基于市场最优的POWER-SONIC蓄电池储能系统容量规划：考虑电力日前市场中合谋行为的策略性分析
2026-07-04 10:43:59 点击： 次
电池储能体系(BESS) 在缓解可再生能源的波动性与间歇性方面发挥着要害作用可再生能源可再生能源体系（RESs）已在全球范围内广泛应用。为支撑电池储能体系（BESS）的开展，各国政府出台了包含补助在内的多项方针，旨在使BESS本钱与基准RES本钱趋同。然而当BESS容量缺少时，这些办法或许导致BESS运营商与RES运营商之间的战略性共谋；而当容量过剩时，则会构成社会资源浪费。针对此问题，本文提出根据日前（DA）商场出清的最优BESS容量规划（OBCS）结构，旨在推动商场运转无限接近彻底竞赛状况，而无需依靠直接针对战略行为操控的方针。我们首先提出一种共谋招标剖析办法用于评价共谋中的战略行为，在此基础上构建了融合共谋招标机理与现有电池储能体系补助以调控战略行为。最终，所提出的最优竞价曲线战略在测验电力商场和实际电力商场中的应用表明，与初始状况相比，在富余场景下日前商场的运转本钱可下降24.29%，在短缺场景下可下降13.62%.
引言
跟着能源需求的持续增长与可再生能源（RESs）的快速扩展[1]，电池储能体系（BESSs）已成为应对能量波动性与间歇性问题的要害处理计划，由此获得全球各国政府的广泛选用。近年来，我国已施行多项方针办法支撑BESS开展，其主要推动方向包含：1）促进配套可再生能源的BESS建造；2）经过降本完成与可再生能源发电本钱的基准对标[2]。
当时需求处理两个要害问题：1）为保证供需平衡并避免资源浪费，有必要依据不同商场情景（考虑可再生能源发电出力与需求）确认最优电池储能体系容量装备（OBCS）；2）电池储能体系本钱持续下降及政府补助或许诱发配备储能的可再生能源发电商施行合谋招标[3]。在此布景下，应将电池储能体系与可再生能源发电机组之间的限制级协议纳入OBCS模型。
综上所述，经过处理这些问题，可以确认可以有用引导参与者战略行为的最优BESS容量规划。凭借OBCS结构，即便缺少操控战略行为的具体方针（例如发电资产剥离、可靠性必运转机组、远期对冲合约、需求响应等[4]），商场仍会自然趋向彻底竞赛状况。最终目标是提高商场功率，并为商场方针（包含各国政府为BESS并网设置的鼓励水平）供给有价值的决议计划参阅。
本文研讨根据两个关联范畴：1）不同体系中的最优电池储能体系容量装备，2）日前商场中的合谋招标行为。
- 1)不同体系中的OBCS
现有OBCS确认办法可分为两类：考虑电力商场要素的办法与未考虑电力商场要素的办法。
针对不考虑电力商场的办法，研讨重点一般集中于规划与优化[5]。从规划视角出发，在风电场建造初期阶段，可根据风速数据与风机方位确认OBCS（最优电池容量装备），以完成差错本钱最小化及电池容量最优化[6]。光伏电站相同可选用相似办法确认OBCS[7]。在优化维度上，研讨聚集于提高传统体系的灵活性与稳定性。例如，文献[8]考虑了电池储能体系（BESS）的技术特性以最小化体系运转本钱并确认最优BESS容量，而文献[9]则同时考量体系运转本钱与BESS容量衰减（尤其是锂电池容量衰减）以完成组件容量优化装备。此外，文献[10]针对风电出力的随机性与猜测差错，根据本钱效益优化办法确认蓄电池组的最优装备容量。
当考虑电力商场时，目标一般是促进商场交易并提高商场功率。例如，[11]旨在提高日前商场和实时商场中可再生能源猜测的准确性，以确认最优电池容量装备。[12]以MISO为例，寻求BESS运转决议计划战略以完成日赢利最大化。从生产商视点看，其目标在于添加收益，如[13]根据盈利性标准为可再生能源电站确认最优电池容量装备计划。[14]聚集点对点商场，经过最优资源装备完成用户收益最大化，相似办法也被应用于点对网商场[15]。有关OBCS办法的具体总述，请参见表I。
