流域梯级水电站中长期调度与跨价区交易组合双层优化模型

随着我国新一轮电改不断推进,流域梯级水电参与电力市场成为大势所趋。如何在市场环境下安排梯级水电出力计划、合理组织参与各类交易,促进水电大范围消纳成为亟需解决的问题。该文探讨了梯级水电参与现货市场及合约市场的交易框架,并对现货交易及跨价区合约交易面临的风险聚焦分析;构建双层优化模型:上层为中长期优化调度层,根据径流和交易价格预测,及调度规律制定梯级水电站出力计划,挖掘水电效益空间;下层为电量分配风险决策层,组织各时段电量计划参与多种交易,采用多时段条件风险价值模型度量交易组合的价格风险及跨价区交易阻塞风险,寻求收益和风险的合理决策。最后,以乌江干流"4库7梯级"水电系统为例,模拟市场交易场景验证所提模型和方法的有效性,为梯级水电站参与电力市场调度决策和风险评估提供参考。     

计及随机和风险因素的梯级水电调度交易优化模型和方法

我国电力市场化改革不断推进,使梯级水电如何在市场环境下安排出力计划、合理组织参与各类交易及风险评估成为亟需解决的问题。探讨了梯级水电参与电力市场过程中不确定性因素带来的收益风险,构建了包含中长期调度计划和电量优化分配的决策框架。中长期调度优化年度发电计划为电量分配提供参考;电量优化分配中全面考虑电价波动性、径流随机性导致实发电量不确定性等随机变量信息,采用Va R模型度量收益风险,应用序列运算理论将多随机变量概率性序列归并为交易组合收益概率性序列,从而直观求解收益风险值,过程简单、物理意义明确。最后以某梯级水电站为例,模拟市场交易场景,结果表明:所提方法和模型可方便地求解交易组合收益风险,计算速度和精度均满足工程应用要求。     

考虑结算规则的多尺度市场耦合下梯级水电站中期运行风险分析方法

因为径流时空分布不均和不确定性,水电、火电为主的电力市场之间存在极大的不同,如何评估梯级水电参与电力交易风险是亟待解决的问题。该文结合西南某水电居主导地位的电力市场交易规则,构建了耦合月度交易和日前增量交易的梯级水电站参与市场交易的风险分析方法:采用Copula-Monte Carlo方法生成日径流和日前增量交易出清电价的组合场景,利用增强精英保留策略遗传算法计算所有场景的发电收益,获得给定置信水平下相应的条件风险价值。提出的方法综合考虑了径流、电价的不确定性,也计及了结算规则中各交易品种结算顺序和偏差考核标准,能直观求解收益风险值,过程简单、物理意义明确。以某电网梯级水电参与电力市场的实际资料为例,进行结果的仿真分析,结果表明所提方法可方便地求解交易组合风险价值,与单独考虑电价和径流相比能更合理的评估收益风险价值。     

电力市场环境下梯级水电站中长期调度与检修计划双层优化模型

电力市场环境下,为降低梯级水电站检修计划对运营收益的影响,建立了中长期调度和检修计划双层优化模型。中长期调度为外层优化,根据径流和价格预测进行决策,应用遗传算法优化各时段梯级水电站出力,搜寻最优效益空间。检修计划为内层优化,重点考虑了梯级上、下游水电站水力、电力耦合关系对检修计划的影响,以满足实际运行需求;以中长期调度优化中间结果为边界条件,以检修损失最小为优化目标,包括检修收益损失和停运风险损失,并将检修损失与中长期发电收益归并为总收益,作为遗传算法适应度函数,从而实现中长期发电计划和检修计划的联合优化。最后,以某"1库3梯级"水电系统为例进行仿真分析,结果表明:所建双层优化模型结构清晰,实用性较强。     

考虑年末预留水位的全景梯级水电跨年随机调度策略及模型

针对大型梯级水电年末预留水位优化问题,提出在给定置信度条件下的来水在险值(inflow at risk,IaR)方法,用以计算第1年可靠来水流量,并构建以发电收益最大化为目标的全景梯级水电跨年随机优化调度模型,使得年末预留水位能够适应第2年多种来水情况下的运行约束。采用条件风险价值(conditional value at risk,CVaR)指标衡量发电收益风险,并建立将发电收益经济性与风险性统一的双层规划模型。针对所建混合整数线性规划模型的解算,提出了主、子问题一体控制的最优奔德斯(Benders)分解方法,并对模型进行求解。对一个2级梯级水电站系统进行仿真分析,结果表明,所提出的全景跨年随机优化调度模型在不同风险偏好下,可以有效提高梯级水电站的跨年发电收益、减少弃水量,同时验证了最优奔德斯分解策略的高效性。     

