2024年保障電力系統(tǒng)靈活性的容量市場(chǎng)機(jī)制報(bào)告

保障電力系統(tǒng)靈活性的容量市場(chǎng)機(jī)制·西安交通大學(xué)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(qiáng)、平衡支撐能力不足，電力系統(tǒng)容量充裕度風(fēng)險(xiǎn)增加和靈活性缺失問題愈發(fā)突出；與此同時(shí)，火電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)降低，疊加市場(chǎng)電價(jià)降低，導(dǎo)致火電固定成本回收困難。負(fù)荷+外送6午間產(chǎn)生|晚高峰存在電力缺口0—實(shí)時(shí)市場(chǎng)價(jià)格—日前市場(chǎng)價(jià)格時(shí)刻亟需建立容量市場(chǎng)或其他容量保障機(jī)制亟需建立容量市場(chǎng)或其他容量保障機(jī)制·ResearchBackgroud41計(jì)及靈活性充裕度的容量市場(chǎng)機(jī)制針對(duì)傳統(tǒng)以保障負(fù)荷峰值時(shí)段系統(tǒng)充裕度為目標(biāo)的容量市場(chǎng)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(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)中同時(shí)考慮負(fù)荷峰值時(shí)段發(fā)電容量充裕度和靈活調(diào)節(jié)容量充裕度。>煤電機(jī)組、風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站、儲(chǔ)能電站四種類型資源均可提>煤電機(jī)組與儲(chǔ)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(yīng)對(duì)負(fù)荷與新能源隨機(jī)波動(dòng)帶來的系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求?！舭l(fā)電容量基于市場(chǎng)供需曲線進(jìn)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(dòng)情況下的靈51計(jì)及靈活性充裕度的容量市場(chǎng)機(jī)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(chǎng)出清模型。火電風(fēng)電光伏儲(chǔ)能>供需平衡約束省間(s省向n火電風(fēng)電光伏儲(chǔ)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(jī)組中標(biāo)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(fù)荷的不確定性變化區(qū)間風(fēng)電風(fēng)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(duì)靈活調(diào)節(jié)資源的需求顯著增加，即使傳統(tǒng)容量市場(chǎng)保障了負(fù)荷峰值時(shí)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(dǎo)致電力供應(yīng)短缺。>將靈活調(diào)節(jié)需求細(xì)分為對(duì)靈活爬坡容量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及事故恢復(fù)容量的需求。實(shí)際凈負(fù)荷1容量向上爬坡雷求客量預(yù)估凈負(fù)荷向下良坡需術(shù)容量預(yù)估凈負(fù)荷實(shí)際凈負(fù)荷2L實(shí)際凈負(fù)荷2L轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量P機(jī)組量大K開始恢復(fù)時(shí)間車0r生時(shí)間機(jī)組出動(dòng)時(shí)間機(jī)組提升功學(xué)時(shí)間可提供的電量P8恢復(fù)期間機(jī)組的可用時(shí)間系數(shù)82容量市場(chǎng)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(chǎng)框架。容量市場(chǎng)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)事故爬坡慣量恢復(fù)需求曲線申報(bào)價(jià)格需求曲線發(fā)電商市場(chǎng)運(yùn)營商負(fù)荷峰值時(shí)段發(fā)電容量靈活調(diào)節(jié)容量負(fù)荷峰值時(shí)段發(fā)電容量靈活調(diào)節(jié)容量機(jī)組投建情況容量市場(chǎng)報(bào)價(jià)容量需求曲線發(fā)電商決策投建容量決策報(bào)價(jià)策略容量市場(chǎng)需求曲線制定者考慮發(fā)電商機(jī)組投建與報(bào)價(jià)決策行為，以確定容量需求曲線；發(fā)電商根據(jù)容量市場(chǎng)與電能量市場(chǎng)出清價(jià)格，決策其投建容量和容量、電能量市場(chǎng)中的報(bào)價(jià)；容量市場(chǎng)運(yùn)營商根據(jù)發(fā)電商投建容量和報(bào)價(jià)、容量市場(chǎng)需求曲線進(jìn)行市場(chǎng)出清，電能量市場(chǎng)運(yùn)營商根據(jù)發(fā)電商投建容量和報(bào)價(jià)進(jìn)行市場(chǎng)出清。