Types of the National Markets of Ancillary Services and Balancing Energy

Modeling of ancillary services market can be described as institutional arrangements for establishing ancillary services management in deregulated electricity market. Models of the national ancillary services markets are market models which offer transmission system operator efficient procurement of ancillary services, reducing the system management risk, more competitive electricity market, better utilization of production facilities and complete deregulation of electricity markets. This paper deals with current mode of ancillary services market and potential market development in Croatia. Described models are used for establishing market of ancillary services which should occur in parallel with the electricity market.

Mechanism Design for Ancillary Service Market Considering Social Welfare and Fairness

Increasing penetration of distributed energy resources in the distribution network(DN)is threatening safe operation of the DN,which necessitates setup of the ancillary service market in the DN.In the ancillary service market,distribution system operator(DSO)is responsible for safety of the DN by procuring available capacities of aggregators.Unlike existing studies,this paper proposes a novel market mechanism composed of two parts:choice rule and payment rule.The proposed choice rule simultaneously considers social welfare and fairness,encouraging risk-averse aggregators to participate in the ancillary service market.It is then formulated as a linear programming problem,and a distributed solution using the multi-cut Benders decomposition is presented.Moreover,successful implementation of the choice rule depends on each aggregator’s truthful adoption of private parameters.Therefore,a payment rule is also designed,which is proved to possess two properties:incentive compatibility and individual rationality.Simulation results demonstrate effectiveness of the proposed choice rule on improving fairness and verify properties of the payment rule.

Design of Robust Var Reserve Contract for Enhancing Reactive Power Ancillary Service Market Efficiency

In a deregulated Var market, market power issue is more serious than in an energy market since reactive power cannot be transmitted over long distances. This letter designs a multi-timescale Var market framework, where market power that may arise in the hourly-ahead Var support service market due to system configuration deficiency and market structure flaws can be eliminated by day-ahead contract-based Var reserve service market. Settlement of day-ahead Var reserve contract is formulated as a two-stage robust optimization (TSRO) model considering worst case of uncertainty realization and potential market power that may arise in hourly-ahead market. TSRO with integer recourses is then solved by a new column and constraint generation algorithm. Results show a robust Var reserve contract can fully eliminate market power, and prevent suppliers from manipulating market prices.

考虑换电需求响应的换电站参与电能量-调频市场竞价策略

电动汽车(EV)大规模发展会加大电网的调峰调频压力。通过换电站市场化运营,可有效激励换电站利用EV换电需求和换电站电池灵活性资源,缓解电网调峰调频压力。为此,提出了换电站参与电能量市场和调频辅助服务市场的协同竞价策略及其两阶段优化模型。第1阶段依据调频市场需求制定换电价格,引导EV调整换电需求,优化冗余电池数量及时序,以便与调频需求趋势一致,进而提升换电站调频服务收益;第2阶段考虑换电站需求响应和市场调峰调频需求,制定换电站竞价策略。所提出竞价策略在优先满足EV换电需求的同时,可降低换电站充电成本、提升调频服务收益,并助力电网调峰调频。算例仿真结果验证了所提策略的有效性。

部分分布式电源提供辅助服务的主动配电网快速鲁棒优化

经逆变器接入配电网的分布式电源提供有功与无功辅助服务是确保配电网安全经济运行的重要手段。该文同时计及了储能系统、可投切电容电抗器、有载调压变压器分接头、静止无功补偿器调节能力,以储能与网络损耗及弃风弃光最小为目标函数,计及运行约束,基于支路潮流方程构建了部分分布式电源提供辅助服务的多时段二阶段混合整数二阶锥鲁棒优化模型,提出了一种新颖的基于割平面的主、次问题二阶段直接交替迭代求解方法。不同于现有列与约束生成(columns and constraints generation,CCG)算法,该方法求解主问题时无需增加新的变量与约束条件,求解次问题时,只需针对每个时段进行求解,因此极大降低了求解复杂度与计算机内存。若求解结果不满足二阶锥精确凸松弛条件,则构建二阶段混合整数序列二阶锥鲁棒优化模型,依然能够快速求解,且可恢复出原问题的精确解。最后,采用2个仿真实例验证了所提出方法的性能。IEEE 123节点配电网的仿真结果表明,该方法计算速度是CCG算法的12~22倍。该方法可为含高比例间歇性分布式电源配电网鲁棒优化运行提供实时快速分析与求解工具,提高新能源就地消纳能力。

