保障电力系统灵活性的容量市场机制-肖云鹏

保障电力系统灵活性的容量市场机制·西安交通大学1随着新能源占比不断提高，电源侧不确定性增强、平衡支撑能力不足，电力系统容量充裕度风险增加和灵活性缺失问题愈发突出；与此同时，火电机组利用小时数降低，叠加市场电价降低，导致火电固定成本回收困难。负荷高峰时保供与新能源大发时消纳难题交织火电利用小时数下降趋势0零电价、负电价频现亟需建立容量市场或其他容量保障机制亟需建立容量市场或其他容量保障机制■DemandCurveFormulation需求曲线制定41计及灵活性充裕度的容量市场机制针对传统以保障负荷峰值时段系统充裕度为目标的容量市场难以保证系统灵活调节需求得到满足的问题，在容量市场机制设计中同时考虑负荷峰值时段发电容量充裕度和灵活调节容量充裕度。>煤电机组、风电场、光伏电站、储能电站四种类型资源均可提>煤电机组与储能电站这类可控资源还可提供灵活调节容量，保障系统应对负荷与新能源随机波动带来的系统灵活调节需求。◆发电容量基于市场供需曲线进行出清(右图所示)。◆灵活调节容量出清量必须满足系统最恶劣波动情况下的灵51计及灵活性充裕度的容量市场机制各类型机组中标容量约束、容量需求约束、区域间传输限制6负荷火电风电光伏储能灵活调节需求刻画：净负荷的不确定性变化区间盒式偏差区间盒式偏差区间ResearchBackgroud>新能源占比的提升使得电力系统对灵活调节资源的需求显著增加，即使传统容量市场保障了负荷峰值时段系统发电容量的充裕性，但也可能因灵活调节容量不足而导致电力供应短缺。>将灵活调节需求细分为对灵活爬坡容量、转动惯量以及事故恢复容量的需求。实际净负荷)容量向上爬垃雷求容量TT转动惯量转动惯量秋秋P机阳量大K可提似的电量0机组出动时间机羽提开功李时间复时间牛时间8可用时间系数82容量市场需求曲线制定提出多区域互联系统的多品种容量市场框架。容量市场负荷峰值时段发电充裕度灵活调节容量充裕度需求曲线申报价格需求曲线发电商容量市场架构负荷峰值时段发电容量灵活调节容量灵活调节容量机组投建情况容量市场报价容量需求曲线发电商决策投建容量决策报价策略容量需求曲线制定模型结构图市场出清。2容量市场需求曲线制定上层问题：容量需求曲线确定发电容量购买成本的经济损失约束条件容量供应能力约束对应价格离散需求点对应价格离散需求点机组投建决策与市场报价中层问题：发电商投资及报价策略目标函数发电商利润最大发电变动成本投资建设成本存量机组总收益扩建机组总收益机组扩建约束容量市场报价约束机组投建市场报价i出清量下层问题：市场出清容量市场社会福利最大需求平衡约束中标容量限制购买容量限制电能量市场社会福利最大机组出力约束功率平衡约束传输线功率限制储能运行约束ResearchBackgroud研究背景·CapacityMarketDesign计及灵活性充裕度的容量市场机制设计出清机制需求曲线制定定价与结算·ConclusionsandProspects结论与展望3定价与结算口容量市场定价机制容量市场出清价格为保障负荷峰值时段系统充裕度的容量价格和满足系统灵活调节需求的容量价格，分别进行结算。偏差需求的容量价格容量市场出清价格3定价与结算定性偏差值有关。满足系统灵活调节需求的容量价格灵活调节向上偏差pTN需求价格Rn向上偏差价格需求偏差价格3定价与结算有效区分不同类型资源对于保障负荷峰值时段系统充裕度、系统向下调节能力充裕度、向上调节能力充裕度的容量贡献与引起向上、向下调节需求责任。+保障系统灵活性的容量收益负荷负荷区域间传输容量区域间传输容量3定价与结算市场机制应满足社会效率、收支平衡、个体理性和激励相容性质，激励市场主体主动参与，促进资源优化配置。