基于多智能体强化学习的电力现货市场定价机制研究(二):结合理论与仿真的定价机制决策框架

该文研究了电力现货市场定价机制的选择和设计问题。首先,初步分析系统边际电价、节点边际电价和分区边际电价等3种定价机制的适用性,提出理论分析和市场仿真相结合的电力现货市场定价机制决策框架。理论分析方面,梳理了电力现货市场定价机制的理论和国际实践,给出3种定价机制的出清模型和电价计算方式,基于安全约束经济调度模型建立兼容性再调度模型;从价格信号作用、对中长期市场交易开展的影响、市场监管和配套机制需求等多个维度,对3种定价机制的特点进行对比分析,并探讨定价机制与市场模式的配合关系和我国定价机制设计中需要考虑的关键问题。市场仿真方面,基于3种定价机制下的发电商报价双层优化模型,对IEEE 39系统进行仿真计算。最后,综合分析仿真结果和定价机制特点,为算例系统选择合适的定价机制,验证了所提电力现货市场定价机制决策框架的有效性。2篇论文共同解决了定价机制设计与发电商报价策略的嵌套难题。     

当量定价机制下发电商的产量决策分析与比较

分析了当量定价机制下发电商的最优产量决策,比较了当量电价、统一出清和按报价支付3种定价机制对发电商的产量决策的激励作用。指出在统一出清和按报价支付定价机制下,发电商会通过持留行为滥用市场力,而在当量电价下,尤其在缺电情况下,发电商的最优产量决策仍然是申报其最大可用容量,而不是持留发电容量。当量定价方法激励发电商申报全部容量的机制,可以保证电力市场的充裕容量,从而实现了电价乃至市场的稳健性。     

迭代竞价机制下发电商的贝叶斯学习模型

采用迭代思想设计电力市场的竞价机制可以促进发电商之间的竞争,促使其调整成本,降低报价,提高电能交易效率,但其应用可能由于迭代时间太长而受到限制。为此,研究了如何利用动态市场信息来缩短迭代时间,建立了发电商在迭代竞价机制下的贝叶斯学习报价模型。以系统边际出清价格的分布区间为学习对象,发电商在每轮报价结束后,根据所获取的新交易信息修改其对系统边际出清价格分布区间的先验认识,不断缩小学习范围,以更精确的预期修改报价,从而减少不必要的时间浪费。结合算例证明,发电商运用贝叶斯学习结果进行报价可以有效减少迭代次数,缩短迭代时间,提高竞价效率。     

含储能参与的日前市场价值公平分配机制

现有的节点边际电价机制中,由于传统发电商具有市场操控力,当储能独立参与市场出清时,各发电商采取策略性报价,打压并挤占储能电站的市场份额,阻碍了储能电站参与市场出清,间接导致市场出清总成本增大。为此,文中提出一种包含传统机组以及储能电站参与的市场竞争机制。首先,分析现有市场结算机制的弊端以及阻碍储能参与市场出清的原因;其次,建立含储能参与的市场出清模型,采用样本均值近似求解二阶段随机规划模型;接着,基于VCG结算机制,提出适应储能参与的日前市场价值分配机制;最后,提出解决激励相容而造成的系统收支不平衡问题的策略。文中采用修改后的IEEE30节点为例,证明该机制满足激励相容、收支平衡以及削弱传统发电商的市场操控力等性质,同时储能的参与将会减小系统出清总成本,降低市场价格剧烈波动的风险。     

计及虚拟电厂的多主体分段报价的电力市场竞价模型

基于售电侧放开的背景,研究了传统发电商、售电商与虚拟电厂同时参与市场竞争的报价模型和电力市场优化出清模型。基于传统发电商和虚拟电厂的边际成本和售电商的边际收益建立各主体的报价函数模型,采用分段线性化的方法,将连续报价函数线性化,得到分段报价函数模型,将其带入优化出清模型中,得到优化出清结果。算例验证了方法的有效性。     

区域电力市场环境下的省电力公司报价策略研究

在区域电力市场环境下,如何利用有效信息,获得最优报价策略是省电力公司急待解决的问题。针对存在多个发电商和多个省电力公司报价的区域电力市场,采用线性报价规则和统一边际电价结算方法对市场出清价的解析式进行推导;在不完全信息条件下,对各发电商和省电力公司的报价策略进行估计,并采用概率统计理论,假设其服从一定的分布;根据其分布参数进一步推导市场出清价的分布。在此基础上,对省电力公司报价成功与不成功的概率进行计算,并采用博弈论构建省电力公司的期望收益优化模型,通过求解得出报价的贝叶斯均衡,即省电力公司的最优报价策略。算例表明,本文提出的报价策略模型是可行的,对省电力公司有一定的指导作用。     

区域电力市场环境下的省电力公司报价策略研究

在区域电力市场环境下,如何利用有效信息,获得最优报价策略是省电力公司急待解决的问题.针对存在多个发电商和多个省电力公司报价的区域电力市场,采用线性报价规则和统一边际电价结算方法对市场出清价的解析式进行推导;在不完全信息条件下,对各发电商和省电力公司的报价策略进行估计,并采用概率统计理论,假设其服从一定的分布;根据其分布参数进一步推导市场出清价的分布.在此基础上,对省电力公司报价成功与不成功的概率进行计算,并采用博弈论构建省电力公司的期望收益优化模型,通过求解得出报价的贝叶斯均衡,即省电力公司的最优报价策略.算例表明,本文提出的报价策略模型是可行的,对省电力公司有一定的指导作用.     

