考虑输电约束的电力远期和现货市场联合均衡建模及分析

上海大学硕士学位论文考虑输电约束的电力远期和现货市场联合均衡建模及分析姓名：糜晓波申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：张少华20070101考虑输电约束的电力远期和现货市场联合均衡建模及分析作者：糜晓波学位授予单位：上海大学相似文献(10条)1.会议论文李渝曾.王晛.张少华计及输电约束的区域双边电力市场LSFE均衡分析2004本文建立了一个能考虑输电网络约束的区域双边电力市场线性供应函数(LSF)均衡模型.该模型采用线性直流潮流输电约束下的一种传输阻塞定价机制,并可适用于需求有弹性或无弹性的电力市场.针对求均衡解中出现的非线性互补问题,本文采用非线性互补方法将其转化为求解一组非线性的代数方程,并应用改进的Levenberg-Marquardt算法来求解.本文用30节点的IEEE测试系统作为算例来分析各市场参与者的策略行为.2.期刊论文李渝曾.王晛.张少华计及输电约束的区域双边电力市场LSFE分析-电力系统自动化2005,29(2)建立了一个能考虑输电网络约束的区域双边电力市场线性供应函数均衡(LSFE)模型,并分析了在传输线路发生不同阻塞情形时,有套利和无套利不同的假设对发电商市场力、市场平均电价和网络所有者的不同影响.采用基于非线性互补方法的改进的Levenberg-Marquardt算法来求解均衡解.30节点的IEEE测试系统计算结果表明,套利者的出现可以起到降低市场电价、限制发电商市场力的作用,同时有利于整个市场社会福利和消费者利益的提升.3.学位论文王晛应用非线性互补方法的电力市场均衡分析2006全球性电力工业结构重组和解除管制的市场化改革，带来了电力系统运行方式和模式的深刻变革。在电力市场环境下，市场参与者需要密切关注自己的决策行为及其产生的后果，而市场监管者更需要研究不同市场模式下的市场特性和效率，因此科学合理的电力市场决策分析模型和方法的研究具有重要的理论和现实意义。电力工业的特性使得电力市场表现出明显的寡头竞争特征，因而基于博弈论的各种寡头均衡模型可用于研究各市场参与者的策略行为以及对其整个市场产生的影响，进而为市场管理者提供科学的决策依据。本论文主要涉及大规模复杂电力市场均衡模型的建立与求解，以及不同市场模式下的均衡分析研究。主要工作包括：研究利用一种特殊的非线性互补函数来求解电力市场复杂均衡问题的方法；Pool模式下的基于直流潮流输电约束的电力市场均衡分析；计及输电约束和跨时段负荷响应的电力市场多时段均衡问题研究；计及输电网络约束的区域双边电力市场均衡问题研究；考虑输电网络约束时策略性远期合同市场和现货市场的联合均衡问题研究。具体地讲，本论文的主要内容和创新点如下：首先，在国内外率先提出采用非线性互补方法来求解复杂的大规模均衡问题。该方法是将各博弈者的一阶优化条件(KKT条件)组合在一起，形成一个混合的非线性互补问题，然后采用有关非线性互补函数，把非线性互补问题转化为一组非线性代数方程的求解，从而求得市场的均衡解。通常，考虑了输电约束后的大规模电力市场均衡问题是一个复杂的数学问题，其求解一般是很有难度的。本文提出的方法为求解这些大规模复杂均衡问题提供了一条有效的途径，同时也为后续研究提供了一个坚实的方法基础。这是本论文的重要创新点。其次，考虑到竞标联运(bid-based-pool，BBP)的发电市场竞争模式仍是目前各国电力市场中应用非常广泛的交易模式，本文采用非线性互补方法，进行了BBP模式下计及输电网络约束的多个发电商的线性供应函数均衡(linearsupplyfunctionequilibrium，LsFE)分析。该均衡模型中每个发电商的决策问题为一个两层的优化问题，利用下层优化问题的KKT条件将每个发电商的两层优化问题转变为具有均衡约束的数学规划问题(mathematicalprogramwithequilibriumconstraints，MPEC)，因此由所有发电商竞争构成的均衡问题可归结为一个具有均衡约束的均衡问题(equilibriumproblemwithequilibriumconstraints，EPEC)，可利用非线性互补方法求解。