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。     

基于随机古诺博弈的需求响应聚合商与多主体风电商联合投标分布式优化策略EI北大核心CSCD

针对日前和实时电力交易市场中风电商投标运营问题,提出基于随机古诺博弈的需求响应(demandresponse,DR)聚合商与多主体风电商联合参与市场投标策略,以降低风电出力随机性对投标的扰动影响,满足市场参与者的多主体利益需求。首先,基于经典古诺博弈理论同时描述多主体风电商面向电力市场和面向DR市场的竞价机制,形成了联合投标价格及正、负DR资源价格。其次,基于条件风险价值(conditional value-at-risk,CVaR)方法建立计及风险量化的多主体风电商与DR资源联合投标权衡分布式优化模型,以协调各风电商的利润和风险管控。采用一致性交替方向乘子法对模型进行分布式求解并给出均衡解理论证明。最后,对比DR资源实时补偿方式和风电商与DR聚合商组成联营体方式,验证了所提策略在风电商投标稳定性及均衡多主体利益等方面的有效性与合理性。     

风储联合系统分风速一次调频协同控制策略

针对风电大规模并网所引起的系统频率不稳定,以及系统惯量降低导致调频能力下降的问题,在风储联合参与系统一次调频运行模式下,考虑储能荷电状态约束,提出了风储联合协同调频控制策略。建立含风储系统模型,提出了风储联合协同一次调频控制策略,并对风速区间进行了划分,在不同风速区间采取风机变速或变桨协调调频控制策略,以提高风电自身调频的利用程度。最后,在MATLAB/Simulink平台搭建了含风储联合系统的电网频率特性仿真模型,结果表明,所提策略能够有效改善电力系统综合频率特性,对风储联合实际工程的调频问题提供了理论依据。     

考虑调频需求及风光出力不确定性的储能系统参与能量-调频市场运行策略

随着新型电力系统中可再生能源渗透率的提高，储能将成为系统中的重要组成部分。研究了独立储能在现货市场下的优化运行问题，提出了一种储能以租赁或共享的形式为风电、光伏电站提供平衡服务并参与能量–调频市场的运行策略。考虑市场调频需求及风电、光伏出力的不确定性对储能系统运行策略制定的影响，基于场景随机微分法生成具有时序相关性的调频需求及风光不确定性场景集，并建立储能参与市场的两阶段随机优化模型，以验证所提出的不确定性刻画方法及储能运行策略的有效性和经济性。采用实际风电、光伏出力以及PJM市场价格、调频信号等历史数据进行仿真验证，结果表明考虑调频需求不确定性的影响能够提升制定储能运行方案的实际可执行度，同时可为风电、光伏电站提供平衡服务，从而提升储能的总收益水平。     

风电参与能量—调频联合市场的优化策略

设计合理的市场机制,允许风电自行选择参与能量市场与调频市场,将有助于缓解系统调频压力,并提升风电自身收益。考虑调频资源的调频性能、按调频质量结算是调频市场的主要特征,而风电的调频性能指标受到其投标策略和风电出力的影响,是一个动态变化的参数。为此,文中开展了风电参与能量—调频联合市场的优化策略研究,提出了考虑调频性能指标与偏差惩罚机制的能量—调频联合市场机制。对风电的调频性能指标进行了建模分析,提出了调频性能指标的估值方法,建立了所提出市场机制下的风电最大收益模型,并给出了求解风电参与能量—调频联合市场的最优投标策略的方法。算例分析表明,调频性能收益是激励风电调频的重要因素,而在投标决策中精确地对调频性能指标进行动态估值,将有助于提升风电的预期收益。     

计及不确定性的风储联合系统多时间尺度市场参与策略

风电出力的强不确定性严重阻碍了电力市场上报计划的精准执行,由此产生的偏差功率可能使风储联合系统背负高额的偏差惩罚和弃风损失。为了减小投标决策失误导致的经济亏损,建立了一种风储联合系统多时间尺度市场投标模型。借鉴美国现有的市场机制,建立风储联合系统参与能量市场和调频辅助服务市场的收益、成本模型;为了提升风储联合系统投标策略的准确性,基于Copula函数对风电出力不确定性进行量化建模,以此为基础预留部分储能出力能力,从而降低由偏差功率产生的经济性风险;以风储联合系统的预期净收益最大为目标,制定能量市场和调频辅助服务市场的日前投标策略,并在日内阶段根据超短期风电预测数据修正投标决策,提出一种考虑风电出力不确定性的风储联合系统多时间尺度市场参与策略。基于我国某实际风储联合系统进行算例分析,结果表明所提策略能够有效提高风储联合系统的经济收益,避免资源浪费。     

