Dynamic optimal allocation of energy storage systems integrated within photovoltaic based on a dual timescale dynamics model

Energy storage systems(ESSs)operate as independent market participants and collaborate with photovoltaic(PV)generation units to enhance the flexible power supply capabilities of PV units.However,the dynamic variations in the profitability of ESSs in the electricity market are yet to be fully understood.This study introduces a dual-timescale dynamics model that integrates a spot market clearing(SMC)model into a system dynamics(SD)model to investigate the profit-aware capacity growth of ESSs and compares the profitability of independent energy storage systems(IESSs)with that of an ESS integrated within a PV(PV-ESS).Furthermore,this study aims to ascertain the optimal allocation of the PV-ESS.First,SD and SMC models were set up.Second,the SMC model simulated on an hourly timescale was incorporated into the SD model as a subsystem,a dual-timescale model was constructed.Finally,a development simulation and profitability analysis was conducted from 2022 to 2040 to reveal the dynamic optimal range of PV-ESS allocation.Additionally,negative electricity prices were considered during clearing processes.The simulation results revealed differences in profitability and capacity growth between IESS and PV-ESS,helping grid investors and policymakers to determine the boundaries of ESSs and dynamic optimal allocation of PV-ESSs.

电力现货市场交易运营的未来重大需求与关键技术

中国正在全面开展电力现货市场建设,现货试点地区结合当前市场规则及电力系统现状构建了较为完善的现货市场运营支撑体系,支撑了当前电力现货市场有效运行。随着新能源占比逐步提升的新型电力系统构建及“双碳”目标国家战略的实施,现有的运营技术支撑体系将无法适应未来市场发展需要。文中在总结中国电力现货市场技术实践的基础上,分析了电力现货市场特征发生的变化及面临的技术挑战,探讨了未来在多元主体建模接入、市场出清算法、市场风险分析、可信交易环境、市场仿真等方面的关键技术,部分技术已经取得初步应用。

风力发电参与调频市场的机制优化及收益研究

随着风力发电并网容量日益增加,传统能源提供的调频容量已无法满足系统调频需求,目前政策允许风电参与系统调频,但现有调频辅助服务机制无法有效衡量风电参与调频的真实容量,对系统安全稳定运行带来了严峻挑战。在现有调频辅助服务机制基础上,引入风电调频可信度指标及综合调频性能指标对调频市场主体报价进行调整以衡量风电参与调频的真实容量,同时优化现有调频辅助服务机制的补偿细则。针对上述优化部分,建立风电参与调频市场的出清模型。算例结果表明,优化后的机制能够有效衡量风电提供的真实调频容量,促使优质的调频资源优先出清,同时风电可提高调频可信度指标及综合调频性能指标以获得较高的调频收益。

全国统一电力市场演进过程下省间-省内市场出清及定价模型

为了促进电力资源在省间的余缺互济和在全国范围内的优化配置,我国正有序推进电力市场改革,逐步实现省间-省内市场的耦合和全国统一市场的演进。根据省间-省内市场耦合程度的不同,该文将演进过程划分为三个阶段:分层阶段、松耦合阶段和紧耦合阶段。进一步考虑跨区、跨省以及省内输电的输电费回收问题,跨区直流输电线路与区域内交流输电线路按照传输电量收费,省内线路按照用户负荷用电量收费。构建了面向不同输电费收取方式的出清模型与定价机制,分层阶段采用顺序出清,松耦合阶段采用双层迭代出清,紧耦合阶段采用统一出清,定价机制均采用节点电价定价机制。最后,利用IEEE 39节点和118节点系统进行仿真计算,验证了出清模型和定价机制的有效性,并分析了输电费对出清和定价结果的影响。