通过3节点系统算例和IEEE30节点的标准测试系统算例，验证了本文模型和算法的有效性。结果表明，不论是发生输电阻塞还是电力相对短缺，发电商均可通过策略性投标持留其部分出力来行使市场力。这是本论文的主要创新工作之一。第三，针对在电力市场环境下用户负荷对价格的响应具有跨时段的特性，本论文在计及输电约束的基础上，研究用户响应价格的程度对市场均衡结果的影响，建立了一个考虑跨时段负荷响应的电力市场多时段LSFE模型。该均衡问题也可归结为一个EPEC问题，可利用非线性互补方法求解。给出的算例证明了该模型的合理性，并且表明：跨时段负荷响应对用电需求可以达到“削峰填谷”的作用，同时可以缓解由于阻塞造成的用电不合理分配，从而提高全系统用户的总体利润，达到鼓励用户合理安排用电的效果。另一方面，跨时段负荷响应的引入可有效抑制发电商的市场力，降低整个市场的均衡价格，并且跨时段负荷响应程度越大其效果越明显。这也是本论文的一个主要创新。第四，针对电力市场中出现的更加开放的双边交易模式以及区域电力市场的组建趋势，本文建立了一个计及输电网络约束的区域双边电力市场LSFE模型。该均衡模型中采用一种基于线性直流潮流模型的传输阻塞定价机制，并引入了多个套利者来消除电力市场中的不合理节点价格差。对于均衡模型求解中出现的非线性互补问题，采用非线性互补方法求解。利用30节点的IEEE测试系统作为算例，验证了模型和算法的有效性，而且表明：不论网络的阻塞程度如何，套利者的出现均可以起到降低市场电价、限制发电商市场力的作用，同时有利于整个市场社会福利的提升和消费者的利益。这是本论文的又一个主要创新工作。最后，面对当前国内外电力市场的实际运营要求，在计及输电网络约束的基础上，研究发电商在策略性远期合同市场和现货市场中的联合竞争问题。采用L,SFE模型来描述发电商在现货市场的竞争行为，用古诺模型来模拟其在策略性合同交易中的竞争行为，建立了一个两市场的联合均衡模型。该模型可归结为一个EPEC问题，可用非线性互补方法求解。通过一个3节点算例验证了模型的合理性和算法的有效性，并且表明：不论输电网是否阻塞，发电商都将自愿参与策略性远期合同交易，从而可使整个市场均衡价格下降，有效地抑制发电商的市场力。当输电网没发生阻塞时，具有成本优势的发电商更愿意通过现货市场来获利。而当输电发生阻塞时，处于阻塞有利地位而更具有地方市场力的发电商，更趋于通过合同市场来牟利。整个市场的策略性合同份额还与市场需求弹性和发电成本密切相关。这也是本论文的主要创新性工作之一。4.期刊论文王瑞庆.李渝曾.张少华.WANGRui-qing.LIYu-zeng.ZHANGShao-hua考虑输电约束的期权市场与现货市场联合均衡分析-电力系统自动化2008,32(2)针对实际运营电力市场的需求,研究发电商在期权市场与现货市场的联合竞争问题,建立了一个考虑输电约束的两阶段古诺博弈模型.该模型是一个具有均衡约束的2层数学模型,可使用非线性互补方法和改进的Levenberg-Marquardt算法求解.结果表明,输电阻塞抑制了发电商参与期权交易的积极性,削弱了期权对电力市场的作用,加强了处于阻塞有利位置的发电商的市场力,发电商可通过策略性竞标剥夺用户和网络所有者的部分或全部收益.5.学位论文许林电力市场供应函数平衡点方法的研究2003在电力市场的研究方法中,市场平衡点的方法越来越受到广泛的关注,它的优势在于结论容易推广,并可洞悉发电商策略行为.而在市场平衡点的方法中,由于供应函数平衡点(SupplyFunctionEquilibrium)方法最贴近于电力市场联营体模式的实际情况,所以被认为是最有前途的进行短期电力市场平衡点分析的方法.但是,供应函数平衡点方法的难点在于(1)求解困难,特别是缺乏对电力系统输电约束的有效处理方法;(2)纯策略平衡点不存在时方法失效.