考虑虚拟电厂灵活调节特性的现货市场出清模型及灵活性溢价评估方法

虚拟电厂(virtual power plants,VPP)作为新兴市场主体，逐步在多市场交易品种中获得准入地位，通过聚合灵活分布式资源响应系统调度指令、执行交易结果，为新型电力系统拓展了可调节资源。现阶段，虚拟电厂处于以参与辅助服务市场为主、参与能量市场为辅的业务形态。随着高比例新能源的渗透，虚拟电厂向现货市场过渡将成为重要业务拓展方向。研究了适应虚拟电厂参与的现货市场出清模型，允许虚拟电厂通过引入灵活申报方式反应自身的灵活调节特性，用以提高电力市场交易供需双方匹配率；同时基于不同交易模型出清结果的对比分析，建立了虚拟电厂灵活性的溢价评估方法，实现了虚拟电厂定价体系由能量定价向“能量+灵活性”定价模式转变，从而提高了灵活资源虚拟电厂在电力市场中的竞争力和价值认证。     

考虑灵活调节需求的容量市场出清模型与定价方法

新能源占比的提升使得电力系统对灵活调节资源的需求显著增加,而传统容量市场仅以保障负荷峰值时段的系统充裕度为目标,仍可能存在因灵活调节能力不足而导致电力供应短缺的情况。为此,提出考虑灵活调节需求的容量市场鲁棒优化出清模型与定价方法,给出不同类型资源的结算规则,并验证所提出的容量市场机制能够满足社会效率、收支平衡、个体理性、激励相容等性质。最后,采用IEEE 118节点系统进行算例验证。结果表明,所提出的容量市场机制能够同时保障负荷峰值时段系统充裕度与灵活调节能力的充裕度,合理刻画灵活调节资源的容量价值,有效区分不同类型资源的有效容量贡献与引起灵活调节需求的责任,有助于引导新能源机组平抑出力不确定性波动,激励灵活性资源提供容量满足系统灵活调节需求。     

计及虚拟电厂市场交易的主动配电网两阶段优化调度

目前,虚拟电厂与主动配电网的耦合联系进一步加深,针对含有虚拟电厂市场主体的主动配电网优化调度问题,有必要研究系统内多种灵活性资源与虚拟电厂中不确定性因素在不同时间阶段的协调互动。以主动配电网综合成本最小化和虚拟电厂市场收益最大化为目标,提出一种计及虚拟电厂市场交易的主动配电网日前-实时两阶段调度方法。日前阶段,基于系统灵活性边界,构建了综合考虑网侧灵活性资源协调调度和虚拟电厂日前出清的双层优化模型;在此基础上,实时调整虚拟电厂竞标方案和主动配电网运行策略。最后,在改进IEEE 33节点系统中进行仿真试验,结果表明:所提模型可以有效提升虚拟电厂交易竞争力和配电网运行灵活性水平,可为未来电网市场化发展下的优化调度提供参考。     

面向灵活性的电能量与辅助服务日前市场联合出清模型

电能量和辅助服务日前市场作为支撑电力系统短期运行灵活性的主要交易平台,其出清模型关系到对灵活性资源的有效激励和利用效率。结合电力系统对灵活性电力资源的需求,分析了传统机组组合模型对灵活性资源利用效率的影响,提出了一种面向系统灵活性的日前市场联合出清模型。模型将爬坡变量纳入决策变量,考虑了机组启停过程出力、优化时间间隔、辅助服务调节方向等因素对系统灵活性的影响,实现了不同交易品种的联合出清。对含可再生能源、核电和储能系统的电力系统进行了案例分析,结果显示该方法可以体现不同灵活性资源的性能差异,更好地适应高比例可再生能源系统的需要。     

含多类型资源虚拟电厂鲁棒竞标模型研究

虚拟电厂(virtual power plants, VPP)能有效聚合分散的多类型需求侧资源时,是需求侧资源参与电力市场的有效方式。但是VPP的市场行为无法直接采用传统的火电竞价模型进行描述,线路输电约束等出清过程中考虑的物理条件也会对虚拟电厂内部资源管理策略产生影响,基于此,文章以风电、储能、燃气轮机及需求响应负荷组成虚拟电厂为研究对象,考虑VPP内部风电出力不确定性以及聚合对象的调节能力,建立市场环境下 VPP 多类型资源鲁棒竞标模型。该模型采用库恩-塔克 (Karush-Kuhn-Tucker,KKT) 条件等值市场出清模型,并将其作为约束条件在VPP决策中进行考虑。算例表明该模型可以根据市场现状优化VPP内部多类型资源组合出力,提供经济可靠的竞标策略,有效提高VPP经济效益。     