可再生能源消纳背景下直接交易中的二次出清与定价

为了促进可再生能源电力消纳,可再生能源优先发电企业在参与受端省电力市场直接交易时,所有交易电量需要全部成交。为了满足这一要求,部分省市采用了二次出清的交易机制,该机制目前没有相关研究,因此有必要对该机制的交易流程和定价方法进行研究。以双侧竞价、统一边际电价出清的电力市场模型为基础,建立了匹配出清与二次出清相结合的电力市场数学模型,提出二次出清定价应当符合的3条原则。在此基础上分析了统一边际价格在二次出清定价时存在的问题,并提出一种新的定价方式,最后用算例进行了阐述。     

考虑不确定性的火电发电商现货-深度调峰市场优化决策

针对电力现货市场与深度调峰市场联合运行背景下发电商电能量利润空间压缩、深度调峰功能亟待拓展等问题,提出考虑不确定性的发电商现货-深度调峰市场优化策略。基于Stackelberg博弈,构建兼顾联合市场利润和风险的发电商日前报价策略双层优化模型。在上层模型中,以发电商联合市场利润最大化为目标,对发电商分段报价进行优化;在下层模型中,考虑竞争对手报价场景的不确定性,提出电力现货-深度调峰市场联合出清模型。针对净负荷不确定性,引入波动不确定度参数,将双层模型转换为基于信息间隙决策理论的发电商现货-深度调峰市场决策模型。基于安徽省实际市场数据进行仿真验证,得到适应不同负荷场景的发电商联合市场日前报价策略,结果表明考虑不确定性的联合优化决策能够有效规避负荷不确定性带来的利润波动风险。     

促进新能源消纳的电-碳市场耦合激励型出清机制

碳市场的推进有助于“双碳”目标的实现，电力行业将面临电-碳市场耦合的多主体多市场协同的交易格局，其中，环境成本通过碳市场传导进入电市场。然而，在当前的市场出清机制中，发电商的环境效益未能有效纳入，导致以新能源为主的低排放机组出清结果不理想，影响“双碳”目标实现。为此，通过引入激励因子调整机组发电投标策略，在电-碳市场耦合背景下，设计了以促进新能源消纳为目标的激励型出清机制。以此建立双层模型：上层对异质发电商投标策略建模，下层对激励型市场出清机制进行建模，通过深度强化学习算法求解模型。算例分析表明，设计模型能够正确描述耦合市场之间的相互影响，设计的出清机制提升了新能源机组的发电比重，促进了新能源消纳，提升了电力行业社会效益和减排效益。     

一种售电公司经济调度双层优化方法

为解决大型售电公司应对新能源接入和需求侧波动带来的随机性风险问题,文章提出了一种基于随机规划的双层优化模型:上层子问题以出清电价和出清电量为决策变量,模拟了市场电能与备用辅助服务的联合出清过程;下层子问题以售电公司的最优购电成本为目标,模拟了售电公司的经济调度行为。模型的求解过程中,通过机会约束规划将模型转换为确定性模型,再由CPLEX求解器分别求解上下层子模型,并通过上下层的迭代求得均衡解。最后,建立了不计及售电公司决策影响的两阶段模型作为对比模型,通过算例分析,验证了该模型可有效反映售电公司决策行为对出清过程的影响,并阐明了不同置信水平对售电公司决策的影响。     

一种售电公司经济调度双层优化方法

为解决大型售电公司应对新能源接入和需求侧波动带来的随机性风险问题,文章提出了一种基于随机规划的双层优化模型:上层子问题以出清电价和出清电量为决策变量,模拟了市场电能与备用辅助服务的联合出清过程;下层子问题以售电公司的最优购电成本为目标,模拟了售电公司的经济调度行为。模型的求解过程中,通过机会约束规划将模型转换为确定性模型,再由CPLEX求解器分别求解上下层子模型,并通过上下层的迭代求得均衡解。最后,建立了不计及售电公司决策影响的两阶段模型作为对比模型,通过算例分析,验证了该模型可有效反映售电公司决策行为对出清过程的影响,并阐明了不同置信水平对售电公司决策的影响。     

