應(yīng)用非線性互補(bǔ)方法的電力市場(chǎng)均衡分析.pdf

1、全球性電力工業(yè)結(jié)構(gòu)重組和解除管制的市場(chǎng)化改革，帶來(lái)了電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和模式的深刻變革。在電力市場(chǎng)環(huán)境下，市場(chǎng)參與者需要密切關(guān)注自己的決策行為及其產(chǎn)生的后果，而市場(chǎng)監(jiān)管者更需要研究不同市場(chǎng)模式下的市場(chǎng)特性和效率，因此科學(xué)合理的電力市場(chǎng)決策分析模型和方法的研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。電力工業(yè)的特性使得電力市場(chǎng)表現(xiàn)出明顯的寡頭競(jìng)爭(zhēng)特征，因而基于博弈論的各種寡頭均衡模型可用于研究各市場(chǎng)參與者的策略行為以及對(duì)其整個(gè)市場(chǎng)產(chǎn)生的影響，進(jìn)而為市場(chǎng)管理

2、者提供科學(xué)的決策依據(jù)。本論文主要涉及大規(guī)模復(fù)雜電力市場(chǎng)均衡模型的建立與求解，以及不同市場(chǎng)模式下的均衡分析研究。主要工作包括：研究利用一種特殊的非線性互補(bǔ)函數(shù)來(lái)求解電力市場(chǎng)復(fù)雜均衡問(wèn)題的方法；Pool模式下的基于直流潮流輸電約束的電力市場(chǎng)均衡分析；計(jì)及輸電約束和跨時(shí)段負(fù)荷響應(yīng)的電力市場(chǎng)多時(shí)段均衡問(wèn)題研究；計(jì)及輸電網(wǎng)絡(luò)約束的區(qū)域雙邊電力市場(chǎng)均衡問(wèn)題研究；考慮輸電網(wǎng)絡(luò)約束時(shí)策略性遠(yuǎn)期合同市場(chǎng)和現(xiàn)貨市場(chǎng)的聯(lián)合均衡問(wèn)題研究。具體地講，本論文的主要

3、內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 首先，在國(guó)內(nèi)外率先提出采用非線性互補(bǔ)方法來(lái)求解復(fù)雜的大規(guī)模均衡問(wèn)題。該方法是將各博弈者的一階優(yōu)化條件(KKT 條件)組合在一起，形成一個(gè)混合的非線性互補(bǔ)問(wèn)題，然后采用有關(guān)非線性互補(bǔ)函數(shù)，把非線性互補(bǔ)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一組非線性代數(shù)方程的求解，從而求得市場(chǎng)的均衡解。通常，考慮了輸電約束后的大規(guī)模電力市場(chǎng)均衡問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題，其求解一般是很有難度的。本文提出的方法為求解這些大規(guī)模復(fù)雜均衡問(wèn)題提供了一條有效的途徑，

4、同時(shí)也為后續(xù)研究提供了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的方法基礎(chǔ)。這是本論文的重要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。 其次，考慮到競(jìng)標(biāo)聯(lián)運(yùn)(bid-based-pool，BBP)的發(fā)電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)模式仍是目前各國(guó)電力市場(chǎng)中應(yīng)用非常廣泛的交易模式，本文采用非線性互補(bǔ)方法，進(jìn)行了BBP模式下計(jì)及輸電網(wǎng)絡(luò)約束的多個(gè)發(fā)電商的線性供應(yīng)函數(shù)均衡(linear supplyfunction equilibrium，LsFE)分析。該均衡模型中每個(gè)發(fā)電商的決策問(wèn)題為一個(gè)兩層的優(yōu)化問(wèn)題，利用下層優(yōu)化

5、問(wèn)題的KKT條件將每個(gè)發(fā)電商的兩層優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂芯饧s束的數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題(mathematical program with equilibriumconstraints，MPEC)，因此由所有發(fā)電商競(jìng)爭(zhēng)構(gòu)成的均衡問(wèn)題可歸結(jié)為一個(gè)具有均衡約束的均衡問(wèn)題(equilibrium problem with equilibrium constraints，EPEC)，可利用非線性互補(bǔ)方法求解。通過(guò)3節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)算例和IEEE 30節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試

