基于日前电价预测的梯级水电厂报价策略

针对高比例水电电力市场,建立合理有效的水电厂日前报价策略,对保障水电有效参与市场、促进水电消纳具有重要意义。首先考虑运行日系统出清电价的不确定性,基于历史相似日识别,采用高斯过程回归（GPR）建立日前出清电价概率预测方法;然后以水电厂自身售电收益最大为目标,构建梯级上游水电站日前分段容量报价的解析计算方法,并建立梯级上下游电站之间的出力耦合模型,基于出力耦合关系得出下游水电站的申报策略;最后对实际梯级水电厂日前分段容量申报进行仿真分析,证明所提梯级水电厂报价策略的可行性和有效性。仿真结果表明,所提方法可为高比例水电电力市场中水电厂参与日前竞价提供合理的辅助决策参考。     

多运营主体梯级水电站参与的日前市场出清模型

中国普遍存在梯级水电上、下游电站隶属不同运营主体的现象,各电站独立参与现货市场竞价时,调节性能欠佳的下游电站可发电量由上游电站中标电量决定,面临中标电量与实发电量匹配失衡的问题,导致交易结果难以执行,不利于市场稳定和水电资源利用。为此,文中研究了多运营主体流域梯级水电站参与的日前市场出清模型,下游电站作为价格接受者,无需申报电量,其电量通过上、下游电站水力耦合关系,表示为关于上游电站申报电量的线性函数,嵌入日前出清优化模型,实现上、下游电站联合出清。重点探讨上、下游电站之间水流时滞对下游电站运行的影响,并在日前市场出清中予以考虑。最后,以包含6家发电商和8家购电商的系统为例,模拟日前市场竞价场景,结果表明:该出清模型能有效缓解下游电站独立参与电力市场面临的发电量匹配失衡问题。     

考虑多业主梯级水电站的日前市场分期出清方法

经过多年的流域开发,中国已建成众多梯级水电站。在电力市场化改革背景下,梯级水电站与其他类型发电站同台竞价将成为必然趋势。当多业主梯级水电站以单站形式参与现货市场竞价时,调节能力欠佳的下游电站的可发电量一般由上游电站出力流量决定。下游电站由于无法提前获知上游电站的竞价策略,可能会出现中标电量无法执行的情况,市场运营机构无法有效实施统一调度,难以合理利用水资源。为此,文章探讨了不同业主梯级水电站参与日前市场的分期出清方法:先考虑电力约束,再根据上、下游水力耦合关系进行流域内电量转移的平水期方法;将下游电站中标电量表示为上游电站中标量的线性函数并嵌入出清模型,从而实现下游电站可发电量全额收购的枯水期方法,此分期出清方法能够迅速有效地得到优化后的各电站交易电量。最后,在算例中对两种出清方法进行验证,结果表明所提优化方法能有效解决下游电站中标电量与可发电量失衡的问题,进而提升梯级流域市场竞争力。     

多主体梯级水电参与日前市场下游电站自调度投标策略

在多运营主体流域梯级水电站参与的日前市场出清模型,下游电站作为价格接受者,且出力主要由上游电站中标量决定,但可利用有限出力裕度制定自调度投标策略,拓展收益空间。针对下游电站中标曲线滞后于上游电站,容易错过负荷、电价高峰的问题,提出"峰前腾库、峰后蓄水"出力调整策略来增厚收益;针对天气变化带来下游电站入库流量大尺度波动,消纳困难,提出"调蓄削峰"两阶段出力优化调整策略,以平稳泄流、缓解弃水。下游电站将出力调整曲线上报市场运营机构,进行自调度投标,实现增发增收。最后,以某包含梯级上、下游水电站的系统为例,进行市场交易仿真模拟,结果表明所提策略可有效提高下游电站收益、降低弃水。     

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。     

特约文章：水电现货竞价关键技术研究进展

电力现货市场是现代电力体系的重要组成部分,对还原电力商品属性、发现价格和优化资源配置起着关键作用。水电受径流随机性影响,丰枯矛盾突出,出力不确定性大;水库受综合利用限制多,梯级电站联系紧,多主体上下游电站信息共享难;加上外送通道不足、断面阻塞严重等现状,水电参与电力现货市场面临诸多挑战。本文针对水电参与电力现货市场“量价”申报涉及的关键科学技术问题,包括市场出清价预测、发电能力优化、竞价策略、水电现货报价决策支持系统等,对国内外研究现状进行总结,对提出的数学模型和算法进行归纳,评述了现有方法的优缺点,对未来发展趋势进行展望,旨在为丰富我国电力现货市场理论和方法及水电企业生产经营提供参考。     

