微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商提供無(wú)功輔助服務(wù)下各市場(chǎng)主體的利益分配

2018-03-13 14:05:01 電網(wǎng)技術(shù) 　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

摘要：隨著售電側(cè)市場(chǎng)改革的不斷深入,研究多個(gè)微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商參與下的配電側(cè)市場(chǎng)交易和競(jìng)價(jià)機(jī)制具有重要意義。針對(duì)該問題,提出了一種雙層優(yōu)化

摘要：隨著售電側(cè)市場(chǎng)改革的不斷深入,研究多個(gè)微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商參與下的配電側(cè)市場(chǎng)交易和競(jìng)價(jià)機(jī)制具有重要意義。針對(duì)該問題,提出了一種雙層優(yōu)化方法：底層優(yōu)化以配電市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商購(gòu)電成本最小為目標(biāo),考慮系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓約束和支路潮流約束等,采用跟蹤中心軌跡內(nèi)點(diǎn)法求解系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型,實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)的出清;上層優(yōu)化以最大化微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商收益為目標(biāo),采用遺傳算法確定微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商在聯(lián)盟和不聯(lián)盟兩種環(huán)境下的最優(yōu)競(jìng)價(jià)策略。在雙層優(yōu)化方法的基礎(chǔ)上,基于完全信息下的動(dòng)態(tài)博弈方法,確定市場(chǎng)的納什均衡點(diǎn)。最終在IEEE 33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)算例中對(duì)所提出的方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,并進(jìn)一步分析了微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商提供無(wú)功輔助服務(wù)下各市場(chǎng)主體的利益分配問題。

劉一欣, 郭力, 王成山

0 引言

微電網(wǎng)(microgrid,MG)因其供電可靠、運(yùn)行方式靈活及對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn),近年來得到了廣泛的關(guān)注與發(fā)展[1-4]。隨著主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)的日漸成熟,未來在配電系統(tǒng)中將有越來越多的微電網(wǎng)接入,給配電網(wǎng)的運(yùn)行和控制帶來顯著的影響[5-7]。與此同時(shí),中央《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見(中發(fā)[2015]9號(hào))文》提出了“放開售電側(cè),多途徑培養(yǎng)市場(chǎng)主體”的要求。可以預(yù)見,未來微電網(wǎng)將作為新興的市場(chǎng)主體,參與到配電側(cè)電力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中。在此背景下,研究微電網(wǎng)參與下的配電側(cè)電力市場(chǎng)交易和競(jìng)價(jià)機(jī)制顯得十分必要[8]。

在競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)中,發(fā)電商向市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商提交競(jìng)標(biāo)時(shí)段的報(bào)價(jià)和相應(yīng)的可用容量,市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商根據(jù)報(bào)價(jià)信息和負(fù)荷需求確定各個(gè)發(fā)電商的中標(biāo)電量和市場(chǎng)的清算電價(jià)。其中,發(fā)電商的目標(biāo)是通過報(bào)價(jià)競(jìng)爭(zhēng),最大化自身的收益;市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商的目標(biāo)則是在確保系統(tǒng)負(fù)荷需求得到滿足的前提下,最小化購(gòu)電成本,實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益最大化。在市場(chǎng)競(jìng)價(jià)和清算過程中,一方面發(fā)電商和市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商獨(dú)立地優(yōu)化各自的目標(biāo),另一方面兩者之間又同時(shí)受到彼此行為的影響。因此,該模型可以描述為一個(gè)雙層規(guī)劃問題[9-16]。對(duì)于此類問題,常用的求解方法是將雙層問題轉(zhuǎn)化為單層問題,例如文獻(xiàn)[9-11]將發(fā)電商在日前電力市場(chǎng)的最優(yōu)競(jìng)價(jià)策略問題轉(zhuǎn)化為帶平衡約束的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題(mathematical program with equilibrium constraints,MPEC),隨后利用二進(jìn)制擴(kuò)充法[9-10]或者庫(kù)恩-塔克(Karush-Kuhn-Tucker,KKT)條件[11]將MPEC轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性規(guī)劃(mixed integer linear program,MILP)問題進(jìn)行求解;另一種方法采用供應(yīng)函數(shù)均衡模型確定發(fā)電商的最優(yōu)競(jìng)價(jià)策略[12-14]。該方法認(rèn)為發(fā)電商的報(bào)價(jià)一般會(huì)高于其邊際發(fā)電成本,通過改變供應(yīng)函數(shù)的截距或斜率可優(yōu)化自身的收益。其中,文獻(xiàn)[14]在批發(fā)市場(chǎng)和配電市場(chǎng)中引入了負(fù)荷聚合商,分析了微電網(wǎng)、發(fā)電公司和負(fù)荷聚合商3者之間基于完全信息下的動(dòng)態(tài)博弈行為,通過收益函數(shù)對(duì)報(bào)價(jià)策略的靈敏度矩陣更新自身的報(bào)價(jià)策略,直至市場(chǎng)達(dá)到均衡。除此之外,文獻(xiàn)[15]提出了一種多領(lǐng)導(dǎo)者單追隨者的非線性雙層規(guī)劃模型,并采用粒子群算法求解系統(tǒng)的廣義納什均衡點(diǎn)。文獻(xiàn)[16]提出了一種非線性互補(bǔ)算法對(duì)此類雙層規(guī)劃問題進(jìn)行求解。

