双碳目标下提升电力系统灵活性的市场机制综述

随着碳中和、碳达峰目标的提出,构建新型电力系统已成为未来能源电力的发展形态,高比例波动性新能源接入对电力系统灵活运行提出了新挑战。目前我国已从技术层面重视电力系统灵活性改造,而发挥灵活性资源价值的市场机制目前还很薄弱。该文首先从电力系统灵活性分析的基本框架出发,给出电力系统灵活性平衡的概念,阐释系统灵活性与市场机制设计的内在关联性。在此基础上,从时间和空间两个维度构建面向新能源电力系统灵活运行的市场机制设计方法体系,从短期市场、中长期容量补偿机制、跨区市场以及分布式市场等方面综述高比例新能源电力系统灵活运行的市场机制。最后,围绕灵活性价值评估、市场主体行为以及与外部关联市场机制兼容衔接三方面展望面向新型电力系统灵活运行的市场机制研究方向,以期为“双碳目标”下未来高比例新能源电力系统灵活高效运营的市场机制设计方法研究提供参考。     

基于分时容量电价的新型电力现货市场设计

为支撑高比例新能源新型电力系统现货市场的建设,需建立精准反映电力时空平衡成本的现货市场机制,形成度量源网荷储价值的价格信号,激励源网荷储精准、高效的互动。当新能源成为主力电源,当前现货市场机制将出现如下问题。1）若新能源决定边际价格,其近零边际成本将导致现货价格信号消失,价格调节作用不复存在;2）若昂贵、少量的灵活性资源决定边际价格,新能源与灵活性资源的供电服务差异性无法体现,新能源将获取超额利润,造成“搭车”现象。为此,文章设计了新能源与灵活性资源解耦、基于新能源固定成本形成分时容量电价的电力现货市场机制。新能源分时容量市场将新能源市场主体固定成本逐日分时分摊,以形成时序价格信号;灵活性资源现货市场通过竞争发现偏差电量平衡、调频、备用等剩余电力平衡服务价格;通过向新能源及用户公平分摊成本,确保满足“谁产生的成本谁承担”的激励相容原则,以市场机制实现灵活性的供需匹配。     

面向新型电力系统的源网荷储一体化电力平衡方法研究

在新型电力系统建设的要求下和双碳目标的约束下,电力系统中的新能源比例、新型负荷比例不断提升, 新能源电源相较于传统电源不确定性更高,受自然条件的影响较大,波动更大,给电力系统稳定带来了冲击.从规划角度来看,新能源的大规模建设势必会改变区域电力系统的组成结构,传统方法的电力平衡已不能满足新型电力系统下的电力电量平衡需求.为解决新型电力系统建设中电力电量平衡计算问题,提出新的源网荷储一体化电力平衡方法,以曲线拟合的方式替代传统的断面式电力电量平衡,能更好地适应新型电力系统建设,节约电网投资.     

显式计及新能源不确定性多统计矩特征的电力市场定价方法EI北大核心CSCD

电力市场是推动我国能源转型的关键。高比例新能源接入显著改变了电力市场资源配置特性。区别于传统火电机组,新能源强不确定性使得市场出清边界模糊,现有确定性市场出清模型难以计及为平抑新能源不确定性所需的灵活性资源成本。在市场定价方法中显式计及新能源不确定性是解决上述问题的关键。为此,基于机会约束随机优化方法,提出显式计及新能源不确定性多统计矩的电力市场定价方法。通过拉格朗日对偶问题转化推导,提出了考虑新能源不确定性多统计矩特征的市场定价方法。针对任意分布形式下新能源不确定性含大量统计参数易造成市场价格分量多、各分量物理意义不清晰的问题,通过引入不确定性度量方法,实现了对新能源不确定进行单维表征;通过灵敏度分摊方法,提出基于不确定性表征降维的新能源不确定性定价方法。在PJM5节点、IEEE118节点系统以及某省实际661节点系统的仿真结果表明,所提方法能够提供明确的价格信号引导市场资源配置,计算效率满足市场出清时间窗要求。     