2容量市場(chǎng)需求曲線制定上層問題：容量需求曲線確定目標(biāo)函數(shù)容量成本和預(yù)期經(jīng)濟(jì)損失最低的經(jīng)濟(jì)損失容量供應(yīng)能力約束對(duì)應(yīng)價(jià)格離散需求點(diǎn)對(duì)應(yīng)價(jià)格離散需求點(diǎn)機(jī)組投建市場(chǎng)報(bào)價(jià)中層問題：發(fā)電商投資及報(bào)價(jià)策略目標(biāo)函數(shù)發(fā)電商利潤最大存量機(jī)組總收益擴(kuò)建機(jī)組總收益機(jī)組擴(kuò)建約束容量市場(chǎng)報(bào)價(jià)約束機(jī)組投建出清價(jià)格出清量下層問題：市場(chǎng)出清容量市場(chǎng)社會(huì)福利最大需求平衡約束中標(biāo)容量限制購買容量限制機(jī)組出力約束功率平衡約束傳輸線功率限制儲(chǔ)能運(yùn)行約束ResearchBackgroud研究背景·CapacityMarketDesign計(jì)及靈活性充裕度的容量市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)Marketclearingmechanism出清機(jī)制需求曲線制定定價(jià)與結(jié)算需求曲線制定定價(jià)與結(jié)算NumericalResults算例分析·ConclusionsandProspects結(jié)論與展望3定價(jià)與結(jié)算口容量市場(chǎng)定價(jià)機(jī)制容量市場(chǎng)出清價(jià)格為保障負(fù)荷峰值時(shí)段系統(tǒng)充裕度的容量價(jià)格和滿足系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求的容量價(jià)格，分別進(jìn)行結(jié)算。>容量價(jià)格計(jì)算>保障負(fù)荷峰值時(shí)段系統(tǒng)充裕性的容量價(jià)格取保障負(fù)荷峰值時(shí)段系統(tǒng)發(fā)電充裕性的容量供需關(guān)系約束的對(duì)偶取保障負(fù)荷峰值時(shí)段系統(tǒng)發(fā)電充裕性的容量供需關(guān)系約束的對(duì)偶滿足系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求的容量價(jià)格靈活調(diào)節(jié)預(yù)測(cè)需求價(jià)格與凈負(fù)荷波動(dòng)量的預(yù)測(cè)值相關(guān)，由擴(kuò)展拉格朗日函數(shù)L對(duì)系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求的預(yù)測(cè)值求偏導(dǎo)得到。容量市場(chǎng)出清價(jià)格3定價(jià)與結(jié)算定性偏差值有關(guān)。價(jià)格價(jià)格靈活調(diào)節(jié)向下偏差需求價(jià)格RhpTN3定價(jià)與結(jié)算口容量市場(chǎng)結(jié)算機(jī)制有效區(qū)分不同類型資源對(duì)于保障負(fù)荷峰值時(shí)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(xiàn)與引起向上、向下調(diào)節(jié)需求責(zé)任。不同類型資源相應(yīng)的結(jié)算規(guī)則+保障系統(tǒng)靈活性的容量收益負(fù)荷負(fù)荷h區(qū)域間傳輸容量·考慮了區(qū)域之間的價(jià)格差異，當(dāng)區(qū)域間傳輸通道發(fā)生pu=pSTP+(a+2)FC143定價(jià)與結(jié)算市場(chǎng)機(jī)制應(yīng)滿足社會(huì)效率、收支平衡、個(gè)體理性和激勵(lì)相容性質(zhì)，激勵(lì)市場(chǎng)主體主動(dòng)參與，促進(jìn)資源優(yōu)化配置。各市場(chǎng)成員的凈利潤非負(fù)場(chǎng)整體實(shí)現(xiàn)社會(huì)福利最大化的結(jié)果一致3定價(jià)與結(jié)算收支平衡性質(zhì)驗(yàn)證社會(huì)效率性質(zhì)驗(yàn)證收支平衡性質(zhì)驗(yàn)證社會(huì)效率性質(zhì)驗(yàn)證所提出的容量市場(chǎng)魯棒優(yōu)化出清模型的目標(biāo)函數(shù)為最大化社會(huì)福利， 即出清結(jié)果能夠在應(yīng)對(duì)負(fù)荷、風(fēng)電、 光伏發(fā)電的任何不確定波動(dòng)情況下實(shí)現(xiàn)盡可能大的社會(huì)福利。市場(chǎng)運(yùn)營機(jī)構(gòu)為非盈利機(jī)構(gòu)，市場(chǎng)的流入和流出資金應(yīng)相等。