王 俊，徐 箭，柯德平，孫元章，王晶晶，吳煜暉，魏聰穎

（1. 武漢大學(xué) 電氣與自動化學(xué)院，湖北 武漢 430072；2. 國家電網(wǎng)公司華中分部，湖北 武漢 430072）

0 引言

近年來，隨著能源領(lǐng)域市場化進(jìn)程的不斷加快，以及以光伏、微型燃?xì)鈾C(jī)組為主的分布式供能技術(shù)日趨成熟，用戶在能源市場中扮演的角色逐步從被動的能量接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥氖袌鰠⑴c者［1］。

在能源市場中，綜合能源系統(tǒng)內(nèi)分布式資源的調(diào)控權(quán)往往歸屬于不同的利益主體，系統(tǒng)調(diào)度人員不能對分布式資源進(jìn)行直接控制，但可以通過價(jià)格激勵(lì)用戶調(diào)節(jié)分布式資源的運(yùn)行方式以響應(yīng)系統(tǒng)需求［2］。在該機(jī)制下，價(jià)格信號的制定應(yīng)充分反映系統(tǒng)需求，同時(shí)還需協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各類市場主體的利益關(guān)系。目前能源市場中針對激勵(lì)價(jià)格信號的制定方法較多，最為成熟的是電力系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)邊際價(jià)格LMP（Locational Marginal Price）［3］以及在此基礎(chǔ)上衍生出的考慮配電網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)約束的適用于配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)邊際價(jià)格DLMP（Distribution Locational Marginal Price）。文獻(xiàn)［4］提出一種考慮分布式電源DG（Distributed Generator）接入配電網(wǎng)后給系統(tǒng)運(yùn)行帶來影響的DLMP 計(jì)算方法；文獻(xiàn)［5］則采用DLMP 實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)中電動汽車充電方式的管理，并通過求解含機(jī)會約束的非線性規(guī)劃得到DLMP；文獻(xiàn)［6］提出了一種基于DLMP 的不平衡配電網(wǎng)需求響應(yīng)和DG 管理方法。上述DLMP 定價(jià)策略能夠有效緩解配電網(wǎng)絡(luò)阻塞，但大多針對電動汽車的需求響應(yīng)管理，沒有考慮其他類型的分布式資源。

