基于多智能体强化学习的电力现货市场定价机制研究(二):结合理论与仿真的定价机制决策框架

该文研究了电力现货市场定价机制的选择和设计问题。首先,初步分析系统边际电价、节点边际电价和分区边际电价等3种定价机制的适用性,提出理论分析和市场仿真相结合的电力现货市场定价机制决策框架。理论分析方面,梳理了电力现货市场定价机制的理论和国际实践,给出3种定价机制的出清模型和电价计算方式,基于安全约束经济调度模型建立兼容性再调度模型;从价格信号作用、对中长期市场交易开展的影响、市场监管和配套机制需求等多个维度,对3种定价机制的特点进行对比分析,并探讨定价机制与市场模式的配合关系和我国定价机制设计中需要考虑的关键问题。市场仿真方面,基于3种定价机制下的发电商报价双层优化模型,对IEEE 39系统进行仿真计算。最后,综合分析仿真结果和定价机制特点,为算例系统选择合适的定价机制,验证了所提电力现货市场定价机制决策框架的有效性。2篇论文共同解决了定价机制设计与发电商报价策略的嵌套难题。     

节点电价与对偶乘子的内在关联分析与扩展

电价的科学性和合理性对电力市场的调节配置至关重要。作为常用的边际定价形式,节点电价表达为对偶乘子的线性函数。基于基本的定价原理,文中梳理了节点电价的物理内涵,说明了基于边际定价原理推导的节点电价与系统稀缺资源价格之间的内在联系,并论证了其合理性。基于此,提出了具有可扩展性的统一电价表达式,将电价扩展为对偶乘子和转移分布因子的一般函数形式。以线路越限造成价格尖峰为典型应用场景,建立了以电价为优化变量的定价模型,在IEEE30节点系统及波兰2383节点系统中验证了所提电价机制的实际应用价值。     

含风电电力系统能量–调频–备用联合运行日前市场电价机制智能代理仿真分析EI北大核心CSCD

由于输电容量约束,二次调频和旋转备用在实时调度过程中可能出现输电阻塞,分割了市场,加剧火电机组的市场力,现有的节点边际价格机制难以激励火电机组申报真实的能量和辅助服务成本信息,从而阻碍风电的消纳。为设计市场电价机制、促进新能源消纳,建立了含风电电力系统能量–调频–备用联合运行日前市场智能代理仿真模型。首先,构建了考虑预想极限场景下辅助服务可用性的日前市场出清模型,建立了含辅助服务调度阻塞成本的能量、调频和备用的节点边际电价和Vickrey-Clarke-Groves(VCG)电价机制;进而,应用智能代理的仿真方法研究了两种电价机制下的市场均衡情况,以评估两种电价机制的差别;最后,通过修改的IEEE39节点系统验证了VCG电价机制的有效性。     

电力系统预防控制的安全定价研究

在传统调度模型基础上,引入预想故障安全约束,建立考虑预防控制的优化调度模型.对优化问题的各乘子分量进行分析,提出预防控制的安全定价和节点价格计算方法,该价格体现各节点对维护系统静态安全的不同价值.通过对IEEE30节点系统进行算例分析,验证了该定价方法的合理性和可行性,为电力系统安全性与经济性运行的协调分析提供了一种有效的方法.     

考虑多市场主体参与的气电区域综合能源系统市场定价策略

随着多市场主体接入,如何管理系统中的分布式资源成为气电区域综合能源系统的核心问题。从激励价格角度出发,建立含商业楼宇和分布式电源2类市场主体的区域综合能源系统日前市场出清模型,综合考虑节点净有功负荷、净无功负荷和天然气负荷对系统运行的影响,通过引入多类灵敏度因子线性化潮流约束和稳态气流约束;进一步地,将出清的节点边际价格分为有功基础电价、无功基础电价、阻塞管理电价、电压支撑电价、网损边际电价、基础气价和气压支撑价格7类,通过不同价格信号引导促使市场主体调节自身运行方式支撑系统运行。基于改进的IEEE 33节点配电网和24节点气网构成的区域综合能源系统的仿真结果验证了所提出的基于节点边际价格分解的定价策略的有效性和合理性。     

电力系统预防控制的安全定价研究

在传统调度模型基础上,引入预想故障安全约束,建立考虑预防控制的优化调度模型。对优化问题的各乘子分量进行分析,提出预防控制的安全定价和节点价格计算方法,该价格体现各节点对维护系统静态安全的不同价值。通过对IEEE30节点系统进行算例分析,验证了该定价方法的合理性和可行性,为电力系统安全性与经济性运行的协调分析提供了一种有效的方法。     

