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电能量与辅助服务市场的联合优化

2024-09-14 10:24:52 黄师傅说电　 点击量： 评论 (0)
可靠性资源的义务提供传统的旋转机组，需要义务提供一些可靠性资源，主要体现在涉及频率稳定的有功调整和涉及电压稳定的无功调整。(来源：...
可靠性资源的义务提供
 
传统的旋转机组，需要义务提供一些可靠性资源，主要体现在涉及频率稳定的有功调整和涉及电压稳定的无功调整。
 
(来源：微信公众号“黄师傅说电”)
 
机组义务提供的可靠性资源相当于机组并网的硬性要求。
 
但这种一视同仁的义务要求使得一些机组不得不配置这样的辅助设施进而增加了投资。
 
而且纯义务提供导致类似资源的创新力不足，商业模式无法探索，势必也会抬高机组的整体运行成本，进而影响整个系统的运行成本。
 
因此一些可靠性资源的提供需要市场化的机制。
 
 
电能量与辅助服务市场的联合优化
 
 
可靠性资源的市场化提供
 
可靠性资源市场化的前提是对应的辅助服务成为一个单独的商品品种参与电力交易。
 
服务的提供方主要为参与电力系统运行及电力市场交易的发、用主体。
 
其所能提供的短时间内调增/调减功率(包含有功和无功)可以作为可靠性资源。
 
在可靠性资源交易市场即辅助服务市场，系统运行商代表所有参与主体采购可靠性资源，确定采购数量和价格，并对整体费用向全部收益方进行分摊。
 
这种“垄断”地位需要强监管以避免可靠性资源的滥买滥用，因此需要制定相应的可靠性标准并基于此界定好资源数量，资源价格和分摊机制。
 
电能量与辅助服务市场的联合优化
 
新能源大面积渗透下的可靠性资源
 
常见的辅助服务主要有调频、调压和黑启动等，以调频辅助服务居多。
 
而调频场景中，以频率下降即发电小于用电情况居多，故可靠性资源多指备用容量。
 
备用容量可以是发电机组尚未使用的发电容量，即在当前发电功率基础上可以调增的容量。
 
也可以是用电侧在当前用电功率基础上可以调减的容量。
 
以传统旋转机组为主的电力系统，这些机组能够提供的一次调频资源即转动惯量和二次调频资源即旋转容量较为充足。
 
但随着大量风光新能源以电力电子形式接网，且不断挤压传统机组的份额时，电力系统整体的调频资源越来越有限。
 
因此在源侧有火电机组灵活性改造，新能源变流器虚拟同步技术以及储能等快速响应设备的应用，在负荷侧也有虚拟电厂即可调节负荷的开发，发用两侧共同填补备用容量的缺失。
 
例题6.6向我们展示了一个小型的以风、核和燃气机组为电源的小型电力系统。
 
因为风机发电功率的波动性，需要其它主体提供一定量的备用容量。
 
当备用容量全部由燃气机组提供时，不仅增加了系统整体发电成本，还增加了温室气体的排放。
 
而开发负荷侧的备用容量效果正好相反，在降低弃风量的同时，既能够降低系统发电成本，又可以减少温室气体排放。
 
电能量与辅助服务市场的联合优化
 
电能量与辅助服务市场的联合优化
 
例题6.7和6.8分别向我们展示了作为系统运营商，在面对发电机组在电能量市场和备用容量市场(辅助服务市场)上报量报价时，该如何进行市场出清。
 
原则依然是在满足电力系统物理约束的条件下，实现系统整体运行成本的最低。
 
约束主要发生在发电功率和负荷功率的平衡约束，以及发电机组提供的备用容量满足系统所需备用容量的约束。
 
而因为考虑备用容量，故系统整体运行成本除了包括发电成本外还要加上备用成本。
 
发电机组的装机容量因此既可以在电能量市场上进行发电来获取收益，也可以在备用市场上进行“等待”而获取收益。
 
题目6.7为机组在备用容量市场上不报价的情况下，市场出清的情况。
 
题目6.8为机组在备用容量市场上报价的情况下，市场出清的情况。
 
具体推导逻辑和验证过程请参见直播回放，这里不再赘述。
 
再议影子价格
 
对于两个市场联合出清的最优化问题，目标函数为系统总成本，包含发电成本和备用成本，而约束为功率平衡和最小备用容量约束。
 
当约束起作用时，其拉格朗日乘子即对应约束的影子价格不为零。
 
电能量与辅助服务市场的联合优化
 
对于功率平衡的约束，影子价格就是电能量市场的价格，而对于最小备用容量约束的影子价格就是备用市场的价格。
 
任何影子价格，都是发生在某个具体约束下的。
 
集中式电力市场最终出清的市场价格，是在发电功率=用电功率约束下的影子价格，此时约束为用电功率。而单位用电功率的增量所带来的成本的增量就是影子价格，也是市场出清的电能量价格。
 
将该场景转化到某个具体包含多个机组的发电企业，其约束为全部机组的出力=交易周期内的出清电量，后者即为约束，而对应的影子价格就是该企业各台机组趋同的边际成本，只不过需要各台机组调整出力来达到这个价格，才能使得企业获取最大利润。
 
对于输电线路容量的约束，其对应的影子价格反映单位输电限制放宽1个单位容量时，对系统整体运行成本所带来的成本增量(可为负)，其价格对阻塞线路是否需要扩容有重大的指导意义。
 
物理约束所产生的影子价格反映在真实的电力市场出清价格中，这也是电力系统经济学里物理规则和市场规律的相互作用的重要体现。
 
原标题：电能量与辅助服务市场的联合优化
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责任编辑：雨田

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