然而，隨著能源領(lǐng)域市場改革的推進(jìn)，未來區(qū)域綜合能源系統(tǒng)中將會出現(xiàn)大量獨(dú)立的市場主體，現(xiàn)有的含多市場主體參與的市場定價(jià)策略的研究主要集中在不同市場主體的價(jià)格響應(yīng)特性以及市場主體與系統(tǒng)運(yùn)營商之間的協(xié)同方面。文獻(xiàn)［7］考慮分布式新能源、電池儲能等，提出了一種基于邊際價(jià)格的日前市場出清模型，但采用的是固定費(fèi)率對需求響應(yīng)資源進(jìn)行補(bǔ)償；文獻(xiàn)［8］在LMP 的基礎(chǔ)上提出了一種調(diào)頻備用邊際價(jià)格用于系統(tǒng)運(yùn)營商平抑新能源功率的隨機(jī)波動；文獻(xiàn)［9］針對含儲能的電力零售商提出了基于置信水平區(qū)間的兩階段價(jià)格型需求響應(yīng)模型，并通過價(jià)格-需求彈性系數(shù)矩陣來刻畫負(fù)荷對價(jià)格的響應(yīng)行為；文獻(xiàn)［10］以調(diào)峰定價(jià)為背景考慮價(jià)格型需求響應(yīng)資源在峰谷平不同時(shí)段具有不同的自彈性系數(shù)和互彈性系數(shù)，并基于火電與儲能的成本特性給出了火儲深度調(diào)峰定價(jià)策略；文獻(xiàn)［11］則基于電熱綜合需求響應(yīng)提出了一種考慮日前市場價(jià)格波動的零售電價(jià)動態(tài)定價(jià)策略；部分學(xué)者提出基于分布式深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)和長短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等訓(xùn)練得到負(fù)荷的價(jià)格響應(yīng)特性［12-13］。這類文獻(xiàn)的模型從數(shù)學(xué)本質(zhì)角度看采用的是分段線性函數(shù)或數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式來刻畫價(jià)格與負(fù)荷需求之間的關(guān)系。另一方面，由于系統(tǒng)運(yùn)營商與市場主體之間的交易屬于一種博弈，部分文獻(xiàn)基于博弈論和雙層優(yōu)化的思想刻畫系統(tǒng)運(yùn)營商的動態(tài)定價(jià)過程［14-17］，如文獻(xiàn)［15］、［16］分別研究了計(jì)及商業(yè)樓宇和虛擬電廠的配電側(cè)市場交易策略，構(gòu)建了一種用于動態(tài)定價(jià)和市場出清的雙層優(yōu)化模型；文獻(xiàn)［17］則針對點(diǎn)對點(diǎn)的交易模式提出了一種基于主從博弈理論和局部實(shí)用性拜占庭容錯(cuò)算法的交易定價(jià)策略，上述定價(jià)策略大多針對電力系統(tǒng)，且未考慮定價(jià)策略與電壓無功優(yōu)化的融合。目前較少有直接針對氣電區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的市場激勵(lì)價(jià)格制定方法的相關(guān)研究，部分學(xué)者提出了面向其他類型綜合能源系統(tǒng)的邊際價(jià)格計(jì)算理論和市場出清策略［18-21］。文獻(xiàn)［19］針對區(qū)域熱電聯(lián)供系統(tǒng)提出了節(jié)點(diǎn)邊際熱價(jià)的概念，進(jìn)一步考慮了配電網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)損耗和供熱管道中的熱損耗，基于管道損耗方程分析了節(jié)點(diǎn)邊際熱價(jià)的分布規(guī)律；文獻(xiàn)［20-21］闡述了多能源系統(tǒng)日前市場的基本交易機(jī)制，構(gòu)建了電熱聯(lián)合市場出清模型并提出不同能源類型負(fù)荷響應(yīng)市場出清信號的控制策略。

本文針對氣電區(qū)域綜合能源系統(tǒng)建立了含商業(yè)樓宇和DG 2 類市場主體的日前市場出清模型和框架，綜合考慮節(jié)點(diǎn)凈有功負(fù)荷、凈無功負(fù)荷和天然氣負(fù)荷對系統(tǒng)運(yùn)行的影響，通過引入網(wǎng)損靈敏度因子、電壓靈敏度因子、氣壓靈敏度因子等，將區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的非線性潮流約束和穩(wěn)態(tài)氣流約束轉(zhuǎn)化為線性約束，并求得相應(yīng)LMP 的解析表達(dá)式；進(jìn)一步地，根據(jù)邊際價(jià)格的物理意義，基于所提市場出清模型將節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)分為有功基礎(chǔ)電價(jià)、無功基礎(chǔ)電價(jià)、阻塞管理電價(jià)、電壓支撐電價(jià)、網(wǎng)損邊際電價(jià)、基礎(chǔ)氣價(jià)和氣壓支撐價(jià)格7 類?；诟倪M(jìn)的IEEE 33 節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)和24 節(jié)點(diǎn)輻射形氣網(wǎng)構(gòu)成的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明，所提基于LMP 分解的定價(jià)策略能夠?qū)κ袌鲋黧w提供的不同輔助服務(wù)類型進(jìn)行合理的補(bǔ)償，通過市場主體對不同價(jià)格信號的響應(yīng)促使其根據(jù)系統(tǒng)需求調(diào)節(jié)運(yùn)行方式以支撐系統(tǒng)運(yùn)行。

1 市場參與者建模

隨著能源領(lǐng)域市場化進(jìn)程的加快以及分布式新能源滲透率的不斷提高，未來的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營商管轄范圍內(nèi)會出現(xiàn)越來越多獨(dú)立的市場主體，本文提出了如圖1 所示的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)市場框架。

圖1 區(qū)域綜合能源系統(tǒng)市場框架Fig.1 Market framework of regional integrated energy system