考虑日调峰需求的梯级水电站汛前优化调度模型

针对梯级水电站汛前调度中电站机组检修和发电计划安排与电网调峰需求间的矛盾关系,构建了梯级水电站机组检修与发电计划的汛前联合随机优化模型。该模型以梯级水电发电效益期望值最大为目标,通过电网对梯级水电的汛前日调峰需求确保水电机组检修计划的合理安排,避免了水电集中检修导致的调峰能力不足。同时,模型通过改进的K-means聚类方法构建了汛前梯级电站多种典型来水场景以表征汛前来水的随机性,并通过对大型水库的汛前水位消落控制约束及中长期合约电量约束保证了梯级水电汛前发电计划的可行性及实用性。通过有效的线性化方法将所建模型转换为混合整数规划实现高效求解。以我国贵州省北盘江流域梯级4座水电站的实例应用表明,所提模型可在满足电网汛前调峰能力的前提下,保证大型电站水位的平稳消落,实现机组检修计划和发电计划的双重优化制作。     

电力市场环境下计及风险的发电公司中期运行规划

在电力市场环境下,发电公司需要对中期运行进行合理规划,以最大化其售电收益.在进行中期规划时,需要综合考虑其在现货市场和合约市场的售电策略,以及检修计划的合理安排,并采用适当方法管理风险.通过采用条件风险价值(CVaR)模型度量售电收益风险,并在计及输电阻塞对合约交易的影响下,为发电公司构造了一种兼顾期望利润最大化和CVaR风险值最小化的中期运行规划模型.将年度发电计划转化为计及机组物理约束的日发电计划,并提出了结合遗传算法和蒙特卡罗方法的求解方法.最后用算例说明了该方法的基本特征,并分析了合约参数、置信度等相关因素对发电公司决策效用的影响.     

多主体梯级水电参与日前市场的联盟竞价策略与收益分配

中国河流流域梯级水电众多,且存在同一流域上下游电站所属发电集团不同的情况。由于梯级上下游电站间的耦合关系复杂,当多主体梯级水电分别参与日前市场竞价时,可能会使上下游出清结果不匹配,导致水电收益降低、弃水增加。通过联盟竞价,联盟体充分考虑上下游电站的水力耦合关系,提交相匹配的投标决策,能够提高梯级水电参与日前市场的收益,减少弃水流量。为此,文中提出了梯级联盟投标策略优化模型,将梯级联盟最优投标和日前市场优化出清分别作为模型的上、下层,再利用KKT（karush-kuhn-tucker）条件和对偶理论将双层模型化为单层混合整数线性规划模型;采用沙普利值（shapley value）方法对多主体梯级水电的联盟竞价收益进行分配;通过算例仿真验证了该模型的有效性和合理性。     

基于区块链的多主体梯级水电市场交易模型

在电力市场环境下流域梯级电站各投资主体的利益博弈和信息交互,给传统的梯级水电调度带来巨大挑战。基于此,本文提出了一种基于区块链的多主体梯级水电群日前市场交易模型。首先,建立了基于区块链技术的梯级水电市场交易模式,并对传统区块链加密算法进行改进;其次,针对水电站地理分布与经济隶属不一致的问题,建立了多主体梯级水电日前市场交易模型,实现了流域梯级水电地理耦合与经济协调的一致性。然后,引入目标级联分析法,分别以发电商收益最大化和整个流域购电成本最小化为目标进行交替求解,实现了多主体梯级水电站群在个体和整体的统一协调优化。并将其应用于长江干流梯级水电系统进行算例测试,结果表明,所提方法不仅为梯级水电市场交易数据安全性提供了保障,还能够在考虑电站之间协作的同时确保流域梯级联合调度效益最大化。     

考虑梯级水电参与的电力市场出清模型研究

在双碳目标和电力市场改革的背景下,通过市场化机制促进以水电为主的可再生能源消纳,已成为我国电力现货市场建设的1项关键任务。将梯级水电纳入市场出清机制设计中,计及梯级水电的运行特性,在常规出清模型中引入水力耦合、发电出力特性、水位控制和水电振动区等复杂约束条件,并基于IEEE 14节点系统,设计了由6家发电主体组成的日前市场算例,通过分析不同运行场景下的市场交易结果,初步验证了所提出的出清模型的合理性与实用性。     

