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跨区域电力现货市场下多主体购售能主从博弈模型

北极星售电网  来源:电网技术    2019/11/11 11:12:16  我要投稿  

北极星售电网讯:摘要

建设(跨区域)现货市场与培养综合型售能公司是当前我国电力市场发展主要方向。在设计区域电力现货市场交易机制基础上,提出一种考虑多个从方均衡的主从博弈模型,模拟多类型售电主体参与下的市场行为,其中,主方为公益型系统运营主体(independent system operator,ISO),从方为单一售电公司和拥有有机朗肯循环、生物质能热电联供(combined heat and power,CHP)设备单元的综合能源公司。为此,分别构建电价出清模型以及售电(能)公司购售电决策模型,同时考虑设备全寿命周期成本以及土地和能源补贴的不确定性因素。采用基于满意度的交互式约束变尺度算法对该非线性多目标主从博弈问题进行求解。结果表明,跨区域市场能够实现区域间电价耦合,改善区域内电能短缺或过剩的情况;综合能源公司抗市场波动能力较强且利润较为稳定,但计及设备成本后,其经济性与单一售电公司相比并不具有明显优势。

(来源:电网技术 作者:杨皓钦, 魏震波, 黄宇涵, 隋东旭)

0 引言

我国电力市场改革进入“深水区”,加快电力现货市场建设成为当前改革重点。与此同时,随着能源互联技术由理论提出阶段转向建设实践阶段,成立以购售电为业务主体的,配置有CHP能源转换系统的综合能源公司将成为未来售电公司发展的主要方向。因此,对不同能源结构的售电公司在区域电力现货市场下竞争格局关系的研究具有重要意义。

国外成熟的现货市场一般由日前市场、日内市场和实时市场三阶段或部分组成[1]。为解决我国发电资源不均衡,能源供需逆向分布,清洁能源弃风弃水现象较为严重的问题,跨区域(省)电力现货市场正在展开试点建设[2]。文献[3]提出南方区域市场后期建设思路;文献[4-6]设计了跨区域清洁能源增量现货市场的交易体系、模型、规则和技术支持系统。上述文献设计了符合国情的跨区域电力交易机制,但多为宏观政策设计,缺乏新机制下的市场各主体行为模拟分析,难以验证新机制的优越性。

博弈论是分析市场各主体行为的有效工具。针对市场主从博弈问题:文献[7-8]构建市场双层模型并求解,但均为一主一从模型,而实际市场中从方为多主体,故上述研究有一定局限性。针对多从博弈问题,文献[9]研究了多主多从博弈模型为凸时的求解方法。进一步,当博弈模型为非凸时,文献[10]提出了一种新深度迁移强化学习算法,求解含阀点效应的非凸供需互动模型。文献[11]构建一主多从博弈模型并求解均衡。以上文献考虑电力市场交易种类相对单一,进一步,有学者研究了中长期市场与现货市场相结合的均衡问题,文献[12]建立考虑输电约束的两市场联合均衡模型,并求解该非线性问题。上述研究成果为后续研究奠定了基础,但有两个问题亟待解决:1)实际电力市场中各售电售能主体在面向用户的零售侧将展开博弈,而多数主从博弈模型并没有考虑多个从方之间的博弈均衡。2)未来的电力市场将为区域内与区域外市场相结合的交易体系,目前针对此类问题的研究多为综述阐述,鲜有搭建数学模型并结合交易案例进行研究。

综上问题与现状,本文在设计区域电力现货市场交易机制基础上,构建以公益型ISO主方,单一售电公司和综合能源公司为从方的一主多从博弈模型,同时考虑从方在零售侧市场的均衡问题。采用基于满意度的交互式约束变尺度算法求解该非线性多目标均衡的主从博弈问题,求解得到主方利益最大化的同时从方之间达到纳什均衡的满意解,为电力市场改革和售电售能主体运营提供参考。

1 区域现货市场交易机制

合理有效的区域交易机制有助于打破区域(省)级电力市场壁垒,优化资源配置;同时能够促进市场主体公平竞争,提升市场活跃度。本文设计由双边差价合同市场和现货交易市场组成的跨区域电力市场,具体如下:

1.1 差价合同市场

在中长期市场中,差价金融合同能使发、售电主体规避一定的现货市场风险,结算方法详见文 献[13]。四川省电力市场改革文件[14]明确要求中长期交易将逐渐以差价合同为主。

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1.2 区域现货市场

参考美国PJM市场,现货市场由日前和实时两级市场构成,各主体的市场关系由图1所示,其中跨区域交易在日前市场开放。

图1 跨区域电力市场结构Fig. 1 Cross-regional electricity market structure

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1.2.1 日前市场

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式(2)为日前出清电量平衡约束,式(3)为区域市场日前出清价格约束,保证市场的稳定性与可控性,式(4)为阻塞上限约束,即当阻塞电量达到上限时,限制售电公司购买外部区域电量。

交割方式上,以合约电价为基础的日前全电量竞争交割方式受到国内主流学者的认可,本文根据日前全电量竞争交割模式构建日前市场。

1.2.2 实时市场

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