為了更高效地管理這些市場主體，區(qū)域綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營商通常會為市場主體的接入設(shè)置相應(yīng)的容量準(zhǔn)入門檻，大量分布式光伏可以聚合形式參與市場交易，含有多能轉(zhuǎn)化設(shè)備的商業(yè)樓宇建筑等也可作為獨(dú)立的市場主體參與到區(qū)域綜合能源系統(tǒng)市場中。在所提市場框架中，綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營商接收來自各市場主體的報(bào)價(jià)并與批發(fā)側(cè)市場互動，計(jì)及運(yùn)營區(qū)域內(nèi)相應(yīng)安全約束完成市場出清。考慮到無功功率對于系統(tǒng)電壓影響較大，本文將無功功率也作為一種標(biāo)的物，同時(shí)出清有功LMP和無功LMP，并針對配氣網(wǎng)引入節(jié)點(diǎn)邊際氣價(jià)，將不同價(jià)格信號同時(shí)傳遞給區(qū)域內(nèi)的市場主體，不同市場主體根據(jù)各自并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)價(jià)格信號調(diào)節(jié)自身運(yùn)行方式以支撐區(qū)域綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行。

1.1 商業(yè)樓宇

對于區(qū)域綜合能源系統(tǒng)中的商業(yè)樓宇建筑，既可以通過調(diào)節(jié)室內(nèi)設(shè)定溫度改變自身購電曲線，同時(shí)其含有的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)CHP（Combined Heat and Power system）等多能轉(zhuǎn)化設(shè)備又可以使其作為氣電耦合單元提供綜合需求響應(yīng)。因此，本文考慮含氣電耦合設(shè)備的商業(yè)樓宇建筑作為獨(dú)立的市場主體參與市場投標(biāo)，選用以天然氣為燃料的微型燃?xì)廨啓C(jī)作為發(fā)電設(shè)備，模型如式（1）、（2）所示。

1.2 DG

對于配電網(wǎng)中的DG，通常可以聚合形式參與市場需求響應(yīng)。配電網(wǎng)中的DG 可以分為逆變器型和同步機(jī)型2 類，對于逆變器型DG，如風(fēng)機(jī)和光伏，其通過控制逆變器既可以從系統(tǒng)吸收無功功率又能夠向系統(tǒng)輸送無功功率，本文重點(diǎn)考慮逆變器型DG 這一類市場主體。上級能源運(yùn)營商通常會對DG 的并網(wǎng)設(shè)置最小功率因數(shù)要求，DG 可以通過控制逆變器來調(diào)節(jié)自身功率因數(shù)。根據(jù)DG 并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)［22］，本文設(shè)置DG并網(wǎng)相應(yīng)的功率因數(shù)范圍要求為［-0.95，0.95］，建立如式（3）、（4）所示的聚合DG 等效模型。

2 區(qū)域綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營商優(yōu)化模型

為充分引導(dǎo)多市場主體用戶根據(jù)系統(tǒng)需求調(diào)節(jié)分布式資源運(yùn)行方式，本節(jié)建立了計(jì)及配電網(wǎng)網(wǎng)損和配氣網(wǎng)雙重約束、以系統(tǒng)總運(yùn)行成本最小化為目標(biāo)函數(shù)的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營商多能流優(yōu)化模型。

2.1 目標(biāo)函數(shù)——系統(tǒng)總運(yùn)行成本最小化

考慮到市場出清的根本目的在于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體利益的最優(yōu)化，因此模型的目標(biāo)函數(shù)為最小化系統(tǒng)的總運(yùn)行成本，包括運(yùn)營商從批發(fā)市場購買有功功率成本、從輔助服務(wù)市場購買無功功率成本、商業(yè)樓宇購氣成本以及DG 的發(fā)電成本。理論上，目標(biāo)函數(shù)中購氣成本項(xiàng)應(yīng)由基礎(chǔ)用氣負(fù)荷和商業(yè)樓宇的微型燃?xì)廨啓C(jī)氣負(fù)荷構(gòu)成，由于基礎(chǔ)用氣負(fù)荷氣流量無法改變，在優(yōu)化問題中為恒定值，因此目標(biāo)函數(shù)中購氣成本項(xiàng)只考慮了商業(yè)樓宇內(nèi)微燃機(jī)氣負(fù)荷。目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式為：