现有文献没有充沛从提高商场功率的视点探讨这一问题，同时考虑DA商场参与者的串谋招标行为，这可为政府支撑BESS容量规划供给指导。
- 2)DA商场中的勾结招标
跟着商场合谋程度加深，参与者会越来越多地采取协作战略以谋求共同利益而非个体赢利[16]。合谋可表现为默示合谋或限制级协议，针对这两种方式的剖析手法存在显著差异[17]。默示合谋具有内在不稳定性，易受信息披露、监管办法等外部要素影响，这使得限制级协议呈现出更强的稳定性[18]。此外，本文研讨对象为配备BESS的可再生能源体系（RES），其本质已在BESS与RES间建立了稳定的契约关系，构成利益共同体。方针拟定与引导也应更多地考量这类稳定的合谋群体。因而，所提模型主要针对限制级协议方式的合谋打开研讨。
限制级协议剖析办法可分为四大主要模型：古诺模型(CM)、伯特兰模型(BM)、供应函数模型(SFM)和多单位拍卖模型(MAM)。以CM为例，该模型经过设定产值与其他竞赛者博弈，完成赢利最大化或本钱最小化的共谋行为[19,20]。BM则选用价格竞赛战略[21]，而SFM将招标曲线作为战略变量[22]。与之不同，MAM答应每个共谋体的生产者提交具有离散产出价格的招标函数，而SFM的招标函数是接连的[23,24]。依据行为是否序贯，模型可进一步分为静态或动态类型[25]。部分研讨表明，如斯塔克尔伯格模型(SM)[26,27]和估测变分模型(CVM，或称估测供应函数)[28]等迭代模型，能对杂乱商场中的合谋招标行为供给更全面且符合现实的解释。该SM选用双层模型结构，上层以参与者利益最大化为目标，下层聚集于DA商场出清中的社会福利或运营本钱优化[29]。该模型能有用捕捉商场动态特征，并可经过Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件转化为单层模型[30]。在CVM结构下，参与者会根据揭露商场信息估测竞赛者反响，动态调整其合谋报价战略[31]。
对默示共谋的剖析需求在上述共谋剖析基础上添加内部利益分配过程。共谋内部的利益分配一般选用可搬运效用（TU）、划分函数博弈（PFG）、特征函数博弈（CFG）以及纳什议价模型（NBM）等办法进行剖析。其中TU、PFG和CFG归于静态剖析，而NBM归于动态剖析[32,33]。以PFG为例，参与者经过组成联盟完成利益分配，其收益取决于自身共谋与其他共谋的联合动作[34]。与之相对，CFG将收益限定在单一共谋的动作范围内[35]。而NBM则是在鼓励相容约束条件下完成共谋利益的最大化[36,37]。
表II具体展现了勾结招标剖析办法的总述。
跟着更多可再生能源体系（RESs）和电池储能体系（BESSs）并入电网并参与日前商场，勾结招标行为日趋杂乱，需求更精密的剖析办法予以应对。
综上所述，现有最优电池容量战略（OBCS）研讨主要集中于商场与非商场两种路径。非商场办法包含为发电厂规划电池储能容量，或在技术层面提高体系灵活性与稳定性。根据商场的计划往往未能考虑现有电池容量装备对结果的影响，也缺少对运转性能的持续反应机制。此外，电池容量变化对可再生能源体系与储能体系间勾结招标的影响没有得到充沛探讨。
本研讨的核心创新点包含：
- 1)提出最优电池容量战略（OBCS），旨在提高日前商场功率并按捺供需波动下的合谋行为。
- 2)开发了一种根据条件估值法（CVM）完成商场出清的勾结招标双层模型。
- 3)规划了一种避免修正扭曲商场结果的办法。
- 4)剖析了OBC对串谋的影响，以使招标行为与边沿本钱相一致然后促进竞赛。