电力市场仿真优化技术进展

01 我国电力市场化改革稳步推进 ?市场在电力资源配置中的作用明显增强：2024年1-10月，全国电力市场交易电量达5.08万亿千瓦时，同比增长9.5%，占全社会用电量比重为62.2%，同比增长1.1%，新能源市场交易电量占新能源发电量的近50%。 ·多层次多品类多功能电力市场体系初步形成：全国市场与省/区域市场协同运行的多层次市场已初步形成，省间、区域、省内中长期交易常态开市，南方区域电力市场开展整月结算试运行，省间现货市场和山西、广东、山东、甘肃现货市场已转入正式运行，25个省级现货市场开展试运行。 ·全国统一电力市场规则体系基本建立：新一轮电力体制改革以来，电力市场顶层设计不断完善，逐步建立以电力市场运行基本规则为基础，以中长期、现货、辅助服务3项规则为主干，以注册服务、计量结算、信息披露等规则为支撑的全环节、全品种“1+N”基础规则体系，为市场规范有序运行提供坚强的制度支撑。 C2024高峰版权所有 我国电力市场化改革稳步推进 。11月8日，第十四届全国人大常委会第十二次会议表决通过《中华人民共和国能源法》，自2025年1月1日起施行，这部基础性、统领性法律的出台标志着我国能源法制建设取得了突破性进展。●在推动市场体系和市场机制建设方面 十四届全国人大常委会第十二次会议 11月8日表决通过 《能源法》主要作出了三方面制度设计：一是建设全国统一的能源交易市场；二是加强自然垄断环节监管和竞争性环节市场化改革；三是完善能源市场化价格形成机制。建设全国统一电力市场体系，是我国经济领域的一件大事，《能源法》为其提供了坚实的法律制度保障。 PartTwo02电力市场仿真优化技术演化 电力市场仿真优化技术演化 Alstom'sUnitCommitmentSolutionMethodologyEvolution 电力市场仿真优化技术演化 安全约束机组组合模型 “弱对偶原理” minmax(x,a)=f(x)+ag(x)xeR"TeRst.JeR"xeR", g(x)eR" 来源:Proposedenhancementstoenergypriceformation[Z].PJMInterconnection，2017 安全约束机组组合算法混合整数规划 混合整数规划问题的历史由来已久，过去由于求解技术不成熟，长期以来没有得到重视；直到21世纪初期，混合整数规划技术突飞猛进。 2015年美国联邦能源管理委员会首席经济学家“迪克.奥尼尔”表示由于采用混合整数优化算法软件，美国电力市场年度节省费用超过10亿美元。 安全约束机组组合算法流程： 能量与辅助服务产品联合出清及定价 能量产品-节点边际电价 一种成熟的电力市场定价理论，已经在国内外许多电力市场得到了成功的应用：节点边际电价定义为满足某节点新增单位负荷需求时的系统边际成本，包括发电边际成本，输电阻塞成本，网损边际成本。辅助服务产品一分区域，按照产品类别定价 能量与辅助服务联合出清一精确描述“机会成本” EfficientUnitCommitmentandEnergylASscheduleLoweroverall costEfficientallocationofinter-tietransmissioncapacityAccuraterepresentationofopportunitycostinLMPandASMarginalPrice（ASMP)ASMP≥ASBid+OpportunityCost(OC)OpportunityCost=JLMP-EnergyBidl口IfLMP<EnergyBid→OC=0obligationtoofferenergy,thenOC=0 电力市场仿真优化技术研究热点 自适应输电线路载流限额及其在电力市场出清中的应用 电力市场金融输电权联合优化 新型主体参与市场机制 ·分布式电源、储能、需求响应 AI、大模型、机器学习、GPU、并行计算、分布式优化 虚拟电厂、微电网 新型产品涌现-转动惯量、爬坡、Response 不确定性的机组组合优化 03 输电权市场 《全国统一电力市场发展规划蓝皮书》：".推进电力容量保障机制建设，如深化容量电价机制，研究容量市场。探索建设输电权、电力期货市场，为市场提供更多风险管理工具. 为什么要引入输电权？在一个以节点电价结算的电力市场中由于输电通道阻塞，两个节点间可能存在价差，这会造成市场主体收益的不确定性，差价合约无法弥补这一部分差额交易者可以购买两节点间输电权获取这部分阻塞盈余来规避交易风险。 输电权市场与电能量交易是配套的，锁定合同电量所需要的传输能力，从而对冲电力现货市场的阻塞风险。 金融输电权 “物理输电权”VS“金融输电权" 金融输电权是一种金融衍生合约，合约的持有者将会收到或支付电网中两个节点电价之间的差额，乘以合同电量。 期货形式”Vs“期权形式 金融输电权的获取年度拍卖 月度拍卖二级市场交易 现货市场金融输电权联合优化 金融输电权，尤其“期权形式”，其收益呈现非线性形式，给网络安全分析带来挑战。 传统的线性故障分析(Linear ContingencyAnalvsis）方法不再适用现货市场出清引擎需要升级。 现货市场金融输电权与电能量联合优化一并行计算*。 PartFour04自适应输电线路载流限额 自适应输电线路稳态载流限额 输配电设备的功率流动受稳态载流限额限制，运营部门基于保守情况根据热平衡计算功率上限并保留足够运行裕度，制定了设备的固定载流限额。随看新能源等柔性负荷接入且规模逐步增大，大大增加了负荷的波动及不确定性，固定限额已难以满足日益增长的负荷需求，并大大限制了电网的规划及运行方式的优化调整 数值较为保守，限制了承载能力及消纳能力 国外部分地区采用了自适应稳态载流限额计算技术，通过电热工况数据采集及计算自适应计算稳态载流限额阅值。 