山西电力备用辅助服务市场机制设计与实践

电力备用辅助服务市场是反映备用服务价值、引导传统火电和新型主体积极提供备用服务、支撑新型电力系统构建的重要机制。山西在电力现货市场和调频辅助服务市场正式运行的基础上,针对新能源高占比下电网备用灵活调节资源不足的问题,研究提出了主辅协调的正备用辅助服务市场交易机制。在市场机制设计上,山西采用现货电能量市场和正备用市场的总费用最低为目标确定机组组合、再顺次出清备用和电能量市场的半耦合出清协调模式,并给予备用服务供应商除中标容量补偿以外的富余发电容量补偿费用,以充分反映备用服务保供应和促消纳的双重价值。算例分析及山西正备用市场模拟试运行结果表明,备用服务市场建设有利于发现备用调节价值,优化系统调节资源配置,相关成果可为国内备用市场建设提供参考。

源网荷储协调参与的运行备用容量分配策略及优化模型

为提升高比例新能源电力系统备用充裕性和实现大规模新能源高效消纳,将备用资源来源拓展至源网荷储,从调节方向、参与方式等方面量化源网荷储灵活调节资源可提供的运行备用水平。进而,根据“常规时段同步机组承担、特殊时段多类型资源分摊”的调控思路,提出了源网荷储协调参与的运行备用容量分配策略,构建了纳入多类型异质资源的备用分布优化模型,实现各类型备用资源在“全网-同类资源-机组/场站”的逐级精细化分配。基于某省级电网开展算例测试,与现有运行备用分配准则进行比较,验证了所提策略的有效性。

基于条件风险价值的虚拟电厂参与能量及备用市场的双层随机优化

为充分发挥虚拟电厂的灵活性价值,提出了虚拟电厂参与电能量及备用辅助服务市场的双层随机优化模型。上层基于条件风险价值理论建立了虚拟电厂参与电能量及备用辅助服务市场的两阶段风险决策模型,其中,第一阶段考虑新能源不确定性的潜在风险,建立了虚拟电厂参与能量和备用辅助服务市场的投标报价模型,第二阶段针对不同场景下的新能源出力建立了以虚拟电厂期望运行成本最小为目标的分布式资源优化调度模型;下层在已知各市场主体的投标报价信息后,开展电能量市场及备用辅助服务市场的联合出清。仿真分析表明,所提方法能够有效指导虚拟电厂规避新能源不确定性的潜在风险,并通过将备用价格提高到下一个边际机组的报价从而增加自身利润。

考虑多重不确定性因素的可靠性指标计算与备用容量优化

在含高比例可再生能源的电力系统中,考虑多重不确定性因素并实现源荷协调的优化调度是电力系统运行的重要问题.为此,构建了基于多场景的概率性旋转备用优化模型,该模型综合考虑了风电和光伏出力预测误差、负荷预测误差及发电机非计划停运等多重不确定性因素对旋转备用容量的影响,将可再生能源弃电、系统切负荷分别作为特殊的备用资源融入发电日前调度计划,以提高电力系统的经济运行效率.改进了系统可再生能源削减期望和电量不足期望值两个可靠性指标的计算方法,减少了与该指标相关的不等式约束条件,用于提升模型的计算性能.该备用优化模型在兼顾场景多样性的同时,实现了多场景下系统的总成本最优.以改进的IEEE-RTS系统作为算例,验证了所提模型的有效性.算例结果表明,改进的可靠性指标计算方法能够有效降低备用优化模型的求解时间;建立的最优旋转备用优化方法能够实现系统日前旋转备用容量的动态配置,提升系统经济运行水平.

