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电力市场动态交互仿真平台的设计及在排放阻塞研究中的应用

作　者: 黄杰
导　师: 薛禹胜
学　校: 南京理工大学
专　业: 电力系统自动化
关键词: 广义阻塞电力市场电力系统动态交互仿真平台风险管理量化分析实验经济学排放交易
分类号: TM743
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

电能的发、输、用过程离不开能源流、资金流及信息流。热、静态、动态和暂态等物理稳定约束可能使输电能力不能支持最经济的电力交易,从而降低市场效率。在电力市场领域中,习惯将电力系统热稳定越限的影响称为阻塞,这是电力系统与电力市场的主要交互渠道。此外,还有许多尚未得到足够重视的因素同样会使能源流不通畅,例如一次能源不足、排放越限、竞争水平不当、资金不足、基本设施缺陷、技术支撑滞后、管理失误等。它们不但影响电力供应的可靠性和质量,并会通过减小(或放大)那些受阻的(或不受阻的)参与者的市场力,影响电力市场的效率和稳定性。可将直接影响或通过资金流及信息流间接影响能源流最优配置的情况统称为广义阻塞,它们是电力市场与其它相关领域交互的主要渠道。常规的解析和仿真方法难以处理不同广义阻塞及博弈行为的复杂交互动态。需要通过交互仿真来逼真反映各种阻塞及博弈对于市场效率及社会福利的影响,进而评估参与者行为对于阻塞风险、市场稳定性的影响能力；分析各种阻塞对参与者市场力的影响；研究如何用监管的主动控制来约束和防御不受控的市场力；研究阻塞、市场力及控制的协调优化,实现技术与经济问题的统一。针对上述问题,本论文围绕广义阻塞的理论框架,探讨了电力市场仿真平台的功能需求和研究方向,并为电力市场和电力系统动态交互仿真研究设计了仿真平台DSPMPS (Dynamic Simulation platform for Power Market & Power System)。已经开展的工作已经验证了DSPMPS的有效性。最后,以广义阻塞中的排放阻塞为研究对象,基于DSPMPS开展了排放阻塞与输电阻塞的交互影响研究。首先,对电力市场仿真平台的内涵进行了重新梳理。为支持以电力市场-电力系统混合动力学模型为核心的,横跨技术、经济、减排等领域的交互仿真,从信息获取、知识提取、决策支持三个要素提出仿真平台的功能设计目标。基于实验经济学的多角色、多参与者博弈互动,驱动仿真进程并获得市场的动态响应曲线。除了从后者中提取定性和静态知识外,还需要提取其稳定性的定量指标及风险分析,并通过灵敏度分析支持各参与者的决策,为多领域、多目标、多参与者的电力市场博弈提供新型研究工具。其次,围绕广义阻塞的理论框架,为电力市场和电力系统动态交互仿真研究设计实现了仿真平台DSPMPS (Dynamic Simulation platform for Power Market & PowerSystem)。梳理电力市场仿真的需求与仿真平台的技术支撑,提出设计目标。着重解决的问题包括实验经济学方法,跨领域的动态交互仿真,风险的在线定量分析,多目标多控制手段的决策支持。已经开展的研究工作验证了其功能设计的有效性。并已顺利通过国家973项目专家组验收。此外,针对国内外各项节能减排措施的广泛开展,考虑温室气体排放交易对电力系统带来的新挑战,对电力系统排放交易研究进行了详尽的综述。从减排对象、体系成员、分配方式和排放核算等方而介绍排放交易的发展和实施;归纳碳交易体系中的碳信用的积累、流通和消费环节。讨论排放交易与电力系统物理规律及电力市场经济特性的交互关系。指出多时间尺度动态、大量不确定性、多方博弈及多领域交互等因素在排放交易研究中引入的难度,并强调在广义阻塞的框架中采用实验经济学方法的研究思路。最后,围绕广义阻塞的理论框架,应用DSPMPS提供的跨领域交互动态仿真环境,对排放阻塞与输电阻塞的交互影响机理展开了研究。通过识别电力系统潜在故障的失稳模式,利用风险分摊与迭代报价来协调管理排放阻塞和输电阻塞。仿真表明,这两种广义阻塞之间的交互影响与具体场景有关。应该在规划中合理降低输电阻塞对低排放机组的约束,以“按各自的机理,分别将各种阻塞风险分摊”的方式进行综合风险管理。本文的工作得到了国家重点基础研究发展计划(973计划)(2004CB217905)；国家科技部项目(2008BAA13805)；国家电网公司科技项目(SGKJ[2007]98;SG10013)的资助。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-10
