摘要

當今人類的發展依賴于能源的發展，也帶來了環境的惡化，如今化石能源日 漸稀少、環境污染問題日益突出，如何應對能源短缺與減少環境污染已成為當今 時段的世界性難題。電力系統在應對上述難題時，選擇在發電側及用電側尋求突 破。在發電側鼓勵風力及光伏等清潔能源發電，減少對傳統能源的依賴與對環境 的污染；在用電側開展電力市場改革，促進能源的合理分配與應用。微網作為分 布式電源的載體接入大電網，可以有效避免新能源發電的間歇性與波動性給電網 運行帶來的影響。我國在大力推進電能交易的市場化改革，電力改革將微網作為 切入點，作為小范圍試點，相較于大規模試驗改革更易于開展。

本文基于微網的電力市場設計，需考慮微網的特性，結合適當的電力市場各 種模式特性，構建起適用于微網電力交易的市場框架，并針對競價環節設計合理 的交易模型，綜合微網內部各分布式電源發電特點，對微網系統內部發電建立調 度模型等進行了研究，具體的研究內容如下：

(1) 針對微網內的各分布式電源進行數學建模，對電力市場的理論知識進行研 究，包括市場經濟學基礎，電力市場運營模式，與市場類型。

(2) 針對微網的特性，建立了基于微網電力市場的框架。分布式電源的分布 比較廣泛、數量較多、且參數各異，使得微網的電力交易難以直接對其進控制， 故將一個區域的微網分為多個片區，每個片區由各自的用戶代理商參與電力市場 的交易，而由微網市場交易中心負責各項交易。對每個交易模式進行了詳盡的闡 述，并考慮到執行偏差的處理。

(3) 研究了微網市場交易中心的競價交易問題。對排隊法、動態規劃法等傳統 競價方法進行研究，針對微網系統，提出了改進的動態排隊規劃法。分為兩階段 求解競價問題，第一階段確定邊際電價與求解忽略網絡約束的機組組合，第二階 段考慮網絡約束條件進行求解。此種方法可以繼承排隊法在處理競價問題時的直 觀快速的特點，同時解決了傳統方法無法考慮時間相關約束及網絡安全約束的問 題。

(4) 研究了微網系統內的調度問題，以經濟性與環保性為優化目標，分為聯網 模式與孤立模式兩種情況，分別建立系統調度模型，從改進調度策略入手，達到 對系統優化結果的改進。

關鍵詞：工程碩士論文代寫，微網，電力市場，市場交易機制，競價方法，系統調度

ABSTRACT

Nowadays，the development of human beings relays on the energy, which has caused the deterioration of environment that fossil energy becomes scarce and environment pollution problem increasingly prominent. How to deal with energy shortage and reducing environmental pollution have become worldwide problems, in today抯 session. To response above problems, the power system chooses to seek breakthroughs on the power side and user side. On the power side, encourage using clean energy generation such as wind and photovoltaic to reduce dependence on traditional energy and the pollution of environment; Carry out electricity market reform on the user side, promote the rational distribution and application of energy. Distributed generators connect with grid through the micro grid, that can effectively avoid the effect of intermittency and fluctuation of new energy generation. China is vigorously promoting the marketization reform of electric power, and electric power reform will take the micro grid as a starting point and a small-scale pilot, which is easier to carry out than the large-scale test reform.

This paper is designed based on the micro grid electricity market, that need to consider the characteristics of micro power grid, combined with proper power market model features, construct suitable framework for micro power grid electricity trading market, and design reasonable trading model based on bidding link. Considering characteristics of distributed power generation in micro power grid, study the grid system internal power generation scheduling model, such as the concrete research content is as follows:

Set up mathematical models of the distributed in the micro grid power, and study of the theoretical knowledge of the electricity market, which include market economics, the electricity market operation mode, and the market type.