考虑节点边际电价的配电网与多微电网双层鲁棒经济调度

可再生能源出力的不确定性给市场定价机制带来了挑战,实现市场参与者的利益均衡分配成为亟待解决的关键问题。提出一种计及风电出力不确定性的节点边际电价市场出清机制。建立配电网与多微电网协调优化调度的双层模型,上层模型为考虑风电出力及功率交互不确定性的配电网数据驱动鲁棒经济调度模型,下层模型为考虑电价型需求响应的微电网数据驱动鲁棒经济调度模型。通过配电网与微电网之间功率交互与电价信息的传递进行上、下层模型的迭代求解,实现不同市场参与者的利益均衡分配。测试系统的仿真结果验证了所提模型及求解方法的有效性。     

基于价格灵敏度分析的风储系统经济性评估

提出一种针对含大规模风电的电力系统储能和备用的灵敏度定价方法.结合随机场景分析技术,建立考虑直流潮流约束的调度优化模型,可涵盖所有可能的风电出力场景.基于所提模型,采用边际定价方法,通过最优性条件和拉格朗日乘子,推导了传统发电机、风电和储能系统的能量价格及备用服务价格因子.该定价方法可量化电网中各种机组和储能装置对于系统运行的经济价值,为调度运行和规划提供了参考和依据.     

电力现货市场前瞻优化的周期选择

前瞻优化对于适应可再生能源的发展需求,确保电力现货市场良好运作,发挥着重要作用.而合理的前瞻周期选择能够有效地提高电力系统全局优化的可靠性与经济性.因此,迫切需要对前瞻周期的选择问题进行研究.为此,文中首先通过建立电力现货市场前瞻优化模型,推导了优化模型下的节点边际电价公式,分析了跨时段约束对节点边际电价的影响.然后,构建了前瞻周期的偏差量模型,设计了电力现货市场前瞻周期的选择流程.最后,通过不同的算例,揭示了不同前瞻周期下跨时段约束对节点边际电价的影响,验证了流程所选最佳前瞻周期的有效性.     

节点边际电价与阻塞费用影子价格线性化模型研究

首先介绍了节点边际价格的经济含义,然后在简化直流电力系统的前提下,根据其经济含义推导了节点边际电价与阻塞费用影子价格的线性化关系。当无阻塞时,系统只有一台边际机组。当系统发生阻塞时,边际机组的个数等于阻塞线路个数加一。根据这一规律,我们建立以边际机组变化量为变量的一元方程。结合节点边际电价的经济含义,推得节点边际电价与阻塞费用影子价格的线性关系。根据两者的关系建立了在POOL模式下和POOL加双边交易模式下计算节点边际电价与阻塞费用影子价格的线性数学模型。根据P JM提供的5节点测试系统验证该线性模型的有效性。最后依照边际价格的结算体系下市场参与者进行结算,分析了在节点边际电价结算体系下,阻塞对市场参与各方的影响。     

基于节点电价的阻塞管理理论在华北电网的应用

介绍了以节点电价为基础的市场模型在我国区域电力市场设计中的初步应用成果。在建立华北电网模型及确定电厂竞价价格时引入了安全约束经济调度,并对华北电网节点电价市场进行了仿真计算。算例的设计模仿了中国电力市场改革逐步放开价格竞争的过程,对不同模式下的电网安全、节点电价、系统运行费用、系统阻塞费用进行了分析比较,研究了基于节点电价的阻塞管理理论在华北电网的应用效果。     

基于节点边际电价的电力市场分区策略研究

随着中国新一轮电力体制改革的加速推进,区域中长期交易市场逐渐成熟,现货市场成为深化电力改革推进的突破点。针对现货市场下的节点边际电价展开研究,基于各省电改政策分析了最优潮流下的节点边际电价计算方式,采用预测-校正原偶内点法进行优化,并通过Psat搭建仿真模型进行验证。基于阻塞对节点边际电价的区域影响特性,考虑空间分布、发电企业报价和节点边际电价,提出一种电力市场分区策略。经仿真验证,所提策略可以较好地应用于现货市场分区,能够明确反映电力市场价格信号,为发电企业和电力用户的投资提供方向,促进电力现货市场的有序发展。     

Application of pattern search method to power system security constrained economic dispatch with non-smooth cost function

Direct search methods are evolutionary algorithms used to solve optimization problems. (DS) methods do not require any information about the gradient of the objective function at hand while searching for an optimum solution. One of such methods is Pattern Search (PS) algorithm. This paper presents a new approach based on a constrained pattern search algorithm to solve a security constrained power system economic dispatch problem (SCED) with non-smooth cost function. Operation of power systems demands a high degree of security to keep the system satisfactorily operating when subjected to disturbances, while and at the same time it is required to pay attention to the economic aspects. Pattern recognition technique is used first to assess dynamic security. Linear classifiers that determine the stability of electric power system are presented and added to other system stability and operational constraints. The problem is formulated as a constrained optimization problem in a way that insures a secure-economic system operation. Pattern search method is then applied to solve the constrained optimization formulation. In particular, the method is tested using three different test systems. Simulation results of the proposed approach are compared with those reported in literature. The outcome is very encouraging and proves that pattern search (PS) is very applicable for solving security constrained power system economic dispatch problem (SCED). In addition, valve-point effect loading and total system losses are considered to further investigate the potential of the PS technique. Based on the results, it can be concluded that the PS has demonstrated ability in handling highly nonlinear discontinuous non-smooth cost function of the SCED.     

