計及戶用分布式電源的合作博弈智能用電技術研究

米東風，吳子璇

（國網天津城東供電公司，天津 300171）

為解決我國現階段能源總量下降、環境污染嚴重問題，電力企業須在保障負荷增長需要的基礎上充分利用多種能源，如風能、太陽能等分布式發電能源。在此過程中，智能電網的配置十分關鍵，要結合需求側管理進行規劃，采取激勵、引導等形式，優化居民的用電結構。由此可見，對戶用分布式電源的合作博弈智能用電技術開展研究具有重要的意義。

1 當前智能用電技術研究

電力企業作為我國能源供應的重要企業，在日常生產的過程中，不僅需確保能源供應的穩定與安全，而且還要通過多種形式調控需求側，有效優化能源使用結構，在幫助用戶減少資源浪費的基礎上，降低成本，減少能源損失。有關研究學者提出了在此基礎上優化定價機制的理念，以期通過這種模式優化能源供應，實現可持續發展。為進一步確保電網激勵機制效果，企業通常會運用智能定價機制，如分時定價的制度進行管控和調整，會借助此類電價激勵、鼓勵用戶將電荷安排由高峰時期轉向到低谷時期，這樣不僅可幫助用戶減少費用成本，而且還能夠緩解供電壓力。此外智能家居用電也是智能用電管理中非常關鍵的部分，尤其是在智能電表運用的基礎上，為多主體進行合作博弈提供了更多的可能性?，F階段國內外已有很多研究人員對此問題進行研究，如對分時電價政策提出函數模型，并基于博弈論制訂定價策略，或根據電力企業和用戶間的信息建立博弈模型，使電力企業作為主導者，用戶作為跟隨者進行優化。文章在智能電網基礎上，分析了戶用分布式電源，并設計了一種剩余電能回收的方式，在此理念下用戶可在分時電價的基礎上更加高效進行負荷安排，從而為用戶減少電費，實現能源高效運用提供可能。此外在博弈思想使用方面，建立了用電優化模型，如圖1所示，以期借助該模型完成電力調整，使用戶作為博弈參與者減少能源損耗降低費用[1]。

圖1 用電優化模型

2 系統建模

系統建模環節十分關鍵，要求電力企業應以微網為對象開展分析，具體建模工作如下：設立此微網居民用戶為N，該區域的電力公司為1個，主要負責信息收集和負荷調度，而居民則是以合作的關系參與到需求側調整中。在體系流程中，每一戶都使用智能電表技術安裝分布式電源，用戶可將自身剩余的電量重新售賣給電網，從而確保能源使用的科學性與合理性。此外電力企業還會適時地進行電價調整，通過激勵機制的設定確保用戶能夠科學進行負荷安排，其中用戶與企業間的信息和負荷交互便形成了博弈合作。圖2為需求側管理場景。

圖2 需求側管理系統模型搭建

在系統建模的過程中，將1 d 設計為24 h，則系統內n∈N，運用lnh代表用戶n在h內的用電情況，則總電荷耗費量為：

與此同時，結合用戶的每日峰值負荷數據及平均負荷情況，還能夠得出峰值與平均數值間的關系，其為PAR數值，計算公式如下，其中，Lpeak為每日的最大電力負荷，Lavg為電荷平均值[2]。

電能成本模型也是模型搭建中非常重要的一點，其主要目的是能夠確保用戶科學運用資源，借助激勵機制設置的方式完成電價設定。

3 合作博弈的能源消耗調度

3.1 能源成本最小化

結合電價設定需要，用戶可借助智能電表完成信息交互從而科學規劃能源的使用，最大程度減少此過程的成本消耗。從能源成本方面來看，用戶參與調度的核心是為減少成本支出，因此企業應尋求最能夠滿足用戶需要的調度形式，以此確保成本。

3.2 電力消耗費用

假設bn為用戶在1 d 內所耗用的電費，則用戶使用的總電費計算為：

結合模型分析情況來看，在進行電力需求管控的過程中，當用戶參與到合作博弈時，用戶所支付的電費情況不僅會受到用電量的影響，而且還會與周圍用戶的用電量息息相關。與此同時，若是用戶在購買電量后沒有完全使用，則可將剩余的電量回售給電力企業，此時按照單價，用戶所獲取到的收益總數為：

