CN114331760B - 负荷聚合商参与电力调峰市场申报量价的双目标优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种负荷聚合商参与电力调峰市场申报量价的双目标优化方法，其特点是，包括的步骤有：接收被聚合用户调峰量价申报，形成被聚合用户申报量价集合；构建负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场申报响应容量和单价的双目标优化模型；对负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场的申报量价进行优化计算同时对被聚合用户申报量价进行出清。本发明能够更好地支撑负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场的申报量价决策，实现用户侧可调节负荷资源的最优化调用，最大化负荷聚合商的市场收益。在确保负荷侧调峰资源调用经济性的同时，充分发挥负荷聚合商的枢纽作用，更高效地调动负荷侧可调资源参与电力系统调峰，更好的实现源荷互动，提升电力系统调节能力，促进新能源消纳。具有方法科学合理，适用性强，效果佳的优点。

Description

负荷聚合商参与电力调峰市场申报量价的双目标优化方法

技术领域

本发明涉及电力调峰辅助服务市场技术领域，是一种负荷聚合商参与电力调峰市场申报量价的双目标优化方法。

背景技术

目前负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场尚处于市场建设初级阶段，负荷聚合商如何高效的参与市场的互动机制尚未大规模实际运行。在双碳背景下，如何结合用户利益及电网运营商调峰需求，考虑用户柔性负荷聚合资源的取舍，实现负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场利益最优已成为本领域研究的热点问题。

负荷聚合商接收被聚合用户的调峰报量和报价，向电力调峰辅助服务市场上报调节容量和价格，通过参与电力调峰辅助服务市场收益和向被聚合用户的资源调用支出之间的差额实现盈利。一方面，在二级市场对被聚合用户的调峰量价出清需要考虑到对用户参与电力调峰市场的激发作用，同时要考虑负荷聚合商参与电力调峰市场的费用支出；另一方面，由于负荷聚合商和电源运营商之间调峰报量报价的市场竞争，需要考虑负荷聚合商参与调峰市场的中标概率对其调峰收益的影响。因此负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场的量价申报优化方法，需要综合考虑被聚合用户申报量价的取舍和自身参与市场的收益与竞价成功率。现有技术中，在优化目标设定时，多是考虑收益最大，但没有考虑到投标成功率的因素；在量价优化方面，多是考虑到向上对电力调峰辅助服务一级市场的报量报价，而没有同时考虑到对用户的申报量价出清。本发明是为了解决负荷聚合商参与电力调峰市场时，如何利用优化方法，考虑负荷聚合商收益和竞价成功率，确定对上向电力调峰辅助服务一级市场的报量报价、以及对下向二级市场被聚合用户的量价出清。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术中存在的问题，提供一种科学合理，适用性强，效果佳的负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场申报量价的双目标优化方法。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种负荷聚合商参与电力调峰市场申报量价的双目标优化方法，其特征是，它包括以下步骤：

1)接收被聚合用户调峰量价申报，形成被聚合用户申报量价集合：

式中：Q_i,j为第i个被聚合用户在第j个响应时段的申报响应容量，单位：kWh；C_i,j ^DR为被聚合用户i在第j个响应时段给负荷聚合商的调峰报价单价，单位：元/kWh；

2)构建负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场申报响应容量和单价的双目标优化模型：

①以负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场收益最大为优化目标构建目标函数，公式为：

式中：F为负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场获得的收益，单位：元；C_j为第j个响应时段负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场的申报单价，单位：元/kWh；m为被负荷聚合商聚合用户个数，单位：个；n为调峰需求时段个数，单位：个；k_i,j为第i个被聚合用户在第j个响应时段申报中标结果，1表示中标被负荷聚合商选中，0表示未中标未被负荷聚合商选中；

