2024年保障電力系統(tǒng)靈活性的容量市場機制報告

保障電力系統(tǒng)靈活性的容量市場機制·西安交通大學1研究背景隨著新能源占比不斷提高，電源側(cè)不確定性增強、平衡支撐能力不足，電力系統(tǒng)容量充裕度風險增加和靈活性缺失問題愈發(fā)突出；與此同時，火電機組利用小時數(shù)降低，疊加市場電價降低，導致火電固定成本回收困難。負荷+外送6午間產(chǎn)生|晚高峰存在電力缺口0—實時市場價格—日前市場價格時刻亟需建立容量市場或其他容量保障機制亟需建立容量市場或其他容量保障機制·ResearchBackgroud41計及靈活性充裕度的容量市場機制針對傳統(tǒng)以保障負荷峰值時段系統(tǒng)充裕度為目標的容量市場難以保證系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求得到滿足的問題，在容量市場機制設(shè)計中同時考慮負荷峰值時段發(fā)電容量充裕度和靈活調(diào)節(jié)容量充裕度。>煤電機組、風電場、光伏電站、儲能電站四種類型資源均可提>煤電機組與儲能電站這類可控資源還可提供靈活調(diào)節(jié)容量，保障系統(tǒng)應對負荷與新能源隨機波動帶來的系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求?！舭l(fā)電容量基于市場供需曲線進行出清(右圖所示)?！綮`活調(diào)節(jié)容量出清量必須滿足系統(tǒng)最惡劣波動情況下的靈51計及靈活性充裕度的容量市場機制需刻畫系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求及其不確定性，提出基于魯棒優(yōu)化的容量市場出清模型?；痣婏L電光伏儲能>供需平衡約束省間(s省向n火電風電光伏儲能>供需平衡約束省間(s省向n省)傳輸?shù)娜萘繚M足系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求的容量供需平衡約束省間(s省向n省)傳輸?shù)撵`活調(diào)節(jié)容量各類型機組中標容量約束、容量需求約束、區(qū)域間傳輸限制6靈活調(diào)節(jié)需求刻畫：凈負荷的不確定性變化區(qū)間風電風電盒式偏差區(qū)間盒式偏差區(qū)間新能源占比的提升使得電力系統(tǒng)對靈活調(diào)節(jié)資源的需求顯著增加，即使傳統(tǒng)容量市場保障了負荷峰值時段系統(tǒng)發(fā)電容量的充裕性，但也可能因靈活調(diào)節(jié)容量不足而導致電力供應短缺。>將靈活調(diào)節(jié)需求細分為對靈活爬坡容量、轉(zhuǎn)動慣量以及事故恢復容量的需求。實際凈負荷1容量向上爬坡雷求客量預估凈負荷向下良坡需術(shù)容量預估凈負荷實際凈負荷2L實際凈負荷2L轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量P機組量大K開始恢復時間車0r生時間機組出動時間機組提升功學時間可提供的電量P8恢復期間機組的可用時間系數(shù)82容量市場需求曲線制定提出多區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)的多品種容量市場框架。容量市場靈活轉(zhuǎn)動事故爬坡慣量恢復需求曲線申報價格需求曲線發(fā)電商市場運營商負荷峰值時段發(fā)電容量靈活調(diào)節(jié)容量負荷峰值時段發(fā)電容量靈活調(diào)節(jié)容量機組投建情況容量市場報價容量需求曲線發(fā)電商決策投建容量決策報價策略容量市場需求曲線制定者考慮發(fā)電商機組投建與報價決策行為，以確定容量需求曲線；發(fā)電商根據(jù)容量市場與電能量市場出清價格，決策其投建容量和容量、電能量市場中的報價；容量市場運營商根據(jù)發(fā)電商投建容量和報價、容量市場需求曲線進行市場出清，電能量市場運營商根據(jù)發(fā)電商投建容量和報價進行市場出清。