梯级水电站优化调度方法综述

梯级水电站的优化调度一直是水电优化调度和水火电力系统发电计划中的难点。经过多年的发展,梯级水电优化调度的数学模型日益精确,逐渐贴近实际。文中比较了梯级水电优化调度的确定性模型和随机模型,并着重探讨了确定性模型。由于模型的复杂性,从理论上找到全局最优解存在困难,对算法提出很高的要求。文中对各种用于求解梯级水电站优化调度的算法进行了综述,将其分为经典算法、现代智能优化算法和混合算法三类,比较了各类算法的优缺点。在经典算法中,逐次规划法的应用较为广泛。同时,以遗传算法为代表的智能算法在求解梯级水电优化调度问题时也取得了比较令人满意的结果,成为当前研究的热点。伴随着世界范围内电力市场改革热潮的兴起,新的市场环境给传统的梯级水电优化调度提出了新的要求,市场环境下的梯级水电优化调度成为一个新的发展方向。     

电力市场下的梯级水电厂短期预发电计划研究

研究电力市场环境下梯级水电厂短期预发电计划问题,建立竞标电价预测的二次移动平均模型,在此基础上讨论了梯级水电厂短期(日)优化调度的效益最大问题,并建立了相应的数学模型和约束条件,并用逐次优化算法求解,为梯级水电公司在日前交易市场上科学地申报次日各时段的电价和电量提供了依据。算例表明,模型合理,效益显著。     

基于IGDT的梯级水电多元市场下中期运行风险度量方法

如何考虑日径流与市场出清电价的不确定性风险,得到相应变量的波动范围,并制定满足不同预期收益的中期调度运行方案,是梯级水电站市场化运行亟待解决的难点之一。该文结合西南某以水电为主导地位的电力市场结构和交易结算规则,建立基于信息间隙决策理论(informationgap decision-makingtheory,IGDT)的梯级水电站中期运行风险度量方法:针对水电参与市场的主要不确定性,采用IGDT进行建模得到下层求解最小/最大售电收益、上层求解变量对应最大/最小波动范围的双层模型,然后进行转换得到等价的单层模型,实现模型的求解。所提方法考虑了径流与电价对梯级水电站中期运行的影响,无需获取不确定变量概率分布,在保证调度结果精确性的基础上降低了计算复杂性,能够为调度运行提供合理的决策基础。以某电网梯级水电参与电力市场的实际资料为例,进行仿真分析,结果表明,所提方法能够获得满足不同预期收益目标下径流与电价的最大/最小波动范围,同时对比考虑不同变量不确定性的情况并对其产生的影响进行定量比较,不同风险偏好的梯级水电站决策者可由此评价不同的方案,并采取相应的方案来进行中期优化调度保证期望收益。     

电力市场下的梯级水电厂短期预发电计划研究

研究电力市场环境下梯级水电厂短期预发电计划问题,建立竞标电价预测的二次移动平均模型,在此基础上讨论了梯级水电厂短期(日)优化调度的效益最大问题,并建立了相应的数学模型和约束条件,并用逐次优化算法求解,为梯级水电公司在日前交易市场上科学地申报次日各时段的电价和电量提供了依据.算例表明,模型合理,效益显著.     

考虑备用情况下的梯级水电站竞价策略研究

采用科学合理的竞价策略是赢得市场先机的重要先决条件。该文在考虑备用调用不确定性及梯级水电水力约束的基础上,以梯级水电站整体期望收入最大化为目标构建了梯级水电竞价策略模型,引入粒子群算法作为模型求解算法,并以四川省大渡河流域上的瀑布沟、深溪沟梯级水电站为算例,采用该文提出的模型算法进行验证,结果表明：承担备用任务的梯级水电在竞价过程中,受梯级水力约束的影响,梯级电站申报量最值与市场价格峰值出现时刻并不同步,但整体上市场价格高时较市场价格低时申报量更高;运用该文构建的模型能得到合理的优化调度竞价结果,能充分发挥上游电站的调节能力和下游电站的发电潜力,最大限度地挖掘梯级电站联合运行所产生的效益,在考虑备用调用不确定性下梯级期望总收入为2 469万元。     