基于多种交易方式的省间省内现货市场双层出清模型

新能源比例不断提升,省间消纳需求不断增加,构建满足全局资源优化运行的省间市场是促进市场效率提升的关键。文中基于多种块交易及小时交易的时间耦合关系,建立了省间省内两级现货市场出清模型。首先,构建了包含普通小时交易、灵活小时交易、常规块交易、可移动式块交易和扩展链接式块交易多种交易方式的混合整数线性规划模型。其次,为解决省间市场主体较多、块交易时间耦合复杂带来的出清难度大的问题,提出了基于省内出清结果的参与省间市场主体的筛选机制,进一步实现基于各省筛选出主体的省间市场出清,通过融合省间、省内出清结果形成最终中标结果。最后,通过多区域互联的IEEE RTS-96系统算例验证该模型的合理性及其作用效果。结果表明,相较于各省单独出清,省间省内两级市场出清提升了整体社会福利。所提方法在提高求解效率的同时,尽量逼近省间整体出清的全局最优解,实现了社会福利最大化。

计及动态碳排放对新能源消纳市场的价格研究

通过丰富电力市场交易方式,可有效提高新能源消纳水平。针对现有电力市场无法有效控制碳排放的特点,提出计及动态碳排放的电力市场出清方法,将火电碳排放成本动态传导到电价中,从而使部分发电权向新能源转移。同时,当发生弃能时,对弃能机组引入价格因子替换报价,进行电力市场二次出清,深度促进新能源应发尽发,以激励相容机制平衡发电权转受让方收益。采用改进的IEEE 30节点系统进行仿真验证,提出的电力市场交易机制能有效降低火电机组的碳排放并促进风光消纳,验证了该方法的有效性。

欧洲日前统一电力市场耦合出清机制分析及启示

欧洲统一电力市场发展的经验对中国电力市场建设具有重要的借鉴意义。日前电力市场是欧洲统一电力市场建设的基础环节和重要组成部分。首先,梳理了欧洲日前统一电力市场的基本情况,介绍了主要报价形式的概念,进一步总结和对比分析了主要报价形式的特点与应用情况;然后,建立了欧洲日前电力市场出清的基本模型,给出了算法求解的主要流程并分析了其基本原理。同时,进行了算例分析与应用拓展。最后,结合欧洲日前电力市场的研究焦点,分析其未来发展趋势,总结提出了对中国电力市场建设的启示与建议。

考虑分布式资源交易的气电综合能源配网系统出清模型

随着分布式能源设备大量接入配电网并逐步参与分布式交易,配电网运行向着分布式、互动化的方向发展而呈现出更灵活多变的趋势。近年来,综合能源系统快速发展,配网层面电力系统和天然气系统耦合程度日益加深,独立运行模式已无法满足边界匹配要求。文中设计了考虑分布式资源参与的配电网集中交易市场模式,对分布式光伏、分布式储能、电动汽车等建立了交易模型。进而,构建了考虑分布式资源交易的气电综合能源配网系统联合出清模型,采用二阶锥松弛法及泰勒级数展开对配电网潮流约束和配气网潮流约束进行线性化处理,通过配电网节点电价和配气网分时气价反映气电联合系统价格信号。最后,基于改进的气电联合系统对文中所提市场机制模型的有效性进行了验证。

融合碳交易的电力现货市场日前出清机制研究

当前电力市场与碳市场缺乏关联,新能源机组与传统发电机组的市场竞价优势不明确,亟须构建合理的电-碳耦合市场的运行机制,明确新能源发电机组与传统能源机组的市场关系。针对电力现货市场与碳交易市场之间的协同运行问题,从交易主体通过电力交易中心完成碳交易的角度构建一种电-碳市场耦合下电力现货市场激励型日前出清方法,为电力现货市场运行机制优化提供思路参考。首先,从交易数据、交易主体行为和运作机制等方面的协同构建电-碳市场耦合运行框架。其次,设计一种包含预出清和正式出清的电力现货市场激励型日前出清机制,该机制引入基于动态碳排放的碳市场激励因子,对各机组报价进行修正后再次出清。再次,建立考虑电-碳市场耦合的电力现货日前市场出清模型。最后在PJM-5节点电力系统进行算例分析,结果表明该机制下新能源机组的出清电量增加67.29%,碳排放量降低56.29%,碳交易成本降低95.48%;碳交易价格和传统发电商报价的增加会增大新能源机组的出清电量;碳配额比例和新能源发电商报价的增加会增大平均出清价格。