2.2 多能流雙重約束

1）節(jié)點(diǎn)功率平衡。

對于區(qū)域綜合能源系統(tǒng)中配電網(wǎng)側(cè)而言，不同市場主體接入的位置以及線路的網(wǎng)損對于運(yùn)營商有功、無功購電量的影響都是不可忽略的，因此本文選用Distflow 模型來刻畫配電網(wǎng)的交流潮流。為方便表述，本文約定線路l=(i，j)指以節(jié)點(diǎn)i為首端、節(jié)點(diǎn)j為末端的輸電線路，線路傳輸功率指線路首端的傳輸功率。

5）氣流平衡約束。

由于區(qū)域綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營商的日前市場出清通常在小時(shí)級的時(shí)間尺度，因此可采用如下穩(wěn)態(tài)氣流方程來描述配氣網(wǎng)的狀態(tài)。

3 模型的轉(zhuǎn)化與處理

區(qū)域綜合能源系統(tǒng)日前市場出清的一個(gè)重要目的是為各類市場主體制定具有時(shí)空差異性的電價(jià)，即DLMP。各市場主體依據(jù)DLMP完成日前結(jié)算，進(jìn)一步地，本節(jié)將DLMP 分為有功基礎(chǔ)電價(jià)、無功基礎(chǔ)電價(jià)、電壓支撐價(jià)格、阻塞管理電價(jià)、網(wǎng)損邊際電價(jià)、基礎(chǔ)氣價(jià)以及氣壓支撐價(jià)格7 類邊際價(jià)格，通過多類型市場主體對不同邊際價(jià)格信號的響應(yīng)為區(qū)域綜合能源系統(tǒng)提供電壓支撐和氣壓支撐。

由于第2 節(jié)中介紹的運(yùn)營商出清優(yōu)化模型中多個(gè)約束條件為非凸約束，屬于非凸規(guī)劃問題，因此上述模型不能直接用于計(jì)算DLMP，需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題。

3.1 基于網(wǎng)損靈敏度的潮流方程線性化

進(jìn)一步地，通過分別求取式（10）和式（11）對節(jié)點(diǎn)凈負(fù)荷的偏導(dǎo)，可得到配電網(wǎng)支路l有功網(wǎng)損和無功網(wǎng)損與節(jié)點(diǎn)j凈負(fù)荷的關(guān)系，即網(wǎng)損靈敏度因子。

3.2 節(jié)點(diǎn)電壓線性化

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，正常情況下配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)電壓范圍通常在［0.95，1.05］p.u.，因此可假設(shè)節(jié)點(diǎn)電壓運(yùn)行在1.0 p.u.附近，從而有：

同時(shí)考慮到節(jié)點(diǎn)電壓計(jì)算式（12）中非線性部分的數(shù)值遠(yuǎn)小于線性部分，本文首先忽略式（12）中的非線性項(xiàng)，并將式（31）代入式（12）中，有：

3.3 支路潮流約束線性化

由于支路潮流傳輸容量約束式（14）刻畫的可行域?yàn)閳A的內(nèi)部，本文采用如附錄A 圖A1所示的多邊形近似的方法對其進(jìn)行線性化處理［22］，由于正多邊形的頂點(diǎn)都位于圓周上，因此可以得到線性化后的相應(yīng)系數(shù)。

3.4 氣壓約束線性化

由于配氣網(wǎng)一般采用輻射形結(jié)構(gòu)，調(diào)壓站一般為配氣網(wǎng)中氣壓最高的節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)末端為氣壓最低的節(jié)點(diǎn)，因此只要網(wǎng)絡(luò)末端節(jié)點(diǎn)的氣壓高于系統(tǒng)氣壓下限，即可滿足氣壓約束。同樣借助3.1節(jié)中定義的功率轉(zhuǎn)移矩陣H，可將管道氣流量表示成與節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)氣負(fù)荷及微型燃?xì)廨啓C(jī)氣負(fù)荷有關(guān)的形式，具體如下：

