电力市场环境下运行备用问题的研究

运行备用作为辅助服务的一种，在维持电力系统的安全可靠性、提高系统运行质量，缓解高峰负荷电价等方面具有举足轻重的作用。在电力市场环境下，运行备用的获取和定价面临着许多新的挑战，相关研究工作散见于各类文献中，所探讨的内容主要涉及了：运行备用定价机制的框架性研究，发电侧对备用市场的决策响应与投标策略，可中断负荷管理和对停运成本的分析评估，以及如何制定出兼顾经济性和可靠性的定价策略等相关问题，对国内外在这些方面的研究工作做简要综述。     

新英格兰电力市场运行备用辅助服务浅析

对北美新英格兰电力市场的运行备用辅助服务进行了详细的研究,分析了运行备用的内涵和投标内容、服务容量、机会损失费用及费用计算方法,详细总结了市场的清算价格和结算方法,最后分析了我国运行备用辅助服务的现状并提出了具体的设想。     

能量市场和运行备用市场定价方法的解耦条件

该文利用随机生产模拟得到了在能量市场和备用市场中机组的收益估计。按优良加载序加载机组，在目前的市场规则下可能出现备用市场的收益大于能量市场的收益，从而引起系统运行经济性的破坏。该文给出了产生这种情况的临界条件，即所谓解耦条件。而且由于在目前的定价机制中这个关系容易被破坏，所以这个条件应该引起足够的重视。     

电力市场中辅助服务的获取与定价

讨论了电力市场环境下辅助服务的获取与成本的分摊问题，简要介绍了国际上几个典型的电力市场中辅助服务的获取及其定价方法，在此基础上，对我国电力工业市场化后的辅助服务的获取和定价原则提出了一些看法，此外，还阐明了备用容量和主能量交易一体优化的思想以及确定备用容量的电价和电量电价的原则。     

电力备用市场的竞价模型

当前对备用市场的研究大多基于备用容量为给定的这一个前提，其核心是求解如何以最小的费用去购买这个预定的容量，文中提出弹性备用需求的概念，即在备用竞价过程中，通过对备用购买成本和系统可靠性效益的分析，同时确定发电系统的最优备用容量及中标的发电厂商，结合可靠性评估，文中对备用市场最优容量需求和竞价出清模型进行了深入的探讨，给出了基于Pool结构的备用市场竞价模型，文中采用启发式算法求解，简便实用，实际系统的数字仿真结果证明所提模型对于备用市场的竞价是有效的。     

两种备用容量分散决策方法及其比较

电力市场中的辅助服务一般都是集中处理的,系统运行人员负责确定并购买所需的备用容量,再把相应的费用分摊给用户,备用容量决策一般基于经验和规程,不进行优化计算,所以这种做法可能导致低效率,在市场环境中,应鼓励采用分散决策方法,以便通过市场的“无形之手”达到市场均衡点和市场效率,文中提出了两种分散决策方法来确定备用容量,即分别基于合同和联营体的分散决策方法,这两种方法在实现中均应用保险理论来引导备用容 量的最优分散决策,并同时减少用户的停电损失,证明了在一定条件下,基于联营体的方法更加有效,可以在电力市场中考虑采用。     

我国运行备用辅助服务市场的模式与定价研究

比较了以美国加州和英格兰-威尔士为代表的两大类运行备用辅助服务市场,认为英格兰-威尔士模式对我国初期的电力市场更有参考价值。建议我国运行备用辅助服务市场采用在一日前现货交易发电主市场定价基础上同时定价,即事先定价,而在当日强调各机组服从调度,事后按既定价格结算。实现概率学意义下的公平合理性。在简易当量电价法基础上发展了计入运行备用辅助服务的随机性简易当量电价法。采用了随机生产模拟技术,引入了期望边际机组和期望边际电价的新概念,并区分被调度加载和不被调度加载两种情况。有关算例说明了它的合理性。     

