求解电力市场均衡模型的非线性互补方法

建立了一个能考虑输电网络约束的电力市场线性供应函数均衡模型，并针对模型求解中可能出现的非线性互补问题，采用有关非线性互补方法，把求解非线性互补问题转化为一组非线性代数方程的求解，然后用改进的LevenbergMarquardt算法对其求解，为求解大规模复杂电力市场均衡模型提供了一条有效的途径。算例分析表明了该方法的有效性。     

考虑远期合同及环路潮流约束的电力市场均衡分析

环路潮流是电力网络的重要特征,分析其对电力市场均衡和发电商策略性远期合同交易行为的影响具有重大的现实意义。建立了一个考虑环路潮流约束的策略性远期合同市场和现货市场联合古诺均衡模型,该模型所描述的均衡问题是一个具有均衡约束的均衡问题,可用非线性互补方法求解。仿真算例验证了模型的合理性和模型求解方法的有效性。结果表明,环路潮流对电力市场均衡和发电商的策略性远期合同交易均具有不可忽视的影响,若在分析中忽略环路潮流约束,可能给出错误的价格信号,得出不合理的结论。     

考虑远期合同及环路潮流约束的电力市场均衡分析

环路潮流是电力网络的重要特征,分析其对电力市场均衡和发电商策略性远期合同交易行为的影响具有重大的现实意义.建立了一个考虑环路潮流约束的策略性远期合同市场和现货市场联合古诺均衡模型,该模型所描述的均衡问题是一个具有均衡约束的均衡问题,可用非线性互补方法求解.仿真算例验证了模型的合理性和模型求解方法的有效性.结果表明,环路潮流对电力市场均衡和发电商的策略性远期合同交易均具有不可忽视的影响,若在分析中忽略环路潮流约束,可能给出错误的价格信号,得出不合理的结论.     

考虑跨时段负荷响应的电力市场多时段均衡分析

在电力市场环境下,用户负荷对价格的响应具有跨时段的特性。在计及输电约束的基础上,建立了一个考虑跨时段负荷响应的电力市场多时段线性供应函数均衡模型。该均衡问题是一个具有均衡约束的均衡问题(EPEC),可采用非线性互补方法求解。给出的算例证明了模型的合理性,表明跨时段负荷响应的引入可以缓解由于输电阻塞造成的用电不合理分配,并且能有效抑制发电商的市场力滥用。     

基于双层粒子群算法求解电力市场均衡

针对电力市场均衡策略的求解,现阶段国内外广泛采用非线性互补算法和循环迭代的方法。其中,非线性互补算法是通过Karush-Kuhn-Tucker条件将发电商最优反应函数转换成一组半光滑非线性互补方程组,松弛因子维度高且算法异常复杂。而循环迭代法采用重复求解各发电商的最优反应函数的思想,常常因为收敛性差而求不到均衡解。针对上述问题,提出了一种基于双层粒子群算法求解市场均衡的思路。其中,外层粒子群算法搜索可行域内的策略组合,以提出的纳什适应度函数为寻优标准;内层粒子群算法和内点法结合计算外层中的纳什适应度函数值。采用标准3节点和IEEE 30节点测试系统对所提算法进行了仿真,求得结果与采用非线性互补算法的结果完全一致,验证了所提出的双层粒子群算法的有效性。     

计及输电约束的电力远期与现货市场联合均衡分析

针对当前国内、外电力市场的实际运营要求,研究发电商在远期合同市场和现货市场中的博弈问题,建立了一个考虑输电约束的两市场联合均衡模型。该模型所描述的均衡问题是一个具有均衡约束的均衡问题(EPEC),可用非线性互补方法求解。算例证明了模型和方法的合理性和有效性。结论显示在现货市场中以线性供应函数投标的发电商能自愿参与策略性远期合同交易,从而有效缓解其市场力,而且输电网络约束、发电成本及需求弹性等因素都会影响发电商的远期合同交易策略。     