基于知识图谱的国内外电力市场研究综述

我国的电力市场深化改革正处于关键阶段。目前国内外积累了大量研究成果但缺乏系统性梳理,同时新兴研究主题不断涌现,使得动态追踪热点成为难题。知识图谱能从海量文献数据中提取出结构化的知识谱系,其可视化图形又可呈现该领域演进历程与网络结构,因此能为电力市场研究的演进轨迹及热点追踪提供新的途径。该文基于知识图谱分析近十年国内1495篇、国外5106篇电力市场相关文献,通过构建市场领域代表性的研究数据集,快速提炼国内外研究轨迹与学术热点,合成时间线、关键词网络并将其可视化,探索近十年国内外电力市场研究的演进路径;对近五年电力市场领域的核心前沿进行分析研究,以突现性和中介中心性衡量图谱的关键点,全方面、多维度地追踪电力市场的研究热点。该文的研究成果能够深刻把握电力市场的热点与动向,为学者提供一种高效、快速应用的文献分析方法,具有广泛的应用前景。     

高比例可再生能源电力系统结构形态演化及电力预测展望

在清洁化、低碳化和智能化的能源革命背景下,高比例可再生能源成为电力系统未来发展的一个突出特征,也导致了电力系统结构形态的巨变。文中对高比例可再生能源电力系统结构形态演化及电力预测方法进行了阐述。首先分析了电力系统结构形态的内涵及其要素,建立了其形态演化的驱动力综合模型,然后结合高比例可再生能源发展趋势,分析其对电力系统形态结构的影响,建立高比例可再生能源驱动的电力系统形态演化模型。围绕高比例可再生能源电力系统结构形态演化机理和复杂多重不确定性运行场景下的电力预测理论两个科学问题,分四个方面对其研究体系进行了详细阐述。     

面向碳中和电力系统转型的电氢枢纽灵活性应用

我国“碳达峰”、“碳中和”目标将加速电力系统向以风、光发电为主的高比例新能源电力系统的演变进程,保障电力系统灵活运行是高比例新能源电力系统转型的核心。氢作为一种清洁、零碳、多功能的二次能源载体,可与电能相互转换,并长期高效储存,在高比例新能源电力系统灵活性调节方面将扮演不容忽视的角色。系统分析了未来各阶段电力系统特征演变及灵活性资源需求,电-氢相互转换及氢储存技术,研究和展望了电-氢枢纽在大规模可再生能源电力系统中参与灵活性调节的应用场景。     

基于多智能体强化学习的电-碳-绿证多市场均衡研究

面向“双碳”目标及新型电力系统建设要求,电力市场机制设计对于减少碳排放、促进绿色低碳发展具有重要意义。碳市场与绿证市场建设是促进电力系统节能减排的有效手段,研究电力市场、碳市场、绿证市场之间的耦合关系,对于设计3个市场间的衔接机制、促进电力系统碳减排与清洁能源发展具有重要的指导意义。为此,针对碳市场与绿证市场对电力市场均衡的耦合影响展开研究。首先,根据碳市场与绿证市场的交易规则分别建立了电-碳市场、电-绿证市场和电-碳-绿证市场的双层优化模型;然后,利用多智能体深度强化学习算法对上述均衡模型进行求解;最后,在修改后的IEEE 30节点系统上进行算例仿真,分析了碳市场和绿证市场对发电商报价策略、电力市场出清电价等的影响以及碳市场和绿证市场之间的耦合关系。     

新能源预测纳入备用对平衡和消纳的影响研究

高渗透率新能源深刻影响了日前电力平衡模式,新能源纳入日前电力系统备用面临高峰电力平衡不确定性增大、保供与新能源消纳统筹难度增大等问题。为此,综合分析了新能源纳入日前电力系统备用比例与电力保供、新能源消纳的关系。首先,研究了新能源纳入比例与电力保供的关系,提出了基于保供可靠性的新能源纳入比例上限的数学解析公式,进一步分析了影响新能源纳入比例上限的关键因素;然后,研究了新能源纳入比例与新能源消纳的关系,提出了基于消纳需要的新能源纳入比例下限的数学解析公式;最后,基于新能源纳入比例上、下限,提出了一种用以量化反映电网保供和消纳难度的综合指数。实例分析及应用验证所提方法的科学性和实用性。     

