引入需求响应的电力市场运行问题研究

摘要

电力工业市场化改革包括发电、输电、配电、频率控制和电压支持等多方面解除管制。现代西方经济学中诞生的可竞争市场理论已经在理论上证明了在强调发电领域竞争和开放输电系统的同时也需要在售电环节引入竞争和引导需求响应参与辅助服务提供，理顺电力需求侧的市场化运营。 本文围绕需求响应参与不同市场运行的研究展开，即参与主能量市场的需求响应(基于市场竞价的需求响应)研究和参与辅助服务的需求响应(基于可靠性管理的需求响应)研究，针对引入需求响应对主能量市场竞争的影响、主能量市场中需求竞价及需求侧竞价策略、需求响应参与备用辅助服务的容量优化、需求响应参与备用服务市场的机制设计等几个关键技术经济问题深入研究，主要工作包括以下几个方面： 1) 分析了出清电价机制对电力联营体模式的主能量市场中发电商持留容量的激励，建立了线性需求曲线下的需求弹性对单个及N个不同发电商临界及最优持留容量的数学模型，给出了该模型的解析解，并从市场份额大小和发电商临界持留量，最优持留量的关系、发电商持留收益随持留容量的变化情况、需求弹性大小对发电商持留量的影响、单个发电商持留和N个发电商持留情况对比等几个方面进行分析比较，实例仿真结果说明了在电力联营体模式的主能量市场中引入需求价格响应弹性可以作为制约发电商利用容量持留而哄抬电价的有力工具； 2) 在建模和分析需求侧购电出清电价形成的基础上，提出了一种电力联营体模式的主能量市场中，多个需求侧购电成员如何优化自己的购电策略而使所有购电者均达到收益最大化的两层优化模型，同时考虑了电力网络约束对购电成员收益的影响。针对此均衡约束数学规划问题(mathematical program with equilibriun constraints-MPEC)，提出了一种求解纳什均衡点的最优策略解析方法，同时还提供了从备选策略集合中找到纯纳什均衡解的方法，在此基础上，分别以三节点和三十节点系统为例说明需求侧采用购电策略报价对主能量市场运行的影响，得出了一些有益的结论； 3) 提出了一种用户参与备用服务的补偿成本(消费者剩余)模型，综合考虑了用户侧提供备用服务时的电价和用户需求水平的不同会造成单位容量缺电成本的变化。利用可中断负荷替代一部分备用容量，建立了确定最优备用容量的数学模型，利用此模型研究用户的需求弹性对备用辅助服务市场中机组最优备用投入的影响，算例分析说明备用容量和削减负荷都可以作为保证系统安全运行所需要备用，而且可中断负荷的引入增加了系统的安全性和经济性； 4) 综合考虑发输电系统可靠性、负荷不确定性和负荷节点综合供电可靠性的关系，提出了一个新的负荷节点综合供电可靠性指标，结合此可靠性指标并依据“按质论价，高质高价”的原则，制定了一种满足用户个性化要求基于需求侧可靠性差别定价的电力市场可靠性交易新机制，通过和通常可靠性交易模式的对比说明该交易模式在服务价值差异、减小终端用户承担的服务成本和保证备用辅助服务市场有效运行等三方面的突出优势，该种模式不仅更容易被电力用户接受，而且因为不需要确定用户切负荷的损失费用，实现起来更为简单。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2问题的提出

1.3引入需求响应对电力市场运营的影响及研究现状

1.4本文的研究思路及具体章节划分

第二章需求弹性对电力联营体主能量市场发电商持留容量的影响

2.1引言

2.2电力需求弹性及其影响因素

2.3持留容量

2.4电力联营体的统一出清电价对发电商持留容量的激励

2.5需求弹性对发电商持留容量的影响

2.6算例分析

2.7本章小结

第三章考虑网络约束的电力联营体主能量市场需求侧购电策略均衡博弈

3.1引言

3.2相关概念说明

3.3主能量交易市场运营相关规则设定

3.4需求侧购电的出清电价模型

3.5需求侧购电均衡博弈模型

3.6需求侧购电均衡博弈模型的求解

3.7需求侧购电策略纳什均衡点的选择

3.8算例分析

3.9本章小结

第四章需求弹性对备用辅助服务市场中机组最优备用投入的影响

4.1引言

4.2市场环境下系统备用容量的获取

4.3需求弹性对用户缺电成本的影响

4.4计及需求弹性的最优备用容量模型

4.5算法过程

4.6算例分析

4.7本章小结

第五章基于需求侧差别定价的备用辅助服务市场可靠性交易机制设计

5.1引言

5.2备用辅助服务市场模式及规则设定

5.2基于需求侧差别定价的系统供电可靠性

5.3系统供电可靠性电价

5.4需求侧差别定价的可靠性交易机制设计

5.5算例分析

5.6需求侧差别定价的可靠性交易机制讨论和总结

5.7本章小结

第六章 结论与展望

6.1全文总结

6.2后续工作的展望

致谢

参考文献:

附录

A Karush-Kuhn-Tucker条件(库恩—塔克条件)

B 影子价格的定义

C IEEE14节点测试网络

D IEEE30节点测试网络

作者在攻读博士学位期间完成的学术论文和科研成果