3.5 LMP的分解

在區(qū)域綜合能源系統(tǒng)中，DLMP 可作為激勵(lì)用戶及分析系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的有效手段。傳統(tǒng)的DLMP定價(jià)方法在求解時(shí)，由于拉格朗日函數(shù)中僅功率平衡約束項(xiàng)中存在節(jié)點(diǎn)凈負(fù)荷變量，而節(jié)點(diǎn)電壓等未轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)凈負(fù)荷的顯函數(shù)，因此僅功率平衡約束項(xiàng)對應(yīng)的乘子被反映在最終的邊際價(jià)格里；在氣電區(qū)域綜合能源系統(tǒng)中，LMP 同時(shí)受限于多類能源網(wǎng)約束，傳統(tǒng)DLMP 方法無法分析是由哪類能源系統(tǒng)導(dǎo)致價(jià)格變化，因此，本文首先借助第3 節(jié)中的各類靈敏度因子將節(jié)點(diǎn)電壓、氣壓、支路潮流等變量轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)凈負(fù)荷的顯函數(shù)，將LMP 表達(dá)為系統(tǒng)各項(xiàng)約束對偶乘子的線性函數(shù)，計(jì)算得到各節(jié)點(diǎn)整體的邊際價(jià)格，然后對其進(jìn)行分解得到每類約束對價(jià)格的貢獻(xiàn)值。通過對DLMP 的分解，市場運(yùn)營商可以為市場主體提供的不同調(diào)節(jié)服務(wù)提供針對性的補(bǔ)償，進(jìn)一步地，可根據(jù)市場主體對不同價(jià)格信號的響應(yīng)促使其按照相應(yīng)價(jià)格信號調(diào)節(jié)自身運(yùn)行方式，支撐系統(tǒng)運(yùn)行。

至此，在電壓支撐電價(jià)和氣壓支撐價(jià)格的激勵(lì)下，不同市場主體可以調(diào)節(jié)自身的運(yùn)行方式從而支撐系統(tǒng)運(yùn)行。

4 算例分析

4.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)

4.2 LMP及其分解

本節(jié)主要驗(yàn)證價(jià)格信號對分布式資源的激勵(lì)作用，不同市場主體根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)營商下發(fā)的不同價(jià)格信號，采取自身利益最大化為目標(biāo)的手段調(diào)控分布式資源的運(yùn)行方式，并假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)所有市場主體按照邊際成本進(jìn)行交易。區(qū)域綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營商日前市場出清的有功節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)、無功節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)如圖2所示。

圖2 區(qū)域綜合能源系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)出清結(jié)果Fig.2 Market clearing results of locational marginal price for regional integrated energy system

由圖2（a）可知，有功節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)隨時(shí)間的變化趨勢和系統(tǒng)運(yùn)營商的有功基礎(chǔ)購電價(jià)格相似，說明該價(jià)格是影響有功節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)的主要因素；進(jìn)一步，沿y軸節(jié)點(diǎn)編號方向分析，為更直觀顯示，附錄C 圖C3 給出了14:00 時(shí)配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的有功邊際電價(jià)，由圖可知節(jié)點(diǎn)有功邊際電價(jià)在節(jié)點(diǎn)18 處發(fā)生突變，進(jìn)一步分析14:00時(shí)配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)18與節(jié)點(diǎn)19、2 的有功邊際電價(jià)和無功邊際電價(jià)各分量的對比情況，如附錄C 圖C4 所示，可見節(jié)點(diǎn)18 與節(jié)點(diǎn)19、2 的各分量的差異集中在電壓支撐分量和網(wǎng)損電價(jià)分量上，這是由于節(jié)點(diǎn)18 處于配電網(wǎng)絡(luò)支路末端，而節(jié)點(diǎn)19、2 臨近變壓器節(jié)點(diǎn)，靠近支路首端，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)18 對應(yīng)的網(wǎng)損增大，相應(yīng)網(wǎng)損電價(jià)分量也有所提高，同時(shí)由于節(jié)點(diǎn)18 是分布式光伏接入節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)運(yùn)營商需要制定相應(yīng)的電壓支撐電價(jià)以維持系統(tǒng)電壓在正常水平。