Based on the characteristics of micro grid, a framework based on micro grid power market is established. Distributed generations are widely distributed throughout the micro grid, number is high, and they have different parameters. The above points lead to that the micro grid power market is difficult to directly control. Therefore, a micro grid area can be divided into several blocks, each block district by the respective user agents involved in electric power market transaction. And the micro grid market trading center only need to responsible for the various trades with user agents. Each transaction mode is described in detail and the handling of the deviation is considered.

Studied the bidding transaction of the micro grid market trading center. Studied the traditional bidding methods such as queuing method and dynamic programming method. And proposes an improved dynamic queue planning method for micro grid electric market. That is divided into two stages to solve the bidding problem. In the first stage, determined the marginal price of electricity and the unit combination unless the network constraint. In the second stage, the network constraint conditions are considered to be solved. This method can inherit the intuitionistic and fast characteristics of queuing method in dealing with bidding problems, and solve the problems of time-related constraints and network security constraints.

To study the micro grid scheduling problem, economy and environmental protection are as the optimization goal. And it is divided into two kinds of circumstances, networking mode and isolation mode, to set up system scheduling model respectively. Through improved scheduling policy to achieve the improvement of the system optimization.

Keywords: micro grid, power market, market trading mechanism, bidding method, system scheduling

目錄

i.i研究背景與意義 1

1.2國內外研究現狀 3

1.2.1微網研究現狀 3

1.2.2電力市場研究現狀 4

1.2.3發電競價算法研究現狀 6

1.2.4微網調度研究現狀 7

1.3本論文的結構安排 9

第二章微源數學模型及電力市場理論基礎研究 11

2.1微源數學模型 11

2丄1風力發權型 11

2丄2光伏發$ 12

2.1.3微型燃氣輪機 13

2.1.4蓄電池 14

2.2電力市場理論基礎研究 15

2.2.1經濟學基礎 15

2.2.2電力市場運營模式 16

2.2.3市場類型 19

2.3本章小結 24

第三章市場化組織結構及其競價研究 25

3.1系統架構設計 25

3.1.1組織結構 25

3.1.2各部分職能設計 26

3.2交易模式設計 27

3.2.1日前交易市場設計 27

3.2.2合同雙邊交易市場 28

3.2.3執行偏差處理 29

3.3競價模式研究及算法實現 30

3.4算例分析 39

3.5本章小結 41

第四章微網系統日前調度研究 43

4.1參與電力市場交易模式的調度模型 43

4丄1調度策略 43

4.1.2目標函數 44

4.1.3約束條件 47

4.2孤立模式的調度模型 48

4.2.1調度策略 48

4.2.2目標函數與約束條件 49

4.3模型求解 49

4.3.1混合整數規劃相關處理 49

4.3.2仿真參數設定 51

4.4算例分析 53

4.5本章小結 58

第五章全文總結與展望 60

5.1全文總結 60

5.2后續工作展望 61

S； i射 62

參考文獻 63

攻讀碩士學位期間取得的成果 67

第一章緒論

1.1研究背景與意義

近年來，能源短缺及環境污染等問題愈發嚴重，能源轉型己成為全球各個國 家的焦點問題。光伏發電及風力發電，因其電能來源清潔、便利、且資源豐富， 其研究及應用得到了各國重視。新能源發電的發展在國際上備受關注，許多國家 都在大力發展，我國也取得了較大成果。2017年我國可再生能源發電占增加到 26.4%，參與發電的電量已達1.7億千瓦時，同比增長15000萬千瓦時，其中風力 發電裝機容量增長1503萬千瓦，已達到16873萬千瓦，風電上網電量為2410億 千瓦時，2011年風力發電量占總發電比例為1.7%，如今已上升至4%，光伏發電 裝機量增加了 5220萬千瓦，已經達到7742萬千瓦，占總比例的7.3%，至2017 年末，風電已達12962萬千瓦，我國將進一步提升風電占比，預計2020年，風電 累計并網裝機容量達2.1億千瓦以上W。