基于长短时记忆网络-纵横交叉算法的含高比例新能源电力市场日前电价预测

精准的日前电价预测能够协助电力市场参与者做出合理的决策.随着高比例新能源接入电力系统,日前电价的预测难度不断加大.为了提升含高比例新能源电力市场日前电价的预测精度,提出了一种基于奇异谱分析(singular spectrum analysis,SSA)和纵横交叉算法(crisscross optimization,CS...     

能源高质量发展下中国电力供需格局演变趋势

为应对气候变化,世界各国都在加快能源转型,习近平总书记提出了“四个革命、一个合作”能源安全新战略和“碳达峰、碳中和”愿景,要求全力推动能源高质量发展,这将对中国电力供需格局产生深远影响。首先,提炼能源高质量发展的内涵、特征;其次,从消费侧、供给侧、技术、体制等角度研判能源高质量发展下电力行业的转型发展方向;最后,通过构建多区域“能源-经济-电力”分析预测模型体系,从电力需求、电力供应、跨区电力流、电力系统形态、电力市场交易等方面研究中国中长期电力供需格局的演变特征。     

高比例新能源电力系统灵活性资源充裕性评估分析

随着我国实现双碳目标的提出,未来会有更高比例的新能源接入电网。提出了一种用于对含高比例新能源的电力系统灵活性资源的充裕性进行评估的分析方法。所提出的灵活性资源的充裕性指标可以根据净负荷变化的周期曲线特征来评估灵活性容量需求与运行备用需求的关系。所提周期曲线模型可以表示净负荷变化量和变化率的发生概率。因此除了可以评估含高比例新能源的电力系统的充裕性外,还可以评估灵活性资源的充裕性。最后,通过模拟典型的电力供需平衡场景对所提方法的指标进行了仿真验证。     

电力市场环境下需求侧资源评估与调控综述

随着高比例新能源接入以及尖峰时段电力需求增长,中国电力供需平衡压力日益加大,亟需深入挖掘需求侧资源调节潜力,建立健全完善的电力市场机制,推动新型电力系统下“源随荷动”向“源荷互动”转变。首先对需求侧资源进行多维梳理,并总结了其参与的市场类型,接着从需求侧资源可调潜力量化评估、需求侧资源聚合调控、需求侧管理系统装备3方面总结需求侧资源评估与调控的技术进展,最后结合新型电力系统要求,对市场环境下的需求侧资源利用提出一些建议。     

特约主编寄语

新型电力系统是电力行业推进“双碳”目标的重要物质基础,也是构建我国清洁低碳、安全高效能源体系的关键环节。在新型电力系统构建过程中,高渗透率的可再生能源和高比例的电力电子设备的广泛接入在扰动失稳和低频/次同步振荡等方面对电网运行的安全造成了极大的不确定性。增强电力系统的安全稳定运行是传统电力系统向新型电力系统过渡阶段的重大技术挑战,也是提升高比例新能源并网消纳的关键基础。     

浙江构建新型电力系统的技术路径与实践EI北大核心CSCD

构建新型电力系统是实现我国“双碳”目标的主要手段,也为电力系统形态演化与技术变革指明了方向,其主要的技术挑战来源于高比例新能源的接入和极端天气。浙江电网是传统能源匮乏、新能源发展迅速的典型受端电网,虽然在市场化和数字化方面走在全国前列,但构建新型电力系统仍面临诸多困难和挑战。在此背景下,立足浙江电力发展实际,首先分析新型电力系统的关键技术特征和评价体系,接着提出浙江建设新型电力系统的3个方面核心举措,包括:提升系统调节能力、提高电网数字化/智能化水平以及建设与新型电力系统匹配的电力市场等。进一步,提出浙江建设新型电力系统技术路径的4个关键环节及其潜力:建设多元融合高弹性电网、构筑“四能四力”、实现数字化转型和多类型电力市场。最后,提出浙江新型电力系统省级示范区建设框架,介绍杭州城市电网500kV供区柔性低频互联示范工程、台州大陈岛柔性低频输电和氢电耦合示范工程以及金华微网集群省地县3级协同智能控制示范工程等3个典型实践案例,总结浙江新型电力系统省级示范区预期目标。浙江构建新型电力系统的举措、路径和实践,不仅可以支撑浙江经济和社会高质量发展,还将为我国能源转型与电网高质量发展提供参考。     