战略备用煤电机组的成本效益分析

气候变化导致极端天气频次升高,电力系统的安全稳定受到挑战。现有对战略备用机组的研究多为政策分析或者从机组成本和售电收入等角度进行建模仿真,无法全面反映其带来的经济社会影响。为综合分析战略备用机组的经济性,建立了考虑保障经济生产、居民健康效益和劳动力水平等方面收益以及电厂投资运维成本的成本效益分析模型,并以四川省限电事件为案例进行分析。结果表明:四川省限电事件中,战略备用机组可带来的度电效益为4.77元/(kW·h),战略备用机组所带来的度电成本约为1.91元/(kW·h),而使用已完成折旧的机组作为战略备用机组所带来的度电成本约为0.47元/(kW·h),所以从全社会角度分析,建设运营战略备用机组是经济可行的;机组运行时长是影响战略备用机组度电成本的最关键因素,一年内低于89 h的运行时长会使得机组度电成本高于其社会效益。

考虑实时备用率的中长时间尺度新能源发电备用的方法

在新型电力系统中,考虑到中长期时间尺度下新能源出力具有较强规律性,提出了中长时间尺度新能源纳入备用的实时备用率的确定方法。根据实时备用率将新能源可信出力纳入备用,建立多电源电力生产模型。所建模型以生产成本最小为目标函数,考虑电源运行成本、新能源弃电成本、切负荷惩罚成本及机组出力、功率平衡、逻辑变量等约束条件。采用时间迭代将中长时间生产模拟化简为短期优化问题,利用CPLEX求解。以改进IEEE-24节点系统作为算例,优化结果表明新能源电源采用实时备用率的方法纳入备用时,电力系统生产运行总成本更低;新能源渗透率越高,纳入新能源为备用的经济效益越明显;风电和光伏独立确定备用率时,备用成本和污染排放更低。

备用电源与应急电源对比及供电方案探讨

对比多本国家标准及规范对备用电源和应急电源术语的定义;分析二者的区别和侧重点;提出供配电系统设计时应充分理解备用电源和应急电源的定义,根据工程的负荷性质、用电容量、工程特点、系统规模和发展规划及当地供电条件进行多方案比选,并对5种备用电源供电方案和3种应急电源供电方案的特点和适用范围进行探讨。

含双馈机组风电场备用电缆位置和容量优化方法

链状结构风电场中电缆故障后,故障串部分风电机组将被迫停运。在两串末端增加备用电缆,可以为故障下游风电机组提供输电通道,但对非故障串电缆容量要求较大,利用率低。文章提出一种备用电缆位置和容量优化方法。首先定义最小路矩阵,评估随机风速/电缆故障时风电场输出。根据备用电缆位置对风电场分区。提出有限容量模型解决故障串输电优先性顺序,以确定备用电缆最佳位置。然后引入双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)稳态约束,采用主从分裂算法,求解风电场潮流。以利用率和成本为目标,提出备用电缆容量的优化模型。最后给出算例分析结果,验证所提方法的有效性。

计及源-荷多类型备用的虚拟电厂双层优化运行

需求响应行为和共享储能的运行均会对虚拟电厂能量流动产生影响,在此背景下,为提高虚拟电厂对可再生能源的消纳能力,提出一种计及源-荷多类型备用的虚拟电厂双层优化调度方法。文中对风电的不确定性、需求响应参与能量和备用调度以及共享储能运行模式进行建模;建立双层调度模型,上层为考虑风电不确定性的日前能量和备用计划调度模型,下层为考虑风电波动性的日内修正模型。最后通过算例讨论了共享储能和需求响应对虚拟电厂能量和备用调度的影响,验证了模型的正确性和经济性。

考虑5G基站备用储能优化调控的配电网重构双层优化方法

5G基站建设数量激增带来的大量负荷影响了配电网的运行经济性,但基站备用储能在保证可靠性的动态备电前提下能够参与削峰填谷,如何利用配电网重构和储能调控提高双方运行经济性亟待研究。该文首先分析了5G基站备用储能的调控潜力,建立了基站储能可调控容量模型。针对配电网不同拓扑结构的节点可靠性,利用序贯蒙特卡洛法进行评估,提出了考虑节点可靠性的基站储能备电时长确定方法。在此基础上,构造了考虑5G基站备用储能优化调控的配电网重构双层优化模型。通过算例说明,该文提出的重构模型考虑了基站备用储能削峰填谷,使配电网运行经济性更高;重构提高了节点的可靠性,使基站储能拥有更大的调控空间,有效地降低了基站运行成本,实现了双方的互利共赢。

