考虑动态备用需求曲线的电能量-备用耦合出清模型

电力市场中,价格帽等原因会导致缺失收入(missing money)和发电容量充裕度不足等问题。以美国得克萨斯州为代表的备用需求曲线是国外电力市场解决此问题的成熟方法之一,但得克萨斯州的曲线是相对静态的曲线,且备用价格增量推导原理未明确公开。为此,文中通过考虑可再生能源、负荷预测的不确定性,以及不同品种的备用产品,制定动态备用需求曲线。基于电能量-备用耦合现货出清模型,推导了考虑备用需求曲线的现货价格公式,并分析了国外现有机制忽略的备用价格增量高阶项问题,并通过中国华东某省数据进行验证。结果表明,备用需求曲线可以体现稀缺定价,通过备用价格增量动态反映可再生能源、负荷等波动下的系统实时容量充裕度情况。通过稀缺定价机制可以合理提高电厂收入,有利于保障系统充裕度。     

区域电力市场中的分区备用模型

分区备用可以保证区域电力市场安全经济运行。将区域电价有关概念推广到区域备用市场;建立两层模型,该模型考虑了地区间联络线传输容量约束、各地区最小备用容量需求和总备用需求等约束;模型的求解不仅可以得到区域备用价格,而且可得到故障情况下合理的调度方案;提出了基于调度方案形成各地区对备用的利用系数,基于利用系数对备用费用进行分摊的方法,为备用费用分摊这个难点问题提供了新的思路。通过算例验证了模型的有效性和可行性。     

基于改进遗传算法的区域旋转备用容量的优化

在改进遗传算法的基础上,提出了区域购买旋转备用成本最小的数学模型和求解方法。模型按照备用交易“协调运作”、备用价格按区域统一边际价格结算并计及了联络线传输容量上下限、备用机组提供容量上下限、旋转备用爬坡率等约束条件。算例表明本算法能更加有效地达到或接近全局最优解,区域备用容量在优化后降低了获取的备用容量,充分体现了区域间的备用支持,优化了各地的电力资源。     

电力市场中电能与旋转备用的二层优化模型

基于二层规划理论,构建了能量与旋转备用的协调优化模型。模型分别以发电费用和反映旋转备用配置相关的指标函数为上层和下层决策的目标函数,计及网络约束和发电系统的“N -1”安全约束,将备用容量的配置与预想可靠性水平联系起来,从而明确了旋转备用需求和各发电机组所承担备用的份额。模型的分层结构较好地体现了主能量市场和旋转备用市场的主辅关系,而下层决策目标函数的灵活性可适应电力市场的不同发展阶段。以IEEE30节点系统为例进行仿真,验证了模型的有效性。     

发电商最优备用报价策略研究

华东电力市场下一步改革的目标是实现辅助服务市场化。市场化以后,发电商需要选择自己的备用报价实现利润最大。利用机会成本的概念,将包含两发电商的市场分为五类。发电商根据掌握的市场信息,判断自身所属的类别。通过建立双层优化模型,寻找最优报价策略实现自身利润最大。最后对所用方法的有效性进行了验证,并分析了主能量报价对备用报价的影响。结果表明发电商的备用报价跟随主能量报价变化时,利润最大。     

区域互联电网电能量与备用辅助服务联合优化模型研究

电能量市场与备用辅助服务市场联合优化能够在满足系统安全运行约束的前提下实现经济效益最优,是国外典型电力现货市场运行的最佳实践。在我国现行的"分层分区"电力调度管理体制下,电网安全与备用容量管理在区域、省级调度中心之间各有权责,存在全系统及各分区的备用需求容量配置、分区间备用的有效调度等问题,不能直接照搬国外的电能量与备用联合出清机制与模型。分析了我国区域互联电网条件下的电能量与备用辅助服务联合优化市场模式,提出了计及多因素的系统及各分区的备用需求容量设置方法,分别构建了单区域、多区域互联两种情形下的联合优化出清数学模型。最后,基于三区域IEEE-RTS96系统进行算例分析,验证了所提分区备用需求容量配置方法及区域电网联合优化出清数学模型可充分考虑区域间运行约束对预留备用容量有效性的影响,从而极大提升系统运行的可靠性。     

南方（以广东起步）电力备用市场设计

现阶段南方区域仍按“两个细则”管理电力备用,其备用品种、价格机制、结算机制及备用资源的分配方式均有不尽合理之处,亟须建设南方（以广东起步）电力备用市场,完善南方区域电力市场体系。通过对国外电力备用市场机制和南方区域备用管理现状问题的分析,提出了适应南方区域电力市场发展现状的电力备用市场机制,对备用市场出清模型进行了探究,并通过算例对不同模式下的备用市场建模和出清结果进行了分析,结果表明,在报量报价和报量不报价的备用市场模式下,备用出清价格都已包含机会成本,可实现备用中标容量的机会成本补偿,备用与电能量市场联合优化机制可确保参与备用市场的机组收益不低于只参与电能量的情形,对机组积极参与备用市场起到了正向激励作用。     