國際能源署《世界能源展望2017中國特別報告》中提出，我國能源結構將向 清潔能源發電方向發展，電力、天然氣、及可再生能源正成為我國日益增長的能 源需求的依靠，會逐漸減少對煤炭等傳統資源的依賴。煤炭發電的比例將從2016 年的三分之二變40%以下，我國能源結構將逐步轉化為清潔發電模式，我國認為 光伏發電為最經濟的發電方式，以太陽能、水能、及風能引領的低碳裝機容量將 迅速增長，到2040年達到裝機總容量的60%[2]。

圖1-1為預計全球2040年的發電 結構。萬千瓦

圖1-1預計2040年全球發電結構

然而在新能源的發展過程中，出現了大量棄風棄光棄水的現象，2016年甘肅 省棄風量已至43%，新疆、內蒙古、吉林已高于20%;棄風率平均已高達12%， 棄光率為6%[3]。新能源在利用時出現了很多的問題，相關的體制機制沒有跟隨新 能源裝機容量的上升而改變；新能源發電裝置建設地區與電力消費地區不匹配； 新能源也因其并入大電網時存在很多技術問題，導致對大電網的穩定運行有較大 影響。針對這些問題，微網作為新能源發電的載體，是指由分布式電源、儲能裝 置、能量轉換裝置、負荷、監控和保護裝置組成的小型發配電系統，可實現分布 式電源的靈活、高效應用，解決數量龐大、形式多樣的分布式電源并網問題。開 發和延伸微網能夠充分促進分布式電源與可再生能源的大規模接入，實現對負荷 多種能源形式的高可靠供給，是實現主動式配電網的一種有效方式。同時為促進 微網更合理的優化資源，需推進微網電力市場化。

上世紀80年代，有些人認為垂直一體化的電力運營模式弊端太多，已無法與 經濟發展相匹配，故開始了電力改革的研究。電力行業長期籠罩在壟斷運行模式 下，很難保證電力能夠有效運行，造成資源的利用不當；政府也會對電力行業的 運行形成一定的干擾，并不能體現電能其作為商品本來的屬性；消費者的用電行 為無法反映到商品的價錢屬性上，無法指導對電能生產多少產生指導性作用[6]。建 立電力市場，代替原有的壟斷性經營，可還原電能的商品屬性，降低電能價格， 提高能源利用率，使我國的電力市場改革已進入了一個全新的階段。

國家發改委能源局發布的《針對棄光解決棄水棄風棄光問題實施方案》中指 出：“要落實可再生能源發電制度，推進可再生能源電力參與市場化交易；拓展 電網消納途徑和模式，隨著增量配電網改革試點的推進，可逐步斷增加可再生能 源消費需求，將新能源發電與微網相結合，鼓勵發展微網、局域網、能源互聯網 等新模式，其可通過增加可再生能源、分布式電源的接入能力，鼓勵可再生能源 等清潔能源的就地消納，加快分布式電源中可再生能源的發展。展開以分布式電 源為主的電力市場化交易的改革，分布式電源中的可再生能源發電為主要發展對 象，通過市場化交易滿足就近消納”。2015年9月有國家發改委下發的電改9號 文中更是提出要推廣分布式電源參與電力市場交易[5]。

建立微網環境下的電力交易機制，是微網電力市場的關鍵性、基礎性問題， 是使微網電力市場能夠推行的前提條件，一個電力市場的形成，其電力交易機制 是必要的條件之一。同時微網電力交易機制的研究面臨著許多問題，微網內部含 有大量的分布式電源，所有權及管理權較為分散，利益訴求不盡相同，這些與傳 統電網有較多不同，且系統較大電網結構簡單，故需要設計與微網環境相匹配的 電力交易機制。

綜上所述，大力推廣可再生能源微網及微網電力市場化已成為電網發展的必 然趨勢，微網環境下的電力市場，是一種全新形式的市場化改革，如何建立適合 于微網環境下的電力市場交易框架，如何建立購售雙方的競價機制，建立微網內 部在電力市場環境下的調度模型，具有十分重要的理論及現實意義。