目录  10-17
1 绪论  17-32
  1.1 引言  17-18
  1.2 电力市场仿真平台研究现状  18-23
    1.2.1 关于信息的获取  19-20
    1.2.2 关于知识的提取  20-21
    1.2.3 关于决策的支持  21-22
    1.2.4 平台的实现技术  22-23
    1.2.5 研究难点  23
  1.3 电力系统排放权交易及其研究现状  23-29
    1.3.1 排放权交易  24-26
    1.3.2 排放权交易与输电权交易  26-27
    1.3.3 排放权交易与发电权交易  27
    1.3.4 排放权交易与可再生能源发展  27-28
    1.3.5 研究现状  28-29
    1.3.6 研究难点  29
  1.4 本文的研究思路和主要工作  29-32
2 电力市场与电力系统动态交互仿真建模  32-44
  2.1 电力市场动力学模型框架  32-37
    2.1.1 电力交易市场数学模型  34-35
    2.1.2 电力资本市场数学模型  35-37
    2.1.3 电力系统的数学模型  37
  2.2 经济系统稳定性与物理系统稳定性仿真的交互  37-38
  2.3 市场参与者的博弈行为与数学模型的交互  38-39
  2.4 交互流程和仿真过程  39-42
  2.5 仿真曲线的稳定性分析  42-43
  2.6 小结  43-44
3 广义阻塞及市场力的研究框架  44-51
  3.1 电力市场中的广义阻塞  45-47
    3.1.1 阻塞及广义阻塞  45-46
    3.1.2 广义阻塞的分类  46
    3.1.3 广义阻塞对电力市场运营的影响  46-47
  3.2 电力市场中的市场力与广义市场力  47
  3.3 广义阻塞、市场力与广义市场力的相互影响  47-49
    3.3.1 电力流程与广义阻塞  47-48
    3.3.2 广义阻塞之间的相互影响  48
    3.3.3 广义阻塞、市场力与广义市场力的关系  48-49
  3.4 研究方法的比较  49-50
  3.5 小结  50-51
4 电力市场仿真平台的需求分析  51-56
  4.1 电力市场仿真的应用目的  51-52
  4.2 电力市场仿真平台的功能需求  52-54
    4.2.1 信息获取  52-53
    4.2.2 知识提取  53-54
    4.2.3 决策支持  54
  4.3 电力市场仿真方法  54-55
    4.3.1 计算经济学  54-55
    4.3.2 实验经济学  55
    4.3.3 方法的互补性  55
  4.4 小结  55-56
5 动态交互仿真平台DSPMPS-功能设计  56-66
  5.1 设计目标  56
  5.2 动力学模型  56-57
  5.3 可能的应用  57
  5.4 功能设计要点  57-59
    5.4.1 多领域问题联合仿真  57-58
    5.4.2 多时间尺度动态仿真  58
    5.4.3 多角色多参与者的动态交互  58
    5.4.4 灵活开放  58-59
  5.5 关于信息获取功能的要点  59-61
    5.5.1 动态系统数学模型  59
    5.5.2 跨领域交互的方式  59-60
    5.5.3 多角色-多参与者的博弈互动  60-61
    5.5.4 断面数据保存和复现  61
  5.6 关于知识提取功能的要点  61-64
    5.6.1 仿真结果的显示与分析  61-62
    5.6.2 常规的定性观察  62
    5.6.3 动态的定量分析  62-63
    5.6.4 在线风险分析  63-64
