應(yīng)用非線性互補方法的電力市場均衡分析.pdf

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

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)雜電力市場均衡模型的建立與求解，以及不同市場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函數(shù)來求解電力市場復(fù)雜均衡問題的方法；Pool模式下的基于直流潮流輸電約束的電力市場均衡分析；計及輸電約束和跨時段負荷響應(yīng)的電力市場多時段均衡問題研究；計及輸電網(wǎng)絡(luò)約束的區(qū)域雙邊電力市場均衡問題研究；考慮輸電網(wǎng)絡(luò)約束時策略性遠期合同市場和現(xiàn)貨市場的聯(lián)合均衡問題研究。具體地講，本論文的主要

3、內(nèi)容和創(chuàng)新點如下： 首先，在國內(nèi)外率先提出采用非線性互補方法來求解復(fù)雜的大規(guī)模均衡問題。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，形成一個混合的非線性互補問題，然后采用有關(guān)非線性互補函數(shù)，把非線性互補問題轉(zhuǎn)化為一組非線性代數(shù)方程的求解，從而求得市場的均衡解。通常，考慮了輸電約束后的大規(guī)模電力市場均衡問題是一個復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，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)雜均衡問題提供了一條有效的途徑，

4、同時也為后續(xù)研究提供了一個堅實的方法基礎(chǔ)。這是本論文的重要創(chuàng)新點。 其次，考慮到競標聯(lián)運(bid-based-pool，BBP)的發(fā)電市場競爭模式仍是目前各國電力市場中應(yīng)用非常廣泛的交易模式，本文采用非線性互補方法，進行了BBP模式下計及輸電網(wǎng)絡(luò)約束的多個發(fā)電商的線性供應(yīng)函數(shù)均衡(linear supplyfunction equilibrium，LsFE)分析。該均衡模型中每個發(fā)電商的決策問題為一個兩層的優(yōu)化問題，利用下層優(yōu)化

5、問題的KKT條件將每個發(fā)電商的兩層優(yōu)化問題轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂芯饧s束的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題(mathematical program with equilibriumconstraints，MPEC)，因此由所有發(fā)電商競爭構(gòu)成的均衡問題可歸結(jié)為一個具有均衡約束的均衡問題(equilibrium problem with equilibrium constraints，EPEC)，可利用非線性互補方法求解。通過3節(jié)點系統(tǒng)算例和IEEE 30節(jié)點的標準測試

6、系統(tǒng)算例，驗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短缺，發(fā)電商均可通過策略性投標持留其部分出力來行使市場力。這是本論文的主要創(chuàng)新工作之一。 第三，針對在電力市場環(huán)境下用戶負荷對價格的響應(yīng)具有跨時段的特性，本論文在計及輸電約束的基礎(chǔ)上，研究用戶響應(yīng)價格的程度對市場均衡結(jié)果的影響，建立了一個考慮跨時段負荷響應(yīng)的電力市場多時段LSFE模型。該均衡問題也可歸結(jié)為一個EPEC問題，可利用非線性互補方法求解。給

7、出的算例證明了該模型的合理性，并且表明：跨時段負荷響應(yīng)對用電需求可以達到“削峰填谷”的作用，同時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，達到鼓勵用戶合理安排用電的效果。另一方面，跨時段負荷響應(yīng)的引入可有效抑制發(fā)電商的市場力，降低整個市場的均衡價格，并且跨時段負荷響應(yīng)程度越大其效果越明顯。這也是本論文的一個主要創(chuàng)新。第四，針對電力市場中出現(xiàn)的更加開放的雙邊交易模式以及區(qū)域電力市場的組建趨勢，本文建立了一個計及輸

8、電網(wǎng)絡(luò)約束的區(qū)域雙邊電力市場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機制，并引入了多個套利者來消除電力市場中的不合理節(jié)點價格差。對于均衡模型求解中出現(xiàn)的非線性互補問題，采用非線性互補方法求解。利用30節(jié)點的IEEE測試系統(tǒng)作為算例，驗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電價、限制發(fā)電商市場力的作用，同時有利于整個市場社會福利的提升和消費者的利益。這是本論文的

9、又一個主要創(chuàng)新工作。 最后，面對當前國內(nèi)外電力市場的實際運營要求，在計及輸電網(wǎng)絡(luò)約束的基礎(chǔ)上，研究發(fā)電商在策略性遠期合同市場和現(xiàn)貨市場中的聯(lián)合競爭問題。采用L,SFE模型來描述發(fā)電商在現(xiàn)貨市場的競爭行為，用古諾模型來模擬其在策略性合同交易中的競爭行為，建立了一個兩市場的聯(lián)合均衡模型。該模型可歸結(jié)為一個EPEC問題，可用非線性互補方法求解。通過一個3節(jié)點算例驗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