1.2國內外研究現狀 

1.2.1微網研究現狀

《微網管理辦法》中將微網定義為“由分布式電源、用電負荷、配電設施、 監控和保護裝置等組成的小型發配用電系統(必要時含儲能裝置)”。由分布式電源、 儲能裝置、能量轉換裝置、相關負荷和監控、保護裝置匯集而成的小型發配電系 統，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統，微網的電壓等級比較低， 一般在35kV及以下，系統容量在20MW以下。

微網按其運行方式劃分可以分為獨立型與并網型。獨立型微網是一種可單獨 建設、運行的供電方式，和外部大電網不存在任何連接點，其可以保證微網內發 電和供電的平衡，實現電網內供電的穩定性；而并網型微網是和外部電網一起聯 網運行，與外網通過連接點相連，當外部電網出現故障，這個時候要和外網斷開， 控制網內的電源和儲能系統，這樣才可以保障重要用電負荷的供電，但其同樣可 運行于獨立運行模式m。

微網按其結構可以劃分交流微網、直流微網及交直流混合微網。微網按其地 理位置、用途、應用場所等可以分為很多小類，其由圖1-2給出。

工業微網、企業微網、民用微網的建立，是為能降低用電成本，節約開支； 校園微網往往是為實驗研究所建立；偏遠地區及海島架設傳統大電網比較困難， 費用也較高，所以利用微網解決供電問題[8]。

最早開始對微網研究的是美國、歐洲等國家，美國在微網研究領域處于領先 地位，作為最早提出微網概念的國家，實踐方面也走在世界前端，擁有200多個 示范微網[9]。美國示范微網投資主體多元、地域分布廣泛、應用場景豐富、結構組 成多樣，主要可以用于提高供電可靠性，為分布式的可再生能源發電提供載體， 及為電網提供支持。

歐洲十分重視清潔能源的發展，1998年就開始開展對微網系統的研發，也是 開展微網研究和示范工程較早的地區。表1-1列出了歐洲地區一些國家的典型微網 案例?。

表1-1歐洲典型微網發展現狀

我國對微網的研究相對歐美等發達國家較晚，但我國已逐步展開對微網的研 究，國內已有眾多科研機構、高校、企業建設了一批微網示范工程，主要以風、 光等可再生能源作為發電形式[11]。

1.2.2電力市場研究現狀

電力市場的發展都是各國根據自己的國情，建立合適的電力市場模式，市場 模式經過實際檢驗，不斷調整完善，以形成最終完全市場化的模式。美國、歐洲、 日本等國家較早開展的電力改革的探索，并取得了一定成果。美國的PJM電力市 場在1927年由三個公用事業單位建立，成為了世界上第一個電力聯營體，1997年 成功轉型為第一個基于報價的電力市場，成為為一個電力市場的經營者，按照邊際電價成交(System Marginal Price，SMP)為運營模式；1998年選擇加入容量市場，以實際報價成交(Pay as Bid，PAB)，并開放在賓州的零售商經營權，市場成員不斷 增加，市場得到不斷的發展；于2000年開始加入日前市場與實時市場兩種市場模 式，加入調頻市場，成為較為完備的電力市場模式[12]。

美國的德州電力市場也是美國較大的電力市場之一，1996年ERCOT作為獨 立系統運營商參與電力市場交易，為非盈利性組織。1999年，德州立法機構發布 的7號法案代表ERCOT將要開發零售電力市場，成為第一個開放零售交易的市場， 并要求將三發輸配三個職能完全分開。2012年其零售市場正式開放，是美國一個 較為成功的電力市場改革。ERCOT的批發市場采取獨特的分區電價機制，每個報 價單元可能含有一個及以上的機組或負荷，為解決輸電阻塞的問題引入了金融輸 電權方案[13]』尺03了并不直接與零售商進行結算，零售商通過“市場合格計劃體” 作為代表參與到電力市場交易中，結算時也由“市場合格計劃體”作為中間組織 完成兩方的結算[14]。“市場合格計劃體”作為ERCOT獨特的組織結構，促成發電 商與零售商之間的交易，負責平衡其所代理的發電商與零售商之間的電量交易情 況，其也可以自己擁有零售商或者發電公司。