2容量市場需求曲線制定上層問題：容量需求曲線確定目標函數(shù)容量成本和預期經(jīng)濟損失最低的經(jīng)濟損失容量供應能力約束對應價格離散需求點對應價格離散需求點機組投建市場報價中層問題：發(fā)電商投資及報價策略目標函數(shù)發(fā)電商利潤最大存量機組總收益擴建機組總收益機組擴建約束容量市場報價約束機組投建出清價格出清量下層問題：市場出清容量市場社會福利最大需求平衡約束中標容量限制購買容量限制機組出力約束功率平衡約束傳輸線功率限制儲能運行約束ResearchBackgroud研究背景·CapacityMarketDesign計及靈活性充裕度的容量市場機制設(shè)計Marketclearingmechanism出清機制需求曲線制定定價與結(jié)算需求曲線制定定價與結(jié)算NumericalResults算例分析·ConclusionsandProspects結(jié)論與展望3定價與結(jié)算口容量市場定價機制容量市場出清價格為保障負荷峰值時段系統(tǒng)充裕度的容量價格和滿足系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求的容量價格，分別進行結(jié)算。>容量價格計算>保障負荷峰值時段系統(tǒng)充裕性的容量價格取保障負荷峰值時段系統(tǒng)發(fā)電充裕性的容量供需關(guān)系約束的對偶取保障負荷峰值時段系統(tǒng)發(fā)電充裕性的容量供需關(guān)系約束的對偶滿足系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求的容量價格靈活調(diào)節(jié)預測需求價格與凈負荷波動量的預測值相關(guān)，由擴展拉格朗日函數(shù)L對系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求的預測值求偏導得到。容量市場出清價格3定價與結(jié)算定性偏差值有關(guān)。價格價格靈活調(diào)節(jié)向下偏差需求價格RhpTN3定價與結(jié)算口容量市場結(jié)算機制有效區(qū)分不同類型資源對于保障負荷峰值時段系統(tǒng)充裕度、系統(tǒng)向下調(diào)節(jié)能力充裕度、向上調(diào)節(jié)能力充裕度的容量貢獻與引起向上、向下調(diào)節(jié)需求責任。不同類型資源相應的結(jié)算規(guī)則+保障系統(tǒng)靈活性的容量收益負荷負荷h區(qū)域間傳輸容量·考慮了區(qū)域之間的價格差異，當區(qū)域間傳輸通道發(fā)生pu=pSTP+(a+2)FC143定價與結(jié)算市場機制應滿足社會效率、收支平衡、個體理性和激勵相容性質(zhì)，激勵市場主體主動參與，促進資源優(yōu)化配置。各市場成員的凈利潤非負場整體實現(xiàn)社會福利最大化的結(jié)果一致3定價與結(jié)算收支平衡性質(zhì)驗證社會效率性質(zhì)驗證收支平衡性質(zhì)驗證社會效率性質(zhì)驗證所提出的容量市場魯棒優(yōu)化出清模型的目標函數(shù)為最大化社會福利， 即出清結(jié)果能夠在應對負荷、風電、 光伏發(fā)電的任何不確定波動情況下實現(xiàn)盡可能大的社會福利。市場運營機構(gòu)為非盈利機構(gòu)，市場的流入和流出資金應相等。負荷為引起峰值時段需求、引起靈活調(diào)節(jié)需求所支付的費用支付給火電、儲能保障負荷峰值時段系統(tǒng)充裕度、滿足系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求的費用風電為引起靈活調(diào)節(jié)需求所支付的費用支付給風電和光伏保障負荷峰值時段系統(tǒng)充裕度的費用3定價與結(jié)算激勵相容性質(zhì)驗證激勵相容性質(zhì)驗證個體理性性質(zhì)驗證個體理性性質(zhì)驗證根據(jù)KKT條件，可以推導出·火電機組利潤為：=(pic,-c)P?+(+i)F+(β,rax-β)P?··容量市場出清模型一般形式對偶轉(zhuǎn)換市場成員根據(jù)市場出清價格以自身利潤最大化為目標的模型由KKT可得，目標函數(shù)滿足：∑R"PP)-px+p+pm-cx)]≥0等號成立的條件：·CapacityMarketDesign計及靈活性充裕度的容量市場機制設(shè)計出清機制需求曲線制定定價與結(jié)算·ConclusionsandProsp選取修正的IEEE-118節(jié)點系統(tǒng)進行算例分析，將該系統(tǒng)劃分為3個區(qū)域。