电力市场环境下储能使用权的交易策略研究

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随着可再生能源的发展,电网对储能的需求日益增加,但高昂的建设成本限制了储能的规模化应用。共享储能可以充分借助社会资本,并同时满足多类用户的差异化需求,受到了广泛的关注,但仍面临诸多挑战。本文针对市场环境下储能的共享使用问题,引入了储能使用权的概念,从基本的出清及定价问题、用户最优申报下的市场竞价出清问题以及与日前电能量市场的联合出清问题等多个方面开展研究,探讨了储能使用权的交易策略,主要工作内容如下:(1)提出离散功率容量权和连续能量容量权作为交易品种,以满足不同用户对储能的差异化需求。从所提交易品种的基本特性出发,结合储能的物理约束以及用户的申报约束,建立社会福利最大化的出清模型,在避免冲突、保证物理可行的条件下,实现储能的最优共享。基于最优性原理设计储能使用权的定价方法,从数学上证明各个储能用户均能满足市场利益最大化的最优性条件,结合强对偶定理和互补条件的分析表明,即使在恶劣的条件下,该价格也能保证各个市场主体利益非负,避免其利益受损。(2)在所提出清模型及定价方法的研究基础上,进一步考虑用户的最优申报策略,将综合了报价、出清和定价的系统化交易策略建模为双层规划问题。上层根据用户利润最大化确定申报策略,下层根据社会福利最大化完成市场出清。随后,根据KarushKuhn-Tucker最优性条件将下层问题等价替换,使双层规划问题转化为单层的含均衡约束的数学规划问题,再使用二进制扩充以及Fortuny-Amat转换等方法,使原本问题转化为混合整数线性规划问题,实现高效求解。最后,通过算例分析验证不同交易品种、储能用户、储能参数条件下,所提方法的有效性。(3)在单一的储能使用权交易的基础上,提出了其与日前电能量市场的联合出清策略,解决了如何得到共享储能及得到后用来做什么的问题。为实现储能在系统内的全局共享并描述用户的逐利情况,综合考虑了储能使用权交易的网络特性及博弈行为。根据最优性原理建立两个市场出清结果的隐函数关系,将两个市场的出清问题转化为含均衡约束的均衡问题,并在线性化处理的基础上,高效获得社会福利最大意义下的均衡解。最后,通过不同的测试系统,从多个方面验证了所提方法的有效性。
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