歐洲也較早開始了電力體制的改革，現歐洲各國大部分都已建立了電力市場， 其中北歐、英國、德國等電力體制改革發展較早。英國在電力改革期間經歷了三 個階段，1990年實行了電力庫交易模式，2001年實行新電力交易機制，由電力庫 的集中競價模式變為了雙邊自由競價模式，2005年推行現行的電力交易和傳輸機 制，將市場劃分為遠期、長期、短期、實時四個部分，由合同市場、平衡市場、 不平衡結算三個環節組成[15]。德國與1998年推行新的能源法，正式進入電力市場 改革階段，建立了日前交易及期貨交易市場，由歐洲能源交易所提供場外交易清 算服務。德國的發、輸、配電公司雖然在表面上各自獨立，但其實是大公司的一 些子公司來進行交易，電力市場的改革仍存在較多漏洞。北歐的跨國電力市場， 最早開始于1993年，挪威建立電力交易所，隨后丹麥、瑞典、芬蘭也隨之加入到 電力市場交易中，各國之間能源互補，緊密配合[16]。北歐電力市場發展較為快速， 市場也較為開放，擁有期貨交易、期權交易、差價合同交易市場。

我國隨著工業的不斷發展，電力行業也在不斷的改革。我國經歷了很長一段 時間的垂直一體化電力模式，由于工業的快速發展及電力發展較緩慢的因素，上 世紀80年代經歷了拉閘限電的計劃用電階段。用電短缺的現象在1997年得到了 緩解，全國大部分地區不用再實行計劃用電，故從1998年推行了“廠網分開，競 價上網”的改革政策，在發電廠上網部分引入競爭，首先在浙江、上海、山東及 東北三省建立了改革試驗點，開始了電力市場化的改革[17]。2002年由國務院下發 了電力改革5號文，電力市場的改革進入另一階段，傳統的壟斷型電網被拆分兩 大電網公司、分別是南方電網公司與國家電網公司；五大發電集團與四大輔業集 團公司。2015年頒布的“電改九號文”，電力市場的改革更進一步。

1.2.3發電競價算法研究現狀

電力市場中的競價問題是日前電力市場的重要環節，競價過程中，發電商與 買電方需將自己的報價曲線提交給交易中心，由交易中心根據競價算法決定成交 與否、成交的價格、成交的電量等信息。報價曲線可以分為兩種類型，等微增率 報價與分階梯報價。

針對不同的報價方式，有不同的競價算法。針對分段階梯式報價通常處理的 算法為排隊法、動態規劃法、網絡流規劃法等，此類方法較為簡單易懂，解決問 題方式直觀清晰，但是對于系統較為復雜或有較多機組參與競價的情況處理起來 較為困難，適用于比較簡單的系統或者電力市場開發的初期階段[18]。針對連續性 報價通常處理的算法可分為線性規劃法與非線性規劃法，遺傳算法、粒子群算法 等智能算法。此類算法適用于機組較為多，系統較復雜的情況；但智能算法在求 取最優解時，每一次的運算都會產生不同的結果，影響個別電廠的利益，對市場 的公平性有一定的影響，或者也可能存在無解的情況，影響電力市場的正常運行。

本文研究的為基于微網的電力市場，故涉及到的系統比較簡單，分段式階梯 報價完全可以滿足市場交易的需求。文獻[19]中以處理三機組的報價為例詳細的介 紹了排隊算法的計算原理，排隊算法適用于求解各機組的功率分配問題，但是屬 于靜態規劃，不能求解時間約束及網絡安全約束的問題，優勢在于處理時間短、 原理簡單易懂。文獻[20]通過兩臺機組與三個時段的負荷為例介紹了動態規劃方法 原理，除可以解決機組的功率分配問題外，還可以考慮與時間相關的機組啟停的 約束。動態規劃方法的核心思想為窮舉法，所以變量會相對較多，計算量較大，