南方（以广东起步）电力备用市场设计

现阶段南方区域仍按“两个细则”管理电力备用,其备用品种、价格机制、结算机制及备用资源的分配方式均有不尽合理之处,亟须建设南方（以广东起步）电力备用市场,完善南方区域电力市场体系。通过对国外电力备用市场机制和南方区域备用管理现状问题的分析,提出了适应南方区域电力市场发展现状的电力备用市场机制,对备用市场出清模型进行了探究,并通过算例对不同模式下的备用市场建模和出清结果进行了分析,结果表明,在报量报价和报量不报价的备用市场模式下,备用出清价格都已包含机会成本,可实现备用中标容量的机会成本补偿,备用与电能量市场联合优化机制可确保参与备用市场的机组收益不低于只参与电能量的情形,对机组积极参与备用市场起到了正向激励作用。     

需求侧参与备用的系统日前调度模型研究

需求响应资源（DRR）具有参与系统优化调度的能力,引入多种类型DRR作为系统备用资源,将其等效成发电机组融入日前机组组合的优化调度模型,并将备用的容量成本和调用期望成本纳入系统成本的目标函数中,约束中加入DRR参与相关约束。提出基于激励的DRR备用获取方式,通过期望收益分析模拟DRR用户的报价行为模型。此外,考虑因DRR基荷预测偏差和用户主观用电意愿变化等响应不确定性因素,建立响应可信度指标,衡量并分析其对DRR备用参与的影响。IEEE26机算例分析了各类DRR参与系统备用的特点,验证了DRR作为备用参与系统日前调度模型具有有效优化系统的资源配置,降低系统运行总成本的作用。     

气象分区在负荷备用容量评估中的应用

发电侧备用成本日益增加,挖掘负荷侧备用的潜力受到关注。对于具有能量存储特性的负荷设备而言,工作周期的短时中断不会显著影响其效用,是适当的备用提供者。可以通过调整目标温度值来改变这类设备的功率需求,向系统提供备用容量。负荷性能受到气象条件的影响,为了准确反映气象条件的空间分布,提出了一种气象分区的方法,对电力系统所辖空间区域进行划分。将空调负荷作为备用提供者,从单台空调的物理模型出发,推导了负荷群聚合模型,在气象分区的基础上,建立了多区域空调负荷聚合模型。利用多元回归方法,评估由空调负荷所提供的备用容量。山东电网的仿真结果验证了气象分区方法的可行性和相关模型的有效性。     

旋转备用对电网可靠性的影响及优化配置研究

旋转备用(Spinning Reserve,SR)的不同分配方案会导致不同的电网可靠性水平。从改善大电网运行可靠性的角度出发,综合考虑机组类型和爬坡速率、元件可靠性参数、网络拓扑结构以及传输容量限制等因素,将SR的优化分配纳入到最优负荷削减模型中。利用该模型不等式约束中控制参数的拉格朗日乘子的物理意义,推导出系统电力不足期望对各机组备用容量的灵敏度表达式,提出了根据该灵敏度结果进行备用优化配置的启发式思路。同时以SR成本与用户停电损失之和最小为目标,通过同步联合优化确定SR的总量与配置方案。RBTS测试系统的仿真结果表明了所提方法的有效性和正确性。     

Customer choice of reliability in spinning reserve procurement and cost allocation using well-being analysis

A novel pool-based market-clearing algorithm for spinning reserve (SR) procurement and the cost allocation associated with provision of spinning reserve among customers (DisCos) is developed in this paper. Rational buyer market model is used to clear energy and spinning reserve markets in the proposed algorithm. This market model gives DisCos the opportunity to declare their own energy requirement together with their desired reliability levels to the ISO and also they can participate in the SR market as a interruptible load. The DisCos’ desired reliability levels are selected from a hybrid deterministic/probabilistic framework designated as the system well-being model. Using the demand of each DisCo and its associated desired reliability level, the overall desired system reliability level is determined. The market operator then purchases spinning reserve commodity from the associated market such that the overall desired system reliability level is satisfied. A methodology is developed in this paper to fairly allocate the cost associated with providing spinning reserve among DisCos based on their demands and desired reliability levels. An algorithm is also presented in this paper for implementing the proposed approach. The effectiveness of the proposed technique is examined using the IEEE-RTS.     

A tradeoff between unit capacity and average production cost in spinning reserve optimization

In power systems the spinning reserve (SR) amount can be determined by deterministic or probabilistic techniques. Probabilistic techniques draw more attention since they can consider the economics and the stochastic nature of system behavior and component failures. In probabilistic techniques, the tradeoff between cost and reliability directly affects the SR deployment and it has been extensively analyzed. However, there is another tradeoff which reflects the compromise between the unit capacity and average production cost in the SR optimization problem. This tradeoff impacts the solution accuracy to a certain extent and influences the complexity of the model, and it has not been explicitly analyzed before. In this paper, a new SR optimization method is proposed in which the tradeoff between unit capacity and average production cost is well respected. The proposed method strikes a good balance between solution accuracy and computation efficiency and can obtain better results within a desirable run time compared with those of the previous methods. Besides, the proposed method can also be used to improve the solution of the reserve constrained unit commitment problem. It can lower the total cost by just redistributing the MW dispatch even when the SSR is fixed. The efficiency and validity of the proposed method are verified using the IEEE reliability test system.     