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。

面向系统响应能力提升的虚拟电厂聚合特性及交易机制综述

在新型电力系统频率动态品质下降、频率稳定问题突出的背景下,文中综述了面向系统频率响应能力提升的虚拟电厂聚合响应特性与市场交易机制,为当前由于市场机制缺乏导致的分布式资源频率支撑技术应用难题提供市场化解决思路。首先,总结了分布式资源频率动态响应基本原理以及虚拟电厂所需关键支撑技术,剖析了虚拟电厂在提供系统频率支撑方面存在的问题。其次,从时间、空间、成本3个维度提炼了虚拟电厂的频率聚合响应特性,并综述了虚拟电厂提升系统频率响应能力的市场交易机制,涵盖产品设计、出清定价、贡献量化、结算考核4个关键环节。然后,探讨了虚拟电厂聚合响应特性与市场交易机制间的交互作用关系。最后,展望了虚拟电厂提升系统频率响应能力的未来研究重点。

电力交易产品细分市场协同机理研究

随着电力市场和可再生能源发电技术的发展,国外典型电力市场在建立电能量市场交易机制后,又相继出现了电力辅助服务和容量等多种电力产品细分市场。我国电力市场建设起始阶段恰逢电力系统转型,系统长期充裕性与短期灵活性不足的问题同时凸显,为有效地发挥市场机制在保障电力系统安全稳定、可靠供电和资源优化配置的多重作用,需对电力细分产品市场的协同机理进行研究,以为电力市场的产品结构体系和关键交易机制设计提供理论基础。该文基于电力系统运行的物理规律,运用市场经济理论,揭示了以“功能互补、时序配合、价本互映、收益互斥”为核心内涵的电力产品细分市场协同机理;以加州电力市场发展沿革为例进行了电力交易产品细分市场协同机理实证分析;并基于所揭示的协同机理,结合宁夏电力系统实际和未来发展需要进行了宁夏电力市场的产品结构体系与关键交易机制设计。通过实证分析与规范设计的实例,验证了所揭示协同机理对电力市场的普适性作用,以期为电力市场协同建设提供理论工具。

计及电力现货机会成本的构网型储能电站调频辅助服务竞价出清双层博弈模型

构网型储能是保障新型电力系统安全稳定运行的重要灵活性资源,作为独立市场主体提供调频辅助服务,对解决系统调频能力短缺问题具有现实意义。该文通过构建双层博弈模型,研究构网型储能在调频辅助市场中的竞价交易行为和市场出清过程。首先,明确构网型储能参与调频辅助市场的整体架构。然后,将构网型储能电站作为独立的竞价主体,建立计及电力现货机会成本的构网型储能电站调频辅助服务双层博弈模型,调度中心作为上层领导者追求购电成本最小化,构网型储能电站作为下层跟随者则以实现自身收益最大为目标,双方形成主从博弈关系。最后,通过算例验证所提出模型的合理性与有效性,并探讨构网型储能电站申报及市场出清参数对结果的具体影响,为构网型储能的市场运行提供模型支持。

电动汽车协助火电机组参与调频辅助服务优化控制策略

高比例可再生能源接入电网使得系统频率控制难度提升,电力系统二次调频面临新的挑战。为此,提出一种电动汽车(electricvehicle, EV)协助火电调频机组参与辅助服务市场的优化控制策略。在调频指令分配比例优化阶段,考虑调频成本及电池补偿成本,最大化调频商收益为目标,提出滚动优化控制策略。在EV充电站响应阶段,考虑站内各EV荷电状态及可调容量,采用分区分级动态调节充放电功率控制方法响应调频责任。最后,搭建含EV电站的两区域互联电力系统模型,对该调频策略的性能及经济性进行仿真分析。结果表明,所提策略有效降低了频率响应偏差,同时提高了调频商的经济收益。

