各独立能源投资主体配置各自容量以最大化自身利益提供理论工具，而且也可以为监管组织者准确预测各投资主体的可能决策形式，并在此基础上引导各投资者合理投资并发挥市场监管作用提供依据。[0231]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、
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“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0232]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。[0233]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0234]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。[0235]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0236]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
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