  5.7 关于决策支持功能的要点  64-65
    5.7.1 决策目标的多样化  64
    5.7.2 多目标的决策优化  64
    5.7.3 决策手段的多样化  64-65
  5.8 关于平台设计的兼容性要求  65
  5.9 小结  65-66
6 动态交互仿真平台DSPMPS-架构设计  66-73
  6.1 "支撑层"设计  66-70
    6.1.1 基本模块类型  67
    6.1.2 平台支撑功能的实现  67-70
  6.2 "应用层"设计  70-72
    6.2.1 提炼仿真组件  70-71
    6.2.2 外部软件系统的接入  71-72
    6.2.3 组件库的设计  72
  6.3 小结  72-73
7 DSPMPS的仿真应用  73-89
  7.1 基于DSPMPS设计仿真实验  73-76
    7.1.1 设计原理  73
    7.1.2 建立仿真实验动力学模型  73-74
    7.1.3 拼装动态时序  74-75
    7.1.4 加入仿真对象  75
    7.1.5 网络拓扑及扰动的表示  75
    7.1.6 编辑仿真对象对动态环境的响应  75-76
  7.2 典型仿真实验过程  76-79
    7.2.1 准备阶段  76-77
    7.2.2 运行阶段  77
    7.2.3 结果分析阶段  77-78
    7.2.4 辅助决策支持  78
    7.2.5 仿真体验  78-79
  7.3 输电投资动态仿真实验  79-82
    7.3.1 问题描述  79
    7.3.2 仿真场景  79-81
    7.3.3 结果分析  81-82
    7.3.4 输电投资实验的进一步思考  82
  7.4 发电投资动态仿真实验  82-85
    7.4.1 问题描述  82
    7.4.2 仿真场景  82-83
    7.4.3 结果分析  83-84
    7.4.4 发电投资实验的进一步思考  84-85
  7.5 电力监管动态仿真实验  85-88
    7.5.1 问题描述  85-86
    7.5.2 仿真设置  86
    7.5.3 结果分析  86-88
    7.5.4 电力监管实验的进一步思考  88
  7.6 小结  88-89
8 排放阻塞与输电阻塞的交互影响  89-105
  8.1 排放阻塞及输电阻塞;电力市场及电力系统  90-91
  8.2 研究中采用的关键技术  91-92
  8.3 输电动态阻塞管理  92-94
    8.3.1 输电动态阻塞风险及其分摊  93
    8.3.2 动态阻塞管理机制  93-94
  8.4 排放阻塞管理对输电动态阻塞的影响  94-99
    8.4.1 仿真对象与假设条件  94-95
    8.4.2 发电边际成本与出清顺序  95-96
    8.4.3 多场景仿真结果  96
    8.4.4 机理分析  96-99
  8.5 输电动态阻塞管理对排放阻塞的影响  99-103
    8.5.1 输电动态阻塞成本的引入  100
    8.5.2 仿真结果与分析  100-101
    8.5.3 输电动态阻塞管理缓解了排放阻塞的情况  101-102
    8.5.4 输电动态阻塞管理加重了排放阻塞的情况  102-103
  8.6 进一步的讨论  103-104
  8.7 小结  104-105
9 总结与展望  105-109
  9.1 主要工作总结  105-106
  9.2 主要创新点  106-107
  9.3 进一步研究的建议  107-109
致谢  109-110
参考文献  110-120
附录  120-125
攻读博士学位期间发表的论文和出版著作情况  125-126
攻读博士学位期间参加的科研项目  126-127
攻读博士学位期间获得的奖励  127

电力市场动态交互仿真平台的设计及在排放阻塞研究中的应用

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