面向省间电力现货市场的购电博弈竞价模型

在国家大力推动省间电力市场建设的背景下,多个购电省共同参与省间电力现货市场时存在竞争关系。为了给购电省制定合理的报价策略,提出面向省间电力现货市场的购电博弈竞价模型。首先,根据购电省省内市场运营情况计算边际省间购电量-价曲线,以此作为购电省参与省间电力现货市场的报价曲线。然后,提出联络线潮流方向可变场景下省间电力现货市场出清与定价模型,并建立多个购电省参与下的省间市场非合作博弈竞价模型,所得纳什均衡下的报价曲线即为购电省最优购电报价。最后,构建包含2个售电省和3个购电省的算例系统进行仿真计算,验证了所提模型的有效性,并获得了购电博弈竞价模型的纳什均衡解。

考虑虚拟电厂可信容量的新能源电力系统容量市场出清模型

随着风电和光伏发电装机规模快速增长,系统出现了发电容量充裕度不足的问题。为确保电力系统中的充足发电容量,需要引入容量市场机制。相比于大型火电机组的长建设周期和高投资成本,分布式可调节资源聚合的虚拟电厂(virtual power plant,VPP)建设周期短、投资小、见效快,是为系统提供发电容量的有效资源。因此,构建了虚拟电厂可信容量(unforced capacity,UCAP)计算方法并提出一种考虑虚拟电厂可信容量的新能源电力系统容量市场出清模型。虚拟电厂可信容量计算模型考虑了其功率、能量以及运行特性。容量市场出清模型在考虑发电侧风电、光伏、传统机组的基础上,增加用电侧虚拟电厂参与市场。容量市场出清模型中考虑了高峰容量需求、基本容量需求、电能需求、谷荷需求、爬坡功率需求等系统约束。最后通过算例分析了虚拟电厂可信容量、市场容量总需求量以及新能源装机容量对市场出清结果的影响,验证了本文虚拟电厂可信容量计算方法以及容量市场出清模型的有效性。

基于储能灵活能量状态的现货电能量-辅助服务市场联合出清机制

高比例可再生资源发电渗透率的不断提高,使得储能在新型电力系统平抑不确定性和波动性过程中发挥着愈加重要的作用。为鼓励其更好地参与电网运行,在市场化配置储能资源时需要更加注意市场机制对于储能市场主体的适用性。考虑到现有机制无法充分反映储能的技术特性及参与不同类型市场时的运行成本,基于储能的灵活能量状态提出了储能参与电能量-调频辅助服务市场联合出清模型。为描述调频过程中的储能能量损耗问题,新模型引入了调频能量损耗系数对两类市场间的能量耦合关系进行进一步建模,最后通过算例仿真对比验证了该模型在体现储能运行特性方面的有效性。

长三角D-2日电能量市场机制设计

立足于我国多层次市场体系建设现状和国、网、省三级调度业务架构,界定现阶段区域内省间市场和跨区省间市场在全国统一电力市场中的功能定位。为了解决不同范围、不同周期市场的衔接问题,提出建设长三角D-2日电能量市场,通过D-2日电能量市场统筹全网电力电量平衡,保障区外送电计划的可执行性,实现市场从中长期到日前的平滑过渡。引入市场用户报量报价参与区域市场;设计市场衔接、市场定价、偏差处理等关键机制;考虑到华东电网是耦合关系复杂的交流电网,构建全网络出清模型。算例结果表明,D-2日电能量市场有利于全网资源优化配置,保障全网电力安全以及解决发电侧市场力问题,证明了市场机制设计的有效性。

统筹电力系统各方效益提升的电力现货市场出清建模研究

可再生能源参与电力现货市场清算需要考虑需求方的反应和储能之间的协调。为了保证多主体间市场效益的提高,需要对电力现货市场的传统出清策略进行优化研究。考虑到各方利益,将电网不同峰谷差异的调整需求纳入投标过程,并提出一种考虑来源、电网、负载和存储收入分配的现货交易系统。为了保证系统低碳运行,考虑了能源供应侧的碳排放交易,建立了基于能源供应侧、储能侧、电网侧和需求侧利益协调的电力现货市场出清优化模型,通过数值模拟分析验证了该模型的有效性和优越性。

