作者介紹

張衡，1991年出生，通信作者，上海交通大學(xué)電氣工程系助理研究員。長期從事電力與能源系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃研究工作，主持上海市科技揚帆計劃、產(chǎn)學(xué)研等多項課題。發(fā)表SCI/EI論文30余篇，獲上海市科技進(jìn)步一等獎1項。

張沈習(xí)，1988年出生，上海交通大學(xué)電氣工程系副研究員、博士生導(dǎo)師。長期從事電力與能源系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃研究工作，主持國家自然科學(xué)基金（面上項目、青年基金、聯(lián)合基金重點項目子課題）、上海市揚帆計劃項目、產(chǎn)學(xué)研項目等10余項。第一/通訊作者發(fā)表SCI期刊論文16篇、EI期刊論文22篇，其中1篇入選領(lǐng)跑者F5000。獲省部級科技進(jìn)步獎2項。

程浩忠，1962年出生，上海交通大學(xué)電氣工程系教授（特聘、二級）、博士生導(dǎo)師，中國電機(jī)工程學(xué)會會士，IET Fellow。長期從事電力系統(tǒng)規(guī)劃、綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃、電壓穩(wěn)定等領(lǐng)域的研究工作。主持了國家自然科學(xué)基金重點項目、國家973計劃、國家863計劃、國家重點研發(fā)計劃等重要項目。發(fā)表論文500余篇，多篇論文入選中國百篇最具影響國內(nèi)學(xué)術(shù)論文、領(lǐng)跑者F5000等。第一完成人獲國家級科技獎勵1次、省部級科技獎勵10次。

研究背景

我國新一輪電改序幕已經(jīng)拉開。借助人工智能、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)提供的支撐平臺，電力市場準(zhǔn)入門檻進(jìn)一步降低。除了傳統(tǒng)燃料電廠和電網(wǎng)公司外，可再生能源發(fā)電商、儲能設(shè)備運營商、負(fù)荷聚合商、需求側(cè)管理資源供應(yīng)商、增量配電網(wǎng)投資商等大量參與者也逐漸進(jìn)入市場。

隨著“源-網(wǎng)-荷”側(cè)的市場參與者種類和數(shù)量大幅增加，電力市場由傳統(tǒng)寡頭壟斷逐漸向充分競爭過渡，參與者面臨的決策問題越發(fā)復(fù)雜，除面臨同類產(chǎn)品競爭外，還要考慮決策次序帶來的影響。

參與者受自身規(guī)模、市場地位等制約，在決策次序上具有顯著差異性，體現(xiàn)在兩個方面：

①市場地位不同，如發(fā)電商以自身利益最大進(jìn)行報價，獨立調(diào)度機(jī)構(gòu)（Independent System Operator, ISO）以最大化社會效益進(jìn)行市場出清，發(fā)電商優(yōu)先決策，ISO在觀察到發(fā)電商策略后再做決策；

②處于同一地位的參與者由于生產(chǎn)規(guī)模不同引起決策的次序問題，如大型發(fā)電集團(tuán)參與競價，而小規(guī)模發(fā)電商只能被動接受電價做出決策。次序決策在電力市場中普遍存在，而隨著能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，市場參與者進(jìn)一步增多，次序決策問題越發(fā)復(fù)雜，模型結(jié)構(gòu)和求解方法都亟待在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)以適應(yīng)新型電力系統(tǒng)中電力市場的需求。

論文所解決的問題及意義

本文介紹了Stackelberg 博弈的理論框架，綜述了其在電力市場方面的應(yīng)用，并總結(jié)了博弈模型對等轉(zhuǎn)換技巧及求解方法。最后，結(jié)合當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展趨勢，從未來高比例可再生能源電力系統(tǒng)市場出清、非市場主要參與者的收益、收益與風(fēng)險的衡量、綜合能源投資/競價交易、含不確定因素的Stackelberg博弈問題建模與求解五個方面總結(jié)了仍然存在的關(guān)鍵問題。該文為處于不同決策位置的利益主體參與電力市場競爭提供了參考。

論文方法及創(chuàng)新點

針對電力市場環(huán)境下電力系統(tǒng)投資、交易等環(huán)節(jié)中普遍存在的次序決策問題，本文以具有主從遞階結(jié)構(gòu)的Stackelberg博弈理論為切入點，綜述了其在電力市場中的應(yīng)用情況。首先，闡述了Stackelberg博弈理論的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，并根據(jù)主/從問題中博弈者的數(shù)量進(jìn)行了分類；然后，梳理了Stackelberg博弈在電力市場中的典型應(yīng)用，總結(jié)了模型對等轉(zhuǎn)換技巧，歸納了各類求解方法及其優(yōu)缺點；最后，提煉了Stackelberg 博弈理論在電力市場應(yīng)用中仍然存在的關(guān)鍵問題。

結(jié)論

隨著電力市場改革逐步加深及現(xiàn)代信息技術(shù)快速發(fā)展，市場參與者的規(guī)模差異性大且數(shù)量急劇增加，典型如發(fā)電商、分布式能源電站投資商、負(fù)荷聚合商、甚至電動汽車、商業(yè)樓宇等都可作為利益主體參與到需求側(cè)管理、系統(tǒng)調(diào)峰等市場中。然而，基于市場參與者的體量和規(guī)模特征，并不是所有參與者都擁有同樣的市場地位和決策能力，有些參與者是直接影響市場出清，而有些則是被動接受市場出清。

因此，基于上述市場特征，利用具有主從遞階結(jié)構(gòu)的Stackelberg 博弈研究電力市場環(huán)境下的規(guī)劃、競價、優(yōu)化運行等具有先天優(yōu)勢，且符合電力市場結(jié)構(gòu)與運行機(jī)理。

本文系統(tǒng)地闡述了Stackelberg 博弈的基本理論及在電力系統(tǒng)中的典型應(yīng)用，結(jié)合實際電力市場的復(fù)雜性及其發(fā)展趨勢，總結(jié)了未來亟需解決的幾個關(guān)鍵問題。希望本文工作能為復(fù)雜環(huán)境下具有不同市場地位的各方利益主體構(gòu)建博弈策略提供參考。

本文編自2022年第13期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“Stackelberg博弈在電力市場中的應(yīng)用研究綜述”。