备用服务A-S定价方法研究

在计划管理体制下,发电企业所提供的备用服务是无偿的;在较完善的电力市场机制下,则要通过科学、合理的备用服务定价来调动发电企业提供备用服务的积极性。该文提出一种新的基于备用容量成本和效益评估的备用服务定价方法——备用服务Aumann-Shapley定价法。该方法对电能量和备用服务的共有成本和效益进行基于Aumann- Shapley值的分配,并在此基础上,确定竞争性的电能量市场环境下的备用服务价格,建立计及备用服务Aumann- Shapley价格的电能量市场和备用市场联合优化模型,同时分析了备用服务Aumann-Shapley价格对发电商竞争策略的影响。备用服务的Aumann-Shapley定价方法与我国现行的电力市场模式相适应,并为制定电力市场环境下的辅助服务定价机制提供了一种新思路。     

储能参与现货电能量-调频辅助服务市场的交易决策研究

随着电力市场化改革的不断推进,储能资源作为独立市场主体提供调频服务,是解决系统调频能力不足的有效手段。构建双层交易决策模型对储能在市场中的交易决策行为和市场出清过程进行模拟分析。首先,提出储能参与现货电能量-调频市场交易的总体架构。其次,以电网侧储能电站为独立的竞价主体,构建了双层市场交易决策模型。上层以储能电站收益最大化为目标,决定储能电站的报价策略;下层实现电能量市场和调频辅助服务市场的联合出清。然后,应用KKT条件将该双层模型转化为单层模型,从而将所提模型转化为混合整数线性规划问题。最后,通过算例分析验证所提出交易决策模型的合理性与有效性。算例结果表明储能通过策略性报价在市场中获得更高的经济效益,且在调频市场中的收益占总收益的80%以上。     

运行备用市场定价机制对机组报价行为的影响

运行备用是保障电力系统高可靠供电的必要手段。能量市场和运行备用市场之间存在着内在联系。如果备用市场的定价机制能够引起能量市场出清价格的变化，对系统的影响将很大。文中首先按照不同的备用市场定价原则，即市场出清价格方式和按报价结算方式，获得了机组基于成本报价时的利润分布，并分析了分布的合理性及其对机组报价行为的影响。然后利用博弈模型，考察了备用市场不同的定价方法对能量市场机组的报价行为的影响，认为在运行备用市场使用按报价结算方式定价比统一的出清电价方式能更好地引导机组在能量市场报成本价格。仿真计算结果说明了理论分析的意义。     

热力实时定价机制下热电联产机组多能源市场协同决策研究

随着能源市场化改革逐步深入,市场机制下热电联产(CHP)机组的运行与决策受到广泛关注,而以热定电限制了CHP机组的灵活性,影响其独立参与市场的收益.基于此,采用实时定价的热力市场机制挖掘需求灵活性,提出热力实时定价机制下CHP机组在多能源市场中的协同决策双层模型,即CHP机组参与电力市场的同时,在热力市场制定实时热价进行负荷管理释放灵活性,以最大化参与能源市场的利润.其中上层模型为CHP机组最优电力报价与热力定价模型,下层模型为电力批发市场出清模型与热用户决策模型.利用KKT条件等将双层模型转化为混合整数线性规划模型以进行求解.通过算例验证所提模型的可行性与有效性,算例结果表明热力实时定价在有效提高CHP机组电力侧灵活性与机组利润的同时,改善了用户与社会福利.最后,探究了热力实时定价机制下CHP机组在电力市场的策略报价行为.     

统一出清定价体制助长发电商默契串谋的机理分析

揭示了在很一般的寡头竞争情况下,特别是在电力并不富余的情况下,统一出清定价体制不能防止默契串谋的发生。首先讨论了在长期重复报价条件下,统一出清定价体制可能助长发电商默契串谋的若干因素;描述了发电商默契串谋如何形成以及需要研究的问题;然后使用Forehheimer模型框架,构造了发电商默契串谋的模型,分析了发电商的市场行为,发现了形成默契串谋的必要条件;进而运用默契串谋的“内稳定”和“外稳定”的概念进行分析后指出,由于电力市场一般都不是理想的完全竞争市场,在统一出清体制和重复报价条件下,市场最终会形成2种局面:由一个大的发电商单独实施市场力;多个发电商的稳定默契串谋,而其余发电商“搭便车”。某电力市场的实例验证了理论的合理性,随后给出了5点结论。此项研究有助于政府加强监管,甚至表明,有必要寻求替代统一出清电价体制的新方法。     

发电负荷双侧报价的日前电能市场出清模型及其定价分析

在发电单侧报价的日前电能市场中,负荷侧市场主体缺少主动参与定价的能力,随着我国各试点省现货市场建设的推进,下一步将建设发电、负荷双侧参与报价的电能市场。由于电力资源的特殊性,双侧报价的优势仍须进行定量分析。文章分析了电能现货市场中发电、负荷双侧报价的国内外研究现状,面对负荷侧统一电价、放开市场化的比例以及虚拟投标等问题,建立了综合考虑上述因素的日前电能市场多时段出清优化模型,在过渡阶段令负荷侧市场成员申报在虚拟负荷中心节点,计算并对比分析在不同的经典场景下双侧报价与单侧报价对日前电能市场价格的影响。最后,基于仿真算例分析,验证了双侧报价出清模型和定价方法的有效性和可行性,双侧报价能较好促进多种场景下的电能市场竞争。