考虑投资不确定性和不完全信息博弈的源网荷规划方法

随着我国电力市场改革进程的不断推进,市场主体数量和投资不确定性不断增加,提升了电力系统规划的难度。提出一种市场环境下的多主体博弈规划方法。根据不同市场主体得利益需求,采用博弈论构建电力市场多主体博弈框架,并针对对电力市场的投资不确定性,采用实物期权理论进行评估,在此基础上构建多主体不完全信息规划模型,并采用协同进化算法进行求解。基于IEEE30节点的系统算例仿真结果表明,所提方法在提升电力系统经济运行水平同时,平衡了各主体的利益需求,提高了各主体考虑期权的综合长期投资收益。     

基于主从博弈的配电网扩展规划

随着电力体制改革的不断推进以及“碳达峰、碳中和”的愿景,给电力行业的发展带来一系列机遇与挑战。以我国的电力改革实际情况为背景,提出一种基于主从博弈的配电网扩展规划双层优化模型。上层配网公司作为主导者,以最小投资运行成本为目标,同时考虑了各配网公司间的博弈关系;下层独立系统运营商作为追随者,根据负荷需求以发电成本最小为目标决策出节点边际电价。针对模型难以求解的问题,采用原对偶公式将双层博弈问题转化为离散约束广义纳什均衡问题进行求解。仿真结果表明：考虑市场环境下多个配网公司间的博弈关系可有效降低规划成本,保证了市场投资运营主体规划策略的精确性和有效性。     

基于非合作博弈的独立售电公司最优规划方法

随着电力体制改革持续推进,电力市场进一步开放,新增售电主体接入配电网,在丰富配电侧可调配资源的同时增大了规划难度。为了指导独立售电公司合理参与配电网建设,形成良好的市场环境,提出一种基于非合作博弈的最优规划方法,以确定售电公司发电设备的投资方案。首先,提出独立售电公司综合运营策略及模型;然后,基于完全信息非合作静态博弈,以独立售电公司的综合收益作为各主体的优化目标,建立非合作博弈模型;最后,研究非合作静态博弈流程,为了求解复杂的混合整数非线性模型,采用二阶锥松弛方法将模型转化为混合整数二阶锥规划问题,提出基于数学优化的迭代搜索算法用以求解所提模型的Nash均衡解。以IEEE 33节点系统为例,仿真结果表明了所提模型的合理性与算法的有效性。     

市场背景下考虑不确定性价值和全市场要素博弈的 电力系统规划方法

电力市场化改革的深化为电力系统规划领域引入了新的问题。为应对这一变化,提出了一种市场背景下考虑规划不确定性价值和全市场要素博弈的电力系统规划方法。首先,在分析电力市场各参与者的整体利益诉求的基础上引入特殊主体独立系统运营商(Independent System Operator, ISO),并从市场运营角度构建输电公司规划模型。然后,在RO(Real Option)理论的基础上,以发电机组选址定容、输电线路扩容和分布式电源(Distributed Generation, DG)投运为决策变量,并同时分析各市场参与者之间的博弈交互机理,构建基于RO理论的多主体博弈规划模型。基于IEEE30系统的仿真算例验证了所提方法的有效性和正确性。     

考虑投资风险的含风电系统电源投资扩展规划研究

市场环境和高比例可再生能源是未来电力能源发展的必然趋势。基于此,该文建立了寡头竞争电力市场下含风电系统的电源投资扩展规划双层模型。在上层模型中,发电公司作为投资主体进行发电投资决策并制定其在市场交易中的报价策略,下层模型模拟集中竞价交易模式下的日前市场出清过程。为保障风电公平参与市场化交易,提出了风电在发电市场中的统一报价模型,并采用条件风险价值(conditional value-at risk,CVaR)度量投资规划博弈过程中竞争对手的不确定性给发电公司带来的投资风险。通过下层问题的最优性条件将双层规划模型转化为具有均衡约束的数学规划问题,继而对其进行线性化与求解。算例结果验证了所述模型与方法的有效性。     

Stackelberg博弈在电力市场中的应用研究综述

可再生能源并网常态化、储能投资商业化、需求侧管理多样化、多能互补成熟化等在电力系统源、网、荷侧引入的利益主体不断增多,而受自身规模、所处市场地位不同造成了决策次序的差异性。针对电力市场环境下电力系统投资、交易等环节中普遍存在的次序决策问题,该文以具有主从递阶结构的Stackelberg博弈理论为切入点,综述了其在电力市场中的应用情况。首先,阐述了Stackelberg博弈理论的数学结构,并根据主/从问题中博弈者的数量进行了分类;然后,梳理了Stackelberg博弈在电力市场中的典型应用,总结了模型对等转换技巧,归纳了各类求解方法及其优缺点;最后,提炼了Stackelberg博弈理论在电力市场应用中仍然存在的关键问题。该文为处于不同决策位置的利益主体参与电力市场竞争提供了参考。     