6、系統(tǒng)算例，驗(yàn)證了本文模型和算法的有效性。結(jié)果表明，不論是發(fā)生輸電阻塞還是電力相對(duì)短缺，發(fā)電商均可通過(guò)策略性投標(biāo)持留其部分出力來(lái)行使市場(chǎng)力。這是本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新工作之一。 第三，針對(duì)在電力市場(chǎng)環(huán)境下用戶負(fù)荷對(duì)價(jià)格的響應(yīng)具有跨時(shí)段的特性，本論文在計(jì)及輸電約束的基礎(chǔ)上，研究用戶響應(yīng)價(jià)格的程度對(duì)市場(chǎng)均衡結(jié)果的影響，建立了一個(gè)考慮跨時(shí)段負(fù)荷響應(yīng)的電力市場(chǎng)多時(shí)段LSFE模型。該均衡問(wèn)題也可歸結(jié)為一個(gè)EPEC問(wèn)題，可利用非線性互補(bǔ)方法求解。給

7、出的算例證明了該模型的合理性，并且表明：跨時(shí)段負(fù)荷響應(yīng)對(duì)用電需求可以達(dá)到“削峰填谷”的作用，同時(shí)可以緩解由于阻塞造成的用電不合理分配，從而提高全系統(tǒng)用戶的總體利潤(rùn)，達(dá)到鼓勵(lì)用戶合理安排用電的效果。另一方面，跨時(shí)段負(fù)荷響應(yīng)的引入可有效抑制發(fā)電商的市場(chǎng)力，降低整個(gè)市場(chǎng)的均衡價(jià)格，并且跨時(shí)段負(fù)荷響應(yīng)程度越大其效果越明顯。這也是本論文的一個(gè)主要?jiǎng)?chuàng)新。第四，針對(duì)電力市場(chǎng)中出現(xiàn)的更加開(kāi)放的雙邊交易模式以及區(qū)域電力市場(chǎng)的組建趨勢(shì)，本文建立了一個(gè)計(jì)及輸

8、電網(wǎng)絡(luò)約束的區(qū)域雙邊電力市場(chǎng)LSFE模型。該均衡模型中采用一種基于線性直流潮流模型的傳輸阻塞定價(jià)機(jī)制，并引入了多個(gè)套利者來(lái)消除電力市場(chǎng)中的不合理節(jié)點(diǎn)價(jià)格差。對(duì)于均衡模型求解中出現(xiàn)的非線性互補(bǔ)問(wèn)題，采用非線性互補(bǔ)方法求解。利用30節(jié)點(diǎn)的IEEE測(cè)試系統(tǒng)作為算例，驗(yàn)證了模型和算法的有效性，而且表明：不論網(wǎng)絡(luò)的阻塞程度如何，套利者的出現(xiàn)均可以起到降低市場(chǎng)電價(jià)、限制發(fā)電商市場(chǎng)力的作用，同時(shí)有利于整個(gè)市場(chǎng)社會(huì)福利的提升和消費(fèi)者的利益。這是本論文的

9、又一個(gè)主要?jiǎng)?chuàng)新工作。 最后，面對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外電力市場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)營(yíng)要求，在計(jì)及輸電網(wǎng)絡(luò)約束的基礎(chǔ)上，研究發(fā)電商在策略性遠(yuǎn)期合同市場(chǎng)和現(xiàn)貨市場(chǎng)中的聯(lián)合競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。采用L,SFE模型來(lái)描述發(fā)電商在現(xiàn)貨市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)行為，用古諾模型來(lái)模擬其在策略性合同交易中的競(jìng)爭(zhēng)行為，建立了一個(gè)兩市場(chǎng)的聯(lián)合均衡模型。該模型可歸結(jié)為一個(gè)EPEC問(wèn)題，可用非線性互補(bǔ)方法求解。通過(guò)一個(gè)3節(jié)點(diǎn)算例驗(yàn)證了模型的合理性和算法的有效性，并且表明：不論輸電網(wǎng)是否阻塞，發(fā)電商都將