一种储能主体参与调频辅助服务市场双层博弈竞价方法与流程

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种储能主体参与调频辅助服务市场双层博弈竞价方法。

背景技术：

1、储能资源作为独立市场主体参与调频辅助服务市场，可以分为两个阶段：一是储能的投标阶段，申报投标调频容量和报价；二是市场预出清阶段，根据报价的排序确定中标的储能资源，将边际机组的报价作为出清边际价格。在储能投标阶段，其目标为储能的调频收益最大；在市场预出清阶段，其目标为电网的调频支出最小。电源侧储能多与传统火电机组和新能源电站联合调频，为了充分发挥其响应迅速的优势，电源侧储能主要承担ace信号中的高频分量。在此基础上，火储联合调频、风储联合调频等竞价策略简化为两部分：1)传统机组参与ace信号低频分量的竞价策略；2)储能参与ace信号高频分量的竞价策略。储能参与ace信号高频分量的竞价博弈模型分成“储能报价”与“市场预出清”两个阶段，其目标分别为储能调频获利最大和电网调频支出最小。负荷聚合商对小规模的分布式储能资源进行整合后统一报价，从而参与到调频辅助服务市场中，与其他参与调频的机组竞价。负荷聚合商管理小容量储能电站的获利分配规则将由负荷聚合商制定。同样，负荷聚合商参与调频市场的竞价分为“储能报价”与“市场预出清”两个阶段。

2、调频辅助服务市场分为三个时间尺度，即日前报价、时前出清、实时出清及结算。如图1所示，在日前报价阶段，参与调频的机组上报容量报价和里程报价以及投标的调频容量，根据历史调频性能对报价进行调整，并利用预估的实时lmp(节点边际电价,locationmarginal price)和运行成本计算调频机会成本。在时前出清阶段，根据调整后的报价、机会成本得到排序价格，按照价格从低到高依次出清，直到中标容量之和满足总的调频需求。在实时出清阶段，根据每5min调度阶段的实际lmp重新计算已中标调频资源的机会成本，得到新的排序价格，最终的边际调频资源的排序价格即为出清价格。将12个调度时段的价格取算术平均值即为某一小时的结算价格。调频辅助服务市场机制出清结算流程为：参与调频的机组在日前申报报价和调频容量，根据报价(或基于历史调频性能调整过的报价)进行排序，从低到高依次确定次日中标机组，直到机组的中标容量之和满足调频需求。将边际机组的报价作为出清边际价格，结算价格则要依据不同的市场规则而定，一般利用结算周期内的出清边际价格得到。

3、由于各储能电站之间存在博弈行为。在储能电站博弈的过程中，各储能电站以其获利最大为目标不断优化自身的竞价策略，直到彼此之间形成纳什均衡，博弈最优解的求解问题实际上是一个多目标规划问题，但多个目标之间往往存在矛盾性，要求所有的目标都为最优解是不可能的，因此多目标规划问题往往只是求解其有效解。因此博弈达到纳什均衡时，各储能电站的报价通常不是博弈迭代过程中出现的历史最高价格，而是均衡时的价格，即所有参与调频市场的储能电站都没有意愿偏离的价格。因此，需要一种新型市场主体的储能电站参与调频辅助服务市场的竞价方法，用于解决储能电站参与电力系统调频收益低的问题。

技术实现思路

1、基于以上不足之处，本发明提供一种储能主体参与调频辅助服务市场双层博弈竞价方法，用于保证分布在电源侧、电网测和负荷侧的储能电站积极参与调频辅助服务市场。

2、本发明所采用的技术方案如下：一种储能主体参与调频辅助服务市场双层博弈竞价方法，步骤如下：

3、s1：构建上层集中出清模型：用于模拟调频市场集中出清过程，其目标为各时段社会调频成本最低，目标函数如公式(1)所示，

4、

5、式中，λθ,t为t时刻调频市场的出清边际价格；λi,t为储能电站i在t时刻的报价；为储能电站i在t时刻中标的上调功率；为储能电站i在t时刻中标的下调功率，应满足