加权CVaR下的发电商多时段投标组合模型

在多市场条件下,为了实现收益最大和风险最小,发电商需要在不同市场合理分配竞价电量。发电商竞价决策是多阶段决策,因而决策过程常呈现多期风险,即动态风险。同时各类电力市场收益率并非固定不变,而是具有随机变化的特性。条件风险价值(conditional value at risk,CVaR)可以衡量决策过程的风险和收益,而单时段CVaR只考虑单一时段的静态风险和固定收益率,因此采用多时段CVaR模型度量发电商的动态风险和随机变化的收益率,并建立发电商加权多时段CVaR组合市场投标策略优化模型。应用该模型,发电商可以在不同时段将竞价电量在多市场中进行合理分配,以实现风险最小和收益最大。算例分析结果表明该方法的有效性,从而为发电商的投标决策和风险度量提供新的思路。     

基于鲁棒均值–方差优化的发电自调度算法及鲁棒代价分析

解除管制电力市场背景下,发电厂商作为价格的接受者,需向电力交易中心提供发电交易策略来最大化自身的收益,从而形成发电自调度的优化模型。然而,当考虑电价不确定性时,发电商一方面希望最大化收益,另一方面需要最小化不确定性带来的风险。为此,该文建立了一种鲁棒均值方差优化模型,以收益最大化和风险最小化为多目标,进而获得多目标优化的Pareto前沿。通过等价转化发现,鲁棒均值方差模型与非鲁棒均值方差模型具有相同的数学形式,均为一个二阶锥优化。进一步分析了鲁棒模型对收益、风险以及Pareto前沿的代价。最后采用30节点系统对鲁棒均值方差优化的发电厂自调度模型以及鲁棒代价进行详细的分析和对比,结果证明提出方法和分析的正确性。     

考虑风、水、燃气互济的中长期发电计划风险效益评估

发电企业的多种电源的协调安排能够达到企业运营效益的整体优化,而这种协调安排在市场条件下则更强调其风险和效益双重目标的实现。基于提高发电企业自主发电计划安排能力和实现企业增收避险的企业价值目标,该文对风、水、燃气三源互补发电的中长期发电计划进行了风险效益评估研究。首先,借助混合整数规划和随机规划理论,构建了发电计划中长期随机规划模型的目标函数,以及各机组运行约束,在其中重点构建了风-功、水-功转换约束;其次,基于双边合约市场和金融风险的市场规制条件,对发电企业的机组协调和风险规避策略进行了模型约束设计;再次,设计了基于拉格朗日乘数的模型算法流程和解决方案;最后,设计了3类电源机组的联合运营发电计划算例,利用蒙特卡洛设计情景模拟,实现了对不同发电安排的运营模拟和测算。算例验证了随机规划模型的可行性,该模型能够在不确定性环境和市场化条件下优化发电企业计划安排和机组协调能力,并能够帮助企业制定合理的收益预期并有效规避风险。     

基于风险管理的发电商多时段投标组合策略

电力市场环境下,发电商要在多个市场中制定交易计划,既要衡量风险和收益以获得最大化利润与最小化风险的折中方案,又要兼顾发电机组自身发电成本、多时段机组加载爬坡速率限制等因素。因此,如何在多时段协调分配各市场的竞价电量———即机组多时段耦合投标组合策略是一个值得研究的问题。该文基于双边合同市场和日前市场(包括日前能量市场和旋转备用市场)的交易结构,引入经济学中的效用和风险管理的概念,建立了发电商多时段组合市场投标策略模型,同时详细列出了算例中用该模型计算出的投标组合及分析结果,说明本文的模型与方法能够为发电商进行日前市场多时段的投标组合提供参考方案。     

基于风险管理的发电商多时段投标组合策略

电力市场环境下,发电商要在多个市场中制定交易计划,既要衡量风险和收益以获得最大化利润与最小化风险的折中方案,又要兼顾发电机组自身发电成本、多时段机组加载爬坡速率限制等因素.因此,如何在多时段协调分配各市场的竞价电量--即机组多时段耦合投标组合策略是一个值得研究的问题.该文基于双边合同市场和日前市场(包括目前能量市场和旋转备用市场)的交易结构,引入经济学中的效用和风险管理的概念,建立了发电商多时段组合市场投标策略模型,同时详细列出了算例中用该模型计算出的投标组合及分析结果,说明本文的模型与方法能够为发电商进行日前市场多时段的投标组合提供参考方案.