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  • 頭條上海交大學(xué)者發(fā)表Stackelberg博弈在電力市場(chǎng)中的應(yīng)用研究綜述
    2022-09-23 來(lái)源:《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語(yǔ)可再生能源并網(wǎng)常態(tài)化、儲(chǔ)能投資商業(yè)化、需求側(cè)管理多樣化、多能互補(bǔ)成熟化等在電力系統(tǒng)源、網(wǎng)、荷側(cè)引入的利益主體不斷增多,而受自身規(guī)模、所處市場(chǎng)地位不同造成了決策次序的差異性。此類問(wèn)題可以采用具有主從遞階結(jié)構(gòu)的Stackelberg博弈進(jìn)行描述,受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。通過(guò)總結(jié)現(xiàn)有研究成果,明確未來(lái)亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題和挑戰(zhàn),能為處于不同決策次序的利益主體參與電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)提供理論依據(jù)和方法指導(dǎo)。

    作者介紹

    張衡,1991年出生,通信作者,上海交通大學(xué)電氣工程系助理研究員。長(zhǎng)期從事電力與能源系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃研究工作,主持上海市科技揚(yáng)帆計(jì)劃、產(chǎn)學(xué)研等多項(xiàng)課題。發(fā)表SCI/EI論文30余篇,獲上海市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

    張沈習(xí),1988年出生,上海交通大學(xué)電氣工程系副研究員、博士生導(dǎo)師。長(zhǎng)期從事電力與能源系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃研究工作,主持國(guó)家自然科學(xué)基金(面上項(xiàng)目、青年基金、聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目子課題)、上海市揚(yáng)帆計(jì)劃項(xiàng)目、產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目等10余項(xiàng)。第一/通訊作者發(fā)表SCI期刊論文16篇、EI期刊論文22篇,其中1篇入選領(lǐng)跑者F5000。獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)2項(xiàng)。

    程浩忠,1962年出生,上海交通大學(xué)電氣工程系教授(特聘、二級(jí))、博士生導(dǎo)師,中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)會(huì)士,IET Fellow。長(zhǎng)期從事電力系統(tǒng)規(guī)劃、綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃、電壓穩(wěn)定等領(lǐng)域的研究工作。主持了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家973計(jì)劃、國(guó)家863計(jì)劃、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等重要項(xiàng)目。發(fā)表論文500余篇,多篇論文入選中國(guó)百篇最具影響國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)論文、領(lǐng)跑者F5000等。第一完成人獲國(guó)家級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)1次、省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)10次。

    研究背景

    我國(guó)新一輪電改序幕已經(jīng)拉開(kāi)。借助人工智能、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)提供的支撐平臺(tái),電力市場(chǎng)準(zhǔn)入門(mén)檻進(jìn)一步降低。除了傳統(tǒng)燃料電廠和電網(wǎng)公司外,可再生能源發(fā)電商、儲(chǔ)能設(shè)備運(yùn)營(yíng)商、負(fù)荷聚合商、需求側(cè)管理資源供應(yīng)商、增量配電網(wǎng)投資商等大量參與者也逐漸進(jìn)入市場(chǎng)。

    隨著“源-網(wǎng)-荷”側(cè)的市場(chǎng)參與者種類和數(shù)量大幅增加,電力市場(chǎng)由傳統(tǒng)寡頭壟斷逐漸向充分競(jìng)爭(zhēng)過(guò)渡,參與者面臨的決策問(wèn)題越發(fā)復(fù)雜,除面臨同類產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)外,還要考慮決策次序帶來(lái)的影響。

    參與者受自身規(guī)模、市場(chǎng)地位等制約,在決策次序上具有顯著差異性,體現(xiàn)在兩個(gè)方面:

    ①市場(chǎng)地位不同,如發(fā)電商以自身利益最大進(jìn)行報(bào)價(jià),獨(dú)立調(diào)度機(jī)構(gòu)(Independent System Operator, ISO)以最大化社會(huì)效益進(jìn)行市場(chǎng)出清,發(fā)電商優(yōu)先決策,ISO在觀察到發(fā)電商策略后再做決策;