采用自适应稳态载流限额值约可提升发电及消纳水平20%以上 自适应暂态载流限额 导线最高允许温度tMAX：决定了载流量的上限，原因：在长期高温的状态下运行，金属导线会出现强度下降；导线弧垂增加，短路故障风险加剧； ·稳态载量限额（steady-statethermalrating)：在热平衡状态下，使得导线温度达到最高充许值时的稳态电流； ，暂态载量限额（transientthermalrating)：当电网发生故障时，在特定时间T内使得导线温度达到最高充许值时的故障后电流； 自适应暂态载流限额 为什么载流限额很重要？安全性，经济性 稳态&暂态载流限额，作为安全约束机组组合问题的边界条件，定义了电力现货市场出清模型的可行区域，对于调度指令的物理可行性，以及市场出清成本和价格有看巨大的影响。+IEEE IEEE Standard for Calculating theCurrent-TemperatureRelationshipofBareOverheadConductors DefinitionofEmergencyTransientRate IEEE738-1993standard:Thetransientthermal rating is thatfinalecifiedtime (7)aftera step changein electrical currentnallowableCtratufromsomeinitialcurrent(/ 在电力市场出清中考虑自适应暂态载流限额 在电力市场出清中考虑自适应态载流限额 在确保电网安全的基本前提下，增加输电通道的利用效率●在确保电网安全的基本前提下，降低电力市场优化调度成本，降低价格，最大程度满足负荷需求 来源:P.Peng,S.Changetal.,'InclusionofPost-ContingencyActionsinSecurityConstrainedScheduling"ABBinc.FERCConferenceonincreasingreal-timeandday-aheadmarketefficiencythroughimprovedsoftware.2024高峰版权所有 PartFive 05 对偶间隙－从可行域角度展示 对偶间隙－从值域角度展示 inf(PO)-sup(DO)inf(PO) ·对偶间隙inf(Po)-sup(DO)·相对对偶间隙 对偶间隙的估计 ●对偶间隙是很多优化算法终止条件之一，如何有效的估计呢？ ·考虑一个基本的优化问题（PO) (PO)minZl=ifi(x)) I代表机组数量，m代表约束数量，b是Rm空间中一个向量，fi:conv(Xi）→R，hi:conv(Xi）→Rm是定义在集合X;的convexhull上的函数。 ●MIT教授DimitriP.Bertsekas曾经给出对偶间隙的估计*： 在满足一系列条件下，对偶间隙的上限为： 另一个等价版本为： 来源:DimitriP.Bertsekas,ConstrainedOptimizationandLagrangeMultiplierMethods,AcademicPress,2024高峰版权所有 对偶间隙的估计 假设成本函数f（x）定义在集合X；上，X；由一个分离点和一个区间构成 函数f(α)和f(x)分别为成本函数fi(x)的"上限"和"下限"，它们定义在集合X，的convexhull上。 Pi与发电机组的启动成本、空载成本、或者机组在不同生产模式下切换的成本、或者固定量价且指定时段的大块能量的成本等有关。 ·Pi会引起最优生产成本突变，可能导致对偶间隙。 对偶间隙的估计一新思路 我们最近的研究可以提供一个更加紧的对偶间隙的上限估计*：（假设机组的启动成本与空载成本将主导其它较小的成本） I contains at most (m + 1) elements m代表优化问题在最优解收敛时“活跃”约束的数量 ?2024高峰版权所有 对偶间隙的估计一算例1 新的估计方法对于对偶间隙的估计更加准确！ 对偶间隙的估计一算例2 ·随机产生算例·300台机组·50个耦合约束·机组在耦合约束中起作用是由纯随机方式指定·负荷从10000增涨到14000 param demand := 11ooo;param:GEN:pmin pmax startupcostnoloadcostinc_costinitstate:11222825675865675.86125021072885680645680.6499031403224135314135.3111304602915517425517.4286051382774821204821.29606543375496105496.181071053005088695088.699608593004897964897.9612091302945487145487.141180101433034211754211.75940 对偶间隙的估计结果 结语 ·我国电力市场化改革快速推进，高标准全国统一电力市场体系建设进入快车道。我们既需要遵循一般规律，借鉴国际经验做到“兼容并蓄、为我所用”；又需要尊重我国客观实际，兼顾各方利益，逐步稳妥推进市场建设。 ·电力市场仿真优化引擎面临新挑战：交易频次更快、数据规模更大、产品维度更丰富、精度要求更高等；电力市场仿真优化引擎必须能够，在任何条件下，可靠地提供精准的价格信号，司时生成与电网运行状态兼容的市场出清结果。 ·GPU、高性能芯片、优化求解器、AI、大模型等新技术正在很多领域颠覆基础研究与工业应用，它们在电力市场仿真优化中将有广泛的应用。 ·电力市场仿真优化技术发展几十年，已经形成内在科学规律只有深入理解现有知识体系，运用交叉学科优势，孜孜不卷人久为功，才能在此领域做出有价值的创新成果。 衷心感谢清华大学沈沉教授和CloudPS