二级备用辅助服务市场中可中断负荷管理模型研究

该文研究建立了二级备用(即非旋转备用，或称运行备用)容量辅助服务市场中的可中断负荷(以下简称IL)招标数学模型。电力市场运营管理机构可以采用这个模型对IL投标方案进行实时性选择。这个模型基于最优潮流(OPF)算法。该文也对IL市场结构进行了研究并提出了建议。模型包括了对IL招标方案设计要考虑的主要因素，例如，提前通知，负荷点的位置，负荷的功率因素，等等。通过实施可中断负荷管理(简称ILM)，ISO可以在电网高峰负荷时段拥有充足的运行备用容量。     

当量电价体系及相关制度设计:(四)运行备用辅助服务的当量模式与定价方法

讨论了英国电力市场运行备用定价方法的合理性及其不足。建议我国运行备用市场采用在日前发电主市场定价基础上同时定价的联营模式，即日前定价、当日服从调度、事后按既定价格如实结算。由于运行备用市场以容量效益为主，因此很适合采用当量电价方法；又由于系统面对随机发生的事故，运行备用化解了市场风险，因此又有必要引入概率学的可靠性和随机生产模拟技术。从这两点出发，发展了运行备用辅助服务的概率学实用当量电价法。最后给出了算例。     

区域电力市场运行备用容量的确定和获取初探

讨论了区域电力市场环境下运行备用容量的确定和获取问题.首先,阐述了在区域电力市场中可供选择的两种不同的运行备用市场模式,即"协调运作"模式和"统一运作"模式,然后重点针对"协调运作"模式下的区域运行备用容量的确定和获取进行了讨论,兼顾了区域资源优化配置和省/直辖市间联络线结构的特点.为了确保区域运行备用市场能够顺利建立并稳健运营,如何将区域运行备用收益合理、公平地分配给参与区域电力市场的各省/直辖市成员是一个必须解决的重要问题,为此提出了基于合作博弈理论的方法,以提高各省/直辖市参与区域运行备用市场的积极性.最后,通过仿真算例说明了所提出的运行备用容量确定和获取机制的基本特征.     

电力市场环境下备用容量的集中和分散优化决策

针对电力市场环境下,应该采用何种方式确定和获取所需要的备用容量这个有普遍争议的问题,提出了集中优化方法和应用保险理论的优化方法。集中优化方法是以从发电公司购买成本和用户停电损失之和最小化为目标,通过集中方式确定所需的总的运行备用容量及其价格并在相关的发电公司间分配这些容量的方法。应用保险理论的分散优化方法是用户通过购买保险,把停电可能引起的损失转移给独立调度机构(ISo),从而引导ISO对备用容量进行有效的管理;同时,当发电公司没有投入所成交的备用容量时,IsO会对其进行高昂的惩罚,从而激励发电公司很好地履行合同职责。文中先导出了与备用容量相关的各个发电公司的成本函数和用户的效用函数,然后给出了相应的分散优化和集中优化的数学模型,以及求解算法,证明了在完全竞争的市场中分散优化方法可以得到和集中优化方法相同的最优解,即最大化社会福利。最后以有14个发电公司参与的模拟电力市场为例进行了仿真计算,说明所提出方法的基本特征。     

运用保险理论的备用容量辅助服务分散决策机理初探

摘要：电力市场中的备用容量辅助服务一般都是集中处理的，由系统运行人员确定并向备用容量供应商购买所需的备用容量，再把相应的费用分摊给用户。这种方法很难保证辅助服务的高效率，并会导致辅助服务市场中的投机现象。备用容量可以通过分散决策的方法由每个用户自主决定吗？如果可以，怎样使每个用户制定最优的辅助服务购买计划？如果采用分散的方法，即每个用户都尽可能最大化自己的利益，能否使其实现全社会效益最大？文中就这些问题做了基础性探讨，并针对两种情况进行了建模和分析：①通过要求电能供应商提高发电可靠性来减小用户电能被中断的风险，其中采用了“供给者保险”(provider insurance)方法；②假设市场有电能供应商、用户(被保险者)和备用容量供应商(承保者)3个参与者，用户和备用容量供应商就备用容量进行交易，并以两者间的保险条款促使备用容量供应商履行其责任。两种情况的研究均表明，一旦用户购买了适当定义的保险单，就会对承保者引入约束和激励，使其为自身利益而积极地提供用户所要求的可靠性或备用容量。同时，购买保险还可以使用户减少预期的停电损失，将风险转移到中立的承保者身上。文中还证明了所提出的分散决策方法能够达到社会效益最优。     