风光储联合发电站参与省间电力市场出清

以风电、光伏为主的可再生能源已成为中国重要的能源供应形式。为解决风光出力的波动性和间歇性问题,提出风光储一体化联合发电的概念。以风光储联合发电站为主体,研究其参与省间现货电能量市场出清的机制与模型。为提高风光消纳能力,减少弃风弃光现象的发生,提出在一次出清的基础上进行二次出清,改进已有的弃风弃光分段惩罚方法为互补变量式弃风弃光惩罚方法,设置风光储联合发电站出力优先级高于普通火电机组。最后基于互联的IEEE-39节点系统对所提机制进行仿真模拟,验证其有效性。

电蓄热参与电力现货市场的优化出清模型与算法研究

随着新型电力系统和电力市场建设,电力系统中可调节资源和市场主体不断丰富,对系统灵活性和市场机制提出了更高要求。储能是提升系统调节能力的重要手段,低成本、低约束条件的电制热储热技术,是解决富余可再生能源消纳和冬季供暖污染问题的最佳途径。首先,分析了电蓄热运行特性,提出参与电力现货市场的方法和机制;其次,建立包含可再生能源消纳、电蓄热负荷、断面约束、节点电价的优化出清模型;最后,在此基础上优化电蓄热运行方式,提升可再生能源消纳能力,同时降低系统整体运行成本和能效。算例验证了所提模型和算法的有效性。

新能源参与下的日前市场出清模型研究

新能源发电装机容量已成为我国电力系统的重要组成部分,并且持续增长。通过有效的市场机制可以促进电力系统对新能源的消纳容量,提高新能源发电的利用率,降低“弃风”和“弃光”概率。研究了分时竞价模式下新能源发电参与的日前市场出清模型,并通过基于Q学习的求解算法研究了日前市场出清模型的最优解。结果表明:所推导的日前市场出清模型,可提高发电厂的收益,同时降低发电成本与排放成本。

两种第三方主体参与的现货市场出清模式比较

随着高比例新能源接入电力系统,常规机组开机减少,系统备用容量不足,需要充分挖掘第三方主体的备用能力。文中提出并比较了第三方主体参与备用辅助服务的2种现货市场出清模式:电能量和机组备用联合出清+第三方主体备用单独出清模式、电能量和两侧备用联合出清模式。首先结合市场发展阶段、备用资源紧缺程度等方面分析了2种出清模式的优缺点;然后,给出了2种市场模式下的出清模型,并分析了第三方主体参与对市场出清结果的影响及其费用和收益情况;最后,采用改进的IEEE 30节点系统进行了仿真,结果表明电能量和两侧备用联合出清模式可以更加充分调用第三方主体的备用,降低系统发电和备用总成本。

考虑虚拟电厂灵活调节特性的现货市场出清模型及灵活性溢价评估方法

虚拟电厂(virtual power plants,VPP)作为新兴市场主体,逐步在多市场交易品种中获得准入地位,通过聚合灵活分布式资源响应系统调度指令、执行交易结果,为新型电力系统拓展了可调节资源。现阶段,虚拟电厂处于以参与辅助服务市场为主、参与能量市场为辅的业务形态。随着高比例新能源的渗透,虚拟电厂向现货市场过渡将成为重要业务拓展方向。研究了适应虚拟电厂参与的现货市场出清模型,允许虚拟电厂通过引入灵活申报方式反应自身的灵活调节特性,用以提高电力市场交易供需双方匹配率;同时基于不同交易模型出清结果的对比分析,建立了虚拟电厂灵活性的溢价评估方法,实现了虚拟电厂定价体系由能量定价向“能量+灵活性”定价模式转变,从而提高了灵活资源虚拟电厂在电力市场中的竞争力和价值认证。

抽水蓄能电站市场化运行机制和日前市场出清模型

在电力现货市场背景下,抽水蓄能电站面临如何运行以满足高比例新能源电力系统要求的挑战。为此,提出抽水蓄能电站保留容量电费、以价格接受者身份不报量不报价的市场化运行机制。基于该运行机制,进一步提出了考虑抽水蓄能电站内嵌于日前市场优化出清模型的改进模型。通过算例分析,论证了所提抽水蓄能电站市场化运行机制和优化出清模型的合理性与可行性,并且分析结果也表明所提机制可解决部分抽水蓄能电站运行不合理的问题。