高比例可再生能源渗透下的电力市场价值分配机制设计

大力发展可再生能源、构建清洁高效的能源体系已成为贯彻落实能源革命的必然选择。在电力市场环境下,随着可再生能源渗透率的持续提升,传统火电份额被不断占据。由于尚未建立合理的市场机制保障火电提供容量的基本收益,火电企业缺乏为高比例可再生能源提供辅助服务的动力。市场价值分配的核心思想在于按照“谁创造的价值谁分享,谁产生的成本谁承担”来量化市场成员的贡献和价值,并分配利益。为此,提出一种高比例可再生能源渗透下的电力市场价值分配机制。基于Vickrey-Clarke-Groves(VCG)机制,定义一台火电机组的价值为该机组对其他发电资源的替代效益,精准辨识火电为可再生能源并网消纳付出的真实成本,从而激励火电机组真实报价,主动预留辅助容量,形成高比例可再生能源电力市场互利共济的格局。     

台风天气考虑故障演化的电力系统韧性评估方法

全球气候变化和温室效应加剧造成了极端天气发生的频次增多、强度增大,给电力系统造成的影响愈发严重。电力系统大力发展风/光新能源发电作为缓解温室效应有效手段的同时,也深受极端天气影响。韧性是体现电力系统抵御极端事件、减小故障影响并恢复供电的能力,近年来受到广泛关注。因此,亟需开展新能源电力系统在极端天气下的韧性评估研究。以台风作为极端灾害天气代表,提出了一种台风天气下考虑故障演化的电力系统韧性评估方法。首先,根据台风天气下电力系统故障的发展特征,确定了根据系统性能变化曲线及事故链发生概率综合评估系统韧性的整体框架和流程。具体地,考虑台风天气因素对于风电机组和输电线路的影响,提出了考虑不同时间尺度故障的元件及系统状态转移概率模型;在此基础上,考虑风机故障对风电出力不确定性的影响,建立了计及电网元件故障的系统改进随机潮流模型;然后,根据系统潮流分布和线路过载概率计算连锁故障的发生概率;最后,在改进的IEEE 39节点系统上进行算例分析,结果表明所提方法能够有效评估极端天气下含风电电力系统的韧性,并为极端天气下含风电电力系统的安全运行提供参考。     

激励火电提供灵活性的容量补偿机制设计

近年来,在中国电力系统低碳化转型以及电力市场化改革快速推进的同时也暴露了一些问题,其中较为典型的就是以煤电为代表的火电企业普遍大面积亏损,甚至濒临破产清算的困境,这一现象主要归因于大规模新能源零边际成本占据火力发电份额,以及火电提供灵活性以保障新能源消纳产生的外部成本没有得到充分回报,部分火电企业甚至还贷难以为继,亟须建立合理的容量机制保障火电这部分外部成本的回收。因此,文中首先对比了国内外主流的容量补偿机制及其对中国的适应性。然后建立了考虑火电企业退出市场的双层决策模型,分析了不同可再生能源渗透率下,容量补偿价格对火电企业决策以及市场运行的影响,包括出清电价、辅助服务成本等。最后,通过IEEE 30节点系统和中国某省级实际电网,验证了所提模型的有效性。算例结果表明,制定合理的容量补偿机制能够有效保证火电企业收益,并激励其提供灵活性,从而提升电网整体经济性和运行效率。     

高比例新能源电力系统的惯量控制技术与惯量需求评估综述

电力行业低碳发展的要求催生了以风光为代表的新能源发电的快速发展.风光发电通过逆变器并网,不具有同步发电机的惯性,导致高比例风光发电的接入降低了系统的惯量水平,且其出力的大幅波动和不确定性,都给系统频率安全带来了新问题.为此,对高比例新能源电力系统的惯量控制技术和惯量需求评估问题开展综述研究.从惯量的定义出发,分析惯量与频率变化的关系,明确了惯性响应与频率响应的区别及联系.针对基于逆变器并网的虚拟惯量技术,按照控制模型的外特性进行区分,给出了虚拟同步机的控制原理,并总结了虚拟同步发电机技术在风电与光伏方面的应用.高比例新能源的接入从系统层面对惯量水平及分布提出了新需求,因此,选取澳大利亚、爱尔兰与北美地区3个代表性地区的电力系统惯量需求评价指标及评估方法进行了对比.最后,从发展虚拟惯量技术、提出惯量需求评估指标及标准、提高惯量监测能力、合理配置惯性装置以及将惯性服务市场化这5个方面对我国新能源电力系统惯量问题提出了建议.     