兼顾激励相容的水电富集电网中长期电力市场交易模型

针对我国水电富集地区梯级电站上下游中标电量与发电水量不匹配导致弃水和违约等问题，借鉴巴西电力市场中长期交易模式，提出兼顾激励相容的水电富集电网中长期交易模型。该模型以个体发电效益最大和电网侧购电成本最小作为激励相容的双重目标。首先以最小出力最大为目标对水电站群进行优化调度，所得各水电站每月发电量定义为其该月保证电量，并将保证电量拆分成基础电量、省内电量和西电东送电量。然后建立各级市场交易方法，基础电量按相似来水频率的历年平均电价收购，省内电量参与两轮拍卖，西电东送电量按剩余电量比重排序依次收购，采用强化学习确定各发电商份额和电价。最后利用改进的电量再分配机制对联盟内各水电站实发电量进行再分配。云南省5个流域52座电站群实例结果表明，所提模型能有效缓解当前梯级上下游电站弃水和违约等问题，促进了水电市场合理竞争和水资源充分利用。     

基于改进二次规划算法的新能源同质报价现货市场出清模型

随着风电、光伏发电成本的优势日益凸显,高比例新能源参与的现货市场出清过程中出现了因机组相同报价导致的多最优解问题。多解问题会导致现货市场出清结果具有随机性,难以事后复盘分析,给电力市场运行带来风险。文中基于中国甘肃现货市场建设背景,采用两阶段二次规划均衡比例模型,实现相同报价机组按中长期结算电量比例均衡出力。通过二次规划对均衡比例目标进行量化,采用两阶段出清严格区分现货市场环境下的系统运行经济性和安全性目标的优先级。最后,利用甘肃现货市场结算试运行实际数据验证了所提出清模型的有效性。     

基于聚类分析和决策树的“一库多级”水电站日调度方法

一库多级"流域梯级因下游电站对上游水库发电放水的高敏感性使得梯级短期发电计划安排面临很大难度。该文从实用性出发,利用知识发现技术,提出耦合聚类分析和决策树的梯级水电站群短期发电调度方法。采用线性回归确定上下游电站间的电量匹配关系,以此为基础,从海量实际数据中聚类得到各电站的典型出力曲线,并将影响发电调度的日计划电量、库水位、电网特性等因子,与典型出力过程进行分类训练,构建梯级发电调度决策库,以便于采用决策树方法快速确定上下游水电站的联合调度方案,最后引入约束修正策略进行出力微调,以保证结果可行性。通过红水河干流天生桥"一库两级"电站日发电调度验证,结果表明该方法能够根据发电边界条件快速得到梯级水电站发电调度计划,并能够与实际出力过程保持较好的一致性。     

澜沧江上游梯级电站出力特性及消纳分析

为解决金沙江中下游水电调节能力较差、汛期水电弃水严重的问题,对澜沧江上游电站的出力特性进行了深入分析,并对梯级电站投产后滇西北交流外送能力、云南整体丰期水电盈余情况进行了测算,为澜沧江上游电站消纳提供参考。     

清洁能源消纳政策下含水电的现货市场出清模型

鉴于水电运行的复杂特性以及我国清洁能源的优先消纳政策要求,到目前为止尚缺乏一套切实可行的水电参与现货市场交易的技术体系。基于此,探讨了水电参与现货市场的交易模式,并提出清洁能源消纳政策下含水电的现货市场出清模型。首先在目标函数中考虑了弃水惩罚项,随着弃水罚因子的增大,发电成本也逐步变大,弃水电量逐步减小,当弃水罚因子增加到一定程度时,出清结果不再变化,此时为系统的最小弃水量;继而增加了水电的水位、库容等复杂运行约束。最后通过云南电网算例可知:该方法相应降低了来水不足的机组的中标电量,并同时增加了来水过剩的机组的中标电量,通过牺牲部分发电成本避免了弃水现象和缺水现象,更符合实际应用需求。     

考虑可再生能源保障性消纳的电力市场出清机制

以风电、光伏、水电为主的可再生能源已成为中国重要的能源供应形式,也广泛参与到电力市场交易之中。通过市场化机制保障并促进可再生能源消纳,已成为中国电力市场建设,尤其是现货市场建设的一项关键任务。文中将可再生能源的保障性消纳纳入电力市场的机制设计之中,提出了现货市场在发生弃能时触发的出清机制。在现货市场一般性出清计算的基础上,发生弃能时,首先修正弃能机组的投标价格,在保持机组报价序列的前提下进行价区缩放,调整为优先出清的价格接受者;其次,基于修正后的投标信息进行第2次出清,以实现可再生能源的保障性消纳;基于2次出清的结果,提出激励相容的结算补偿机制。为了充分考虑可再生能源的运行特性,文中还在出清模型中特别引入了梯级水电站的水位控制、水量平衡与梯级耦合等复杂约束。最后,基于改进的IEEE 30节点系统对文中所提出的市场机制进行了验证。     

水电现货竞价关键技术研究进展

电力现货市场是现代电力体系的重要组成部分,对还原电力商品属性、发现价格和优化资源配置起着关键作用.水电受径流随机性影响,丰枯矛盾突出,出力不确定性大;水库受综合利用限制多,梯级电站联系紧,多主体上下游电站信息共享难;加上外送通道不足、断面阻塞严重等现状,水电参与电力现货市场面临诸多挑战.本文针对水电参与电力现货市场"量...     