但是一定會求解出一個最優解。文獻[21]中分別從原始對偶法與原始單純型法兩方 面介紹網絡流規劃算法，此類算法在計算時的原理比較直觀，以網絡節點為計算 單位，比較善于處理維度較高的規劃問題，處理與網絡安全約束相關的問題。

以上幾種方法，都有其自身使用的條件，但是每種方法都存在一定的缺陷。 排隊法只能用于求解靜態規劃問題，只能針對單獨時間段內的機組輸出功率進行 規劃，無法處理與時間約束和網絡安全相關的問題，并且在同一個價格段內出現 多種機組的選擇時無法操作，只能尋求人工的幫助或者提前規定相應的競價規則。 文獻[22]中對排隊法進行了改進，但是也只考慮了邊際價格段內最小機組出力約束， 并且計算量大，其在計算同樣的問題時會耗費較多的時間，雖然可以處理機組最小出力相關的約束問題，但依然無法處理網絡安全的問題。故需要進行進一步的 研究。

1.2.4微網調度研究現狀

電力市場環境下的微網調度的核心是與大電網的機組組合(UC，Unit Commitment)相同，即保障系統運行的經濟性。機組組合是安排發電計劃時的重要 環節，其促進了資源的合理配置。考慮網絡安全約束的機組組合(SCUC)是近些年 國內外的研究熱點，不僅要考慮系統運行的經濟性，還需考慮網絡安全等問題。 國外有關SCUC的文獻中，大多數研究與網絡基態和故障狀態下的相關問題，國 內則大多文獻只包含有網絡基態約束。

微網的調度研究決定了微網未來的技術發展道路[23]，是國內外研究的熱點問 題，微網的調度問題與大電網的機組組合問題較為不同的一點是分布式電源的建 模問題，今年來有不少的學者對于分布式電源的建模問題做了很多的研究。微網 調度的核心問題是優化問題，研究的內容包括目標函數、約束條件、與優化方法， 這些方面國內外的學者也做了較多的研究。

分布式電源的建模問題，包括風力發電機模型、光伏發電機模型、微型燃氣 輪機模型、燃料電池模型、蓄電池模型等。通過模型的不斷改進，可以更接近分 布式電源發電的真實狀態。文獻[24]針對可再生能源發電的不確定性及波動性，提 出了區間描述的方法，在風機及光伏發電的模型中，加入了考慮其不確定性的區 間，建立了含有風機、光伏、燃料電池及蓄電池的微網模型，利用CPLEX求解此 優化問題，證明此方法有很好的魯棒性和適應性。文獻[25]則對蓄電池的建模進行 研究，因可再生能源發電具有不確定性及波動性，蓄電池在微網中的作用十分重 要，因此需要充分利用蓄電池，提高微網的經濟性，在蓄電池的建模中加入了利 用加權吞吐量的方法來加入蓄電池的使用壽命考慮因素。

微網各分布式電源的發電優化問題的目標函數，主要目的是減少系統的消耗， 提高其經濟性，近些年還將安全性及環保性考慮進去。文獻[26]中除電網運行的經 濟性與環保性外，由于對系統不確定因素的錯誤估計會對系統的運行造成一定的 影響，在目標函數中加入高估或低估費用，以減少新能源發電或者負荷的不確定 性所帶來的影響，約束條件中加入電壓安全裕度與缺負荷率的考量，以保障系統 安全穩定運行，最終利用改進的膜計算算法對模型進行求解。文獻[27]在建立目標 函數時將用戶側的滿意度也考慮其中，用戶的用電電量多少會對電價產生影響， 變化的電價也會對用戶行為產生引導，用戶的行為因電價的變化而選擇做出改變，用戶的滿意度就會下降，通過對分時電價的改變兼顧了系統經濟性與用戶側的滿意度。