被聚合用户申报响应容量Q_i,j与用户负荷可调节功率相关，满足关系式为：

式中：ΔP_i(t)为第i个被聚合用户负荷第j个时间段可调节负荷平均功率，单位：kW；T_j为第j个时间段；

负荷聚合商申报响应容量W_j计算公式为：

式中：W_j为负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场申报响应容量，单位：kWh；

②以负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场竞价成功率最高为优化目标构建目标函数：

除了市场收益最大化外，负荷聚合商还应考虑竞价成功的可能性，参与电力调峰辅助服务市场包含多个负荷聚合商和电源运营商，负荷聚合商和电源运营商之间存在竞争关系，以负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场竞价成功最大为优化目标构建目标函数公式为：

式中：P(C_j)为负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场竞价成功的概率；为负荷聚合商历史竞价成功率在50％时的申报价格，单位：元/kWh；C_j为负荷聚合商的报价，单位：元/kWh；

3)对负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场申报量价优化计算并对被聚合用户申报量价进行出清：

以收益最高和竞价成功率最高为目标进行双目标协同优化，利用优化算法，基于被聚合用户申报量价集合，寻找使函数F和P(C_j)最大的负荷聚合商对电力市场运营商调峰申报响应容量和的报价，并根据计算结果对被聚合用户进行申报量价的出清。

本发明的一种针对负荷聚合商参与电力调峰市场申报量价的双目标优化方法，基于被聚合用户的量价申报情况和电力调峰市场的历史竞价情况，结合多目标优化方法构建优化模型，实现负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场调峰的响应容量和价格的优化求解。

本方法的优点是：能够更好地支撑负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场的报量报价决策，实现用户侧可调节负荷资源的最优化取舍，最大化负荷聚合商的市场收益。在确保负荷侧调峰资源调用经济性的同时，充分发挥负荷聚合商的枢纽作用，更高效地调动负荷侧可调资源参与电力系统调峰，更好实现源荷互动，提升电力系统调节能力，促进新能源消纳。其方法科学合理，适用性强，效果佳。

附图说明

图1是一种负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场申报量价优化方法流程图；

图2是一种负荷聚合商参与电力调峰市场申报量价优化方法的市场机制示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1和图2，一种负荷聚合商参与电力调峰市场申报量价的双目标优化方法，包括以下步骤：

1)接收被聚合用户调峰量价申报，形成被聚合用户申报量价集合：

式中：Q_i,j为第i个被聚合用户在第j个响应时段的申报响应容量，单位：kWh；C_i,j ^DR为被聚合用户i在第j个响应时段给负荷聚合商的调峰报价单价，单位：元/kWh；

以某一个调峰时间段为例，负荷聚合商代理的第i个用户在第j＝1个响应时段内的可调节负荷平均功率ΔP_i及调节单价报价C_j(i＝1，2，3，…，15)集合如表1所示：

表1各用户j＝1时间段可调节负荷平均功率

2)构建负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场申报响应容量和单价的双目标优化模型：

①以负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场收益最大为优化目标构建目标函数，公式为：

式中：F为负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场获得的收益，单位：元；C_j为第j个响应时段负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场的申报单价，单位：元/kWh；m为被负荷聚合商聚合用户个数，单位：个；n为调峰需求时段个数，单位：个；k_i,j为第i个被聚合用户在第j个响应时段申报中标结果，1表示中标被负荷聚合商选中，0表示未中标未被负荷聚合商选中；

被聚合用户申报响应容量Q_i,j与用户负荷可调节功率相关，满足关系式为：

式中：ΔP_i(t)为第i个被聚合用户负荷第j个时间段可调节负荷平均功率，单位：kW；T_j为第j个时间段；

负荷聚合商申报响应容量W_j计算公式为：

式中：W_j为负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场申报响应容量，单位：kWh；

②以负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场竞价成功率最高为优化目标构建目标函数：

除了市场收益最大化外，负荷聚合商还应考虑竞价成功的可能性，参与电力调峰辅助服务市场包含多个负荷聚合商和电源运营商，负荷聚合商和电源运营商之间存在竞争关系，以负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场竞价成功最大为优化目标构建目标函数公式为：