Installedcapacitycharact總體特征火電/臺光伏/座儲能/座區(qū)域1新能源機組較為集中21區(qū)域2較多靈活調(diào)節(jié)資源62區(qū)域3較多靈活調(diào)節(jié)資源53各區(qū)域需求容量及中標容量結(jié)果(b)各區(qū)域滿足靈活調(diào)節(jié)需求的中標容量與需求容量出清價格結(jié)果中標容量結(jié)果(b)各區(qū)域滿足靈活調(diào)節(jié)需求的中標容量與需求容量出清價格結(jié)果中標容量結(jié)果區(qū)域需求容量火電中標容量能能中標容量區(qū)域需求容量火電中標容量能能中標容量容量容量MW容量出清價格高于區(qū)域2。_證九界下品F區(qū)域I區(qū)域2區(qū)域3由于區(qū)域之間傳輸通道發(fā)區(qū)域I區(qū)域2區(qū)域3由于區(qū)域之間傳輸通道發(fā)>各區(qū)域市場出清價格ClearingPricesforEachRegion區(qū)域2區(qū)域3000PP為進一步研究所提機制對于發(fā)電商投資決策的引導作用，研究了區(qū)域間傳輸能力為50MW和10MW時兩區(qū)域的容量需求曲線。最大傳輸負藥客質(zhì)負荷兩區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)參數(shù)示意圖區(qū)域1的容量需求曲線價格《元(uw價格《元(uw，天)6000-區(qū)域間傳輸不受區(qū)城間何輸不受州5000C區(qū)域2的容量需求曲線所提出的需求曲線可以所提出的需求曲線可以有效反映各個區(qū)域?qū)τ陟`活調(diào)節(jié)容量的需求，以及資源的稀缺程度。通過制定靈活調(diào)節(jié)容量需求有效激勵火電、儲能等具有靈活調(diào)節(jié)能力的機組投建；考慮了靈活調(diào)節(jié)容量需求后容量市場成本有所提高，但整體而言在規(guī)區(qū)城1區(qū)域1區(qū)域1區(qū)域206靈活性容量市場負荷峰值容量市場市場運行情況及失負荷期望對比單位(元)容量市場運行成本區(qū)域1失負荷期望區(qū)域2失負荷期望未考慮靈活性區(qū)域1區(qū)域1考慮靈活調(diào)節(jié)考慮靈活調(diào)節(jié)區(qū)區(qū)域22考慮靈活調(diào)節(jié)容量需求時的發(fā)電商新未考慮靈活調(diào)節(jié)容量需求時的發(fā)電商建容量及兩區(qū)域容量市場中標容量新建容量及兩區(qū)域容量市場中標容量22PPPRFRpFDNG200出清價格結(jié)果出清價格結(jié)果靈活向上調(diào)節(jié)需求向上偏差價格本算例中各區(qū)域的靈活調(diào)節(jié)需求均大于0,此本算例中各區(qū)域的靈活調(diào)節(jié)需求均大于0,此時算例中的靈活調(diào)節(jié)預測需求價格與靈活調(diào)節(jié)不確定性偏差需求價格均由靈活性供需約靈活向上調(diào)節(jié)需求向下偏差價格靈活向上調(diào)節(jié)需求向下偏差價格靈活調(diào)節(jié)需求不確定性向下偏差時，需求減小，原本的出清結(jié)果依舊能夠滿足需求，PUFRDN所提出的容量市場機制能夠有效區(qū)分不同類型資系統(tǒng)充裕系統(tǒng)充裕相同報價與裝機容量下，有效容量系數(shù)越大，保障負荷峰值時段系統(tǒng)充裕度的容量中標量越大，收益越多相同報價與裝機容量下，有效容量系數(shù)越大，保障負荷峰值時段系統(tǒng)充裕度的容量中標量越大，收益越多23調(diào)節(jié)能力更好，能夠提供更多的容量來滿足系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求，因此G40的收益更高。報價和裝機容量均相同，由于G40靈活·ResearchBackgroud研究背