关键词：
风光新能源发电商
电力市场
碳市场
绿证市场
耦合交易
摘要：
近年来,在“双碳”目标及配套政策支持下,我国风电、光伏新能源电力高速发展,但风电、光伏具有间歇性和波动性,大规模发展带来严重的并网消纳难题。政策和市场机制是促进规模化新能源消纳的重要方式,当前我国正逐步深化电力市场建设,并积极推进新配额制及配套绿证市场、碳排放权交易及碳市场建设。新形势下,电力市场、绿证市场和碳市场之间存在复杂共生和互促关系。因此,本文以风光新能源发电商(以下简称“风光发电商”)参与市场交易为研究主线,讨论风光发电商参与多市场耦合交易问题,对促进风光新能源可持续发展具有重要研究价值。主要研究内容如下:(1)梳理了风光发电商参与多市场交易的国内外研究成果、相关理论和政策机制。首先,从电-绿证-碳多市场交易机制、风光发电商参与电力市场交易、风光发电商参与电-绿证-碳多市场交易三个方面总结了国内外研究现状。其次,介绍了电-绿证-碳多市场交易的内涵与典型特征,明确了多市场交易的概念和特点。最后,论述了多市场交易基础理论、相关政策与机制,为论文后续奠定了基础。(2)研究了风光发电商参与电-绿证-碳多市场耦合交易路径。首先,建立了电-绿证-碳多市场交易系统动力学模型,分析了多市场交易的互动机理和作用关系。其次,分析了多市场之间的耦合关系。最后,根据多市场交易机理与耦合关系,确立了风光发电商参与多市场耦合交易路径,为本文后续开展多市场耦合交易模型研究提供基础。(3)提出了计及不确定性的风光发电商参与电力时序市场耦合交易模型。首先,立足电力中长期市场,提出风光发电商参与年度双边协商和月度集中竞价市场的交易优化模型,采用多代理深度确定性策略梯度算法求解风光发电商参与中长期市场的最优策略;建立了中长期合约分解的多目标优化模型,采用自适应加权和法对模型求解并得到均匀的帕洛托解。其次,考虑风光出力不确定、现货市场电价、偏差惩罚等影响因素,并引入条件价值风险理论,从风险中立、风险偏好两个角度建立中长期合约分解约束下的现货市场交易优化模型,求解风光发电商现货市场交易策略。研究结果表明,在中长期市场中,风光发电商经过多轮竞价交易会获得最优的市场策略,中长期合约分解结果可以跟踪风光的实际出力保障新能源消纳;在现货市场中,风险偏好交易优化模型可以量化风光不确定性引起的潜在损失,有助于风光发电商现货市场风险防控。(4)提出了计及绿色价值的风光发电商参与电-绿证市场耦合交易模型。首先,分析了我国现有绿证核发机制,提出了一种计及绿色价值的风光发电商绿证测算模型。其次,建立了风光发电商参与电-绿证市场双层耦合交易模型。上层模型考虑风光发电商电-绿证市场收益最大化,下层模型实现日前现货、实时现货和绿证市场联合出清,并采用混沌麻雀算法对模型进行求解。研究结果表明,在电力市场发展初期,风光发电商报量不报价参与市场,日前市场电价波动较为稳定,有利于电力现货市场的平稳起步。在市场逐步发展成熟后,风光发电商以报量报价参与市场可以最大化电-绿证市场收益,充分激发风光发电商的市场活力。(5)建立了计及CCER的风光发电商参与电-碳市场耦合交易模型。首先,梳理了我国当前CCER交易核证机制,提出一种考虑风光预测精度的CCER测算模型。其次,针对风光发电商和常规煤电发电商的博弈行为,引入非合作博弈理论,建立了风光发电商参与电-碳市场的非合作博弈优化模型。上层模型分别以风光和常规煤电发电商收益最大化为优化目标,下层模型以电-碳市场福利最大化为优化目标。然后,将双层优化问题通过卡罗需-库恩-塔克条件转化为均衡约束数学规划问题,利用强对偶定理、二进制拓展法,将均衡约束数学规划问题进一步转化为混合整数线性规划问题,然后采用对角化算法求解纳什均衡解。研究结果表明,风光发电商可以通过电-碳耦合市场交易提升自身出清量、同步压缩常规煤电出清量,间接提升全社会福利。而风光出力不确定性和装机容量增加会使风光发电商收益降低。(6)提出了风光发电商参与电-绿证-碳多市场耦合交易模型。首先,为避免风光新能源环境价值在绿证市场和碳市场中被重复计量,设计了计及减排量的绿证-碳配额等价交互机制及模型。其次,立足我国电力供需格局,建立了风光发电商参与电-绿证-碳市场的主从博弈模型,将受端省购电商作为博弈主体,考虑在受端省内市场和省间市场购电成本最小;将送端省风光发电商作为博弈从体,考虑在送端省内市场和省间市场的售电收入最大化,同时考虑环境价值在绿证市场和碳市场中收益最大化。研究结果表明,所构建的多市场耦合交易模型可以精确刻画风光发电商的博弈互动行为,能够保证风光发电商在电价、绿证价格、碳价影响下实现自身收益最大化。
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