概率学的AGC先验定价和后验考核新方法

提出了一种在电力市场环境下自动发电控制（AGC）辅助服务的“概率学先验定价”和“统计学后验考核”的新方法，文中首先发展了概率学实用当量定价方法，该方法利用随机生产模拟技术和当量电价原理，事先评估出AGC的容量价值和为了提供AGC服务预留AGC容量而产生的机会损失成本，由此两项成本构成了AGC服务的先验价值和价格，进一步，利用实时记录，提出了一种基于统计学的后验考核和结算方法，即计算发电机组收到的AGC指令和实际执行的机组有功出力之间的“相关系数”，依此建立了基于概率学的AGC跟踪能力和服务质量的后验考核指标和结算方法，与此相应，还建议建立市场上有效的“AGC保证金制度”，最后，给出了以我国某电力系统数据为背景的算例，算例表明，该方法能很好地体现AGC平衡负荷随机波动的本质，也能很好地发挥当量电价方法的长处，再辅以市场上有效的AGC保证金制度，可成为一个很好的AGC定价和考核的新方法和新体制。     

基于图论的电网动态分区定价方法

分区定价理论是为了适应工程应用而对节点电价理论作的简化，但是，现有的分区方法基本上是根据工程研究的经验和阻塞的历史数据来确定分区，不能很好地反映系统潮流方式的变化。该文明确给出了动态分区的概念，其核心是依据系统的网络拓扑、负荷水平以及潮流方式的变化情况，动态地确定系统的分区，避免了固定分区方法中分区结果一成不变的缺点。为实现动态分区，文中引入了图论的相关理论和方法，使得整个分区过程非常直观，并且便于实现对复杂电网的分区。作为一个重要应用，以图论分区加逐步优化的方式实现了动态分区定价，并对其机理进行了剖析，发现其寻优过程类似于数学上的“起作用约束集方法”。通过IEEE14节点算例研究表明：当电网发生阻塞时，基于图论的动态分区定价能通过一次或多次优化，合理地确定系统的分区，并决策各分区的电价等。动态分区定价可以在保证市场公平性的前提下，达到购电费用更小的效果，从而体现市场的经济性。     

基于功率贡献的负荷电价计算

合理地制定负荷电价是电力市场中的一个重要问题。文中提出了一种应用叠加原理求解某一潮流运行点下各电源对负荷的有功、无功贡献，依据综合成本分摊进行负荷电价计算的电力定价新方法。该方法适用于存在环流的网络，有效地解决了发电机进相运行时生产成本的回收问题，并将负荷有功、无功电价计算有效地统一起来；该方法计算简单、实用性强。文中以IEEE 14节点系统为例进行了负荷电价仿真计算，验证了该方法的合理性。     

当量电价体系及相关制度设计:(八)双边交易过网服务中含运行备用的当量电价法

在库联营基础上开放双边交易有重要的市场意义，然而其过网服务定价却是一个复杂问题。文中论述了过网费中应包括的6项主要成分，即输电线路运行和投资的2项回收成本，网络阻塞和优化调度的2项机会成本，以及运行备用和自动发电控制(AGC)的2项辅助服务成本，这2项辅助服务都是交易中心购自库联营发电并通过输电网提供的。前4项基本的回收成本和机会成本都已在输电当量电价中计入，而AGC辅助服务适合另行单独定价和考核。文中主要介绍了包含运行备用辅助服务的双边交易过网服务的当量电价方法。算例给出了不合和含运行备用的过网电价的日变化曲线及其成分，表明在过网电价中自动包含运行备用辅助服务成本是必要的、可行的；还表明在过网主要路径附近存在阻塞时，过网费率灵敏于负荷水平和过网节点，从而展现了当量电价方法解决这类复杂问题的优越性。