计及P2P市场产消者灵活性的配电网阻塞管理

多点接入的柔性负荷和可再生分布式电源会使配网潮流大小和方向频繁变动,而配电侧产消者通常仅考虑自身效益最大为目标进行端对端(peer-to-peer,P2P)电能交易,忽略了不同设备能量流动对系统安全运行的影响,使得交易结果极易导致网络阻塞。针对采用连续双向拍卖机制和零智商增强型投标策略的分散式P2P交易模式所引起的配网阻塞,兼顾产消者数据隐私管理和消费心理学影响,提出一种两级市场动态协调阻塞管理方法。该方法以产消者综合效益最大和解决网络阻塞调节量最小为目标,利用Distflow潮流模型,构建基于节点边际电价的节点灵活性辅助服务价格计算模型。进而通过分布式优化算法求解得到阻塞成本,将该成本按照P2P交易时序和线路阻塞贡献度分摊至有责任的产消者,实现阻塞消除。算例采用IEEE 33节点改进的11节点配网系统,结果表明该方法可在设定的时间尺度和计算精度条件下有效解决网络阻塞,降低阻塞成本和分散式P2P电能交易的效益损失。

辅助服务市场背景下灵活性资源调峰补偿价格决策方法

以辅助服务政策为导向,针对价格补偿不尽合理导致调峰参与主体积极性削弱的问题,提出灵活性资源调峰补偿价格决策方法。建立火电、可再生能源、储能、需求响应等灵活性资源的成本及价格补偿模型。在此基础上,考虑风、光出力的不确定性,构建双层补偿价格决策模型,外层以综合成本最低为目标,采用线性递减权重粒子群算法求得补偿价格决策结果并将其输入内层,内层以风、光弃电率最低为目标,对模型进行线性化处理后进行优化调度,求解综合成本并将其返回外层,通过双层交互求得调峰参与主体的补偿价格优化结果。算例分析验证了所提模型的有效性和合理性,结果表明,优化补偿价格能够激发各类灵活性资源的调峰积极性,保证调度的经济性,促进可再生能源消纳。

考虑电化学模型的配电网侧光储系统分布式优化调度

配电网侧广泛接入的光储系统具备成为电网调度中灵活性资源的潜力。为了提高光储系统调控的精细程度,分析建模了光储系统运行的动态特性,构建了考虑电化学模型的光储调度模型。针对保护节点用户隐私和调用分布式计算资源的需求,根据该光储调度模型给出了适用于计算的矩阵化形式,并构建了各节点处含光储系统的配电网调度优化的分布式子问题,实现了该调度优化问题的分布式求解。基于IEEE 33节点系统算例验证了所提方法的有效性。结果表明,该方法给出的调度方案在可行性、储能运行高效性和老化衰退抑制能力等方面具有优势。

虚拟电厂参与能量与辅助服务市场的协同优化策略

虚拟电厂作为一种具备储能特性的灵活性资源,虽然其在配合电网削峰填谷、消纳新能源等方面的作用越发重要,但其目前在市场运营上缺乏经济性及高效性,直接导致其参与市场积极性不足。鉴于此,提出一种虚拟电厂参与电能量市场与辅助服务市场协同工作策略。首先,基于现货市场电价与虚拟电厂的聚合情况,确定其参与市场各时段策略;其次,以虚拟电厂收益最大化为目标,采用动态规划方法构建多时间尺度下虚拟电厂参与现货电能量-调频市场协同优化模型;最后,通过仿真分析对比虚拟电厂只参与单独市场与联合优化情况下的收益及利用率,并使用shapely值法对参与虚拟电厂聚合的各类资源进行收益分摊分析,验证所提方案的可行性及有效性。

消纳新能源引发的系统平衡成本解析及计算方法

新能源接入电力系统后,需要常规电源帮助平衡其随机性、波动性,故而产生了平衡成本。进行平衡成本的解析与计算,对促进新能源与常规电源利益的合理分配具有重要意义。将系统平衡成本分解为新能源消纳引发的新增备用成本、二次调频(SFR)成本及新增电能量成本。基于“等电量-顺负荷”方法,构建新能源相对负荷无波动性且无须为其预留备用、SFR容量的虚拟场景,给出了基于场景模拟比较法的系统平衡成本计算方法。对修正的IEEE 39节点系统的平衡成本测算分析结果验证了所提方法的合理性。