该文旨在解决这些问题而进行了深入细致的研究,不仅得到了理论成果,并且对相关方法一发了核心计算程序.该文的创新点如下:1、针对电力联营体时市场负荷波动幅度小的特点,该文首次给出了同时考虑电力系统输电约束和负荷波动的线性供应函数平衡点方法,从最优潮流灵敏度出发推导出了线性供应函数平衡点的基本方程,并且提出了有效的求解算法.该文的方法在保证计算精度的前提下,大大降低了计算规模,且算法具有很好的收敛性.2、电力联营体日市场负荷波动幅度较大,无法保证一定存在纯策略供应函数平衡点.对这一问题,我们采用了首先将报价参数离散化,将问题转化为多矩阵对策问题,然后求解混合策略平衡点的方法,保证了解必然存在.进行报价参数离散化时,以时市场供应函数平衡点作为上下界,离散范围准确.针对求解过程中可能出现的解的情况,分别讨论了处理方法.6.期刊论文袁智强.侯志俭.宋依群.蒋传文.邰能灵考虑输电约束古诺模型的均衡分析-中国电机工程学报2004,24(6)电力市场是一个不完全竞争的市场,模拟这类市场成员策略使用较多的模型有古诺模型、供应函数均衡模型等.该文利用古诺模型模拟电力市场中发电商的策略行为,模型中考虑了输电网络约束的影响.首先建立了考虑网络约束的Coumot模型,接着利用一简单两节点网络详细分析了输电网络约束对发电商纯策略均衡解的影响,然后利用一个三节点环网分析了发电商纯策略均衡解存在的条件,最后通过算例具体计算了输电网络约束对发电商纯策略均衡解的影响.结果表明考虑输电容量约束后,有可能存在不同的纯策略均衡;并且为得到与不考虑输电容量约束相同的均衡解,该线路容量约束将远大于均衡时的线路潮流,所提出的均衡分析方法是有效的.7.学位论文王乐电力市场下的备用容量获取2006电力工业改革中一个不可忽视的问题就是系统的可靠性问题，在一些已经进行市场化改革的系统中出现了备用裕度不足进而可靠性水平降低的问题。尽管这些问题有多少真正是由于放松管制而导致的目前尚不清楚，但可以肯定的是传统的可靠性保证模式和备用获取机制已经不再适应市场化改革后的电力系统。在电力市场环境下，可靠性不再仅仅是工程问题和技术问题，也是经济问题和社会问题，与之相对应的是备用的获取与定价问题。放松管制前，发电机组按调度要求提供指定数量的备用容量，这种方法无法明确传递经济信号，从而也就无从体现提供运行备用所增加的可靠性价值。建立运行备用获取、分配和定价机制是确保电力市场健康运行的重要所在，也是本文的主要研究方向。本文的主要研究目标是考虑运行备用的经济价值和容量-可靠性之间的联系，设计电力市场中运行备用要求的评估机制，通过成本和可靠性的折衷选择实现社会福利最大化。市场环境下运行备用的获取面对很多不确定性因素，如机组和网络设备的随机停运、负荷的波动、网络阻塞等。在获取备用服务时，除了要计及这些不确定因素并满足各种约束条件外，还应当尽可能地采用市场方式，以发挥其优化资源配置的作用。本文针对相关的重要课题进行了系统而深入的研究，主要研究内容如下：A．运行备用的集中获取和分散获取对于整个系统而言具有不同的影响，不同的获取方式对于电能用户而言具有不同的效用。首先，分别考虑用户自身分散决策和系统集中决策确定的运行备用获取数量，通过两种决策方式下运行备用获取数量上的差异证明了可以得到系统均衡解的后一种决策方式优于得到纳什均衡解的前一种决策方式。之后，在委托-代理机制的基础上设计了用户委托零售商集中获取运行备用的激励合同，得到了系统整体最优备用获取机制，同时还对不同风险偏好情况下的双方风险分担问题进行了分析，通过委托-代理合同实现系统运行备用的最优获取和风险分担。B．针对传统的确定性方法确定系统所需备用容量的缺陷，引入了一种新的概率方法确定备用要求。在机会约束规划的框架下，研究了在兼顾系统运行的可靠性和经济性的前提下，如何考虑发电机组的故障停运和负荷预测误差等不确定性因素，从而确定系统所需的最优的旋转备用容量。与现有的确定备用容量需求的确定方法相比，所提出的方