考虑网损的配电节点电价模型及迭代计算方法

在分布式电源装机容量快速增长的背景下，建立本地电力市场可促进分布式机组出力的消纳和配电网的优化运行。文章提出了适用于本地市场竞价出清的配电节点电价（distribution locational marginal pricing，DLMP）模型，将其分解为有功价格分量、无功价格分量、网损价格分量、电压支撑价格分量以及阻塞价格分量，可量化各分量对节点电价的贡献。同时采用迭代算法对该模型进行求解，通过市场出清模型与交流潮流的迭代计算克服线性化节点电价模型对预设网损因子的依赖。通过对IEEE 33节点配电系统的仿真分析，验证了所提模型的有效性和所提算法的准确性。     

基于最优潮流与合作博弈理论的互联电网经济效益分析

实施输电网络开放、促进区间经济功率交换,是电力市场化的重要内容。中以最优潮流和节点电价作为分析工具,基于合作博弈理论中的核仁,提出了多区域电力系统互联运行的成本和利润分配方法。对IEEE30节点系统的分析计算结果表明,与基于Shapley值的分配相比较,所提出的方法实现了系统互联运行成本和利润在市场参与之间的合理分配,既满足个体理性,也满足集体理性,保证了联盟结构稳定。     

基于交易空间的可用传输容量计算方法

区域间可用传输容量是保障系统安全的指标之一。结合安全经济调度和连续潮流方法,建立了电力市场环境下区域间可用传输容量计算的新方法。在连续潮流计算过程中,每步迭代以购电费用最低为优化目标,以断面（线路）有功潮流最大为迭代方向。该方法不仅具有常规连续潮流方法的优点,而且增加的优化环节能够实现有功优化,同时又具有较好的收敛性和计算速度,计算结果更贴近系统运行的实际情况,帮助引导电力交易。最后以算例验证了该计算方法的可行性和优越性。     

基于全成本电价的电网规划方案评估与优选

针对电网企业在新电改形势下面临的实际挑战和迫切需求,基于传统节点电价机制,分别采用潮流追踪法和邮票法分摊电网建设成本和运维成本,提出了一种计及电网建设成本与运维成本的全成本电价模型。基于全成本电价模型提出了兼顾安全性与经济性的电网规划方案评估流程,并采用IEEE 14和IEEE 33节点系统验证了所提方法的有效性。算例结果表明,所提全成本电价模型能够在纵向实现不同电压等级线路规划方案的评估,在横向实现不同配网投资项目的组合优选,可为电网公司在新电改背景下的投资规划提供量化分析方法和辅助决策工具。     

Optimal DG placement in deregulated electricity market

This paper presents two new methodologies for optimal placement of distributed generation (DG) in an optimal power flow (OPF) based wholesale electricity market. DG is assumed to participate in real time wholesale electricity market. The problem of optimal placement, including size, is formulated for two different objectives, namely, social welfare maximization and profit maximization. The candidate locations for DG placement are identified on the basis of locational marginal price (LMP). Obtained as lagrangian multiplier associated with active power flow equation for each node, LMP gives the short run marginal cost (SRMC) of electricity. Consumer payment, evaluated as a product of LMP and load at each load bus, is proposed as another ranking to identify candidate nodes for DG placement. The proposed rankings bridges engineering aspects of system operation and economic aspects of market operation and act as good indicators for the placement of DG, especially in a market environment. In order to provide a scenario of variety of DGs available in the market, several cost characteristics are assumed. For each DG cost characteristic, an optimal placement and size is identified for each of the objectives. The proposed methodology is tested in a modified IEEE 14 bus test system.     

考虑风电接入的交直流互联电网动态最优潮流

针对考虑风、火协调的交直流互联电网日前经济调度问题,提出了时空协调、主子迭代的复杂交直流互联系统建模及求解框架,以降低该高非线性问题的求解复杂度。通过精细化考虑交流潮流、直流输电系统稳态运行特性、双馈风电机组及无功补偿装置特性等运行约束条件,建立了风、火、直流线路协调优化的日前动态最优潮流主、子问题模型,在确保日前计划潮流、电压不越限的前提下,为有功、无功协调优化奠定了模型基础。为求解该复杂非线性优化问题,文中基于Benders分解法提出了主、子问题并行高效迭代的求解算法,在保证求解最优的前提下,有效提高了求解效率。算例分析从安全性、经济性、收敛性、高效性等方面验证了文中所述模式、模型和求解方法的有效性。