面向东北电网调峰辅助服务市场交易主体的分摊上限动态机制设计

东北电网现行的调峰辅助服务市场机制难以应对市场结构变化带来的交易主体实际调峰收益低于预期、积极性降低等问题,且难以满足未来我国以新能源为主体的新型电力系统发展需求。在介绍东北电网现行调峰辅助服务市场费用分摊机制的基础上,分析其局限性,提出面向市场参与主体的分摊上限动态调整机制,以保障调峰供应方的调峰收益;构建以市场交易主体综合收益最高为目标的动态分摊上限数学模型,并提出用于评估调峰辅助服务市场的指标体系。基于辽宁省电网实际运营数据的算例结果验证了所提机制的合理性与有效性。

与新能源互补和独立参加多级市场的抽蓄电站容量分配策略

我国部分区域已构建含风光水蓄的互补联合电站,随着电力现货市场的发展,现行两部制电价下抽水蓄能电站面临灵活调节能力价值难以体现,获利空间有限的问题。为此,提出一种与新能源互补以及独立参与电能量、调频和备用等多级市场的双模式下抽水蓄能电站容量分配策略。基于现货市场运行机制,考虑对手报价和新能源出力不确定性,构建了双模式下抽蓄容量分配双层模型,上层以抽蓄收益最大为目标做出容量分配决策,其中,互补模式下抽蓄电站与风电光伏机组以约定价格形成联合体;下层以社会总成本最小为目标进行主辅市场联合出清。采用多场景的方法描述风光出力波动带来的收益风险,并通过双层智慧型自适应粒子群算法对模型进行求解。算例仿真结果证明,抽蓄采用提出的容量分配策略,参与市场竞争的收益比两部制电价收益有明显提高,互补模式降低新能源发电机组因出力波动产生的考核费用的同时增加抽蓄自身收益,降低了对容量电费的依赖性,为未来抽蓄电站成本回收和盈利提供理论参考。

考虑能量-调频辅助服务下的用户侧储能经济运行策略

目前用户侧储能的投资回报期一般长达6~7年。为进一步提升用户侧储能经济运行收益,提出一种电能量和调频辅助服务市场规则下的经济运行策略。首先综合考虑峰谷价差套利和参与调频建立用户侧储能经济收益模型;其次,分析电力用户生产运行需求并建立用户侧储能运行约束;基于此,提出用户侧储能的两阶段经济运行策略,在日前给出用户侧储能最优调频容量申报量,在日内基于改进直接前瞻方法滚动优化用户侧储能充放电功率,提高整体运行经济性。最后,仿真结果表明所提策略能够有效提高用户侧储能运行经济性。

基于价值分配方法的无功辅助服务市场研究

新能源机组并网导致系统电压波动问题,给电力系统的无功调控带来新的挑战。与原有单一的无功调压方式和补偿标准相比,市场化无功调压能够体现不同无功源的时空特性,激励无功补偿设备的投资与建设。为此提出基于价值分配方法的无功辅助服务市场出清机制,激励新能源机组及用户侧无功补偿设备参与无功调压。首先明确市场成员的报价规则,构建市场出清模型;其次制定无功补偿机制,提出基于价值分配方法的无功辅助服务定价公式,采用维克里-克拉克-格罗夫斯机制量化市场成员的真实无功价值,解决无功市场力问题。使用IEEE-30节点数据进行仿真分析,获得各时段无功出力计划、有功网损、无功节点电价和无功补偿费用。结果表明,基于价值分配方法开展无功市场能够激励市场成员真实报价,维持系统电压水平稳定,并使得各类型无功补偿设备获得合理收益。

电能量与辅助服务市场联合出清的电价耦合机理分析

研究电能量与辅助服务市场电价间的耦合机理,有助于源、荷、储参与电能量和辅助服务市场,并形成较为透明的电能量与辅助服务市场电价机制,促进电能量与辅助服务市场的健康发展。为此,提出了电能量与辅助服务市场联合出清模型与电价耦合机理分析方法。首先,分析了荷、储类市场用户的能量与功率边界特征,建立了各类用户参与电能量与辅助服务市场的耦合约束模型;其次,构建了含源、荷、储参与的电能量与辅助服务市场联合出清模型;再次,基于对偶原理和KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件,提出了电能量与辅助服务市场耦合因子的概念与获取方法,揭示了多元市场间的耦合关系。最后,通过算例分析验证了所提出方法的有效性。