創建數學模型時需要考慮的約束條件也是很多學者研究的熱門問題，不同的 系統運行要求需要不同的約束條件相匹配。文獻[28]針對鋼鐵企業自己的微網系統 自發電時的優化調度的特點，在約束條件中加入了混燒比例、煤氣平衡約束、煤 氣柜安全操作約束，在該模型中采用盒式不確定集合描述此煤氣柜安全操作約束， 以達到此系統的經濟安全運行。另外還有一些學者考慮了含有大用戶大企業系統 的優化調度問題，大用戶大企業可與系統簽訂可中斷負荷合同，在系統負荷高峰 期或者出現故障時，由系統向簽訂合同的用戶發送中段請求，由于用戶中斷部分 或者全部負荷而需要支付一些補償費用，在約束條件中加入了場景樹約束及可中 斷負荷調用約束；在考慮居民等小用戶時，居民在負荷高峰時可選擇中斷不影響 使用的負荷，同時可以收到部分補償，此種情況在描述功率平衡約束時采用機會 約束形式[29]。

對于微網經濟調度，還有一大部分的學者對其優化方法進行研究。優化模型 的求解通常有兩類方法，數學規劃法和智能算法[3()]。文獻[31]將免疫算法與粒子群 算法相結合，粒子群算法在優化過程中雖然可以較快的收斂到最優解附近，但其 對個體的多樣性有一定的損傷，且計算的精度受到限制，與免疫算法相結合，可 以保留優化過程中適應度高的個體，記憶個體將替換不符合要求的新生個體，增 加個體多樣性，有效抑制了優化過程中個體多樣性的退化。文獻[32]對粒子群算法 進行了改進，傳統的多目標粒子群算法(MOPSO)局部性較好但是全局性較差，在 此基礎上，在迭加時加入模糊相似矩陣，可以提高個體的多樣性，從而保證全局 性，綜合兩種算法，提出了 HSMOPSO算法，即能保障個體的多樣性，又能保障 與真實的帕雷多前端更接近。文獻[33]在動態調度優化時采用了三種不同的方法， 釆用兩階段式混合整數規劃方法，線性化后的混合整數規劃方法，這兩種方法是 針對發電閥點效應及機組禁運區的復雜調度模型，當考慮網絡損耗時，如果每條 線路的損耗都用二次函數來描述，會加大模型的復雜程度，作者采用帶懲罰因子 的方式及松弛處理方式來求解模型。文獻[34]針對有風電并網的大大電網，由于風 電并網的不確定性會給電網造成較大的影響，提出了基于機會約束目標規劃的思 想，來優化這種不確定性的隨機調度模型；總運行成本考慮了運行成本、棄風成 本、儲能運行成本、備用偏差成本，其中火電運行成本考慮煤耗成本、備用成本、 及備用成本；模型約束條件考慮了系統功率平衡約束、火電機組的系統約束、還 有系統備用約束，在系統約束中加入機會約束目標規劃思想求解。

1.3本論文的結構安排

本文針對微網環境下的電力市場，通過對各國電力市場改革先例及各種經典 電力市場模式的研究，設計了微網的電力市場交易框架，提出了分級微網交易結 構，對競價方法及調度方法進行了研究；在微網市場交易中心參與競價時，提出 了改進的動態排隊規劃法來確定參與市場交易的交易商所成交的電量；在確定了 成交電量后，提出了基于優化儲能策略的經濟調度方法來確定各交；易商內部的 各類分布式電源的出力組合。本文共分為5章，框架如圖1-3所示，其詳細內容分 別如下：

第一章介紹了對基于微網的電力市場的研究背景與研究意義；分為微網研究 現狀、電力市場研究現狀、競價算法研究現狀及微網調度研究現狀四個部分來闡 述國內外的發展情況；并對微網的類型做出了詳細的分類及說明，論述了微網當 前世界各地的建立情況。最后簡要概括了本文的主要內容，并針對每一章的內容 做出進一步的闡述。