面向新型电力系统的灵活能量块交易出清模型

随着传统电力系统向新型电力系统转型升级,风电、太阳能发电等新能源大规模接入电力系统,虚拟电厂、电动汽车、储能等新型主体作为负荷聚合商,整合分散的需求侧资源参与电力系统运行。未来电力市场将形成“多类型电源同台竞价、需求侧资源聚合参与、源网荷储互动、批发零售协调”的格局,但是电力现货市场难以适应多元市场主体的差异化物理经济特性和多样化交易需求,难以完全支撑新型电力系统的建设和发展。分析了新型电力系统的特征和多元主体的多样化交易需求,设计了分时块、持续块、曲线块和可变块4类灵活能量块交易品种,提出了多元市场主体的交易报价方式,构建了灵活能量块交易出清模型。基于改进的IEEE14节点系统的案例分析表明,灵活能量块交易出清模型能够适应和满足多元主体的差异化物理经济特性和多样化交易需求,提高新型电力系统的运行效率和经济性。     

气电虚拟电厂多能源市场竞标策略

针对虚拟电厂竞标中需求响应、风电出力的不确定性造成的风险,利用新型电转气技术和燃气轮机快速调节能力,构成含气电双向转换的气电虚拟电厂,提出气电虚拟电厂的多能源市场竞标模型,同时参与电力市场和天然气市场的竞标。模型以气电虚拟电厂总利润最大为目标,不确定性表达为需求响应、风电出力的误差概率分布,并通过抽样和筛选确定场景描述。算例结果表明：含气电双向转换的气电虚拟电厂通过在2个市场中灵活竞标,获得了更高的竞标利润;控制燃气轮机和电转气出力,显著降低了不平衡惩罚成本。气电虚拟电厂扩展了虚拟电厂的竞标市场,有利于将来虚拟电厂根据不同电价和气价波动切换能源形式。     

高比例可再生能源电力系统中电量约束型机组参与现货市场的机制

新型电力系统迫切需要发展各种灵活性调节资源,必须要为灵活性调节资源设计合理的市场机制。但储能、调节式水电站等电量约束型机组的成本特性与传统电源有显著差别,基于火电为主体的电力系统设计的现货市场机制不适应电量约束型机组的特点。为此,分析了电量约束型机组的特性差异,发现其稀缺资源由电力转为电量,其成本与电量而非出力水平相关,进而论证了针对电量约束型机组特点、构建全新报价机制的必要性。在此基础上,提出了电量约束型机组在现货市场的报价机制,由申报功率量价曲线变为申报电量量价曲线,设计了考虑电量约束型机组的新型电力系统现货市场出清模型。为了激励储能参与现货市场,还提出了与现货市场相耦合的储能容量机制。算例验证了所提机制和模型的有效性。     

考虑虚拟电厂可信容量的新能源电力系统容量市场出清模型

随着风电和光伏发电装机规模快速增长,系统出现了发电容量充裕度不足的问题。为确保电力系统中的充足发电容量,需要引入容量市场机制。相比于大型火电机组的长建设周期和高投资成本,分布式可调节资源聚合的虚拟电厂（virtual powerplant,VPP）建设周期短、投资小、见效快,是为系统提供发电容量的有效资源。因此,构建了虚拟电厂可信容量（unforcedcapacity,UCAP）计算方法并提出一种考虑虚拟电厂可信容量的新能源电力系统容量市场出清模型。虚拟电厂可信容量计算模型考虑了其功率、能量以及运行特性。容量市场出清模型在考虑发电侧风电、光伏、传统机组的基础上,增加用电侧虚拟电厂参与市场。容量市场出清模型中考虑了高峰容量需求、基本容量需求、电能需求、谷荷需求、爬坡功率需求等系统约束。最后通过算例分析了虚拟电厂可信容量、市场容量总需求量以及新能源装机容量对市场出清结果的影响,验证了本文虚拟电厂可信容量计算方法以及容量市场出清模型的有效性。     