发电与输电投资的期权博弈决策方法

传统的电力规划方法割裂了发电规划与输电规划的内在联系，忽略了电力投资多主体决策之间的相互影响，并且难以处理项目投资价值的不确定性问题，因而无法适应电力市场环境。文中运用Black-Scholes（B-S）期权定价模型，采用非合作博弈理论对多投资主体的发电和输电项目延迟投资决策进行评估，从而使电力企业（发电公司或电网公司）做出更合理的投资决策，也便于电力监管机构了解市场信息，制定合理政策协调厂网规划。实际系统算例表明，当某种类型电力企业数量较少时，其投资决策对于市场各方影响较大。     

基于多主体收益的电-气综合能源系统协调规划研究

随着我国各种异质能源系统的发展建设以及对综合能源系统规划研究的深入,根据不同能源间多能互补的优势和特点研究最合理的综合能源系统规划方案,对于我国综合能源系统规划建设及可持续发展具有重要意义。提出了一种市场环境下计及多主体收益的电-气综合能源系统协调规划方法。首先,分别基于电力系统和天然气系统的特点及网络约束,构建相应的收益模型,进而结合电-气综合能源系统中的异质能源间的耦合机理分析,充分考虑各能源主体间的博弈关系,构建计及多主体收益的电力系统和天然气系统协调规划模型;然后,利用迭代搜索法求解该模型;最后,利用仿真算例对所提方法的正确性和有效性进行验证。     

考虑不确定性和多主体博弈的增量配电网源网荷协同规划方法

在对增量配电网进行规划时,如何根据不同利益主体的市场行为获取最优的决策方案是目前亟需解决的重要问题。针对该问题,该文通过引入虚拟博弈者"大自然",实现了博弈理论和鲁棒优化的深度融合,提出一种考虑不确定性和多主体博弈的增量配电网源网荷协同规划方法。首先,分别构建DG投资运营商、配电网投资运营商和电力用户不同利益主体的规划决策模型;然后根据三者的传递关系分析分布式电源(distributed generation,DG)投资运营商和配电网投资运营商之间的静态博弈行为;同时采用鲁棒优化处理DG出力的不确定性,并引入虚拟博弈者"大自然",研究其与配电网投资运营商之间的动态博弈行为;在此基础上提出动–静态联合博弈规划模型,最后结合迭代搜索算法和极大极小值法对上述模型进行求解。仿真结果验证了文中方法的正确性和有效性。     

电力市场环境下源-网-荷多主体协调互动规划

新型主体大量涌现和电力市场化交易是新型电力系统的重要特征。为综合考虑多主体利益以及市场化因素,提出基于博弈论的源-网-荷多主体协调互动的规划模型。首先,分析配电网中各主体间的市场关系,将节点边际电价融入分布式电源运营商、配电网运营商、电力用户的优化配置模型。其次,基于用户的电力效用函数,建立需求侧响应模型;接着,结合三者的博弈关系,构建源-网-荷协调互动模型,采用基于粒子群算法的迭代搜索法求解。最后,分别通过改进的IEEE 33节点系统与实际9节点系统进行算例分析。算例结果表明,在电力市场环境下考虑各主体利益关系,能在保证主体间利益均衡的同时达到减缓线路以及分布式电源投资的目的,具有实际意义。     

双边(多边)电力交易市场模式下输电网投资问题的研究

在不同的市场机制下,输电投资的方式可能会有所不同。基于合作博弈的思想,提出了一个适合于电力交易市场模式的输电投资框架,并建立了相应的输电投资数学模型。在以双边或多边电力交易为主的电力市场中,输电公司至少可以在一定程度上以联合生产企业的模式来组建和运营。这样,市场环境下的分散化输电投资问题就可以转化为一个集中化优化问题,总收益最大的输电网投资方案因而有可能得以实现。合作博弈论的解概念被用于处理输电投资的收益分配问题,并对一个简单的算例系统进行了分析,指出了一些有待进一步解决的问题。     

火电厂投资风险决策的模型与整体框架

该文引入全新的机会成本评价原则，以投资商最关心的装机进度和规模以及融资结构作为决策变量，以资金在全局意义下得到最合理利用为目标，用蒙特卡洛模拟进行风险分析，并结合决策者对风险的主观态度，建立了电力市场环境下火电厂项目投资决策问题的实用而新颖的数学模型。在此基础上应用博弈论方法，分析了竞争对手投产策略对本项目的影响。后续文章中将给出模型的算法和算例分析。     

包含FACTS设备的输电网投资规划的博弈论分析

电力系统发输电的分离及自由竞争的引入使得输电网规划方法发生了重大的变化.提出一种在电力市场条件下包含FACTS设备的输电网投资规划的博弈分析方法.研究表明,这种决策分析方法,能充分体现输电网规划投资市场中投资者之间的相互竞争和相互影响,更贴近电力市场的实际运行原理.同时,这种分析方法具有较广泛的应用范围,不仅可以考虑新的输电线路和FACTS 设备的规划,也可以用于其它输电设备投资规划的决策分析.     

