基于合作博弈的跨区域可再生能源交易建模与优化.pdf

摘要

提高可再生能源在电力系统中的占比是应对能源与环境压力、实现碳中和目

标的一种关键手段。可再生能源的随机出力与难以调控将导致区域内电力供需不

平衡，从而造成电力资源的浪费或紧缺，因此，在各区域之间进行能源交易以缓

解供需失衡变得尤为必要。对于能源交易过程中存在的电力传输容量限制、多方

转运等特性，需要设计适用的交易策略以实现能源的优化配置。同时，还需要建

立对各区域而言有益且公平的交易机制，以维持长期稳定的交易状态。因此，合

理地设计交易模型成为促进可再生能源消纳以及平衡各区域电力供需至关重要

的基础。

本文以合作联盟整体收益最大为目标，构建了基于合作博弈的可再生能源交

易模型。首先，对联盟成员之间的利益关系进行分析，引入合作博弈理论，并提

出与个体利益、信息安全相关的协议规则（CP1-CP4）以保证交易隐私受保护且

能为联盟成员带来效益。其次，获得博弈各方的能源供需量，运用网络流算法实

现电力传输线路容量限制下的能源交易优化配置，以最大化绿色能源效益为原则

制定博弈各方一致认可并接受的动态定价策略。最后，针对跨区域可再生能源市

场交易下的收益分配问题设计了一种考虑环境影响因子与贡献因子的加权

Shapley值法，该方法可以更公平地分配合作收益。

通过MATLAB完成了模型的仿真，并基于实验结果对交易模型的效率和公

平性进行分析。实验结果表明本文提出的基于合作博弈跨区域可再生能源交易模

型完善了传统交易模型，它不仅大幅度提高了交易过程产生的合作盈余，而且实

现了收益的公平分配，这将鼓励更多的成员长期积极地参与交易，从而维持合作

联盟的稳定和交易的可持续性发展。

关键词：跨区域能源交易；合作博弈；网络流算法；Shapley值

I

Abstract

Increasingthepenetrationofrenewableenergyinpowersystemsiscrucialto

achievecarbonneutralityandreleasethepressureofenergyandenvironment.

Renewableenergygenerationisassumedtobeanuncontrolledandintermittentprocess,

therefore,it’sdifficulttobalancedemandandsupplyinhighpenetrationofrenewable

energy.Itwillleadtopowerresourcesinwasteorshortage.So,itisnecessaryto

alleviatethisimbalancethroughenergytradingbetweenregions.Inthiscontext,

consideringthecharacteristicsofpowertransmissioncapacitylimitationandmulti-

partytransshipmentintheenergytrading,weshoulddesignanappropriatetrading

strategytoachievetheoptimalallocationofenergy.Atthesametime,itisalso

necessarytoestablishabeneficialandfairtradingmechanismforeachregionto

maintainalong-termandstabletrading.Therefore,therationaldesignofthetrading

modelisimportanttopromotetheconsumptionofrenewable