基于博弈论的车-网双向互动策略研究

Interaction is a typical character of smart grid. The increase of electric vehicles would further magnify its impact on the grid. The interests of the electric vehicle and the grid are independent as well as inseparable in smart grid. Traditional interactive strategy which dominated by the grid didn’t pay enough attention to the interests of electric vehicle, which will affect the enthusiasm of electric vehicle users to participate in the interaction. Game theory is proposed to analysis the interaction of vehicle and grid in this project, through establish game model and solve the suitable interactive strategy for vehicle and grid. The sensitive factors affecting the profits of vehicle and grid will be studied, and the expected profit in different condition will be analyzed. Static Game, Dynamic Game, Cooperative Game and non-Cooperative Game will be used to model the interaction of vehicle and grid. Equal Gain Splitting and Shapley Value method will be used to distribute the profits. Scatter Search algorithm will be used to solve the model, and the concrete implementation method of interaction will be studied. The project will reveal the Game essence of the interaction, provide the determine base to choose the interactive strategy, and provide theoretical and technical support for the good interaction of vehicle and grid.

互动是智能电网的显著特征，电动汽车数量的增加将使车-网互动的影响进一步加大。智能电网背景下，电动汽车和电网的利益既相互依存又相互对立，传统由电网主导制定的互动策略对电动汽车的利益未有充分的重视，会影响电动汽车用户参与互动的积极性。课题提出利用博弈思想分析车-网的互动过程，建立车-网互动的博弈模型，求解车-网之间合适的互动策略。研究影响车-网双方收益的敏感因素，分析处于不同情景时车-网双方期望收益的差别；研究利用静态博弈、动态博弈、合作博弈、非合作博弈方法对车-网互动过程进行建模的方法；研究利用收益平均分配法及夏普利值法对车-网互动收益进行分配的可行性；研究利用分散搜索算法对车-网互动的博弈模型进行求解的过程，研究车-网互动策略的具体实施方法。项目旨在揭示车-网互动过程的博弈本质，为车-网互动策略的选择确定依据，为车-网之间的良性互动提供理论和技术支持。

为满足电动汽车大规模应用的需要，避免电动汽车负荷给电网带来的负面冲击，促进电动汽车和电网之间的双向良性互动，项目对车网互动的收益进行了梳理，并提出一种考虑电网功率需求紧急程度的场景系数表示方法，得到车网互动收益的动态表示方法，并采用了序贯博弈、主从博弈等多种博弈模型对车网互动的充放电电价、充放电电量进行求解，分析了不同场景、不同需求情况下车网可能的互动策略。.通过场景系数来描述电网当前功率需求的迫切程度，将车网互动的收益与场景系数相结合，体现电动汽车功率支撑在不同紧急程度下的价值差异，可对互动收益进行更精准的动态描述，有利于后续得到更符合实际的互动策略。.采用序贯博弈中的讨价还价模型对车网互动中放电电价的制定过程进行了分析，利用消耗系数反映序贯博弈过程中互动双方收益的变化情况，分析了消耗系数变化和博弈次数对放电电价及各自收益的影响；运用动态博弈中的劳资模型分析了不同时段下电网放电电价的制定策略，以及此电价下电动汽车在的放电响应电量；利用Stackelberg模型分析车网互动过程并结合优化算法对利益均衡点进行求解，得到使双方利益均衡的充放电电价以及相应的充放电电量。.为对数量庞大且分散的电动汽车负荷进行优化管理，设计了一种电动汽车代理商参与需求响应的多层博弈模型，调度中心、电动汽车代理商和电动汽车三者之间分别按主从、演化和非合作三种模式参与博弈。电动汽车代理商与其管理的电动汽车之间进行主从博弈，采用价格响应的方式大规模电动汽车的负荷调控难题；电动汽车代理商之间进行非合作博弈，构建多电动汽车代理商参与的需求侧充放电竞标模型；建立了多参与者、多决策变量和多层次结构的车网互动博弈模型以解决各主体之间的利益冲突问题。.在此基础上对不同电网状态、不同出行需求下的车网互动策略进行了研究，相应的研究成果可为智能电网与电动汽车的发展提供指导。