计及输电阻塞影响的发电商多时段报价模型研究

论文摘要

在电力市场环境下,发电商成为自主经营,自负盈亏的经济实体,如何策略性报价实现个体利润最大化成为发电商取得市场竞争优势的关键问题。在实际电网中,由于输电线的热容量限制和系统的稳定性限制,当线路输送功率达到或超过输电容量限制时会出现输电阻塞现象。输电阻塞可能改变发电商在电力市场中所处的竞争位置,因此,在报价过程中考虑输电阻塞的影响非常重要。由于机组运行约束的存在,发电商在制定报价策略时必须考虑机组爬坡速率等约束对各时段发电机组输出功率的相互牵制,否则得到的最优策略未必合理有效。因此,计及输电阻塞影响和机组运行约束,论文对MCP机制、激励性竞价机制和PAB机制下发电商的报价模型进行研究,形成综合考虑网络约束和机组运行约束的发电商多时段最优报价策略,其研究成果可用于指导我国电力市场环境下发电商合理报价,并为我国竞价机制的进一步完善提供借鉴。论文的研究具有重要的理论意义和较强的工程实用价值。以调整费用最小为目标函数进行阻塞管理建模时,按统一市场出清价结算、实际报价结算或撮合交易机制结算必然导致不同的阻塞管理费用,这将对发电商报价产生不同程度的影响。针对结算方式较复杂的撮合交易机制,论文研究其结算规则与阻塞管理的关系,以调整费用最小为目标函数,提出撮合交易机制下阻塞管理的模型与算法。该模型考虑了结算价格与机组出力之间的非线性联动关系、目标函数的非线性特性。求解模型时,选择发电机组与负荷方匹配成功的有功功率增量为决策变量,基于拉格朗日乘子法建立增广目标函数,利用Kuhn-Tuck最优条件求解。将该模型应用于测试系统,计算比较了上述三种结算方式下阻塞管理费用的大小,为计及输电阻塞影响的发电商报价策略研究奠定了基础。为研究输电阻塞对发电商报价策略的影响,建立了双层优化模型。第一层优化模型为基于竞争对手报价的发电商利润最大化模型:根据对市场内其他竞争对手报价系数的预测,建立计及竞争对手报价的发电商报价模型,求取未考虑输电容量约束时的最优报价系数。第二层优化模型为计及输电阻塞影响的发电商报价模型:应用第一层模型的计算结果模拟电网交易调度中心进行市场出清,计算市场出清价及各发电商有功出力的期望值,并根据该期望值进行潮流校核。当预测到有线路可能发生输电阻塞,则将输电阻塞对发电商报价的影响以附加费形式引入其报价模型中,建立计及输电阻塞影响的发电商报价模型,并基于灵敏度,以阻塞费用最小为目标进行阻塞管理求取发电商出力调整量。通过测试系统计算分析,表明论文方法可用于指导发电商制定最优报价策略。计及机组运行约束对各时段发电机组输出功率的相互牵制,针对电能交易的时前市场,以强化学习中的Q-learning算法为基础,建立发电商多时段报价模型。该模型考虑了容量、爬坡速率和最小开/停机时间等机组运行约束,从市场前一小时的出清结果出发,以发电商各时段利润为Q值函数,选择机组在各个时段的报价策略作为状态变量,并以其修正量作为动作集,形成电力市场环境下发电商多时段总利润最优的报价策略。求解时改进了Q值的更新方式,以保证Agent搜索的Q-table表包含所有状态下的Q值。通过测试系统计算分析,验证了模型的有效性和适用性。综合考虑输电阻塞和机组运行约束对发电商报价策略的影响,将发电商单时段报价模型拓展为多时段报价模型。在该模型中,既体现了输电阻塞对发电商报价策略的影响,又体现了容量、爬坡速率和最小开/停机时间等机组运行约束对各时段发电机组出力的相互牵制,形成了电力市场环境下计及输电阻塞时发电商在一定时期内的最优报价策略。采用改进的Q学习算法对模型进行求解。通过测试系统计算分析,验证了模型的正确性和有效性。针对发电商策略性报价的特点,基于机制设计理论,设计了具有激励相容性的电力市场竞价机制。计及输电阻塞影响,研究了发电商在该竞价机制下的报价模型。模型引入了发电商期望发电量与报价的函数,解决了求解困难的问题。并通过测试系统对比了发电商在论文竞价机制下与按报价支付机制下的报价行为,验证了模型的有效性和适用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及意义
• 1.3 发电商报价策略研究现状
• 1.3.1 发电商报价策略的主要研究方法
• 1.3.2 不同竞价规则下的发电商报价策略
• 1.3.3 发电商报价策略的组成部分
• 1.4 输电阻塞管理研究现状
• 1.5 论文的主要研究内容
• 2 不同结算方式下的阻塞管理模型与算法
• 2.1 引言
• 2.2 按统一市场出清价结算的阻塞管理模型
• 2.2.1 按统一市场出清价结算的基本原理
• 2.2.2 阻塞管理模型
• 2.3 按实际报价结算的阻塞管理模型
• 2.3.1 按实际报价结算的基本原理
• 2.3.2 阻塞管理模型
• 2.4 撮合交易机制下的阻塞管理模型与算法
• 2.4.1 撮合交易机制的基本原理
• 2.4.2 撮合交易机制下机组有功出力的分配
• 2.4.3 基于灵敏度分析的输电阻塞管理模型
• 2.4.4 模型求解
• 2.4.5 算法流程图
• 2.4.6 模型仿真分析
• 2.5 小结
• 3 计及输电阻塞影响的发电商报价模型与仿真
• 3.1 引言
• 3.2 计及输电阻塞影响的发电商报价模型
• 3.2.1 市场背景
• 3.2.2 基于竞争对手报价的发电商报价模型
• 3.2.3 计及输电阻塞影响的发电商报价模型
• 3.2.4 发电商出力调整量计算模型
• 3.3 算法流程图
• 3.4 报价模型的实证研究
• 3.4.1 模型数据的获取
• 3.4.2 模型仿真分析
• 3.5 小结
• 4 基于强化学习的发电商多时段报价模型与仿真
• 4.1 引言
• 4.2 基于强化学习的发电商多时段报价模型与算法
• 4.2.1 强化学习
• 4.2.2 发电商多时段报价模型
• 4.2.3 模型求解
• 4.3 模型仿真分析
• 4.3.1 算例一
• 4.3.2 算例二
• 4.4 小结
• 5 计及输电阻塞影响的发电商多时段报价模型与仿真
• 5.1 引言
• 5.2 计及输电阻塞的发电商多时段报价模型
• 5.2.1 市场背景
• 5.2.2 基于竞争对手报价的发电商多时段报价模型
• 5.2.3 计及输电阻塞的发电商多时段报价模型
• 5.2.4 模型求解
• 5.3 模型仿真分析
• 5.3.1 算例一
• 5.3.2 算例二
• 5.4 小结
• 6 激励性竞价机制下发电商报价模型与仿真
• 6.1 引言
• 6.2 电力市场激励性竞价机制
• 6.2.1 机制设计理论
• 6.2.2 激励性竞价机制下发电商最优报价模型
• 6.3 阻塞管理模型
• 6.4 算例分析
• 6.4.1 系统描述
• 6.4.2 单时段情形
• 6.4.3 多时段情形
• 6.5 小结
• 7 总结与展望
• 7.1 本文的总结
• 7.2 进一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录