    ②處于同一地位的參與者由于生產(chǎn)規(guī)模不同引起決策的次序問(wèn)題,如大型發(fā)電集團(tuán)參與競(jìng)價(jià),而小規(guī)模發(fā)電商只能被動(dòng)接受電價(jià)做出決策。次序決策在電力市場(chǎng)中普遍存在,而隨著能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展,市場(chǎng)參與者進(jìn)一步增多,次序決策問(wèn)題越發(fā)復(fù)雜,模型結(jié)構(gòu)和求解方法都亟待在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)以適應(yīng)新型電力系統(tǒng)中電力市場(chǎng)的需求。

    論文所解決的問(wèn)題及意義

    本文介紹了Stackelberg 博弈的理論框架,綜述了其在電力市場(chǎng)方面的應(yīng)用,并總結(jié)了博弈模型對(duì)等轉(zhuǎn)換技巧及求解方法。最后,結(jié)合當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì),從未來(lái)高比例可再生能源電力系統(tǒng)市場(chǎng)出清、非市場(chǎng)主要參與者的收益、收益與風(fēng)險(xiǎn)的衡量、綜合能源投資/競(jìng)價(jià)交易、含不確定因素的Stackelberg博弈問(wèn)題建模與求解五個(gè)方面總結(jié)了仍然存在的關(guān)鍵問(wèn)題。該文為處于不同決策位置的利益主體參與電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)提供了參考。

    論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

    針對(duì)電力市場(chǎng)環(huán)境下電力系統(tǒng)投資、交易等環(huán)節(jié)中普遍存在的次序決策問(wèn)題,本文以具有主從遞階結(jié)構(gòu)的Stackelberg博弈理論為切入點(diǎn),綜述了其在電力市場(chǎng)中的應(yīng)用情況。首先,闡述了Stackelberg博弈理論的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu),并根據(jù)主/從問(wèn)題中博弈者的數(shù)量進(jìn)行了分類;然后,梳理了Stackelberg博弈在電力市場(chǎng)中的典型應(yīng)用,總結(jié)了模型對(duì)等轉(zhuǎn)換技巧,歸納了各類求解方法及其優(yōu)缺點(diǎn);最后,提煉了Stackelberg 博弈理論在電力市場(chǎng)應(yīng)用中仍然存在的關(guān)鍵問(wèn)題。

    結(jié)論

    隨著電力市場(chǎng)改革逐步加深及現(xiàn)代信息技術(shù)快速發(fā)展,市場(chǎng)參與者的規(guī)模差異性大且數(shù)量急劇增加,典型如發(fā)電商、分布式能源電站投資商、負(fù)荷聚合商、甚至電動(dòng)汽車(chē)、商業(yè)樓宇等都可作為利益主體參與到需求側(cè)管理、系統(tǒng)調(diào)峰等市場(chǎng)中。然而,基于市場(chǎng)參與者的體量和規(guī)模特征,并不是所有參與者都擁有同樣的市場(chǎng)地位和決策能力,有些參與者是直接影響市場(chǎng)出清,而有些則是被動(dòng)接受市場(chǎng)出清。

    因此,基于上述市場(chǎng)特征,利用具有主從遞階結(jié)構(gòu)的Stackelberg 博弈研究電力市場(chǎng)環(huán)境下的規(guī)劃、競(jìng)價(jià)、優(yōu)化運(yùn)行等具有先天優(yōu)勢(shì),且符合電力市場(chǎng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行機(jī)理。

    本文系統(tǒng)地闡述了Stackelberg 博弈的基本理論及在電力系統(tǒng)中的典型應(yīng)用,結(jié)合實(shí)際電力市場(chǎng)的復(fù)雜性及其發(fā)展趨勢(shì),總結(jié)了未來(lái)亟需解決的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。希望本文工作能為復(fù)雜環(huán)境下具有不同市場(chǎng)地位的各方利益主體構(gòu)建博弈策略提供參考。

    本文編自2022年第13期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》,論文標(biāo)題為“Stackelberg博弈在電力市場(chǎng)中的應(yīng)用研究綜述”。

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