澜沧江上游流域梯级电站出力特性分析

按照澜沧江上游水电不同的投产阶段,对古水电站、如美电站投产前后,澜沧江上游乌弄龙至苗尾梯级电站的出力特性进行了分析,并将梯级电站出力特性与云南省负荷曲线、云南省其它流域水电出力特性进行了对比,为分析澜沧江上游梯级电站消纳方案提供参考。     

耦合复杂水力联系的跨区交易现货市场出清模型

上游水电站的发电量通过上、下游水力联系可直接影响下游水电站的可发电量,该水力联系增加了现货市场出清建模与求解的难度。为此提出了耦合复杂水力联系的跨区交易现货市场出清模型。该模型首先将非线性约束线性化,然后再引入梯级水电站簇,将复杂水力联系转化成水电站群的最大、最小发电量,进一步将水电机组以满足水电站群发电量约束的等效火电机组方式参与现货市场出清,从而消除复杂水力联系。以中国云南水电外送广东为例进行验证。结果表明,出清结果能满足各项机组运行约束,并能如实反映市场价格信号;梯级水电站簇发电量约束的阻塞分量可以合理表征流域来水造成的阻塞成本。     

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。     

现货市场环境下低水头梯级水电群精细化建模出清方法

梯级水电站间存在水力时空耦合关系,低水头电站调节性能较弱,在日尺度范围内水头变化较大,耗水率也随之变化,因此,在日前现货出清模型中不宜通过全天固定耗水率对低水头电站进行梯级水电约束简化处理。结合广西电网电力市场需求,以全社会购电成本最小及优先消纳清洁能源为优化目标,充分考虑低水头电站的水力特性曲线等复杂约束并对其进行线性化处理,构建基于梯级水电群精细化建模的日前出清模型,并调用商业优化求解器对模型进行求解。将广西电网34座水电站、101座新能源电站和47台火电机组的真实日发电计划边界数据作为参考,仿真结果表明所建模型能适应低水头电站的水头波动特性,反映梯级水电站之间出力和库容的联动关系,提升低水头梯级水电群的可发电能力。     

基于梯级水电调节的风光水联盟与区域电网联合运行优化调度策略EI北大核心CSCD

“双碳”目标引导下的清洁型电网建设,将面临大规模风光电消纳的严峻挑战。为此,以梯级水电为调节电源进行“风光波动平抑+电网负荷跟踪”,该文构建风光水联盟与区域电网联合运行的4阶段优化调度模型。第1阶段,入网前风光波动平抑。构建梯级水电平抑风光波动均方差最小和平抑费用最小优化模型。第2阶段,入网后电网负荷跟踪。构建区域电网与风光水联盟主从博弈调度模型。区域电网以风光水出力跟踪负荷误差最小和综合成本最低为目标,制定出清电价;风光水联盟制定联盟报价及售电计划,最大化联盟效益。第3阶段,联盟成员利润分配。构建纳什议价利润分配模型,实现内部补偿电价优化及成员利润提升。第4阶段,波动调节功率在各级电站优化分配。采用库恩–塔克条件(Karush-Kuhn-Tucker,KKT)等方法求解。结果表明所提方法能有效提高电网新能源消纳占比和联盟成员利润,降低火电占比。     

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。     

基于非凸报价的高比例新能源现货市场机制

构建高比例新能源的新型电力系统指明了双碳背景下我国电力转型发展的方向。然而,由于新能源成本和出力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再适应新型电力系统的发展要求。为此,提出了新能源报价新机制,新能源每个时段申报一条先降后升的U型功率量价曲线,能够充分体现新能源边际成本为0、平均成本递减的成本特性和波动的出力特性,并相应提出了适应新型电力系统的现货市场和火电容量市场耦合机制。然而,这一报价模式将使得市场出清模型变为非凸函数,为此,提出了基于非凸报价的现货市场出清模型,引入一系列0-1变量,并通过不同报价段之间的耦合关系,将其转化为一个可求解的混合整数规划模型。算例验证了所提机制和模型的有效性。