6、定义αi,t为0-1变量，用来表示储能电站i在t时刻的中标情况，定义如式(2)所示，

7、

8、利用αi,t将储能电站i在t时刻中标的功率分以下两种情况：

9、1)当储能电站i不是出清边际机组θ时：

10、

11、2)当储能电站i是出清边际机组θ时：

12、

13、式中，为储能电站i在t时刻申报的上调或下调功率；

14、因此t时刻调频市场的出清边际价格λθ,t由αi,t的值定义如式(5)所示，

15、λθ,t＝max{αi,tλi,t}          (5)

16、市场集中出清阶段受到电力电量平衡约束，即储能电站中标容量与调频需求应实时平衡，如式(6)所示，

17、

18、式中，dt为t时刻电网的调频需求；

19、s2：构建下层储能电站的竞价博弈模型：为各储能电站在结算周期内的获利最大为目标，由于参与调频市场的储能电站共有i个，则日前市场报价的策略集s共有i个元素，如式(7)所示，

20、s＝{s1 s2 … si}         (7)

21、储能电站i向调度与交易中心申报的竞价策略为si，其在t时刻的收益定义为ei,t(si,s-i)如式(8)所示，

22、

23、式中，s-i表示参与日前预出清除储能电站i以外的其余储能电站的报价合集，即s-i＝{s1 … si-1 si+1 … si}；表示储能电站i中标功率和对应的调频成本；

24、对于调频辅助服务市场中的成本包括容量成本和里程成本，所述的容量成本包括储能电站的年均投资成本和年运行成本，所述的里程成本包括持续充放电造成的能量损失成本和放电深度造成的循环寿命衰减成本；

25、根据日前市场的出清结果，各储能电站不断优化自身报价，从而达到纳什均衡，得到最终竞价策略，定义优化后储能电站i的竞价策略为si′，则博弈模型的目标函数如式(9)所示，

26、

27、式中，式中λθ,t′和为储能电站i在t时刻更新后的市场出清价格和中标上调或下调功率；

28、s3：构建下层模型的约束条件，包括申报功率约束、荷电状态约束，

29、1)申报功率约束

30、

31、式中，pib为储能电站i的额定功率，无论储能充电或放电，其功率均不能超过额定功率；

32、2)荷电状态约束

33、

34、式中，soci,t为第i个储能电站在t时刻的荷电状态，具有soc约束，qi,t的计算公式如式(12)所示，

35、

36、

37、式中，ηidown为第i个储能电站的充电效率；ηiup为第i个储能电站的放电效率；为第i个储能电站在t-δt时刻的充电功率；为第i个储能电站的放电功率；qi,t为第i个储能电站在t时刻的容量；qi,t-δt为第i个储能电站在t-δt时刻的容量；为第i个储能电站的额定容量。

38、为了保证储能电站i能够连续的参与调频市场，选取soc为50％以应对接下来的充放电响应，如式(14)所示，

39、soci,0＝soci,t＝50％         (14)

40、式中，soci,0为第i个储能电站在市场出清开始时段的荷电状态；soci,t为第i个储能电站在市场出清末尾时段t的荷电状态。

41、另一方面，本发明还提供一种储能主体参与调频辅助服务市场双层博弈竞价系统，包括：

42、集中出清模块：用于模拟调频市场集中出清过程，其目标为各时段社会调频成本最低，目标函数如公式(1)所示，

43、

44、式中，λθ,t为t时刻调频市场的出清边际价格；λi,t为储能电站i在t时刻的报价；为储能电站i在t时刻中标的上调功率；为储能电站i在t时刻中标的下调功率，应满足

45、定义αi,t为0-1变量，用来表示储能电站i在t时刻的中标情况，定义如式(2)所示，

46、

47、利用αi,t将储能电站i在t时刻中标的功率分以下两种情况：

48、1)当储能电站i不是出清边际机组θ时：

49、

50、2)当储能电站i是出清边际机组θ时：

51、

52、式中，为储能电站i在t时刻申报的上调或下调功率；

53、因此t时刻调频市场的出清边际价格λθ,t由αi,t的值定义如式(5)所示，

54、λθ,t＝max{αi,tλi,t}         (5)