计及实时交通特征的电动公交车备用率与充电桩联合优化

为了提高电动公交车及充电站总投资和运营的经济性,需综合考虑公交车和充电桩的购置成本以及充电成本。以道路特征、实时交通特征、环境温度为主要影响因素,计算电动公交车的行驶时间和能耗;在满足公交车运营基本需求和保证车内温度的前提下,以日公交车购置成本、日充电桩建造成本、日充电成本之和最小为目标进行优化,建立电动公交车备用率与充电桩的联合优化模型,并采用改进的离散型自适应粒子群优化算法进行计算,得到公交车和充电桩的最优购置方案以及各季节和全年的日均投资及运营成本。以某公交线路上电动公交车年内多种运营条件为算例,验证所建优化模型的正确性。

基于抽蓄协调的新能源纳入电力系统备用方法

大规模新能源并网后,传统的备用体系制约含高比例新能源电力系统的新能源消纳能力。为此,该文提出基于抽蓄协调的新能源纳入电力系统备用方法。首先,采用改进K-均值聚类算法生成各时段新能源出力预测典型场景;然后,基于广义新能源预测偏差及弃用风险约束,确定各时段各典型场景的最佳新能源纳入备用比例系数;最后,根据各时段的新能源预测数据和抽水蓄能机组的发电支撑状态,进一步调节所对应时段新能源纳入系统备用的最佳比例系数,将新能源合理地纳入系统备用。算例结果验证所提方法能够有效提升含高比例新能源电力系统新能源消纳能力,减少新能源弃用。

架空线耐张线夹断连对安全备用线夹冲击试验及数值分析

为了探究耐张线夹断连时安全备用线夹承受的冲击载荷及线路关键位置的力学响应,建立了耐张线夹-安全备用线夹-导线耦联瞬断有限元模型。以JL/G1A-630/45-45/7导线为对象,模拟了耐张线夹断连后安全备用线夹单独承受冲击载荷的过程,分析多种档距和高差下耐张线夹断连后安全备用线夹关键位置张力变化。为了验证模型的有效性,开展了多组安全备用线夹受耐张线夹断连冲击试验。研究发现,高差与档距的增加会使安全备用线夹附近节点张力极值和导线振动周期增大。在档距500 m时张力极值和振动周期相较档距为150 m时分别增大了32.08%和140.23%。脱冰跳跃现象的发生会使安全备用线夹附近节点张力极值和导线振动周期减小。增大建立的有限元模型可用于耐张线夹断连冲击数值仿真,在工程当中为避免耐张线夹断连冲击对导线的损伤应减小大档距至500 m以下并降低悬挂点的高度。

备用与现货电能量市场模型衔接机制研究

现货电能量市场与备用市场在市场组织与出清模型上衔接紧密,为研究不同的衔接机制对总发电成本、能量备用市场价格等市场绩效指标的影响,建立日前电能量备用联合出清模型,并依据出清次序和机组组合阶段目标函数成本项这2个划分标准来建立4种顺次出清模型。基于IEEE 118节点系统开展仿真,研究分析不同衔接机制下的有关电力市场绩效指标及形成差异的原因,并通过改变系统参数与边界条件,研究不同衔接机制下市场出清的可行域。结果表明,联合出清模式的总发电成本、市场电价等绩效指标更优,可以更好地调用系统灵活资源,同时还具有最大的出清可行区间。能量优先出清同时在机组组合综合考虑备用成本的顺次模式,在总发电成本、市场电价等绩效指标以及出清可行域上仅次于联合出清模式。最后基于仿真及理论分析结果给出了在备用市场建设初期,宜采用“先能量后备用,能量出清结果作为备用市场出清边界条件,机组组合考虑备用成本”的顺次出清模式,以及长期转向联合模式的建设方案。