电网侧储能电站参与现货联合市场的竞价策略

从电网侧储能出发,提出了一种储能参与现货市场联合竞价的双层Stackelberg博弈模型。首先,基于共享的概念将电网侧建设位置不限且分散、投资主体多样的储能电站组成联盟,实现资源统一调度,并以市场价格信号激励电网侧储能联盟参与日前电能量市场、调频辅助服务市场以及日内平衡市场竞价。其次,基于Stackelberg主从博弈,建立了以储能为竞价主体,兼顾收益与风险的现货市场联合竞价策略双层模型。上层以储能收益最大为目标进行策略性报价;下层以购电成本最小为目标进行日前多市场联合出清,以系统平衡成本最小为目标进行日内平衡市场出清。此外,引入多场景描述交易决策博弈过程中竞争对手的不确定性给储能收益带来的风险。最后,利用对偶理论和KKT (Karush-KuhnTucker)最优性条件,将双层模型简化为一个均衡约束数学规划问题,并通过算例分析验证了所提模型的可行性和有效性。     

基于自回归积分滑动平均模型的可转移负荷竞价策略

研究了在较成熟的电力市场环境下,可转移负荷在日前市场和实时市场的最优竞价策略。在最优报价计算过程中,必须满足可转移负荷在截止时间内完成运行一定的电能消耗的约束条件。考虑到传统平均值短期负荷预测结果存在偏差,提出了一种基于自回归积分滑动平均模型的可转移负荷最优竞价策略,通过历史电价的变化特征估计模型的参数,从而预测第二天的日前电价和实时电价曲线,并以此为依据优化竞价策略。在此基础上,考虑功率限制,提出了基于贪心算法思想的电能竞价自动调整算法。通过实际电价数据进行计算,验证了此策略比单纯利用历史数据的期望值作为模型参数为购电者节省了更多购电费用,并能够有效完成竞价调整,以满足各个周期的功率限制。     

含风电和电动汽车的VPP现货市场投标鲁棒优化模型

当风力发电商(WPG)和电动汽车(EV)聚合商组成的虚拟电场(VPP)参与市场投标时,风电出力的不确定性、预测出力偏差以及市场价格的波动性,都是VPP在参与市场投标时需要考虑的因素。在计及上述因素的影响下,文中研究了由WPG和EV聚合商组成的VPP在日前市场和实时市场的联合竞价模型:假定VPP是价格的接受者,综合考虑日前和实时价格的不确定性,在日前市场中根据风电出力和市场价格的预测结果进行日前竞价,然后在实时市场上参与实时竞价。VPP不但可以通过EV充放电平抑WPG投标偏差,还可以根据价格信号进行充放电投标,实现削峰填谷。通过引入偏差考核机制,在日前和实时市场结束后进行统一结算。基于合作博弈理论,利用Shapley值法将总收益在WPG和EV之间根据各自的贡献进行合理分配。最后,通过算例验证了模型的可行性和有效性,结果表明VPP参与日前和实时市场可以增加收益,降低出力和价格不确定性带来的风险,为新能源参与现货市场的建设提供参考。     

风电参与投标的日前电力市场与需求响应交易市场联合均衡分析

风力发电具有较大的不确定性和较差的可调度性,当风电商参与日前电力市场投标竞争时,如何处理其中标出力与实际出力的偏差,是含风电电力市场设计的重要课题之一。首先,引入需求响应(demand response,DR)交易市场处理风电商的日前市场投标偏差,其中,DR交易市场的价格由DR用户投标竞争决定。其次,建立风电商参与投标的日前市场与DR交易市场联合均衡模型,其中,在日前市场中风电商和传统发电商以供应函数投标方式参与竞价;在DR交易市场中,针对风电实际出力不足和过剩两种情况,用户分别以供应函数和需求函数投标方式参与竞价;并采用蒙特卡洛模拟和场景缩减技术模拟风电实际出力。然后,将该均衡模型的求解转化为一个凸优化问题的求解,在理论上严格证明了均衡解的存在性和唯一性。并考虑到实际应用中存在的信息不对称性,采用分布式优化算法进行求解。最后,通过算例分析验证理论模型和求解方法的合理性及有效性。     