Bi-level stackelberg game-based distribution system expansion planning model considering long-term renewable energy contracts

With the deregulation of electricity market in distribution systems, renewable distributed generations (RDG) are being invested in by third-party social capital, such as distributed generations operators (DGOs) and load aggregators (LAs). However, their arbitrary RDG investment and electricity trading behavior can bring great challenges to distribution system planning. In this paper, to reduce distribution system investment, a distribution system expansion planning model based on a bi-level Stackelberg game is proposed for the distribution system operator (DSO) to guide this social capital to make suitable RDG investment. In the proposed model, DSO is the leader, while DGOs and LAs are the followers. In the upper level, the DSO determines the expansion planning scheme including investments in substations and lines, and optimizes the variables provided for followers, such as RDG locations and contract prices. In the lower level, DGOs determine the RDG capacity and electricity trading strategy based on the RDG locations and contract prices, while LAs determine the RDG capacity, demand response and electricity trading strategy based on contract prices. The capacity information of the DRG is sent to the DSO for decision-making on expansion planning. To reduce the cost and risk of multiple agents, two long-term renewable energy contracts are introduced for the electricity trading. Conditional value-at-risk method is used to quantify the RDG investment risk of DGOs and LAs with diferent risk preferences. The efectiveness of the proposed model and method is verifed by studies using the Portugal 54-bus system.     

计及市场化电价信号导向的含高比例水电输电网扩展规划

传统电网扩展规划模型难以反映未来一段时期竞争市场模式下全局供需态势对电网投资收益、市场主体意愿、社会效益的量化影响,且在含高比例水电输电网中水电外送断面容量与丰枯潮流差异的不匹配导致网络阻塞及交易盈余问题愈加严重.为此,提出高比例水电场景下计及市场化电价信号导向的输电网扩展规划模型.上层模型以最大化线路年投资收益为目标函数,形成规划决策线路;下层模型采用改进的k-means聚类算法得到含高比例水电输电网全年典型运行方式,基于市场交易出清结果与区域负荷响应特征,量化线路规划后的负荷增量及过网利用率,以市场化电价信号引导电网扩展规划,促进区域水电消纳.采用KKT最优条件实现上、下层模型的耦合,将双层规划问题转化为混合整数规划问题进行求解.以我国西南部某含高比例水电的实际电网为例,通过综合比较不同规划方法的阻塞盈余、投资收益及水电消纳比例验证了高比例水电接入下市场信号对扩展规划结果的影响.     

基于主从博弈的配电网-多综合能源系统协调规划

为充分利用综合能源系统(IES)潜在的可靠性价值,延缓电网投资,降低供能成本,提出一种基于主从博弈的配电网-多IES协调规划模型。确立配电网投资运营商(DSO)与IES投资运营商在供需互动下的主从博弈关系;利用奖惩协议提出考虑可靠性差异的DSO电价定价模型,在价格机制作用下,建立主从博弈规划模型,上层领导者DSO以利润最大为目标同时优化电价制定和扩展规划策略,下层跟随者各IES投资运营商以成本最小为目标同时优化规划和运行策略;通过算例验证了主从博弈规划方法能够提高各主体的经济效益,降低整体供能成本,同时分析了用户可靠性需求变化对各主体投资规划以及整体供能成本的影响。     

基于全生命周期投入产出效益的电网规划精准投资方法

电网投资建设规模持续增长,迫切需要一种电网规划精准投资方法,提高电网投资的经济效益。提出一种基于全生命周期投入产出效益的电网规划精准投资方法。首先,针对电网规划投资需要解决的不同问题,制定典型的电网规划投资场景,并分为刚性需求场景和弹性需求场景两类,统筹考虑不同场景所侧重的投入产出效益,建立电网规划全生命周期投入产出效益的综合评价指标体系和评价方法;其次,选取6种典型电网规划投资场景,为每种场景制定2种可行的规划方案,对不同规划方案进行全生命周期投入产出效益计算,并按照效益水平对可行方案进行优化比选,得到各种场景下的最优方案,按照优先考虑项目重要性、其次考虑项目投入产出效益的原则对最优方案排序,按照最优方案排序表,逐一安排项目,直到项目投资金额大于总投资计划或者安排完所有项目,得到电网规划投资的项目安排结果,实现电网规划精准投资;最后,结合某省级电网进行实证分析,结果证明该方法具有可行性和实用价值。     

Generation expansion planning in electricity markets: A novel framework based on dynamic stochastic MPEC

This paper presents a novel framework for generation expansion planning (GEP) of restructured power systems under uncertainty in a multi-period horizon, which includes generation investment from a price maker perspective. The investment problem is modeled as a bi-level optimization problem. The first level problem includes decisions related to investment in order to maximize total profit in the planning horizon. The second level problem consists of maximizing social welfare where the power market is cleared. Rival uncertainties on offering and investment are modeled using sets of scenarios. The bi-level optimization problem is then converted to a dynamic stochastic MPEC and represented as a mixed integer linear program (MILP) after linearization. The proposed framework is examined on a typical six-bus power network, MAZANDARAN regional electric company (MREC) transmission network as an area of IRAN interconnected power system and IEEE RTS 24-bus network. Simulation results confirm that the proposed framework can be a useful tool for analyzing the behavior of investments in electricity markets.