支撑碳中和目标的电力系统源-网-储灵活性资源优化规划

2020年9月,中国提出将努力争取2060年前实现碳中和。大力发展风电、光伏高比例并网的新能源电力系统,是实现碳中和目标的重要途径。由于新能源发电具有波动性和随机性,因此需要提升系统灵活性以保障高比例新能源电力系统的安全、可靠和经济运行。以实现2060年碳中和目标为边界,采用内嵌全年8 760 h全景时序生产模拟的电力规划模型与方法,考虑各类灵活性资源约束,从不同时间和空间尺度统筹优化新能源电源、储能及电网互联容量,为实现碳中和目标提供可行方案。在此基础上,开展系统弃电率、新能源电源装机、储能配置及电网互联容量灵敏度分析,进一步论证模型方法的有效性,并量化分析高比例新能源电力系统源-网-储协同规划的效益。     

促进新能源消纳的省间、省内两级电力现货市场运行机制

随着中国新能源装机容量的快速增长,消纳任务愈发艰巨.电力市场建设也需要结合电网发展特点,寻找高比例新能源背景下的市场模式.文中在分析西北区域现行两级调峰辅助服务市场运行机制存在问题的基础上,提出了未来区域电网省间、省内两级电力市场协调运行中的关键问题及解决措施,建立了以最大化消纳新能源为目标的市场间优化协调机制,设计的...     

基于非凸报价的高比例新能源现货市场机制

构建高比例新能源的新型电力系统指明了双碳背景下我国电力转型发展的方向。然而,由于新能源成本和出力特性与传统电源有显著差别,基于火电为主体的电力系统设计的现货市场机制不再适应新型电力系统的发展要求。为此,提出了新能源报价新机制,新能源每个时段申报一条先降后升的U型功率量价曲线,能够充分体现新能源边际成本为0、平均成本递减的成本特性和波动的出力特性,并相应提出了适应新型电力系统的现货市场和火电容量市场耦合机制。然而,这一报价模式将使得市场出清模型变为非凸函数,为此,提出了基于非凸报价的现货市场出清模型,引入一系列0-1变量,并通过不同报价段之间的耦合关系,将其转化为一个可求解的混合整数规划模型。算例验证了所提机制和模型的有效性。     

基于TD—LTE的电力应急通信系统

依托现有电力系统的通信资源,设计了一种基于分时长期演进（TD—LTE）的电力应急通信系统,为电力应急指挥中心提供突发事件现场音视频数据,同时也为电力通信故障恢复提供高带宽的临时通道。该系统的建设提高了电力系统通信应对突发事件的能力,保障电网的安全稳定运行。     

计及消纳惩罚的日前市场优化出清方法

随着电力市场建设不断完善，电力市场交易电量占比不断攀升，电网逐渐由常规机组主导的计划方式向高比例新能源的市场方式转变，使得新型电力系统运行及规划面临严峻考验。为此，在电力市场情景下针对新能源高渗透率的消纳问题进行探讨，提出一种促进风光高效消纳的解决方案。首先提出了对于风光等新能源出力的模拟方式，并利用场景削减技术获得典型出力；进而从日前市场的角度出发，提出了计及系统网络约束的实时平衡市场出清模型并将全系统弃风、失负荷惩罚费用加入模型；最后，针对不同弃风、失负荷情景进行量化对比分析，提出了一种高比例可再生能源接入电力系统后的可行消纳模式。该模式有望从电力市场设计角度助力“双碳”目标的实现。