上述文獻(xiàn)的主要研究對(duì)象集中在輸電側(cè),對(duì)配電側(cè)市場(chǎng),尤其是微電網(wǎng)參與下的配電側(cè)市場(chǎng)交易和競(jìng)價(jià)機(jī)制研究較少。文獻(xiàn)[17-19]雖然考慮了配電市場(chǎng)環(huán)境下微電網(wǎng)的博弈競(jìng)價(jià),但未考慮配電系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和潮流分布對(duì)市場(chǎng)競(jìng)價(jià)結(jié)果的影響。實(shí)際上,在配電網(wǎng)中,系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓和潮流分布(如網(wǎng)損等)將受到不同接入位置的微電網(wǎng)上網(wǎng)電量的影響,系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商通過對(duì)微電網(wǎng)出力的優(yōu)化,能夠有效降低系統(tǒng)的網(wǎng)損,從而節(jié)約購(gòu)電成本。在這種情況下,微電網(wǎng)間的博弈不僅取決于報(bào)價(jià),還與系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、潮流分布以及自身接入位置有關(guān)。此外,隨著未來零售市場(chǎng)的開放程度不斷加深,一個(gè)零售商可能會(huì)投資多個(gè)微電網(wǎng),此時(shí)多個(gè)微電網(wǎng)之間在博弈層面上是一種聯(lián)盟的形式,追求的是整體利益的最大化。因此,有必要對(duì)這種情況下微電網(wǎng)的競(jìng)價(jià)策略和市場(chǎng)的交易進(jìn)行研究和分析。

基于以上考慮,本文以多微電網(wǎng)參與下的配電側(cè)電力市場(chǎng)為研究對(duì)象,采用雙層優(yōu)化方法求解微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商在日前電力市場(chǎng)的最優(yōu)競(jìng)價(jià)策略和市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題。其中,底層優(yōu)化考慮系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、潮流分布及安全運(yùn)行約束,采用跟蹤中心軌跡內(nèi)點(diǎn)法實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)的出清和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度;上層優(yōu)化采用遺傳算法確定微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商在聯(lián)盟和不聯(lián)盟情況下的最優(yōu)競(jìng)價(jià)策略;在此基礎(chǔ)上,基于完全信息下的動(dòng)態(tài)博弈方法,確定配電側(cè)電力市場(chǎng)的納什均衡點(diǎn)。最終在IEEE 33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)上對(duì)本文所提出的方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,并進(jìn)一步探討了微電網(wǎng)提供無(wú)功功率輔助服務(wù)下市場(chǎng)的運(yùn)行機(jī)制和市場(chǎng)主體的效益問題。

1 配電側(cè)電力市場(chǎng)

1.1 市場(chǎng)結(jié)構(gòu)

市場(chǎng)采用統(tǒng)一出清電價(jià)模式。在接收到各方的報(bào)價(jià)信息之后,DSO以購(gòu)電成本最小為目標(biāo),考慮系統(tǒng)的安全運(yùn)行約束,確定最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案,并將各主體的中標(biāo)量和市場(chǎng)的出清電價(jià)λ(t)λ(t)下發(fā)至各售電方。

圖1 配電側(cè)日前電力市場(chǎng)結(jié)構(gòu)

1.2 市場(chǎng)主體數(shù)學(xué)模型

微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商第2日各時(shí)段可參與競(jìng)價(jià)的功率范圍取決于自身的負(fù)荷預(yù)測(cè)、可再生能源(如光伏、風(fēng)機(jī)等)出力預(yù)測(cè)以及可控分布式電源(如微型燃?xì)廨啓C(jī)等)、可控負(fù)荷及儲(chǔ)能等單元的可調(diào)度功率范圍,是針對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)部各單元優(yōu)化的結(jié)果[20]。本文僅考慮各微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商售電的場(chǎng)景,且認(rèn)為各時(shí)段可參與競(jìng)價(jià)的功率范圍已知。

1.2.1 微電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商

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責(zé)任編輯：李鑫

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