深度｜市场环境下园区售电商的最优报价及运行优化-北极星售电网

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摘要

分析了电力市场环境下园区参与市场的互动行为,考虑园区参与日前市场和实时平衡市场,使用场景描述分布式电源出力的不确定性,并建立基于随机规划的日前市场和实时市场联合出清模型,以及园区参与该市场的双层优化模型。通过最优性条件将双层模型转换为单层混合整数线性规划问题求解,并通过算例仿真分析了园区的最优报价策略和运行优化。结果表明,在提出的市场机制下,园区的最优报价能够实现自身的运行优化,并实现需求侧对电价响应,提升园区的经济性,增强可再生能源的消纳能力。

0 引言

随着传统一次能源的消耗以及对环保问题的日益重视,风力发电、光伏发电等可再生能源得到了快速的发展[1],由于可再生能源的间歇性和波动性,其发电出力具有较强的不确定性,在给供电系统带来了更多选择的同时,也对电力系统运行和调度提出了新的挑战。园区作为一种多能互补、负荷集中、用能形式多样[2]的新型能源生产与消费体系,有利于可再生能源的消纳和需求侧的整合,得到了广泛关注。目前对园区的研究主要包括园区的运行优化、园区供电系统的容量优化配置、能源的多能互补以及负荷侧的需求响应等方面,文献[2]分析了园区供电系统规划中分布式电源和储能容量的优化配置,并讨论了需求响应对方案的影响。文献[3]基于鲁棒后悔度,分析了光储微网系统的优化调度。文献[4]考虑电动汽车的参与,综合考虑分布式电源的运行特性,优化出使得综合成本最小的不确定集。文献[5]在计及需求响应的情况下,对园区微网的资源进行优化配置。文献[6]讨论了含有风电、光伏、微型燃气轮机的系统,考虑用户室内温度需求的条件下,得出了分布式电源的调度策略,并用楼宇热负荷来平抑分布式电源的波动性。文献[7]考虑微网参与日前市场和实时市场,分析了微网的最优报价策略。

同时,随着售电侧改革的深化,以园区为主体,通过园区售电商整合需求侧资源参与电力市场成为可能,园区中包含的可再生能源发电具有出力不确定性,这种不确定性给电力市场的运营带来挑战,为此,应有适当的电力市场的运行机制来应对园区的参与。文献[8-9]提出了基于随机规划的主能量和备用定价方法,探讨了考虑不确定性的情况下市场的出清和价格的制定。文献[10]提出了一种电力联营市场的日前出清模型,探讨了在含风电的情况下电力市场的出清机制,利用场景和概率描述不确定性并推导出出清规则。文献[11-12]基于随机规划,建立了考虑电网的安全约束的出清模型。文

献[13]研究了含风电的电力市场环境下,大用户的最优策略行为,对用户侧参与含风电的电力市场进行了分析。文献[14]运用博弈论,分析了在高比例风电渗透的情况下,电力市场的参与者的最优决策行为。

此前研究多侧重于园区本身建设规划和运行优化,对园区在市场环境下的运行优化以及与主网的互动行为较少涉及。多数文献将园区等主体视作价格接受者,对园区参与电力市场行为的主动性分析不足。因此,本文提出一个由日前市场和实时平衡市场组成的二阶段市场出清模型,并考虑园区通过园区售电商参与此电力市场的运行优化和最优报价策略,以此来更清晰地表明园区主体和市场的相互作用,分析报价对市场、对园区自身的影响。基于随机规划,建立双层优化模型,并通过算例分析了该模型的经济性和对可再生能源消纳的作用。

1 电力市场结构和出清流程

园区售电商参与日前电力市场和实时平衡市场。具体流程为：园区向独立系统运营商 (independent system operator,ISO)申报未来24 h的负荷报价信息。在日前市场,ISO根据园区以及其他负荷的报价、机组参数等信息,以社会成本最小作为目标函数进行出清,得到每个节点的边际价格作为日前市场电价;在实时市场,由于可再生能源的出力不确定性,园区中的实际净负荷会与日前计划值有所偏差,园区根据其运行的经济性和调整能力,决策自行处理这种偏差,或者在参与实时市场处理这种偏差,ISO根据园区报价和备用情况参数等信息,进行实时市场出清,并得到实时市场电价。

2 模型建立

考虑园区的用户效用最大化,园区售电商根据市场出清规则,预测市场的出清电价,计算相应电价下自身的效用值,并以此来优化自身的报价行为,从而得到最优的报价策略。由此建立双层优化模型,上层为园区的效用最大化,下层为市场出清。市场出清流程见图1。