博弈模型社区管理论文提纲

论文题目：基于纳什议价合作博弈的社区能源交易模式与最优运行策略

摘要：社区内进行能源交易对提升分布式能源消纳水平、实现“碳达峰”“碳中和”目标具有重要支撑作用。现有关于社区能源交易的运行策略研究主要存在三个问题:（1）现有的社区能源管理中采用的集中式优化方法等非博弈论方法管理者与参与者之间无交互,未考虑参与者的消费偏好;（2）现有的针对产消者-能源运营商管理模式的社区能源交易研究基本采用Stackelberg博弈方法,虽然该方法保障了用户间能源交易的灵活性,但并未考虑社会效益是否最优的问题,且用户在交易中处于被动地位,在一定程度上损害了市场的公平性;（3）针对社区内产消者能量共享的问题采用的基于Shapley值的合作博弈方法,尽管考虑到了社会效益问题,参与者之间也有交互,但随着参与主体增加,存在计算复杂且时间长等问题。本文基于纳什议价合作博弈理论,针对社区内风电产消者与消费者、能源运营商与光伏产消者两种交易模式下各主体的决策与利益分配问题进行了研究,并探讨了纳什议价解与社会效益最优解之间的关系。本文研究内容如下:（1）针对社区内产消者与消费者的P2P能量共享交易决策与利益分配问题提出了基于纳什议价合作博弈理论的两阶段优化方法。在第一阶段优化模型中,以社会效用函数最大化为目标得到用户是否参与P2P能量共享交易及最佳交易电量。在第二阶段优化模型中,基于支付议价模型分析了最佳交易电量下的最优交易支付。这两个优化问题分别采用基于交替方向乘子法的分布式算法求解。实验仿真结果表明,与个体单独优化相比,在纳什议价合作博弈方法下,所提方法下的用户效益更高。（2）针对社区能源管理者与光伏产消者之间的能源交易问题,提出了一种基于纳什议价合作博弈理论的激励机制,鼓励用户积极参与能源管理。在所提方法中,社区能源管理者（即社区内的能源运营商）作为一个综合能源提供者,愿意给予产消者一定的奖励,以激励其与自身进行合作。光伏产消者可作为能源买方或卖方,通过与社区能源管理者讨价还价来确定交易的电量,以实现效益最大化。在该模型中,产消者与社区能源管理者之间不是主从关系,而是合作互惠的关系。此外,还分析了纳什议价问题与社会福利函数之间的关系,分析表明解决纳什议价问题可以获得社会最优解。实验仿真结果表明,与Stackelberg博弈方法相比,纳什议价合作博弈模型能使光伏产消者和社区能源管理者获得更多的利益。两个子课题的研究结果验证了纳什议价合作博弈方法在社区内风电产消者与消费者、能源运营商与光伏产消者两种交易模式下各主体的决策与利益分配问题中的有效性与优越性——提高了各主体的效益,并保证了社会效益的最优性。此外,本文所提的纳什议价合作博弈方法既有合作博弈理论的优点,即通过对合作联盟产生的合作剩余进行公平公正地分配,对参与主体有一定的经济激励,可调动参与者参与合作的积极性,又不存在Shapley值（合作博弈理论另一分支）的缺点。

关键词：纳什议价;合作博弈;社区能源交易;产消者

学科专业：电气工程

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.1.1 社区能源市场形成背景

1.1.2 社区能源市场发展概况与趋势

1.1.3 社区能源交易研究的必要性与重要性

1.1.4 课题研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 社区能源管理模式研究现状

1.2.2 社区能源交易的运行策略方法研究现状

1.2.3 现有工作存在的不足

1.3 课题研究内容

1.3.1 研究思路

1.3.2 课题创新点

1.3.3 本文组织结构

第二章 纳什议价合作博弈理论及基于交替方向乘子法的分布式算法

2.1 纳什议价合作博弈理论及其应用

2.1.1 纳什议价合作博弈的定义及性质

2.1.2 联盟作为参与者的处理方法

2.1.3 纳什议价合作博弈理论在能源管理中的应用

2.2 基于交替方向乘子法的分布式算法基础理论

2.2.1 分布式算法基本框架

2.2.2 分布式算法迭代终止条件

2.2.3 分布式算法收敛性及算法实现流程

2.3 本章小结

第三章 基于纳什议价合作博弈理论的P2P能量共享交易研究

3.1 系统框架和基本模型

3.1.1 系统框架

3.1.2 用户能耗分析

3.1.3 电能供应分析

3.1.4 储能分析

3.2 基于纳什议价合作博弈的两阶段优化方法概述

3.3 一阶段优化:参与支付纳什议价的资格及交易量决策

3.3.1 社会福利函数

3.3.2 社会福利函数的分布式求解

3.4 二阶段优化:最优支付(报酬)

3.4.1 纳什议价的谈判破裂点分析

3.4.2 P2P能量共享交易的支付议价问题

3.4.3 求解支付议价问题的迭代算法分析

3.5 基于交替方向乘子法的分布式算法

3.5.1 一阶段优化求解算法分析及流程

3.5.2 二阶段优化求解算法分析及流程

3.6 算例分析

3.6.1 基础数据

3.6.2 一阶段优化结果——能源交易量

3.6.3 二阶段优化结果——用户的支付和效益提升

3.7 本章小结

第四章 基于纳什议价合作博弈理论的能源运营商-产消者的能量交易研究

4.1 系统框架和基础模型

4.1.1 系统框架

4.1.2 产消者模型

4.1.3 社区能源管理者模型

4.2 基于纳什议价合作博弈理论的方法概述

4.3 社区能源管理者与产消者的纳什议价合作博弈模型分析

4.3.1 纳什议价问题的谈判破裂点

4.3.2 纳什议价模型

4.3.3 纳什议价最优解与社会福利最优解之间的关系

4.4 基于交替方向乘子法的分布式算法

4.4.1 问题分析与分解

4.4.2 算法分析及流程

4.5 算例分析

4.5.1 基础数据

4.5.2 最优的电力负荷安排和电力交易量

4.5.3 最优支付

4.5.4 算法收敛性

4.5.5 方法局限性

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

致谢