55、市场集中出清阶段受到电力电量平衡约束，即储能电站中标容量与调频需求应实时平衡，如式(6)所示，

56、

57、式中，dt为t时刻电网的调频需求；

58、竞价博弈模块：为各储能电站在结算周期内的获利最大为目标，由于参与调频市场的储能电站共有i个，则日前市场报价的策略集s共有i个元素，如式(7)所示，

59、s＝{s1 s2 … si}         (7)

60、储能电站i向调度与交易中心申报的竞价策略为si，其在t时刻的收益定义为ei,t(si,s-i)如式(8)所示，

61、

62、式中，s-i表示参与日前预出清除储能电站i以外的其余储能电站的报价合集，即s-i＝{s1 … si-1 si+1 … si}；表示储能电站i中标功率和对应的调频成本；

63、对于调频辅助服务市场中的成本包括容量成本和里程成本，所述的容量成本包括储能电站的年均投资成本和年运行成本，所述的里程成本包括持续充放电造成的能量损失成本和放电深度造成的循环寿命衰减成本；

64、根据日前市场的出清结果，各储能电站不断优化自身报价，从而达到纳什均衡，得到最终竞价策略，定义优化后储能电站i的竞价策略为si′，则博弈模型的目标函数如式(9)所示，

65、

66、式中，式中λθ,t′和为储能电站i在t时刻更新后的市场出清价格和中标上调或下调功率；

67、1)约束模块:申报功率约束

68、

69、式中，pib为储能电站i的额定功率，无论储能充电或放电，其功率均不能超过额定功率；

70、2)荷电状态约束

71、

72、式中，soci,t为第i个储能电站在t时刻的荷电状态，具有soc约束，qi,t的计算公式如式(12)所示，

73、

74、

75、式中，ηidown为第i个储能电站的充电效率；ηiup为第i个储能电站的放电效率；为第i个储能电站在t-δt时刻的充电功率；为第i个储能电站的放电功率；qi,t为第i个储能电站在t时刻的容量；qi,t-δt为第i个储能电站在t-δt时刻的容量；为第i个储能电站的额定容量。

76、为了保证储能电站i能够连续的参与调频市场，选取soc为50％以应对接下来的充放电响应，如式(14)所示，

77、soci,0＝soci,t＝50％         (14)

78、式中，soci,0为第i个储能电站在市场出清开始时段的荷电状态；soci,t为第i个储能电站在市场出清末尾时段t的荷电状态。

79、另一方面本发明的目的是通过一种储能主体参与调频辅助服务市场双层博弈竞价的报价确定装置来实现的，装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的一种储能主体参与调频辅助服务市场双层博弈竞价调频辅助服务市场双层博弈竞价方法。

80、另一方面本发明的目的是通过一种计算机可读存储介质来实现的，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的一种储能主体参与调频辅助服务市场双层博弈竞价方法的步骤。

81、为实现以上目的，本发明还提供一种储能主体参与调频辅助服务市场双层博弈竞价的报价确定装置，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的一种储能主体参与调频辅助服务市场双层博弈竞价调频辅助服务市场双层博弈竞价方法。

82、为实现以上目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的一种储能主体参与调频辅助服务市场双层博弈竞价方法的步骤。

83、本发明的优点及有益效果：本发明将调频辅助服务市场出清模型与竞价模型嵌套迭代求解，不仅可以得到调频辅助服务市场的出清价格，而且统一了电源侧、电网测和负荷侧不同储能主体的竞价策略，降低了调频辅助服务市场的出清成本，提高了储能电站参与电力系统调频收益，进而提高了新能源接入电力系统的运行安全性，对储能电站在未来新型电力系统中提升市场竞争力具有重要的参考价值。