计及调频死区的柔性风储联合频率控制策略

针对风电机组与储能系统频繁参与电力系统调频带来的机械疲劳及循环使用寿命的问题,提出一种计及调频死区的柔性风储联合频率控制策略。首先,构建含风储调频死区的系统频率响应模型,明晰调频死区变化对电网频率的动态影响;其次,通过人工设置调频死区,确定风储系统调频动作时机及限制其调频深度,将受扰系统的频率响应阶段分为无响应区、风机响应区、风储过渡区和储能响应区,同时风机在考虑有效旋转动能的基础上参与调频,平抑电网频率波动;然后,通过设置风储过渡区可有效缓解风机退出调频带来的机械疲劳问题,储能装置在荷电状态约束的条件下参与调频,遏制电网频率突变;最后,利用大扰动激励法,在连续变动风速场景下验证了所提策略的有效性。     

结合风电功率超短期预测值偏差的实时市场调度

实时市场中的超短期风电功率预测偏差较日前市场有所减小,但与实际出力相比仍然有一定的偏差,需要研究风电的不确定性给实时市场出力调整带来的影响。考虑较短时间内风速分布特性呈正态分布,详细推导了风电场功率分布表达式和偏差概率,建立了基于报价的实时市场出力调整调度模型。该模型以常规机组出力调整费用和风电功率预测偏差费用之和最小作为目标函数。通过具体算例分析了不同的正态分布参数、风电预测功率的变化、惩罚系数的变化对实时市场出力调整成本、风电预测功率偏差成本和偏差期望值的影响。仿真结果验证了模型的有效性。     

能量-调频市场风储多模式竞价策略

随着可再生能源的渗透率不断提高,风电与储能势必会参与调频服务.如何充分提升风电的调频性能并避免储能电池的老化是当前研究风储参与调频服务的热点之一.文中考虑了投标策略对于全网电压影响,提出了包含4种运营模式下风储实时竞价方案.该竞价方案不仅能够确保风储投标容量变化对各节点造成的电压波动处于安全范围内,而且充分利用风储互补...     

考虑风电功率短期预测值偏差的日前市场经济调度

由于风电功率预测具有一定的偏差,在制定日前市场经济调度计划时,需要考虑风电功率不确定性带来的影响。文章通过风速的分布函数、风速和风电功率输出的关系,来测算预测偏差费用,然后结合各发电机的报价参数建立了含风电的日前市场经济调度计划模型,并使用机会约束规划模型来描述系统的约束条件。最后通过具体的算例分析了置信水平、Weibull分布参数和预测偏差费用系数的影响,验证了该模型的可行性。     

计及风电综合惯性控制的电力系统扩展频率响应模型

现有的系统频率响应（SFR）模型对风电综合惯性控制的考虑较为简略，对场内风速差异以及转速恢复阶段等考虑不足，难以准确地反映出系统频率特性。为此，文中提出一种扩展SFR模型。首先，讨论了风电综合惯性控制的机理，分析了扰动后动态过程中风电机组转速与系统频率的交互影响。接着，基于风电机组动力学模型，采用小信号线性化方法推导了调频阶段与转速恢复阶段的风电机组传递函数，构建了含单台等值风电机组的扩展SFR模型。对于多风速风电场，提出了基于临界风速及风速相似度的风电机组预估-修正分群方法，将处于相同阶段且动态特性相似的风电机组划为同一群进行聚合，构建了含多台等值机的扩展SFR模型。最后，将扩展SFR模型应用于修改后的10机39节点系统的频率响应计算。仿真结果表明，该模型较好地反映了风电调频对频率的影响，具有较高的精度和较快的计算速度。     