虚拟电厂参与灵活性辅助服务市场报价策略

随着风电、光伏等可再生能源的发展,传统机组出力的占比逐渐减小。为增加灵活性资源、弥补系统灵活性短缺,首先对具有灵活性资源的虚拟电厂和其他市场成员参与灵活性辅助服务报价策略进行了分析;然后,在虚拟电厂考虑自身经济最优条件下,对如何报价参与灵活性市场投标进行了分析;在市场成员不改变自身报价情况下,给出了独立系统运营商对市场成员最优出清价格和调度策略。通过算例分析了风电在不同容量虚拟电厂参与灵活性辅助服务下的投标过程,结果显示虚拟电厂容量越大则其参与市场竞标的能力就越强。     

计及源荷双边性能指标的市场交易模型

高比例可再生能源电网内,为促进优质可控电源与可控负荷的发展,提高系统供需平衡的调节能力,考虑电源和负荷响应性能进行电力市场交易模式设计。在电源侧引入机组的调节性能指标;在负荷侧设置负荷聚合商参与市场的场景,并考虑负荷响应偏差的随机性进而提出负荷响应性能指标,以区分不同响应特性带来的运行成本差异。为合理协调计及性能指标的源荷双边资源,设计了两阶段的差异化出清机制。以系统总运行成本最小化为目标,构建有负荷聚合商参与的日前市场出清模型。通过算例结果表明,计及源荷双边性能指标的交易模型,可以引导资源的优化配置,降低市场的风险和损失。     

新型电力系统灵活性资源聚合两阶段调度优化模型

构建以新能源为主体的新型电力系统是实现碳达峰、碳中和目标的关键驱动力。传统的以可控煤电装机为主导的电源结构,转变为以强不确定性、弱可控的新能源为主体的新型电力系统,将面临着灵活性资源短缺等挑战。以提升新型电力系统灵活性为导向,提出了灵活性资源聚合两阶段调度优化模型。第一阶段模型考虑分时价格型需求响应,以净负荷波动最小为目标平滑负荷曲线;第二阶段模型考虑分段激励型需求响应市场交易机制,融合电化学储能、抽水蓄能、改造火电等灵活性资源,以系统运行成本最小为目标设计最优运行方案。最后,算例结果和场景对比表明,需求响应能够充分挖掘负荷跟随系统调节的互动能力;改造后火电机组能够降低煤耗水平,提高调节能力,加强与系统灵活性需求时空匹配;各类储能积极响应电力系统调峰,促进了新能源消纳。     

计及广义负荷不确定性和激励型需求响应的电力现货市场竞价方法

以国内目前电力现货市场运营机制为基础,提出一种计及分布式发用电单元功率预测不确定性以及激励型需求响应资源功率调节能力的广义负荷参与日前电力现货市场竞价的方法,并构建相应的市场出清模型。统计得到广义负荷净功率预测误差的条件概率分布,推导广义负荷日内购电期望和需求响应补偿的成本函数,揭示价格引导模式下广义负荷激励型需求响应的响应量-申报电价-申报电量之间的关系,使广义负荷原本多元、随机的报价曲线等效转化为符合市场统一规范的一元确定性报价曲线。采用不均匀最优分段技术将连续型报价曲线转化为规范的离散型阶梯曲线,并将其代入动态市场出清模型中进行竞价出清。仿真结果验证了出清电价对分布式新能源发电和负荷用电平衡情况的刻画能力。     

多虚拟电厂参与日前电力市场的鲁棒竞标博弈方法EI北大核心CSCD

针对风电出力的不确定性和多元决策主体间的复杂博弈关系对虚拟电厂(VPP)参与日前电力市场的竞标方案的影响,提出了一种基于非合作博弈理论和鲁棒优化思想的多VPP参与日前市场的竞标博弈方法。设计了多VPP同时参与能量市场和调峰市场的非合作博弈框架和相应的交易流程。建立了各VPP在其余竞标主体报价方案的基础上,聚合多种分布式能源参与市场交易的非合作博弈竞标模型。计及风电出力不确定性对VPP运营的影响,通过强对偶理论和鲁棒优化方法将确定性竞标模型扩展为鲁棒优化模型,并在模型中引入了鲁棒调节系数来灵活调整VPP竞标方案的保守性。通过重复执行多轮竞标博弈的求解策略,直至各市场主体均不能从单方面改变投标方案中获利后,确定各VPP在日前市场中的综合出清方案。算例分析表明,所提方法给出了VPP在能量市场和调峰市场的投标优化方案,可为VPP最优参与电力市场多类型交易产品提供参考。     