区域电力系统最优备用容量模型与算法

建立实现备用容量最小的区域互联电力系统最优备用容量数学模型,推算多区域互联电力系统的联络线功率增量方程,以及区域互联电力系统频率偏差与区域备用容量的关系表达式。针对问题的具体特点,运用自适应免疫遗传算法对该模型进行求解,充分考虑频率偏差、负荷的随机波动以及区域互联系统运行的各种可靠安全约束,分别对独立的电力系统以及通过交直流联络线互联组成的区域电力系统进行仿真计算,可得到一天中24个时段的弹性备用容量。独立电力系统的算例表明：随着电力系统规模的扩大以及装机容量的逐步增大,最优备用容量占最大负荷的比例会逐步减小,可以减小0.395%~9.366%。对区域互联系统的算例表明：当区域系统互联时可以在一定程度上减小区域系统的备用容量,互联区域系统比各个独立系统的备用容量要减少1.036%~1.858%,节约了互联区域电力系统的成本,在一定程度上提高了区域互联系统运行的经济性。实例计算结果验证了所提模型的合理性、所提方法的可行性。     

基于系统频率响应特征的电网广义旋转备用优化配置

现有的旋转备用配置方法多将旋转备用的来源限定于常规发电机组,较少虑及储能装置与柔性负荷等新兴电力设施对旋转备用优化配置的积极影响。为此,文中提出了电网广义旋转备用的概念;借助序列化建模思路与可描述随机变量取值相依结构的Copula函数,建立电网等效负荷(电网原始负荷与对应时刻点新能源发电出力的差值)波动量与预测偏差模型;综合考虑系统频率响应特征,以电网广义旋转备用购置成本、停电损失成本与弃新能源发电成本最低为目标,提出一种基于系统频率响应的新能源高渗透电网广义旋转备用优化配置方法。以新疆某新能源高渗透区域电网实际运行数据为依据,仿真验证了所提方法的可行性。     

考虑备用共享的区域电力现货市场出清模型

在推进我国新一轮电力体制改革和建设全国统一电力市场的背景下,为了打破省间壁垒,缓解现行区域电力市场部分省份因备用容量不足和源荷逆向分布而存在的电力紧缺或“三弃”问题,引入备用共享机制和联络线协调优化的运行方式,构建了包括安全约束机组组合模型和安全约束经济调度模型在内的区域电力现货市场电能与备用联合出清模型。通过考虑备用共享的区域电力现货市场电能与备用联合出清,实现了电力资源在更大范围的优化配置,有效提高了系统运行的经济性和可靠性。以两个互联的IEEE 30节点系统模拟区域内两省间电力市场交易,验证了所提模型的正确性和有效性。     

能源互联网背景下电网备用问题探索

能源互联背景下,可再生能源发电的增长与交直流特高压互联是我国电网的重要发展趋势,使得系统的事故备用与净负荷功率波动的备用需求显著增加。同时,负荷侧、储能及网间备用资源将成为传统常规电源备用的重要补充。国内当前基于“两个细则”的辅助服务分类与管理模式将难以适应未来电网运行备用的管理需求。为此,文章提出了基于功率平衡控制过程的备用分类,明确了各类备用的响应时间与持续提供时间,从而有效兼容源、网、荷、储各类备用资源,并对各类资源可提供的备用类型进行了讨论。文章进一步提出了市场化的备用组织建议,并讨论了新备用体系的实施所面临的若干问题。     

基于Multi-AIGA算法的区域电力系统最优备用模型

在满足系统运行等约束条件下,建立了区域电力系统的最优备用容量数学模型,该模型采用基于最小发电成本函数和最小网损函数组成的综合经济效益最大作为目标函数.针对问题的具体特点,运用多种群自适应免疫遗传(Multi-AIGA) 算法求解最优备用容量,并给出利用该算法解决这一问题的主要步骤,利用图论中的最大支撑树的概念,采用自动产生可行解的编码策略对染色体进行编码,以及交叉、变异概率的自适应选取,在IEEE-新英格兰10机39节点测试系统上的仿真结果验证了所提模型的合理性、所提方法的可行性.     

基于等响应风险约束的动态经济调度

动态经济调度中确定性的旋转备用处理方法,无法将系统各时段的响应风险维持在一定水平。由此,文中提出一种基于等响应风险约束的动态经济调度方法,使备用容量可以根据系统的运行状况自动调整,将系统各时段的响应风险维持在给定水平。采用电力不足期望（EDNS）作为系统响应风险指标,通过引入｛0,1｝变量导出EDNS指标的解析表达,使给定的EDNS指标限值可以作为约束嵌入传统动态经济调度中形成标准的｛0,1｝混合整数优化问题,达到响应风险评估与调度决策同步完成的目的。对于所形成的｛0,1｝混合整数优化问题,引入附加约束将其转化为已有成熟算法的非整数二次优化问题,并采用原 — 对偶内点法进行求解。算例分析表明了所述方法的有效性。