式中：P(C_j)为负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场竞价成功的概率；为负荷聚合商历史竞价成功率在50％时的申报价格，单位：元/kWh；C_j为负荷聚合商的报价，单位：元/kWh；

3)负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场申报量价优化计算及二级市场被聚合用户量价出清：

以收益最高和竞价成功率最高为目标进行双目标协同优化，利用优化算法，基于被聚合用户申报量价集合，寻找使函数F和P(C_j)最大的负荷聚合商对电力市场运营商调峰申报响应容量和的报价，并根据计算结果对被聚合用户进行申报量价的出清。

选择采用Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm-II,NSGA-II非支配排序遗传算法进行计算，寻找函数F和P(C_j)的Pareto最优解，得到负荷聚合商的最优响应容量和报价。采用NSGA-II算法循环计算100次，当W_j，C_j在边界处取得最小值时，得到Pareto最优解。

不同报价策略下的负荷聚合商收益期望见表2，收益期望计算公式F₁为：

可以看到在策略3下，负荷聚合商收益和竞价成功率综合最优。此时的负荷聚合商聚合用户可调负荷为5.3MW，对电力调峰辅助服务市场报价为0.8元/KWh，竞价中标概率为94％。

表2不同报价策略下的负荷聚合商收益期望

表3各用户响应时段二级市场申报量价出清结果

如表3所示，按照策略3竞价后，用户1、3、4、12由于报价更低竞价成功，达到了负荷聚合商对用户所需的5.3MW的负荷调控量。

本发明的实施例仅用于对本发明作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (1)

1.一种负荷聚合商参与电力调峰市场申报量价的双目标优化方法，其特征是，它包括以下步骤：

1)接收被聚合用户调峰量价申报，形成被聚合用户申报量价集合：

式中：Q_i,j为第i个被聚合用户在第j个响应时段的申报响应容量，单位：kWh；C_i,j ^DR为被聚合用户i在第j个响应时段给负荷聚合商的调峰报价单价，单位：元/kWh；

2)构建负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场申报响应容量和单价的双目标优化模型：

①以负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场收益最大为优化目标构建目标函数，公式为：

式中：F为负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场获得的收益，单位：元；C_j为第j个响应时段负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场的申报单价，单位：元/kWh；m为被负荷聚合商聚合用户个数，单位：个；n为调峰需求时段个数，单位：个；k_i,j为第i个被聚合用户在第j个响应时段申报中标结果，1表示中标被负荷聚合商选中，0表示未中标未被负荷聚合商选中；

被聚合用户申报响应容量Q_i,j与用户负荷可调节功率相关，满足关系式为：

式中：ΔP_i(t)为第i个被聚合用户负荷第j个时间段可调节负荷平均功率，单位：kW；T_j为第j个时间段；

负荷聚合商申报响应容量W_j计算公式为：

式中：W_j为负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场申报响应容量，单位：kWh；

②以负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场竞价成功率最高为优化目标构建目标函数：

除了市场收益最大化外，负荷聚合商还应考虑竞价成功的可能性，参与电力调峰辅助服务市场包含多个负荷聚合商和电源运营商，负荷聚合商和电源运营商之间存在竞争关系，以负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场竞价成功最大为优化目标构建目标函数公式为：

式中：P(C_j)为负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场竞价成功的概率；为负荷聚合商历史竞价成功率在50％时的申报价格，单位：元/kWh；C_j为负荷聚合商的报价，单位：元/kWh；

3)对负荷聚合商参与电力调峰辅助服务市场申报量价优化计算并对被聚合用户申报量价进行出清：

以收益最高和竞价成功率最高为目标进行双目标协同优化，利用优化算法，基于被聚合用户申报量价集合，寻找使函数F和P(C_j)最大的负荷聚合商对电力市场运营商调峰申报响应容量和的报价，并根据计算结果对被聚合用户进行申报量价的出清。