大规模电动汽车参与电力市场竞标策略研究

电动汽车随机并网将会对配电网稳定以及设备安全产生影响,有必要对其充电进行有序管理。以插入式混合动力电动汽车为研究对象(PHEV),通过构建多级随机动态规划模型,优化负荷集成商代理电动汽车参与电力市场的竞标策略。负荷集成商向开放的时前电力市场进行固定竞标和灵活竞标,同时检测配电网的容量约束,灵活竞标能够以备用服务出清,或电能出清。算例分析证明了市场竞标策略可有效平抑峰时负荷并降低电动汽车充电的期间成本。     

基于分段竞价的售电侧需求响应策略

需求响应可以有效改善负荷曲线,提高系统可靠性。在分段竞价模式基础上,提出了用户可平移负荷参与需求响应的方式。根据发电成本随连续生产时间的增加而有所降低的特性,建立了负荷段组合优化模型,提出售电公司将用户不同的可平移负荷组合为长负荷段参与市场交易,以获得较低的发电成本。在此基础上以购电费用最小为原则建立了市场出清模型,计算出清价格。采用合作博弈双边Shapley值方法,解决用户合作后的购电费用合理分配问题。基于某地区实际负荷数据的算例计算表明,通过售电公司对用户可平移负荷资源的优化组合,可有效降低机组发电成本,减少用户购电费用,实现发电企业和用户的共赢。     

考虑需求侧灵活性资源的区域电能共享市场模型

提出考虑需求侧灵活性资源、用于区域电能共享市场的双侧竞拍机制,市场内包含分布式太阳能产消者和消费者。假设所有产消者和消费者形成的代理商拥有灵活的可按需求响应利用的聚合电动汽车和储能设备。首先,采用鲁棒虚拟电池模型描述价格激励下聚合电动汽车灵活性,实现可靠经济地扩大储能容量。然后,代理商在区域电能共享中设置最优的储能系统充放电计划,降低用电成本。之后,将管理好的产消者和消费者用于市场,为计算双侧竞拍市场的现货价格,所有区域产消者和消费者采用非合作博弈。提出迭代算法用于出清市场和最小化供需电能不确定性。最后,以区域内10个代理商为例,验证描述需求侧灵活性资源的虚拟电池模型和区域电能共享市场模型有效性。     

考虑中长期交易的水电站电转气容量双层优化配置

为改善水电站调节的灵活性和提升风电在中长期规划中的消纳比例,提出了一种考虑中长期交易的水电站电转气容量双层优化配置方法。采用风电品质分段思想,将风电出力分为确定部分和不确定部分,风电确定部分参与上层中长期电能市场交易,风、水、火发电商根据自身情况上报电量电价,以系统购电成本最小为目标建立中长期竞价出清模型,得到各发电商中标电量以及电价;风电不确定部分参与下层合约转让交易,分析电转气的能量转换和大规模储能特点对弃水、风电消纳的积极作用,考虑环境成本和发电商利益诉求,建立基于合约转让交易机制的水电站电转气优化配置模型。最后通过修改的IEEE 30节点算例分析进行验证,结果表明,所提模型能够有效提升风电中长期消纳能力,水电调节灵活性得到改善。     

电动汽车代理在电力市场的最优竞标策略

电力市场的发展以及电动汽车的大规模应用,使得电动汽车代理能够通过参与市场竞标减少电动汽车用户的充电成本。在此背景下,以电动汽车代理竞标行为会影响市场电价为前提,将其他竞标者的报价参数作为模糊变量,电动汽车行为视为随机变量,构造了电动汽车代理参与日前和实时电能市场的二层竞标策略模型,上层以充电成本最低为目标决策最优竞标策略,下层为日前和实时电能市场的出清模型。该竞标策略模型包含了随机和模糊两类不确定变量,属于随机模糊规划问题,采用基于不确定理论的方法求解。算例分析说明了模型及求解算法的有效性,其结果表明所提竞标策略能够有效降低电动汽车充电成本。     

考虑机组约束的时前市场发电商竞标策略

由于机组约束的存在,发电商在制定竞标策略时不能仅仅针对单个时间点进行优化,还应考虑到这一决策对相邻时段的影响。该文在电能交易的时前市场背景下,以Q学习算法为基础,建立了考虑容量、爬升速率、最小开/关机时间等机组运行约束和机组启动成本的发电商竞标策略模型。该模型从市场前一小时的出清结果出发,在考虑机组运行约束的前提下组织当前时刻机组的报价策略,通过同环境的不断交互,可以在随机波动较大的电力市场环境中得到当日累积回报最大的竞标决策。最后,通过一个10机组系统对模型进行了仿真验证。