微電網(wǎng)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(wǎng)技術(shù) 　點擊量：評論 (0)

摘要：隨著售電側(cè)市場改革的不斷深入,研究多個微電網(wǎng)運營商參與下的配電側(cè)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(yōu)化

摘要：隨著售電側(cè)市場改革的不斷深入,研究多個微電網(wǎng)運營商參與下的配電側(cè)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(yōu)化方法：底層優(yōu)化以配電市場運營商購電成本最小為目標,考慮系統(tǒng)的節(jié)點電壓約束和支路潮流約束等,采用跟蹤中心軌跡內(nèi)點法求解系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度模型,實現(xiàn)市場的出清;上層優(yōu)化以最大化微電網(wǎng)運營商收益為目標,采用遺傳算法確定微電網(wǎng)運營商在聯(lián)盟和不聯(lián)盟兩種環(huán)境下的最優(yōu)競價策略。在雙層優(yōu)化方法的基礎(chǔ)上,基于完全信息下的動態(tài)博弈方法,確定市場的納什均衡點。最終在IEEE 33節(jié)點配電系統(tǒng)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(wǎng)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(wǎng)(microgrid,MG)因其供電可靠、運行方式靈活及對環(huán)境友好等特點,近年來得到了廣泛的關(guān)注與發(fā)展[1-4]。隨著主動配電網(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)的運行和控制帶來顯著的影響[5-7]。與此同時,中央《關(guān)于進一步深化電力體制改革的若干意見(中發(fā)[2015]9號)文》提出了“放開售電側(cè),多途徑培養(yǎng)市場主體”的要求。可以預見,未來微電網(wǎng)將作為新興的市場主體,參與到配電側(cè)電力市場的競爭中。在此背景下,研究微電網(wǎng)參與下的配電側(cè)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(fā)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(jù)報價信息和負荷需求確定各個發(fā)電商的中標電量和市場的清算電價。其中,發(fā)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(tǒng)負荷需求得到滿足的前提下,最小化購電成本,實現(xiàn)社會效益最大化。在市場競價和清算過程中,一方面發(fā)電商和市場運營商獨立地優(yōu)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(guī)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(zhuǎn)化為單層問題,例如文獻[9-11]將發(fā)電商在日前電力市場的最優(yōu)競價策略問題轉(zhuǎn)化為帶平衡約束的數(shù)學規(guī)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(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性規(guī)劃(mixed integer linear program,MILP)問題進行求解;另一種方法采用供應函數(shù)均衡模型確定發(fā)電商的最優(yōu)競價策略[12-14]。該方法認為發(fā)電商的報價一般會高于其邊際發(fā)電成本,通過改變供應函數(shù)的截距或斜率可優(yōu)化自身的收益。其中,文獻[14]在批發(fā)市場和配電市場中引入了負荷聚合商,分析了微電網(wǎng)、發(fā)電公司和負荷聚合商3者之間基于完全信息下的動態(tài)博弈行為,通過收益函數(shù)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(lǐng)導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。文獻[16]提出了一種非線性互補算法對此類雙層規(guī)劃問題進行求解。

上述文獻的主要研究對象集中在輸電側(cè),對配電側(cè)市場,尤其是微電網(wǎng)參與下的配電側(cè)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(huán)境下微電網(wǎng)的博弈競價,但未考慮配電系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和潮流分布對市場競價結(jié)果的影響。實際上,在配電網(wǎng)中,系統(tǒng)的節(jié)點電壓和潮流分布(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)運營商通過對微電網(wǎng)出力的優(yōu)化,能夠有效降低系統(tǒng)的網(wǎng)損,從而節(jié)約購電成本。在這種情況下,微電網(wǎng)間的博弈不僅取決于報價,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,隨著未來零售市場的開放程度不斷加深,一個零售商可能會投資多個微電網(wǎng),此時多個微電網(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,有必要對這種情況下微電網(wǎng)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(wǎng)參與下的配電側(cè)電力市場為研究對象,采用雙層優(yōu)化方法求解微電網(wǎng)運營商在日前電力市場的最優(yōu)競價策略和市場運營商的最優(yōu)經(jīng)濟調(diào)度問題。其中,底層優(yōu)化考慮系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、潮流分布及安全運行約束,采用跟蹤中心軌跡內(nèi)點法實現(xiàn)市場的出清和系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度;上層優(yōu)化采用遺傳算法確定微電網(wǎng)運營商在聯(lián)盟和不聯(lián)盟情況下的最優(yōu)競價策略;在此基礎(chǔ)上,基于完全信息下的動態(tài)博弈方法,確定配電側(cè)電力市場的納什均衡點。最終在IEEE 33節(jié)點系統(tǒng)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(wǎng)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(cè)電力市場

1.1 市場結(jié)構(gòu)

市場采用統(tǒng)一出清電價模式。在接收到各方的報價信息之后,DSO以購電成本最小為目標,考慮系統(tǒng)的安全運行約束,確定最優(yōu)的經(jīng)濟調(diào)度方案,并將各主體的中標量和市場的出清電價λ(t)λ(t)下發(fā)至各售電方。

圖1 配電側(cè)日前電力市場結(jié)構(gòu)

1.2 市場主體數(shù)學模型

微電網(wǎng)運營商第2日各時段可參與競價的功率范圍取決于自身的負荷預測、可再生能源(如光伏、風機等)出力預測以及可控分布式電源(如微型燃氣輪機等)、可控負荷及儲能等單元的可調(diào)度功率范圍,是針對微電網(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)運營商售電的場景,且認為各時段可參與競價的功率范圍已知。

1.2.1 微電網(wǎng)運營商