绿色电力证书交易影响下计及输电阻塞影响的综合型能源发售电商竞价策略研究

近年来,我国在分布式能源的开发与利用上发展迅猛,但与此同时带来的政府补贴资金短缺和"弃风弃光"问题也日趋严重。随着电力市场改革的逐步深入,考虑可再生能源配额制和绿色电力证书交易政策的驱使作用,含火电和风电机组的综合型能源发售电商如何制定竞价策略使得其既符合政策要求又满足利益最大化显得尤为重要。首先,在对配额制和绿证政策分析的基础上,提出通过"绿证交易市场"处理风电机组的出力偏差,其价格则由绿证用户投标竞价决定;其次,建立发售电商参与竞价的日前市场与绿证交易市场联合优化模型,针对风电实际出力不足和过剩2种情况,发售电商在绿证交易市场中进行购电竞价和售电竞价,并采用随机森林回归算法和多场景缩减技术将风电出力预测结果与误差场景相结合,模拟实际风电出力多场景;然后考虑网络中输电阻塞对发售电商报价的影响,构造了基于节点电价法的输电阻塞成本最小化模型,并采用利用蒙特卡洛模拟和遗传算法进行求解;最后通过算例分析验证文中模型和方法的准确性和合理性。     

考虑风电减载调频的高比例风电电力系统优化调度方法

受制于同步发电机组调频容量和调频速度的限制,风速波动使得高比例风电系统的频率稳定问题日趋严峻。变速风电机组(variable speed wind turbine,VSWT)通过提前减载参与电网调频是解决风电随机性影响的有效方法。VSWT的减载率是影响电力系统安全性和经济性的关键,但受电网调频容量、需求以及风速、机组安全约束等的影响,目前尚难以从系统层面确定恰当的风电减载率,使得风电减载运行的效果有限,甚至引发一系列安全问题。为此,提出了基于VSWT动态减载的电力系统调频思想,充分考虑风电功率预测误差、VSWT减载控制约束、同步发电机组调频容量和系统运行经济性的影响,提出了考虑风电减载调频的高比例风电系统优化调度方法。研究了风电功率预测误差对电网频率的影响;推导了VSWT在减载控制约束下的最大可减载率及最大正、负调频容量;提出了基于风电动态减载的电网新型调度模式;基于机会约束规划,建立了考虑风电减载调频的高比例风电系统优化模型;最后,通过算例验证了所提方法的有效性。     

基于通用博弈模型的电力市场均衡对比分析

根据通用博弈模型研究发电商在制定竞价策略时是否考虑竞争对手行为对市场均衡的影响。通过建立日前市场发电商的通用博弈模型,求解出市场出清结果,继而推导发电商在不考虑和考虑竞争对手行为2种情况下的最优策略,指出这2种情况下的市场均衡分别对应Cournot模型和供给函数模型的均衡结果,证明了市场出清电价、发电商的上网电量和收益等出清结果对发电商策略参数的单调性,从而确定发电商策略参数变化时各种市场出清结果的变化趋势,并据此在成本对称和领导–跟随者2种常见成本结构下对不同情况下的市场均衡进行对比。算例验证了上述结论。     

含风电机组与电转气设备的虚拟电厂竞价策略

随着电转气(power-to-gas,P2G)技术的不断发展和商业化应用,风电机组(wind power generation unit,WPGU)与电转气设备的协同运行逐步受到关注。电转气设备的运行方式比较灵活,可有效平衡风电出力波动,二者可协同形成虚拟电厂(virtual power plant,VPP)参与电力市场运营。在此背景下,研究了含风电机组与电转气设备的虚拟电厂竞价策略。首先构建了含风电机组与电转气设备的虚拟电厂参与电力市场运营的模型架构。之后,以最大化总体收益为目标,构建了虚拟电厂在日前电力市场的竞价策略模型,并确定虚拟电厂自调度运行策略。然后,考虑到风电出力预测误差的不确定性,发展了基于信息间隙决策理论(information gap decision theory,IGDT)的鲁棒竞价策略和机会竞价策略,以反映虚拟电厂不同的风险偏好水平。接着,采用成熟的商用求解器AMPL/IPOPT求解所构造的非线性优化模型,确定针对预期成本的鲁棒和机会竞价策略。最后,以北欧电力市场的实际数据为例说明所构建的优化模型和采用的求解方法的基本特征。     

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。