论文总字数：24586字

摘 要

随着我国对需求响应研究的不断深入以及电力市场的不断推进，电力供需双方的互动日益频繁，参与需求响应的主体更加多样化，实施过程也将比传统情况下更加复杂，需求响应参与者难以做出最优的决策。在此背景下，本文基于博弈论进行电网、售电商以及用户共同参与下的需求响应研究，旨在为需求响应参与者提供决策参考，主要研究内容如下：

提出了博弈论在激励型需求响应中的应用框架；在此基础上，建立了多元用户、售电商与电网的需求响应收益模型，并基于Stackelberg模型分别构建了售电商与多元用户的需求响应博弈模型以及电网与用户的需求响应博弈模型。运用解析法求得了所建模型的博弈均衡，并提出了求解算法及流程。在售电商与多元用户需求响应博弈过程中，通过算例分析了市场实时电价对售电商与用户的策略以及收益所造成的影响。在电网与多元用户需求响应博弈过程中，通过算例分析了单个用户为了获取更多响应收益而提升自身响应能力时对自身及其他参与者响应收益的影响，并基于仿真结果对此提出了建议。

关键词：需求响应，博弈论，解析法

Abstract

With the continuous deepening of China's demand response research and the continuous advancement of the electric power market, the interaction between the power supply and demand sides has become more frequent. The main players involved in the demand response have become more diversified, and the implementation process will be more complicated than in the traditional situation. It is difficult for participants to make reasonable decisions in demand response. Under this background, based on game theory, this paper conducts a demand response study under the joint participation of power grid company, retailers, and users. It aims to provide decision-making reference for participants in demand response. The main research contents are as follows:

The application framework of game theory in incentive-responsive demand is proposed. Based on this, the demand-response benefit model of multi-users, retailers and power grid company is established. Based on the Stackelberg model, the demand response game model of retailer and multi-users and the demand-response game model of power grid company and users are constructed respectively. The game equilibrium of the established model is obtained by using the analytical method, and the solving algorithm and flow are proposed. In the course of response game between retailer and multiple users, an example was used to analyze the impact of market real-time electricity prices on the strategies and benefits of retailer and users. In the course of the response game between the power grid company and multiple user demands, an example was used to analyze the impact of individual users changing their responsiveness on their own and other participants’ response revenues. Based on the simulation results, suggestions are made for users.

KEY WORDS: Demand response, Game theory, Analytic method

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 需求响应研究现状 1

1.2.2 博弈论在需求响应中的应用 2

1.2.3 国内外研究不足 2

1.2.4 本文主要工作 3

第二章 博弈论在多方主体需求响应中的应用框架及理论基础 4

2.1 多方主体参与需求响应的博弈理论架构 4

2.1.1 售电商与多元用户间的需求响应博弈关系 4

2.1.2 电网与多元用户间的需求响应博弈关系 4

2.2 博弈模型的选取 4

2.2.1 博弈理论概述 4

2.2.2 博弈模型的选取 5

2.3 Stackelberg博弈模型理论基础 5

2.4 本章小结 6

第三章 售电商与多元用户间的需求响应分析 7

3.1 多元用户收益模型 7

3.2 售电商收益模型 9

3.3 售电商与多元用户间的博弈模型 10

3.4 博弈模型求解 10

3.4.1 解析法求解博弈模型 11

3.4.2 解析结果分析 15

3.4.3 解析法求解博弈模型算法流程 17

3.5 算例分析 18

3.5.1 算例介绍 18

3.5.2 计算结果分析 18

3.6 本章小结 21

第四章 电网与多元用户间的需求响应分析 22

4.1 多元用户收益模型 22

4.2 电网收益模型 22

4.3 电网与多元用户间的博弈模型及求解方法 24

4.3.1 电网与多元用户间的需求响应博弈模型 24

4.3.2 解析法求解博弈模型 25

4.4 算例分析 27

4.4.1 算例介绍 27

4.4.2 计算结果分析 27

4.5 本章小结 30

第五章 结论与展望 31

5.1 结论 31

5.2 展望 31

致 谢 32

参考文献 33

绪论

研究背景与意义

随着我国经济稳步增长，产业结构优化调整以及居民生活水平的日益提高，使得电力需求量持续增加，电力峰谷差不断加大等问题较为突出。尤其是对于北京、上海、广州以及东部沿海城市等电力负荷中心而言，电力供需之间的矛盾更为显著。而随着智能电网的发展，传统的电力系统在发电、输电、配电以及用电等各个环节均进行了重大改变。尤其在用户侧，负荷变化更加明显；电气汽车、智能家居、空调、电热水器等柔性负荷的占比不断提高，使得负荷变得更具主动性。这为利用负荷需求弹性缓解电力供应紧张的现状奠定了良好的基础。

在上述背景下，需求响应在全球电力发展中脱颖而出，并得到了大规模的实践。需求响应(demand response，DR)是指电力用户收到供电方发出的诱导性电力价格改变信号或者减少负荷的直接补偿通知后，改变自身原有的用电模式，减少或推移某时段的用电负荷，从而促进电力供需平衡、保障电网稳定运行的短期行为^[1]。按照发布者所发布的响应信号不同，一般将需求响应分为基于价格的需求响应和基于激励的需求响应两种类型。需求响应不仅推动了多元用户与电网供需双方的良好互动；同时需求响应的实施也可以削减高峰电力负荷，提高电力系统可靠性；此外，需求响应在提高能源利用效率以及优化资源配置等方面具有重要意义。

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