由圖2（b）可知，在［10:00，16:00］時(shí)段時(shí)，無功節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)出現(xiàn)負(fù)值，正好對應(yīng)光伏有功出力高峰時(shí)段，這是因?yàn)楫?dāng)光伏向系統(tǒng)輸送有功功率時(shí)會抬升并網(wǎng)點(diǎn)電壓，此時(shí)需要其吸收部分無功功率以降低節(jié)點(diǎn)電壓，因此綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營商需要制定負(fù)的電壓支撐電價(jià)以激勵(lì)DG 吸收部分無功功率以維持系統(tǒng)電壓在正常水平，這在附錄C 圖C5 所示的配電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)電壓分布圖中可進(jìn)一步得到驗(yàn)證，由圖可知，配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)18 在［10:00，16:00］時(shí)段的電壓均達(dá)到系統(tǒng)電壓上限值12.66 kV。

為進(jìn)一步說明節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)各分量對市場主體的激勵(lì)作用，根據(jù)光伏出力曲線特征選取若干典型時(shí)刻得到配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)18、2 的邊際電價(jià)在所選時(shí)刻各分量的分解結(jié)果分別如表1 和附錄C 表C1 所示，附錄C 圖C6 展示了配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)18 的邊際電價(jià)與基礎(chǔ)電價(jià)的差異對比。當(dāng)阻塞管理電價(jià)和電壓支撐電價(jià)為正值時(shí)，表明相應(yīng)節(jié)點(diǎn)處的市場主體如果增加功率輸出則可以緩解線路阻塞和系統(tǒng)低電壓狀態(tài)；反之，當(dāng)阻塞管理電價(jià)和電壓支撐電價(jià)為負(fù)值時(shí)，表明相應(yīng)節(jié)點(diǎn)處的市場主體如果降低功率輸出則可以緩解線路阻塞和系統(tǒng)過電壓水平。

表1 配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)18的邊際電價(jià)分解結(jié)果Table 1 DLMP and its components at Node 18

區(qū)域綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營商日前市場出清的配氣網(wǎng)節(jié)點(diǎn)3、4、7、22 的邊際氣價(jià)如圖3 所示，由于配氣網(wǎng)中氣流量守恒，因此所有節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)購氣價(jià)格相同。由圖可知，節(jié)點(diǎn)3、4、7、22 在16:00 和21:00 時(shí)刻的氣壓支撐價(jià)格出現(xiàn)正值。

圖3 區(qū)域綜合能源系統(tǒng)氣壓支撐價(jià)格出清結(jié)果Fig.3 Market clearing results of node pressure support price for regional integrated energy system

配氣網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的氣壓分布如附錄C 圖C7 所示。由圖可知，配氣網(wǎng)節(jié)點(diǎn)11、24 在16:00 和21:00 時(shí)刻的氣壓均接近系統(tǒng)氣壓下限0.2 MPa，此時(shí)若連接在同一支路上的商業(yè)樓宇內(nèi)微型燃?xì)廨啓C(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行，則系統(tǒng)末端節(jié)點(diǎn)的氣壓將低于系統(tǒng)氣壓下限，因此系統(tǒng)運(yùn)營商通過提高商業(yè)樓宇接入節(jié)點(diǎn)3、4、7、22 的氣壓支撐價(jià)格，促使商業(yè)樓宇內(nèi)的微型燃?xì)廨啓C(jī)降低輸出電功率和天然氣耗量，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行安全。

