2015年3月中共中央国务院印发《关于进一步深化深化电力体制改革的若干意见》(中发[2015]9号),新一轮电力体制改革开启,确定了“管住中间、放开两头”的体制架构,充分发挥市场在资源配置中的决定性作用。通过几年的发展,我国电力市场建设成效初显,中长期交易市场实现常态化运行,八个现货市场试点稳步推进,中长期交易为主、现货交易为补充的电力市场体系初具雏形。在此基础上,以风电为代表的新能源发展环境发生很大变化,随着发用电计划放开比例逐步扩大,传统的全额保障性收购政策将退出舞台,市场成为新能源消纳的重要途径。由于风电的波动性和随机性,风电参与市场存在天然劣势,如何根据我国实际情况设计风电参与中长期、现货、辅助服务等全市场体系交易机制,从而实现新能源消纳的目标,是我国电力市场建设需要重点解决的问题。因此,本文重点考虑风电的消纳问题,从中长期市场到现货市场,由日前市场深入到实时市场和辅助服务市场,研究电力市场交易机制及优化运行,针对我国可再生能源消纳保障机制研究省间风电交易策略,主要研究容如下:(1)概述了国内外电力市场发展现状及交易体系。首先从国外典型电力市场的发展现状展开研究,总结了美国、英国、北欧等国家电力市场的基本情况,分析了各国的电力工业概况和电力改革进程;然后,根据上述各国电力市场现状,从市场运营机构到市场管理等方面介绍了我国的电力市场交易体系;最后,立足电力体制改革的大环境,结合经济发展、资源禀赋等实际情况,基于风火打捆参与电力中长期合约交易、风光储协同参与短期交易电量、风电调峰辅助服务交易三方面分析了风电参与多级电力市场交易路径,为后续章节的电力交易优化模型和运营模式的研究做出铺垫。(2)提出了风电-火电参与电力中长期合约交易优化模型。首先,建立了年度双边协商交易、月度集中竞价交易、挂牌交易的电量确定和电价确定模型,简述了中长期市场合约电量的年分解到月、月分解到日、日分解到时的分解方式。然后,提出了风电和火电参与电力市场的两种方式,综合考虑系统备用、弃风惩罚、绿证交易等问题,基于此建立风火独立参与市场交易模型和联合参与市场交易模型,在满足功率平衡、系统备用等约束条件下研究发电侧收益最大的问题。最后,算例分析结果表明风电和火电联合参与电力市场与单独参与相比,具有额外效益,克服了风电出力波动给系统带来的威胁,有效提高能源利用效率。(3)提出了风险中立情景和风险非中立情景下的风-光-储参与电力日前交易优化模型。首先,建立了风-光-储系统不确定性分析模型及其处理方法;其次,分别构建了风险中立情景下的风-光-储独立参与日前交易和合作参与日前交易的优化模型。然后,构建了基于CvaR的风险非中立下风-光-储参与日前交易优化模型,研究在不同风险置信水平情景下,风-光-储协同参与电力日前交易的效益。最后,选取了典型地区进行了算例分析,提出了考虑清洁能源出力不确定性及风险性的风-光-储协同参与电力日前交易的最优策略。(4)提出了风电-抽水蓄能电站参与电力实时竞价交易模型。风电-抽水蓄能联营能够增加风力发电的消纳率,且风电-抽水蓄能系统由于具有了一定的功率调控能力,其参与电力实时市场获得了盈利的能力。针对风电-抽水蓄能联营参与多时间尺度电力现货市场竞价的问题,考虑风电出力及市场结算价格的不确定性,关注日前市场与实时市场的联动关系,构建了风电-抽水蓄能系统多时间尺度竞价优化模型,在长时间尺度风电-抽水蓄能竞价优化模型中,对风电出力及实时市场平衡价格的不确定性,分别使用随机优化技术和鲁棒优化技术进行处理,并构建了基于条件风险机制(Conditional Value at Risk,CVaR)的日前出力申报决策优化模型;在短时间尺度风电-抽水蓄能竞价优化模型中,引入模型预测控制(model predictive control,MPC)方法,基于支持向量机模型(Support Vector Machines,SVM)对风电出力及实时市场平衡价格进行滚动预测,并构建了实时出力申报决策优化模型对控制变量(实时市场出力申报量)进行控制优化,最后,加入反馈矫正环节形成闭环控制,从而实现实时市场竞价的滚动优化过程,通过滚动优化,实现不确定性变量的提前预测值与实际发生值的逼近,保证实时竞价优化结果的准确性。(5)提出了火电-储能-需求响应联合参与风电调峰交易和效益补偿优化模型。从源荷两侧入手,引入需求响应机制,提出火电机组不同调峰阶段能耗成本模型,构建火电、储能与需求响应联合开展风电调峰交易优化模型;进一步,对比分析火电、储能、风电和需求响应合作和非合作时的运营收益,通过分析不同主体的效益变动情况,引入Sharply值法,构造火电、储能、需求响应联合调峰交易补偿机制;最后,选择中国东北某局域电网作为仿真对象。所提多源调峰交易成本测算模型,有效描述了不同调峰源的调峰成本。所提火电、储能、需求响应多源调峰交易多目标优化模型,能够兼顾调峰交易的经济性和环境性。相比火电、储能、需求响应独立调峰情景,当火电、储能和需求响应联合调峰时,调峰交易方案达到最优,表明两者间具有协同优化效益。所提火电、储能、需求响应多源调峰交易补偿机制,实现各调峰主体均能按照贡献率获取增量收益,实现调峰效益的最优化分配。(6)分析了风电参与跨省区电力市场消纳交易保障机制。首先,从政策内容解析、政策制定历程与调整、政策作用影响三个方面展开,梳理了可再生能源电力消纳保障机制政策。然后通过分析累计消纳权重达标值和测算电力交易需求量,建立了跨省区需求量交易模型和风电消纳水平评估模型,并以某省电网为研究对象进行实例分析,结果表明,进一步完善可再生能源电力市场交易机制能够打破省间市场交易屏障,通过市场化方式提升可再生能源消纳量。最后,从市场机制短期发展、运行机制短期发展、可再生能源消纳机制远景三个方面给出风电参与可再生能源消纳机制的发展建议,针对可再生能源参与市场面临的问题,需要不断完善市场交易机制,形成科学合理的消纳权重责任考核机制,促进清洁能源消纳量。