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摘要：为充分利用综合能源系统（IES）潜在的可靠性价值，延缓电网投资，降低供能成本，提出一种基于主从博弈的配电网-多IES协调规划模型。确立配电网投资运营商（DSO）与IES投资运营商在供需互动下的主从博弈关系；利用奖惩协议提出考虑可靠性差异的DSO电价定价模型，在价格机制作用下，建立主从博弈规划模型，上层领导者DSO以利润最大为目标同时优化电价制定和扩展规划策略，下层跟随者各IES投资运营商以成本最小为目标同时优化规划和运行策略；通过算例验证了主从博弈规划方法能够提高各主体的经济效益，降低整体供能成本，同时分析了用户可靠性需求变化对各主体投资规划以及整体供能成本的影响。 关键词：主从博弈；综合能源系统；协调规划
引言
IES通过能源耦合设备实现对多种能源的耦合互济和梯级利用，以满足用户日益多样化的用能需求，同时多能源系统的互补替代性减小了单个能源系统发生故障对整个系统供能可靠性
的影响，降低了对外部能源网络可靠性的依赖程度。随着IES接入电网的规模逐渐增大，用户对电网的电量与可靠性需求将逐渐减小，导致电网设备利用率大幅降低。如何对电网和IES进行协调规划，充分利用IES多能耦合带来的可靠性价值，对延缓电网投资、降低整体供能成本具有重要意义。
1.概述
目前关于配电网和IES规划的研究主要集中在双方独立规划方面，对两者联合规划的研究较少。在IES规划方面，考虑联络线峰谷差和电网运行效益，以经济性最优为目标建立了IES规划模型。通过对经济性优化模型和可靠性校验模型进行循环迭代，得到协调可靠性与经济性的IES规划方案。采用证据理论，建立了计及综合需求响应不确定性的IES双层规划模型，并采用差分进化算法和求解器进行求解。考虑负荷、可再生能源和购能价格的不确定性，构建了基于粒子优化-区间线性规划的IES双层优化模型。在配电网规划方面，构建了配电网和分布式发电机组扩展规划模型。
呼和浩特教育公共服务平台构建了综合考虑分布式电源和电动汽车时空特性的配电网规划模型，并采用蒙特卡洛模拟嵌入双种协同进化遗传算法对模型进行求解。在联合规划方面，构建了考虑IES、分布
式电源和电动汽车充电站的配网规划模型。以总成本最小为目标建立了电转气设备、风电场与IES协同规划模型，并将其转化为混合整数线性规划问题进行求解。随着市场开放，IES将由社会资本投资，与配电网作为独立的主体，利益诉求不同，且在供需关系下彼此相互影响。现有规划方法未考虑配电网和IES之间的交互行为，以及电价对可靠性投资配置的引导，造成投资冗余、设备利用率低下、经济性差等问题，违背了发展综合能源的初衷。
悠悠通讯本文通过分析配电网投资运营商（DSO）和IES投资运营商在供需互动和共同保障用户可靠性关系下的利益矛盾，提出了利用考虑可靠性的电价为经济手段，调动两者开展协同优化规划思路；考虑可靠性与成本提升的关系，并借鉴国外可靠性奖惩机制，建立了考虑可靠性的分段电价模型；基于此，建立了DSO与IES投资运营商的主从博弈协调规划模型，上层领导者DSO以利润最大为目标同时优化电价制定和扩展规划策略，下层跟随者各IES投资运营商以成本最小为目标同时优化设备配置和运行策略；采用差分进化算法与OPTI求解器求解模型，并基于算例仿真验证了本文模型在提高各主体经济效益、降低整体供能成本方面的有效性与合理性。
2配电网-多IES博弈规划行为
2.1博弈关系分析
刘荃在未来配电系统中大规模接入IES的情况下，将由DSO与IES投资运营商共同承担对终端用户的电能及其他能源供给的责任，DSO作为配电系统规划与运营的主体，在市场中承担配、售电的角，从上级电网购电再将电能出售给用户，利用差价赚取收益。IES投资运营商从配电网购电，从气网购气，通过内部能量生产、传输、转换设备满足用户的电／热／冷能源需求。双方在规划时不仅要保证终端用户的电量需求，还要提高供能充裕性使其有一定的可靠供电能力。DSO投资越大，可靠性越高，则接入的IES只需较少投资就能满足用户的可靠性需求，DSO的高投资导致电价较高，IES可能更愿意通过增加自身设备投资来提高多能耦合性，以保障对用户的供能可靠性，从而减少购电，造成DSO售电收入减小，DSO需要减小投资，否则会引起电价的进一步升高，再次导致购电量缩减，设备利用率降低，经济性更差。
IES具有一定可靠性空间，降低了对配电网可靠性的依赖程度，同时希望买到更便宜的电。DSO希望在满足用户用能需求的前提下，降低投资，提高利润和设备利用率。双方在规划时只有相互协调才能兼顾彼此利益，实现共赢。不仅DSO制定的电价会影响IES的需
求，需求也会反作用于价格。双方具有彼此独立的利益诉求，均以实现自身利益最大为目标进行决策，且相互影响，自然存在博弈关系。
2.2主从博弈过程
博弈理论是解决存在利益关联或冲突的多方主体如何制定决策的有效手段。主从博弈属于动态的非合作博弈，参与者地位不平等是主从博弈区别于经典博弈最根本的差别。在主从博弈中，各主体具有不同的地位与决策顺序，领导者具有领导优势，能够在博弈中占据先机或者有利位置，跟随者须跟在领导者之后做出决策。
本文协调规划场景主要涉及DSO和IES这2类利益主体，DSO作为多个IES唯一的供能方，在决策中更具主导权，2类主体地位不同。决策时DSO先结合市场信息以利润最大为目标，优先制定扩展规划方案以及售电电价，各IES被动接受DSO制定的决策信息，结合用户负荷需求，灵活调整自身设备配置方案及运行策略，决策存在先后次序，构成了以DSO为领导者、多个IES投资运营商为跟随者的主从博弈关系。
主从博弈模型框架。博弈模型的3个要素如下。1.参与者。主从博弈领导者为DSO，跟随者
为n个IES投资运营商。2.效用函数。DSO以配电网扩展规划后的年利润最大为目标，效用函数为CDSO；IES投资运营商以年成本最低为目标，IES投资运营商m的效用函数为CIES，m。3.均衡解。在主从博弈的过程中，当DSO和IES投资运营商任何一方都无法通过单独改变自身策略来获得更大的利益时，主从博弈达到均衡状态，此时各方的策略为博弈的均衡解，即博弈的最优策略集。
3.结论
本文提出了基于主从博弈的配电网-多IES协调规划模型，通过算例分析验证了模型的有效性，得到以下结论：
1）采用主从博弈协调规划方法虽增加了IES投资成本，但使购能成本减小，总成本降低，且能大幅降低DSO投资成本，延缓电网投资，同时提升了双方的经济效益；
偶偶视频网2）利用电价引导可靠性投资，能更好地协调经济性与可靠性间的矛盾，实现对IES用户供能可靠性责任在DSO和IES运营商之间的合理分摊，充分利用IES潜在的可靠性价值，降低了整体供能成本。
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