各市场成员的净利润非负场整体实现社会福利最大化的结果一致3定价与结算收支平衡性质验证社会效率性质验证收支平衡性质验证社会效率性质验证份隐Y元(nW份隐Y元(nW天)所提出的容量市场鲁棒优化出清模型的目标函数为最大化社会福利， 即出清结果能够在应对负荷、风电、 光伏发电的任何不确定波动情况下实现尽可能大的社会福利。市场运营机构为非盈利机构，市场的流入和流出资金应相等。负荷为引起峰值时段需求、引起灵活调节需求所支付的费用支付给火电、储能保障负荷峰值时段系统充裕度、满足系统灵活调节需求的费用风电为引起灭活调节需求所支付的费用支付给风电和光伏保障负荷峰值时段系统充裕度的费用3定价与结算激励相容性质验证激励相容性质验证个体理性性质验证个体理性性质验证根据KKT条件，可以推导出火电机组利润为：=(pica-c)P⁸+(+)F+(β,ax-β)P⁸·容量市场出清模型一般形式对偶转换市场成员根据市场出清价格以自身利润最大化为目标的模型由KKT可得，目标函数满足：等号成立的条件：·ResearchBackgroud研究背景选取修正的IEEE-118节点系统进行算例分析，将该系统划分为3个区域。Installedcapacitycharact总体特征火电/台光伏/座储能/座区域1新能源机组较为集中21区域2较多灵活调节资源62区域3较多灵活调节资源53诸能中标容诸能中标容区域2和其它区域之间存在3的保障负荷峰值时段系统充裕度的容量出清价格高于区域2。上下灵活调节3Pn区域1新能源装机容量占比高上下灵活调节3Pn区域1区域3区域2由于区域之间传输通道发预测需求价格高于区域2和>各区域市场出清价格区域1区域3区域2由于区域之间传输通道发预测需求价格高于区域2和>各区域市场出清价格ClearingPrice出清价格/(元/(MW天))区域10000为进一步研究所提机制对于发电商投资决策的引导作用，研究了区域火屯1火屯1钻能1新设最大传输负药两区域互联系统参数示意图价怀(元(用时，天)价怀(元(用时，天)—区代输不受区域代输受图-区地网输不朝sR200一区通网输不姐一区通网输不姐cc客0区墙间传鞋容录容录—区域风件输不受所提出的需求曲线可以所提出的需求曲线可以有效反映各个区域对于灵活调节容量的需求，以及资源的稀缺程度。通过制定灵活调节容量需求有效激励火电、储能等具有灵活调节能力的机组投建；考虑了灵活调节容量需求后容量市场成本有所提高，但整体而言在规火电二火电2火电3储能1灭活性容量市场2om0-负荷峰值容量市场未考虑灵活调节容量需求时的发电商新建容量及两区域容量市场中标容量未考虑灵活调节容量需求时的发电商新建容量及两区域容量市场中标容量单位(元)容量市场运行成本区域1失负荷期望区域2失负荷期望未考虑灵活性失负荷损失期望下降较为明显未考虑灵活调考虑灵活调节容量需求后失负荷损失期望高区域2区域1所提出的容量市场机制能够有效区分不同类型资PPRFRpeRNpFDNPPRFRpeRNpFDNcNcN本算例中各区域的灵活调节需求均大于0,此时算例中的灵活调节预测需求价格与灵活调节不确定性偏差需求价格均由灵活性供需约束的对偶变量决定。灵活调节需求不确定性向下偏差时，需求减小，原本的出清结果依旧能够满足需求，PUFRDN相同报价与装机容量下，有效容0机组编号与类型保障负荷保障负荷峰值时段满足灵活峰值时段系统充裕调节需求系统充裕满足灵活调节需求总计收益G28风屯调节能力更好，能够提供更多的容量来满足系统灵活调节需求，因此G40的收益更高。量系数越大，保障负荷峰值时段系统充裕度的容量中标量越大，收益越多23调节能力更好，能够提供更多的容量来满足系统灵活调节需求，因此G40的收益更高。量系数越大，保障负荷峰值时段系统充裕度的容量中标量越大，收益越多23·针对新型电力