电力市场中的机组组合理论研究

论文摘要

电力市场的核心问题是电能交易。电力商品的特殊性和电力生产技术的特点，决定了在有组织的日前电力市场中，机组组合(UC)式拍卖成为实现电能交易的一种重要方式。本文研究电力市场中的机组组合问题，揭示竞争的电力市场中机组组合的作用和面临的问题，探求解决方法，这对于考察电力市场的电能交易具有十分重要的理论价值和实践指导意义。 在当前的电力市场机组组合理论研究中，把握电力技术与市场原则的融合，破解网络约束对电力交易的制约机理，引入需求侧响应以改进单边市场的不完善性，都是急待解决的课题。本文在电力市场环境下，以机组组合为主线索，开展了如下有一定创新意义的研究工作并取得成果： 首先，根据电力工业自身的技术进步及其运营环境的变化，本文建立了全面反映研究课题的数学模型。Pool交易模式下的电能交易模型无疑就是机组组合，其最有效率和潜力的求解方法是拉各朗日松弛法(LR)法。分析表明，电力市场中的机组组合问题较传统机组组合问题更加复杂，其难点在于离散量的处理，以及市场规则的引入，直观的几何分析揭示了这一复杂性的原因，同时论证了对偶间隙存在的必然性。对机组组合下市场均衡实现机制的分析，论证了一定技术条件下的电力市场中采用UC作为竞价算法的必要性和合理性，概念的澄清对不完全竞争的电力市场运营机制的建立是十分有益的。 其次，本文针对相似或相同机组在机组组合中引发的公平问题展开研究。该问题是电力技术对电能交易的制约作用的一种体现，其本质是竞争规则是否公平，发电商能否获得平等的竞争机会的问题。本文依据概率理论，提出了一种考虑公平性问题的交易模型和算法，通过发电商竞价机会的动态分配，解决了已有算法在此问题上的不足，可确保拥有相同参数机组的不同发电商实现公平竞争。 再次，在分析已有模型、算法的基础上，本文提出了一种解决网络安全约束下的机组组合问题的新算法。该算法在拉格朗日对偶分解的基础上有机结合变量复制技术，通过附加人工约束的引入，使网络约束嵌入单机子问题中，有效地实现了网络约束对开机机组的筛选作用。该算法重点解决在SCUC问题中网络安全约束与机组启停相分离的问题，更深刻地揭示了安全经济调度和安全约束下机组组合在概念上的区别和联系，从而

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究问题的回顾与展望
• 1.2.1 求解方法
• 1.2.2 模型的演变
• 1.2.3 电力市场环境下的机组组合
• 1.3 目前存在的问题
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第2章 研究问题的基本描述
• 2.1 研究背景
• 2.1.1 电力的特殊性
• 2.1.2 电能交易算法的选择
• 2.2 机组组合下的市场均衡
• 2.3 问题的数学模型
• 2.3.1 目标函数
• 2.3.1.1 目标函数的形式
• 2.3.1.2 目标函数的讨论
• 2.3.2 约束条件
• 2.3.2.1 约束条件的数学表达
• 2.3.2.2 约束条件的讨论
• 2.4 问题的求解方法
• 2.4.1 计算的复杂性
• 2.4.2 优化的分解协调技术
• 2.4.3 拉格朗日松弛法（LR）
• 2.4.3.1 一般描述
• 2.4.3.2 程序流程图
• 2.4.3.3 LR法及拉格朗日乘子的经济意义
• 2.4.3.4 对偶间隙
• 2.5 数学模型及求解方法的几何解释
• 2.5.1 数学模型的几何解释
• 2.5.2 几种求解方法的几何解释
• 2.6 本章小结
• 第3章 机组组合下的市场公平性研究
• 3.1 市场的基本原则
• 3.2 电力市场中的公平性问题
• 3.3 相似或相同机组在机组组合下的公平性研究
• 3.3.1 问题描述
• 3.3.2 模型及机理分析
• 3.3.3 考虑公平性的算法
• 3.3.4 算例
• 3.3.4.1 算例一
• 3.3.4.2 算例二
• 3.4 本章小结
• 第4章 考虑网络安全约束的机组组合研究
• 4.1 概述
• 4.2 模型描述与分析
• 4.3 本文提出的算法
• 4.3.1 算法的基本思想
• 4.3.2 算法的基本流程
• 4.3.3 算法特点分析
• 4.3.4 算例及其分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 考虑需求侧响应的机组组合研究
• 5.1 需求侧在电力市场中的作用
• 5.1.1 电力需求侧的特点
• 5.1.2 需求是市场均衡的重要力量
• 5.2 需求侧响应
• 5.2.1 需求侧管理与需求侧响应
• 5.2.2 需求侧响应对电力市场的意义
• 5.2.3 需求响应的数学描述
• 5.3 考虑需求侧响应的机组组合
• 5.3.1 概述
• 5.3.2 问题描述
• 5.3.3 本文的算法
• 5.3.4 算例
• 5.3.4.1 算例一
• 5.3.4.2 算例二
• 5.4 本章小结
• 第6章 结束语
• 6.1 本文的结论
• 6.2 未来的工作
• 参考文献
• 附录A 符号表
• 附录B 电力系统经济运行中的机组模型
• 附录C 测试系统参数
• 附录D 算例结果
• D.1 3.3.4.2算例二的结果
• D.2 4.3.4（二）IEEE-RTS系统的仿真计算结果
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表论文
• 学位论文评阅及答辩情况表