社会福利

碳市场的引入改变了传统化石燃料机组的发电成本，从而影响其在电力市场中的竞价行为。同时，输配电网中涉及不同的市场主体，需在碳-电市场下研究输配电网的市场交易方法。提出了一种基于输配协同的碳-电耦合市场交易决策方法。首先，提出了考虑输配协同运行的碳-电耦合市场的交易框架。其次，构建了一种基于输配协同的多主体交易的碳-电耦合市场双层交易决策模型。上层模型为各个配电市场与发电商的碳-电协同交易决策模型，下层模型为输电市场和碳市场的出清模型，量化了碳配额与发电量间的关系。再次，通过Karush-Kuhn- Tucker(KKT)条件、对偶原理以及Big-M法将每个交易主体的双层模型转化为单层具有均衡约束的数学模型(mathematical problem with equilibrium constraints, MPEC)，所有MPEC构成了均衡约束均衡规划(equilibrium problem with equilibrium constraints, EPEC)模型，并通过对角化算法进行求解。最后，基于T6-D7-D9和T30-D33系统进行算例分析。结果表明，所提方法可有效促进电力行业减少碳排放，降低运行总成本的同时提升社会福利。

随着绿证交易制度不断完善，如何更好地维持绿证交易市场供需平衡及削峰填谷是目前亟需解决的问题。针对该问题，借鉴实时电价思想，提出基于需求管理的绿证实时定价机制。构建系统社会福利最大化模型，利用拉格朗日对偶和梯度投影法计算拉格朗日乘子即影子价格，得到最优实时绿证价格。其次，考虑到可再生能源出力具有不确定性因素，通过引入信息间隙决策理论(information gap decision theory, IGDT)，构建风险规避模型和风险偏好模型以探究可再生能源聚合商不同态度下社会福利的变化，为系统经济稳定运行提供参考。最后，利用Yalmip和Gurobi进行仿真模拟。结果表明，所提模型可有效实现绿证供需平衡，提高可再生能源利用率，实现系统低碳经济稳定运行的目标。

可再生能源配额制（简称配额制）是当前中国可再生能源政策由固定溢价补贴制向政府政策与市场机制共同作用过渡的目标机制。随着电力体制改革不断深化，可再生能源政策将直接影响电力供应链主体博弈行为，造成不同的政策效应。鉴于此，考虑以消费端为配额义务考核主体并引入惩罚函数，构建包含发电企业、消费端在内的两级电力供应链纳什均衡博弈模型。该模型设置了3种政策情景：固定溢价补贴制、配额制和2种政策并行双轨制。通过算例仿真重点分析配额、罚金参数变化对配额制下各博弈主体最优交易电量和绿证价格的影响。考虑到政策的福利效应，比较了3种政策情景下社会福利差异。结果表明：配额制下可再生能源交易电量和绿证价格随配额的增加呈现先递增后递减趋势，随罚金参数的增大而增大；3种政策情景下社会福利函数关于配额的增加呈现倒“U”型分布；随着可再生能源市场份额增长，2种政策并行双轨制下的社会福利水平优于2种政策单独实施下的福利水平。

新能源装机容量的逐年提升导致系统面临巨大的新能源消纳压力，跨区域省间电力现货市场作为区域电网中重要的电力余缺互济手段，仍面临市场运行效率较低以及省间壁垒严重的问题。如何进一步挖掘各省份的备用互济能力，缓解能源富余省份新能源弃电和部分省份电力紧缺问题，已成为下一阶段省间电力现货市场建设的关键抓手。以省间市场社会福利最大为目标，构建综合考虑各省备用缺额容量、备用空间互济以及省间输电费用与网损的省间电力现货出清模型。通过考虑备用互济的省间电力现货出清实现了省间电力资源的优化配置，有效降低省内新能源弃电电力，缓解区域内电力资源逆向分布。以IEEE 39节点系统和某网调电网构建省间电力交易出清算例，验证了所提模型的合理性和实用性。

新型储能容量租赁由于低风险和高灵活性正成为一种受到广泛关注的商业模式。为解决能源社区内独立储能商和多个发用电一体产消者在不对称成本信息下的储能容量租赁问题，先通过Harsanyi转换将不对称信息转化成完全信息。然后建立了储能商和产消者间的两阶段扩展式博弈模型。接着设计了基于统一价格机制的市场出清和结算规则。最后分析了统一价格机制下储能商和产消者两阶段完全信息扩展式博弈的子博弈精炼纳什均衡，并通过Brouwer不动点定理证明了均衡的存在性。仿真研究表明，储能容量租赁能显著降低产消者的用电成本和提高储能利用效率。而且基于统一价格机制的博弈均衡在寻找公平租赁价格、增加储能商利润、提高储能容量租赁规模以及提升社会福利等方面均优于基于歧视价格机制的博弈均衡。

随着分布式资源接入技术和可交易能源市场的快速发展，海量异构多能产消者电热能源共享和源荷强不确定性给联盟能量管理带来极大挑战。基于此，提出一种基于核仁聚类估计和数据驱动分布鲁棒优化的海量异构多能产消者联盟能量管理策略。该方法以联盟及个体在多重不确定性影响下的社会福利最大为目标，建立了考虑电热网络动态差异性的海量产消者能量管理模型，以解决联盟能量管理可扩展性、公平性和隐私性难以兼顾的问题。另外，考虑到核仁计算的复杂度和源荷不确定性的不利影响，分别提出了基于高斯混合聚类的核仁估计方法和基于数据驱动Wasserstein距离的分布鲁棒优化模型，实现了模型求解速度与精度的均衡。算例结果表明，所提方法有效提升了产消者联盟在多重不确定性影响下的社会福利，实现了联盟能量管理可扩展性、公平性和隐私性的均衡，促进了更多的产消者参与本地能源点对点(peer-to-peer, P2P)交易。

为了缓解配电网分布式能源交易市场存在的计算压力大、个人隐私难以保护和抗干扰能力弱等问题，设计了一个考虑隐私保护和去中心化的分布式能源交易模式。首先，以社会福利最大化为目标构建了一个集中式的统一优化模型。然后，基于梯度上升和对偶分解方法对集中式模型进行分解，得到了相应的分布式的优化模型。进一步采用扩散策略，提出了一种基于组合适应的共识算法，旨在不引入市场组织者的情况下，仅通过主体间传递交易电价和供需不平衡电量等部分信息来实现市场的最优出清，并同时保护市场主体的个人隐私和减轻计算压力。最后，算例分析验证了该交易模式的有效性，以及在新能源出力不确定、市场主体加入退出等因素影响下的鲁棒性和可拓展性。

在借鉴国际经验基础上，从我国具体国情出发改革创新容量补偿机制，既是发现和补偿常规电源调节备用价值，保障电力中长期供应安全的现实需要，也是妥善处理市场化改革带来的发电环节搁浅成本，衔接改革前政策机制，实现社会福利最大化的要求。