微電網運營商提供無功輔助服務下各市場主體的利益分配

2018-03-13 14:05:01 電網技術　點擊量：評論 (0)

摘要：隨著售電側市場改革的不斷深入,研究多個微電網運營商參與下的配電側市場交易和競價機制具有重要意義。針對該問題,提出了一種雙層優化

摘要：隨著售電側市場改革的不斷深入,研究多個微電網運營商參與下的配電側市場交易和競價機制具有重要意義。針對該問題,提出了一種雙層優化方法：底層優化以配電市場運營商購電成本最小為目標,考慮系統的節點電壓約束和支路潮流約束等,采用跟蹤中心軌跡內點法求解系統的經濟調度模型,實現市場的出清;上層優化以最大化微電網運營商收益為目標,采用遺傳算法確定微電網運營商在聯盟和不聯盟兩種環境下的最優競價策略。在雙層優化方法的基礎上,基于完全信息下的動態博弈方法,確定市場的納什均衡點。最終在IEEE 33節點配電系統算例中對所提出的方法進行了仿真驗證,并進一步分析了微電網運營商提供無功輔助服務下各市場主體的利益分配問題。

劉一欣, 郭力, 王成山

0 引言

微電網(microgrid,MG)因其供電可靠、運行方式靈活及對環境友好等特點,近年來得到了廣泛的關注與發展[1-4]。隨著主動配電網技術的日漸成熟,未來在配電系統中將有越來越多的微電網接入,給配電網的運行和控制帶來顯著的影響[5-7]。與此同時,中央《關于進一步深化電力體制改革的若干意見(中發[2015]9號)文》提出了“放開售電側,多途徑培養市場主體”的要求。可以預見,未來微電網將作為新興的市場主體,參與到配電側電力市場的競爭中。在此背景下,研究微電網參與下的配電側電力市場交易和競價機制顯得十分必要[8]。

在競爭性電力市場中,發電商向市場運營商提交競標時段的報價和相應的可用容量,市場運營商根據報價信息和負荷需求確定各個發電商的中標電量和市場的清算電價。其中,發電商的目標是通過報價競爭,最大化自身的收益;市場運營商的目標則是在確保系統負荷需求得到滿足的前提下,最小化購電成本,實現社會效益最大化。在市場競價和清算過程中,一方面發電商和市場運營商獨立地優化各自的目標,另一方面兩者之間又同時受到彼此行為的影響。因此,該模型可以描述為一個雙層規劃問題[9-16]。對于此類問題,常用的求解方法是將雙層問題轉化為單層問題,例如文獻[9-11]將發電商在日前電力市場的最優競價策略問題轉化為帶平衡約束的數學規劃問題(mathematical program with equilibrium constraints,MPEC),隨后利用二進制擴充法[9-10]或者庫恩-塔克(Karush-Kuhn-Tucker,KKT)條件[11]將MPEC轉化為混合整數線性規劃(mixed integer linear program,MILP)問題進行求解;另一種方法采用供應函數均衡模型確定發電商的最優競價策略[12-14]。該方法認為發電商的報價一般會高于其邊際發電成本,通過改變供應函數的截距或斜率可優化自身的收益。其中,文獻[14]在批發市場和配電市場中引入了負荷聚合商,分析了微電網、發電公司和負荷聚合商3者之間基于完全信息下的動態博弈行為,通過收益函數對報價策略的靈敏度矩陣更新自身的報價策略,直至市場達到均衡。除此之外,文獻[15]提出了一種多領導者單追隨者的非線性雙層規劃模型,并采用粒子群算法求解系統的廣義納什均衡點。文獻[16]提出了一種非線性互補算法對此類雙層規劃問題進行求解。

上述文獻的主要研究對象集中在輸電側,對配電側市場,尤其是微電網參與下的配電側市場交易和競價機制研究較少。文獻[17-19]雖然考慮了配電市場環境下微電網的博弈競價,但未考慮配電系統的網架結構和潮流分布對市場競價結果的影響。實際上,在配電網中,系統的節點電壓和潮流分布(如網損等)將受到不同接入位置的微電網上網電量的影響,系統運營商通過對微電網出力的優化,能夠有效降低系統的網損,從而節約購電成本。在這種情況下,微電網間的博弈不僅取決于報價,還與系統的網架結構、潮流分布以及自身接入位置有關。此外,隨著未來零售市場的開放程度不斷加深,一個零售商可能會投資多個微電網,此時多個微電網之間在博弈層面上是一種聯盟的形式,追求的是整體利益的最大化。因此,有必要對這種情況下微電網的競價策略和市場的交易進行研究和分析。

基于以上考慮,本文以多微電網參與下的配電側電力市場為研究對象,采用雙層優化方法求解微電網運營商在日前電力市場的最優競價策略和市場運營商的最優經濟調度問題。其中,底層優化考慮系統的網架結構、潮流分布及安全運行約束,采用跟蹤中心軌跡內點法實現市場的出清和系統的經濟調度;上層優化采用遺傳算法確定微電網運營商在聯盟和不聯盟情況下的最優競價策略;在此基礎上,基于完全信息下的動態博弈方法,確定配電側電力市場的納什均衡點。最終在IEEE 33節點系統上對本文所提出的方法進行了仿真驗證,并進一步探討了微電網提供無功功率輔助服務下市場的運行機制和市場主體的效益問題。

1 配電側電力市場

1.1 市場結構