第二章首先對微網內的各分布式電源進行了研究，介紹其運行原理并建立了 相應數學模型，為第四章的微網調度建模打下基礎。隨后對電力市場展開研究， 介紹了電力市場的經濟學理論基礎，歸納了電力市場中包括的市場形式，介紹了 電力市場發展過程需要經歷的四個不同模式，并對交易類型展開了研究，為后續 章節的研究提供理論基礎。

第三章首先針對基于微網環境下的電力市場，設計了兩層交易模式組織結構。 隨后根據組織結構及微網自身的特點，設計了交易模式，詳細的講述了交易規則 及結算規則。然后，針對微網市場交易中心參與市場交易時競價模式，在排隊法 的基礎上，結合動態規劃法與網絡流規劃法這兩種方法，設計了改進的動態排隊 規劃法，以求解此電力市場的競價問題。最后，以一個五機組及五個負荷報價的 系統算例，詳細講述了此方法的應用。

第四章主要是研究對微網市場交易中心在參與電力市場交易后對于自身各分 布式電源發電的優化問題。首先，儲能作為微網運行中最重要的部分，設計了針 對參與市場交易模式與孤立狀態下的儲能優化策略。隨后，針對參與市場交易模 式的系統，建立了以系統成本及環境污染最小為目標的函數，系統成本主要考慮 了燃料成本、投資折舊成本、參與電力市場時的交互成本和人工維護成本，環境 污染最小則轉化為環境治理成本最小加入到目標函數中。然后，約束條件考慮了 系統內的功率平衡、分布式電源出力上下限約束、爬坡速率約束、及蓄電池優化 是的相關約束。而后，簡單介紹了孤立模式下的目標函數與約束條件。最后，結 合第二章中建立的分布式電源模型，對建立的模型利用混合整數方法來進行仿真 驗證。

第五章是全文的總結，對文章的主要內容進行了概括，并針對文章內容提出 了未來可能的研究方向。

第二章微源數學模型及電力市場理論基礎研究

2.1微源數學模型

2.1.1風力發電模型

風能作為一種可再生能源，是各國可持續能源戰略的重要組成部分，因此， 如今越來越多的國家更加重視風力發電的發展。風力發電的輸出功率主要是受風 速以及風機自身參數的影響，所以研究風速的隨機分布情況是得到風電輸出功率 的必要準備。

國內外對風速分布的研究現己有如下幾個理論:Weibull分布、Rayleigh分布、 Pearson分布、Gamma分布、Gumbel分布和對數正態分布[35]。其中Weibull分布

最符合大多數地區的風速分布情況且形式簡單，得到了較為廣泛的應用，其概率 密度函數為：

式中：v為風機的風速，yt為weibull分布的形狀參數，c為其尺度參數。

風能通過風力發電機將先被轉化為旋轉能量，再轉換為電能。圖2-1為風力發 電系統的通用示意圖。回旋葉片在風力的帶動下旋轉，并且通過調節葉片的傾斜 角度來得到和風速相應的旋轉數[36]。

每個風機的輸出情況可由一條理想化的風機輸出功率特性曲線表示，如圖2-2所示。

由圖2-2可知，當風速高于切入風速&時，風機開始輸出功率；當風速達到額 定風速V,后，將以最大功率6輸出；當風速超過切除風速^時，為避免風機受到 損傷，暫時停機[37]。其關系可轉化為下列函數關系式表示：

2.1.2光伏發電

光伏發電利用太陽光而產生電能，太陽能是比風能更好捕捉的能源，不用考 慮地域與海拔的限制。因為其內部沒有機械裝置，在發電時不會產生像風機一樣 的噪聲污染，也不用使用燃油等燃料，故對環境沒有污染。其使用起來比較靈活， 壽命也比較長，對放置地點無需太多要求，故隨著其造價的不斷變低，太陽能電 池近年來得到了廣泛的應用[38]。光伏發電原理比較簡單，太陽能照射到光伏板后 產生光伏效應而產生直流電壓，之后通過電力調節裝置將其轉換為交流供應給負 荷。如圖2-3為光伏發電的結構示意圖。

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