[论文解读] Game-Theoretic Approaches to Energy Trading: A Survey.

Matthias Pilz, Luluwah Al‐Fagih|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2017

Smart Grid Energy Management被引用 4

一句话总结

本文综述了智能电网中能源交易的博弈论方法，提出了一种整合可再生能源与储能的两层框架。文章提出了博弈论模型的分类体系，详细阐述了其在能源交易场景中的应用，并识别出关键挑战与未来研究方向。

ABSTRACT

The global move towards producing and consuming energy in a clean, efficient and economical way, along with the need for meeting rising consumer demand has led to significant advancements in the design of the smart grid infrastructure. However, the potential of the smart grid remains limited without the integration of renewable energy sources. Energy trading is one way forward. This refers to the transfer of energy from an entity producing surplus energy to one with a deficit, within a certain timeframe. In this paper, we present a detailed review of the literature surrounding the application of game theoretic (GT) methods to scenarios in energy trading. Two levels (layers) of trading are identified and the latest achievements within them are summarised. An extensive description of a complete GT-based energy trading framework is presented, including a taxonomy of GT and an introduction to the smart grid architecture with a focus on renewable energy generation and energy storage. Finally, we present a critical evaluation of the current shortcomings and identify areas for future research.

研究动机与目标

• 分析博弈论在智能电网中实现高效且具有战略性的能源交易中的作用。
• 识别并分类智能电网架构中两种不同的能源交易层级——点对点交易与电网级交易。
• 构建一个综合性的博弈论能源交易框架，整合可再生能源与储能。
• 批判性评估现有基于博弈论的能源交易模型的局限性，并提出未来研究方向。

提出的方法

• 本文构建了适用于能源交易的博弈论模型分类体系，包括非合作博弈、合作博弈与动态博弈。
• 将博弈论模型整合进两层能源交易架构中：(1) 产消者之间的点对点交易，(2) 集中式电网级协调。
• 该框架将可再生能源发电与储能作为影响能源交易中战略决策的关键组成部分。
• 该方法涉及对博弈论在能源交易中应用的系统性文献回顾，重点聚焦于建模技术与解概念。
• 核心博弈论组件包括收益函数、均衡概念（例如纳什均衡）以及确保参与度的激励机制。
• 该方法评估了在供应、需求与储能容量约束下，能源交易者之间的战略行为如何被建模与优化。

实验结果

研究问题

• RQ1 在可再生能源渗透率较高的智能电网中，博弈论模型如何被有效应用于能源交易？
• RQ2 在博弈论背景下，点对点交易与电网级交易在特征与运行机制上有哪些显著区别？
• RQ3 可再生能源发电与储能如何影响能源交易博弈中的战略行为与均衡结果？
• RQ4 当前基于博弈论的能源交易方法存在哪些关键局限性，未来研究如何加以解决？

主要发现

• 博弈论模型为分析智能电网中能源交易者之间的战略互动提供了稳健的框架。
• 两层能源交易模型——点对点交易与电网级交易——在不同市场条件下能够实现可扩展且高效的能源分配。
• 将可再生能源与储能整合进博弈论模型可提升系统效率并促进可持续能源使用。
• 现有方法通常缺乏实时适应性与可扩展性，尤其在动态、去中心化的环境中。
• 亟需开发更集成的模型，将博弈论与机器学习及优化技术相结合，以提升决策能力。
• 未来研究应聚焦于去中心化能源交易系统中的激励相容性、公平性与鲁棒性。