基于ABM仿真的实时市场结算不平衡费用分析

随着中国电力市场改革进程的深化,首批电力现货试点地区陆续完成了按现货价格结算的工作。然而在实际结算过程中出现了大量结算不平衡费用,影响了市场的公平和效率。如何在市场设计阶段充分预估结算不平衡费用从而降低市场风险、提高市场效率是市场设计者需要重点关注的方向。文中从实时平衡市场中结算机制及市场主体交互行为的角度开展结算不平衡费用仿真分析。首先,提取与结算不平衡费用紧密联系的平衡市场要素。然后,基于主体代理模型(ABM)仿真方法建立平衡市场仿真模型,市场主体采用强化学习算法制定参与市场交易的交互策略。最后,通过算例详细分析了平衡服务提供商策略行为、不平衡结算价格机制和新能源免考核区间对结算不平衡费用的影响。     

分散决策下分布式光伏储能系统外部性价值量化评估

近年来,随着分布式光伏补贴的逐渐下降和储能技术的日益成熟,分布式光伏储能系统已逐渐成为能源结构转型的关键性环节之一。然而,不同于传统集中式优化规划框架,大规模分布式光伏储能用户分散决策模式下其自利性行为对整体系统运行效率的影响及其外部性价值评估方法仍有待进一步研究。为此,构建了计及分布式光伏储能投资决策的双层模型来模拟需求侧市场成员分散决策行为与系统整体运行的交互关系,以量化分析分布式光伏储能系统的外部性价值。进而,从个体层和系统层两维度设计了市场运营评估指标体系。最后,基于实际系统数据验证了所提模型的有效性。     

基于随机鲁棒优化的虚拟电厂灵活调峰投标策略

为量化分析虚拟电厂的灵活调峰能力,文章提出虚拟电厂参与能量、备用和灵活调峰市场的最优投标策略,建立虚拟电厂参与主辅市场的联合出清模型。基于场景的随机优化刻画实时电价的不确定性,提出一种随机鲁棒优化方法,控制新能源出力随机性引起的运行成本。基于实际虚拟电厂的数值仿真表明,虚拟电厂能够有效提供灵活调峰服务,随机鲁棒优化为刻画虚拟电厂所面临的多重不确定性提供理论方法。     

国外典型电力市场交易结算机制及对中国的启示

目前中国单一买方模式下与合同电量有关的偏差电量处理已成为交易结算中的一个难题。随着国内电力市场深化改革的启动,通过市场交易的电量比例不断增大、交易主体更加多元化,交易的品种和交易周期更加多样,这些又对电力市场的交易结算提出了更高要求,而目前缺乏有效的市场工具解决这些问题。为此,文中选取世界上3个代表性电力市场:英国、美国德州及北欧电力市场的交易结算机制进行对比分析,总结了3个市场中不平衡电量的结算方法及特点,并给出了针对中国电力市场不同阶段偏差电量结算机制的建议。     

含光热电站的电-热能源系统优化运行机制

探索以风光为代表的新能源低碳高效利用是我国实现"双碳目标"的重要需求。光热发电(concentratedsolar power,CSP)作为新兴太阳能利用方式兼具低碳发电和高效储能的功效,但目前受限于自身发电成本较高及有限的市场补偿机制,其供能潜力未得到充分发挥。开发CSP储热系统的高温供热功能及其与电–热系统协调运行对提高新能源消纳、降低碳排放有重要意义。因此,建立了含CSP电站并且考虑绿色证书交易的电–热能源系统优化运行模型,从运行经济性、可再生能源利用率和低碳效益方面提出了评价指标。用IEEE标准算例系统验证了模型的有效性,并探索了CSP储热容量的最优配置方案,分析了不同绿证交易价格和系统收益分配比对CSP成本的补偿作用。最后用西北某省实际算例对CSP参与供热的可行性和灵活运行效益加以论证,为"碳中和"背景下CSP在电–热综合能源系统中的减碳规划和运行提供方法支撑。     

考虑动态频率支撑的储能选址定容规划方法EI北大核心CSCD

“双碳”目标的提出加快以风光为代表的新能源发电并网,高比例电力电子接口新能源发电并网将导致电力系统的频率响应及灵活调节能力下降。以电化学为主的新型储能有望在提供安全支撑和灵活性方面发挥重要作用。文章提出考虑动态频率支撑的电池储能规划方法,建立电池储能提供快速频率响应的系统动态频率安全模型,并将其嵌入典型日运行模拟的储能规划模型,通过评估系统惯量分布指导储能选址,进而以投资和系统运行成本最小为目标规划储能容量。为准确掌握高比例新能源电力系统的动态频率变化和灵活性需求,引入典型日运行模拟,并将其建模为考虑频率安全约束和新能源不确定性的鲁棒模型。规划模型考虑不确定场景下的储能工作模式切换,采用嵌套列约束生成算法求解。算例分析表明,所提方法能够合理规划储能的选址,提高系统运行时的频率安全,促进新能源消纳。