4.3 不同定價(jià)策略機(jī)制的對比

為進(jìn)一步驗(yàn)證綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營商采用基于LMP 的市場定價(jià)策略的優(yōu)越性，設(shè)置2 種方案（方案1為采用本文提出的LMP分解定價(jià)策略；方案2為采用批發(fā)側(cè)市場出清的節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)作為基準(zhǔn)電價(jià)）進(jìn)行比較，以分析不同定價(jià)策略機(jī)制對綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營商轄區(qū)內(nèi)配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓以及配氣網(wǎng)節(jié)點(diǎn)氣壓的影響。

2 種方案中，各市場主體以價(jià)格接受者的形式響應(yīng)不同的價(jià)格信號，在第1 節(jié)介紹的相應(yīng)運(yùn)行約束下，以自身利益最大化為目標(biāo)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式；當(dāng)各市場主體的運(yùn)行狀態(tài)確定后可進(jìn)一步確定綜合能源系統(tǒng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)電壓和節(jié)點(diǎn)氣壓的分布情況。附錄C 圖C8 給出了不同方案下分布式光伏出力情況對比?？梢钥闯觯涸诜桨? 下，由于節(jié)點(diǎn)14、18 的有功和無功節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)的差異性，分別接在節(jié)點(diǎn)14、18 的分布式光伏會根據(jù)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)調(diào)節(jié)自身出力，從而導(dǎo)致其有功出力值的不同；而在方案1 統(tǒng)一的基準(zhǔn)電價(jià)下，不同節(jié)點(diǎn)處的分布式光伏對價(jià)格信號的響應(yīng)并無明顯區(qū)別，其對系統(tǒng)的影響可通過圖4 所示的某一時(shí)刻2 種方案下配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓和配氣網(wǎng)節(jié)點(diǎn)氣壓的對比得到進(jìn)一步說明。

由圖4 可知：在方案1 下，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的電壓和氣壓均能維持在正常范圍內(nèi)，這是因?yàn)樵诜桨? 下，12:00 時(shí)配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)14、18 處的無功節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)為負(fù)值，促使該節(jié)點(diǎn)處的分布式光伏吸收部分無功功率以降低系統(tǒng)電壓水平；對于配氣網(wǎng)而言，在方案1 下，21:00 時(shí)商業(yè)樓宇的接入節(jié)點(diǎn)3、4、7、22 的節(jié)點(diǎn)邊際氣價(jià)為正值，促使商業(yè)樓宇內(nèi)微型燃?xì)廨啓C(jī)減少耗氣量來降低輸出電功率從而提高配氣網(wǎng)節(jié)點(diǎn)氣壓。這進(jìn)一步驗(yàn)證了本文所提基于LMP 分解的定價(jià)策略的有效性。

圖4 2種方案結(jié)果對比Fig.4 Comparison of results between two schemes

5 結(jié)論

本文建立了含多市場主體的氣電區(qū)域綜合能源系統(tǒng)日前市場出清模型，從激勵(lì)價(jià)格角度出發(fā)，通過價(jià)格信號引導(dǎo)不同市場主體調(diào)節(jié)自身運(yùn)行方式，得到的主要結(jié)論如下：

1）所提出的市場定價(jià)策略綜合考慮了無功功率、電壓約束和氣網(wǎng)約束對系統(tǒng)的影響，能夠激勵(lì)不同市場主體調(diào)節(jié)自身運(yùn)行方式以響應(yīng)系統(tǒng)需求；

2）通過將LMP 分解為有功基礎(chǔ)電價(jià)、無功基礎(chǔ)電價(jià)、阻塞管理電價(jià)、電壓支撐電價(jià)、網(wǎng)損邊際電價(jià)、基礎(chǔ)氣價(jià)和氣壓支撐價(jià)格，能夠?qū)κ袌鲋黧w提供的不同輔助服務(wù)進(jìn)行合理的補(bǔ)償，所提市場出清模型能夠有效地為系統(tǒng)提供電壓和氣壓支撐。

本文借鑒電力系統(tǒng)中較為成熟的節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)理論對未來氣電區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的市場定價(jià)策略進(jìn)行了初步的探索，未來可結(jié)合非凸定價(jià)理論開展進(jìn)一步研究。

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