含备用储能的5G基站虚拟电厂参与电力市场的交易策略研究

随着第五代移动通信(5th generation mobile communication,5G)基站建设数量的剧增,5G基站的备用电池将是一个具有巨大潜能的储能资源。我国电力市场化改革正不断推进,研究5G基站的备用储能参与电力市场交易是实现电网和通信运营商互利共赢的有效途径。考虑到5G基站备用储能参与电力市场的特殊性,建立了计及退化成本和可调度容量的基站储能电池模型,并将零散的基站聚合成5G基站虚拟电厂(virtual power plant,VPP)。然后,将5G基站VPP作为独立的竞价主体,构建双层的电能量-调频辅助服务市场交易决策模型,并利用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件和对偶理论将双层模型转化为可解的混合整数规划问题。最后,通过算例评估了5G基站备用储能的可调度容量以及所提交易决策模型的有效性。

基于风电备用可靠性的电力系统备用优化分析

在绿色能源快速扩张和电网结构渐进更新的当下,保障这种易变且不恒定的绿色能源对电力供应的稳定备份优化,越来越受到关注,风电的融入对于备用能源的调控既是挑战又蕴含机遇,如何在最大化利用绿色能源的优点的同时,增强备用能源的灵活性和反应速度,是电力行业专家与研究者当前面临的关键难题。基于此,本文简单讨论基于风电备用可靠性的备用优化分析的重要性和备用需求和评估,深入探讨优化策略,以供参考。

基于周期性最大功率点检测的风电机组功率备用控制方法

风电机组通常运行于最大功率输出模式,无法为受扰电网提供紧急功率支撑。稳态时预留部分出力可提高风电机组主动电网支撑能力,为此提出一种基于周期性最大功率点(MPP)检测的风电机组功率备用控制(PRC)方法。通过周期性执行最大功率点跟踪程序检测风电机组实时MPP,一旦检测到MPP即可确定PRC模式参考值并切换为直接功率控制。设置伪单调转速-机械功率曲线使风电机组稳定运行在超速功率备用点,并通过储能装置平抑MPP检测产生的峰值功率波动。仿真结果表明提出的控制方法在定风速和变风速情况下均可以准确控制检测风电机组MPP并实现PRC,并且使得风电机组一次调频效果优于传统PRC。

计及可中断负荷参与应急调度的备用容量优化配置方法

新能源大规模并网增加了电网频率失稳的风险。针对大功率缺失下的频率安全问题,提出1种计及可中断负荷参与应急调度的备用容量优化配置方法。相较于传统的备用容量优化方案,所提方法考虑应急调度过程中常规机组和可中断负荷的响应时间和爬坡速率,构建考虑分段频率下限值约束的应急备用容量优化模型,以提高电网的应急处理能力。算例分析表明,所提方法能够兼顾电力系统经济调度和频率稳定目标,提高电网安全经济运行水平。

新能源预测纳入备用对平衡和消纳的影响研究

高渗透率新能源深刻影响了日前电力平衡模式,新能源纳入日前电力系统备用面临高峰电力平衡不确定性增大、保供与新能源消纳统筹难度增大等问题。为此,综合分析了新能源纳入日前电力系统备用比例与电力保供、新能源消纳的关系。首先,研究了新能源纳入比例与电力保供的关系,提出了基于保供可靠性的新能源纳入比例上限的数学解析公式,进一步分析了影响新能源纳入比例上限的关键因素;然后,研究了新能源纳入比例与新能源消纳的关系,提出了基于消纳需要的新能源纳入比例下限的数学解析公式;最后,基于新能源纳入比例上、下限,提出了一种用以量化反映电网保供和消纳难度的综合指数。实例分析及应用验证所提方法的科学性和实用性。

新能源参与的电力系统备用辅助服务成本价值机制分析

为解决新能源参与辅助服务市场机制问题,提出了计及新能源参与的备用辅助服务成本价值机制。采用基于成本和效益评估的备用服务成本价值方法,结合我国初级电力市场的情况,提出了新能源提供旋转备用服务的机会成本、系统失负荷价值及系统可靠性指标相结合的定价模型,建立了由机会成本表示的供给成本模型,效益则根据消费者剩余理论由服务效益的失负荷价值(VOLL)计算,并通过可靠性指标失负荷概率(LOLP)作为权重,综合并且合理地确定了新能源提供辅助服务的补偿价格,最后通过算例分析说明了备用期望价值判断备用容量与负荷需求之间的非线性关系,从而进一步优化电网备用辅助服务与负荷的关系。