考虑输电约束的期权市场与现货市场联合均衡分析

针对实际运营电力市场的需求,研究发电商在期权市场与现货市场的联合竞争问题,建立了一个考虑输电约束的两阶段古诺博弈模型。该模型是一个具有均衡约束的2层数学模型,可使用非线性互补方法和改进的Levenherg-Marquardt算法求解。结果表明,输电阻塞抑制了发电商参与期权交易的积极性,削弱了期权对电力市场的作用,加强了处于阻塞有利位置的发电商的市场力,发电商可通过策略性竞标剥夺用户和网络所有者的部分或全部收益。     

考虑绿色证书交易的寡头电力市场均衡分析

可再生能源配额和可交易绿色证书制度作为一种基于市场机制的新能源扶持政策,得到越来越多的关注。该政策的引入会对电力批发市场的竞争产生重要影响,特别是绿色证书交易市场与电力批发交易市场之间存在复杂的相互影响关系。为了定量研究该影响关系,采用寡头竞争均衡理论,建立了一个考虑绿色证书交易市场和电力批发交易市场的两阶段联合均衡模型。在第1阶段,可再生能源发电商以供应函数模式参与证书市场竞争;在第2阶段,所有发电商以古诺模式参与批发市场竞争。该模型描述的均衡问题可以表示为一个具有均衡约束的均衡问题,可采用非线性互补方法来求解。最后,算例仿真重点研究不同配额要求下发电商在两个市场中的策略性行为及相互影响关系,表明在不同的配额要求下,可再生能源发电商会选择在不同市场中行使市场力,并导致电力批发市场价格与绿色证书市场价格上升。     

考虑风电投标偏差惩罚的电力市场均衡分析

在风电参与竞价的电力市场中如何处理风电投标偏差,是含风电电力市场设计的重要课题之一。为了研究风电投标偏差惩罚机制对风电商投标行为的影响,基于寡头竞争的古诺均衡理论,采用场景削减技术计入风速不确定性,建立了一个考虑风电投标偏差惩罚的电力市场随机均衡模型,并采用非线性互补方法求解。算例分析验证了模型的合理性和有效性,并表明,引入风电投标偏差惩罚机制可有效激励风电商减少投标出力与实际出力之间的偏差,有助于电力市场管理者通过选择合适的偏差惩罚力度控制风电商的投标偏差。     

基于CVaR报童模型的风力发电商最优投标策略

在日前市场和实时市场两市场交易结构下,风电出力的波动性增加了风力发电商的市场交易风险。如何根据出力特性,合理制定日前市场投标策略,以在一定风险程度下实现收益最大化,是风力发电商面临的重要问题。分析了实时市场中风力发电商与火力发电商的交易行为,建立了实时市场均衡模型,明确了实时市场均衡条件;以风力发电商收益的CVaR值最大化为目标,在考虑实时市场均衡条件的前提下,基于报童理论建立了风力发电商日前市场投标决策模型,求解此模型是典型的均衡约束的均衡问题（EPEC）。以蒙特卡罗方法和非线性互补方法为基础,设计了相应的求解算法。通过仿真算例对所提出的模型和算法的有效性进行了验证。     

Oligopolistic equilibrium analysis for electricity markets: a nonlinear complementarity approach

Oligopolistic equilibrium models are widely used in electricity market analysis, among which the supply function equilibrium model has been chosen as the basis of many power market models. A nonlinear complementarity approach has been proposed in this paper to calculate the Nash supply function equilibrium for a bid-based-pool generation market with a dc transmission model. A mixed nonlinear complementarity problem (NCP) is presented by combining the Karush-Kuhn-Tucker conditions of all strategic generating firms. Using a special nonlinear complementarity function, the mixed NCP is reformulated as a set of nonlinear algebraic equations and thus can be solved by an inexact Levenberg-Marquardt algorithm. Numerical examples are presented to verify the effectiveness of the proposed method. The results show that the generating firms could exercise their market power by over-production under congestion, or by capacity withholding in case of power shortage. The approach developed in this paper provides an efficient way to the solution of large-scale, complicated equilibrium models for electricity markets.     