3.3 博弈模型

從博弈的角度來看，在智能用電合作博弈模型搭建的過程中，參與者為N，即所有的居民用戶群體。策略則是指用電調整與優化，收益函數為Pn。結合博弈需要，按照收益及策略需要，全部的用戶都會直接參與到調整工作中，直至博弈過程能夠找到平衡點。其中，電荷控制方面在博弈模型建設的過程中主要是運用An模型，其中主要針對對象包括冰箱、洗衣機等家用電器。對于分布式電源使用用戶來講，既可運用購買的方式獲取電能，也可運用電池板儲電的方式獲取電荷。其中電網購買獲取的調度電量公式為：

在模型設計的過程中，假設用戶1 d 所用的電量為恒定值，則說明對于不可轉移負荷來講，在使用方面被固定在某一時間區間內，因此在進行ECS 的過程中，只需進行可轉移負荷的處理就可以滿足需要。需注意的是，若是博弈的過程中找到均衡點，則任何用戶在優化或調整用電情況時，都不會獲取更高的收益[3]。

4 算例仿真

電力能源供應質量與策略的制訂息息相關，為進一步了解以上分析與模型設定的合理性與可行性，文章將對算例仿真等形式強化模型運用效果進行研究。為保障模型基本條件設定的合理性，在此分析過程中，假設用戶共有50名，電力企業為1個，所有居民所使用的均為智能電網，且用戶愿意參與到博弈中。其中，用戶使用的負荷分為兩種，分別為以家用電器為主的不可轉移負荷及電動汽車等可轉移負荷。由于每家每戶在電荷情況方面均有所差異，因此假設其存在一定的波動范圍，則按照圖3來看，隨機產生的不可轉移負荷公式為：

圖3 不可轉移電荷

式中，Xu及X1分別為用戶不可轉移負荷的峰值，rand為隨機產生的數據。

在此過程中假設每戶均設置了光伏電池板，即用戶可直接使用其完成電荷獲取，并將剩余的電荷售出給電網[4]。

工作人員發現在模型優化后費用成本進一步下降。此外在ECS 方面，在總負荷分布中，存在大量的負值，該數是指用戶售出給電網的電量數值。在沒有進行該模式優化前，用戶負荷使用一般在17：00—0：00，而凌晨階段的負荷使用則整體較少。而在優化完成后，6：00—17：00的負荷主要被轉移到了10：00—0：00，這是因為此時間段的光伏能力最大，用戶可運用電池板發電的方式獲取電能。而在剩余的時間段內則負荷主要轉移到了凌晨0：00—6：00，這是因為此階段的電價整體較低，使用耗電數量整體較少。根據數據分析顯示，在優化完成后用戶借助光伏售出的電荷量明顯要更多。與此同時結合PAR 計算公式來看，在沒有進行ECS 時，數值約為2.51，而在加入后，則變為2.1，這也進一步說明，用戶在參與后不僅可減少費用支出，而且能夠降低PAR 數值，有效確保電力系統運行的安全與穩定。

在負荷運用量不斷優化的過程中，電力企業工作人員可明確掌握用戶可轉移負荷的用電時間段。以用戶A 為例，當處于負荷關閉情況下，用戶用電情況存在負值，負值是指剩余電量再次售出給電網。結合分析來看，該用戶的使用電量峰值恰好處于費用最高的階段，而在10：00—15：00由于電量在使用完成后依舊存在大量的剩余電量，因此可借助出售的方式獲取收益?？傊?，對于電力企業發展來講，在制訂電價、能源工藝、負荷調節及電荷回售的過程中，須在保障經濟效益的同時，最大程度減少資源及成本浪費，有效提升供電穩定性與安全性。在具體工作中可結合合作博弈理念的使用，使用戶參與到優化調整工作中，從而結合優化模型調整用戶的用電結構，幫助用戶減少資源浪費，強化經濟效益。在后續工作中企業要積極借鑒行業發展經驗，不斷強化知識理論，提升工作團隊的整體工作水準，從而針對不同情況科學設定模型，優化能源供應，為企業可持續發展創造良好的條件[5]。

5 結束語

綜上所述，文章基于用戶用電情況的需求側分析提出了合作博弈理念，并搭建了相應的模型，以期通過博弈模型的搭建驗證該理念的落實情況。結果表明，在用戶參與到能源消耗調度后，不僅能夠降低成本，而且可確保負荷的平衡，甚至可通過回售等方式進一步減少費用支出。因此在后續工作中，要求企業加強對此種形式的關注，科學使用智能技術優化需求和供給，為我國能源高效利用創造良好的條件。