计及输电约束的区域双边电力市场LSFE分析

建立了一个能考虑输电网络约束的区域双边电力市场线性供应函数均衡(LSFE)模型，并分析了在传输线路发生不同阻塞情形时，有套利和无套利不同的假设对发电商市场力、市场平均电价和网络所有者的不同影响。采用基于非线性互补方法的改进的 Levenberg-Marquardt 算法来求解均衡解。30节点的 IEEE 测试系统计算结果表明，套利者的出现可以起到降低市场电价、限制发电商市场力的作用，同时有利于整个市场社会福利和消费者利益的提升。     

基于纳什均衡理论的电力市场动态投标分析

为准确模拟电力市场参与者的动态决策过程,基于供给函数和纳什(Nash)均衡理论,考虑输电网固有的特性,提出计及输电网约束的电力市场动态供应函数模型。新模型由一差分动态系统和由非线性互补函数转换的半光滑方程系统构成,参与者策略报价的决策变量考虑为供应函数的线性和二次项系数。基于此两参数投标模型,以3个节点组成的电力市场为例,分析在不同市场参数和不同输电网运行状态(阻塞和不阻塞)下,市场的Nash均衡状况和均衡点的局部稳定性;通过数值仿真探讨不同市场参数对市场的动态行为及局部稳定性的影响;并与古诺(Cournot)模型进行仿真比较,仿真结果显示了供应函数模型更符合电力市场的运营情况。     

Game theory approach to use of noncommercial power plants undertime-of-use pricing

The authors use the game theory approach for evaluating the impact of the introduction of customer-owned noncommercial power plants (NCP) when time-of-use pricing is used. Various results from this analysis are derived, some of which are that the conflict between NCP customer and the supplier forces the supplier to reduce the price of NCP customers. Perception of the situation in which they are involved in plays an important role in this conflict. The game model analysis presented provides a detailed quantitative information on electricity prices and on the ways of using NCP     

基于NCP理论的光滑牛顿法在无功优化中的应用

采用经典的无功优化模型,以系统网损最小为目标函数。依据非线性互补理论,构造NCP函数,将KKT条件中的不等式约束转换为等价的非线性方程,然后用牛顿法求解。用同样的方法来处理离散变量,即构造一个与离散变量的约束条件等价的离散NCP函数,嵌入牛顿法中迭代计算。最后,由经典IEEE系统的计算结果表明：该算法收敛速度与传统方法相当,能有效降低网损,具有大范围收敛性。     

考虑系统耦合性的综合能源协同优化

综合能源系统(IES)具有多能耦合的特点,可实现电、热、天然气等能源的综合利用,可以最大化地发挥各能源间的协同作用和互补效益。在此背景下,文中构建了一种耦合电能、热能以及天然气能的IES结构,并给出能源耦合度等定义用于IES耦合性的定量分析;建立了以成本为目标的IES优化运行模型,优化模型同时考虑了电、热、天然气网络约束;针对系统运行时的电、热、天然气耦合问题,提出一种基于拉格朗日松弛的协同优化方法,实现了IES多能源优化时的解耦处理;最后,基于71节点的IES测试系统进行仿真分析,验证了所提模型及方法的有效性,并对IES优化结果与系统耦合性的映射关系做了定量分析。     

Analyzing oligopolistic electricity market using coevolutionary computation

This paper presents a new unified framework of electricity market analysis based on coevolutionary computation (CCEM) for both the one-shot and the repeated games of oligopolistic electricity markets. The standard Cournot model and the new Pareto improvement model are used. The linear and constant elasticity demand functions are considered. Case study shows that CCEM is highly efficient and can handle the nonlinear market models that are difficult to be handled by conventional methods. The framework presented in this paper can help to overcome the difficulties of demand function specification encountered by the Cournot models. CCEM is found to be an effective and powerful approach for electricity market analysis.     

Nash equilibrium in strategic bidding: a binary expansion approach

This paper presents a mixed integer linear programming solution approach for the equilibrium problem with equilibrium constraints (EPEC) problem of finding the Nash equilibrium (NE) in strategic bidding in short-term electricity markets. A binary expansion (BE) scheme is used to transform the nonlinear, nonconvex, NE problem into a mixed integer linear problem (MILP), which can be solved by commercially available computational systems. The BE scheme can be applicable to Cournot, Bertrand, or joint price/quantity bidding models. The approach is illustrated in case studies with configurations derived from the 95-GW Brazilian system, including unit-commitment decisions to the price-maker agents.