負(fù)荷為引起峰值時(shí)段需求、引起靈活調(diào)節(jié)需求所支付的費(fèi)用支付給火電、儲(chǔ)能保障負(fù)荷峰值時(shí)段系統(tǒng)充裕度、滿足系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求的費(fèi)用風(fēng)電為引起靈活調(diào)節(jié)需求所支付的費(fèi)用支付給風(fēng)電和光伏保障負(fù)荷峰值時(shí)段系統(tǒng)充裕度的費(fèi)用3定價(jià)與結(jié)算激勵(lì)相容性質(zhì)驗(yàn)證激勵(lì)相容性質(zhì)驗(yàn)證個(gè)體理性性質(zhì)驗(yàn)證個(gè)體理性性質(zhì)驗(yàn)證根據(jù)KKT條件，可以推導(dǎo)出·火電機(jī)組利潤為：=(pic,-c)P?+(+i)F+(β,rax-β)P?··容量市場(chǎng)出清模型一般形式對(duì)偶轉(zhuǎn)換市場(chǎng)成員根據(jù)市場(chǎng)出清價(jià)格以自身利潤最大化為目標(biāo)的模型由KKT可得，目標(biāo)函數(shù)滿足：∑R"PP)-px+p+pm-cx)]≥0等號(hào)成立的條件：·CapacityMarketDesign計(jì)及靈活性充裕度的容量市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)出清機(jī)制需求曲線制定定價(jià)與結(jié)算·ConclusionsandProsp選取修正的IEEE-118節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行算例分析，將該系統(tǒng)劃分為3個(gè)區(qū)域。Installedcapacitycharact總體特征火電/臺(tái)光伏/座儲(chǔ)能/座區(qū)域1新能源機(jī)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(biāo)容量結(jié)果(b)各區(qū)域滿足靈活調(diào)節(jié)需求的中標(biāo)容量與需求容量出清價(jià)格結(jié)果中標(biāo)容量結(jié)果(b)各區(qū)域滿足靈活調(diào)節(jié)需求的中標(biāo)容量與需求容量出清價(jià)格結(jié)果中標(biāo)容量結(jié)果區(qū)域需求容量火電中標(biāo)容量能能中標(biāo)容量區(qū)域需求容量火電中標(biāo)容量能能中標(biāo)容量容量容量MW容量出清價(jià)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(chǎng)出清價(jià)格ClearingPricesforEachRegion區(qū)域2區(qū)域3000PP為進(jìn)一步研究所提機(jī)制對(duì)于發(fā)電商投資決策的引導(dǎo)作用，研究了區(qū)域間傳輸能力為50MW和10MW時(shí)兩區(qū)域的容量需求曲線。最大傳輸負(fù)藥客質(zhì)負(fù)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(jià)格《元(uw價(jià)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(gè)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(lì)火電、儲(chǔ)能等具有靈活調(diào)節(jié)能力的機(jī)組投建；考慮了靈活調(diào)節(jié)容量需求后容量市場(chǎng)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(chǎng)負(fù)荷峰值容量市場(chǎng)市場(chǎng)運(yùn)行情況及失負(fù)荷期望對(duì)比單位(元)容量市場(chǎng)運(yùn)行成本區(qū)域1失負(fù)荷期望區(qū)域2失負(fù)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(shí)的發(fā)電商新未考慮靈活調(diào)節(jié)容量需求時(shí)的發(fā)電商建容量及兩區(qū)域容量市場(chǎng)中標(biāo)容量新建容量及兩區(qū)域容量市場(chǎng)中標(biāo)容量22PPPRFRpFDNG200出清價(jià)格結(jié)果出清價(jià)格結(jié)果靈活向上調(diào)節(jié)需求向上偏差價(jià)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(shí)算例中的靈活調(diào)節(jié)預(yù)測(cè)需求價(jià)格與靈活調(diào)節(jié)不確定性偏差需求價(jià)格均由靈活性供需約靈活向上調(diào)節(jié)需求向下偏差價(jià)格靈活向上調(diào)節(jié)需求向下偏差價(jià)格靈活調(diào)節(jié)需求不確定性向下偏差時(shí)，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(chǎng)機(jī)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(bào)價(jià)與裝機(jī)容量下，有效容量系數(shù)越大，保障負(fù)荷峰值時(shí)段系統(tǒng)充裕度的容量中標(biāo)量越大，收益越多相同報(bào)價(jià)與裝機(jī)容量下，有效容量系數(shù)越大，保障負(fù)荷峰值時(shí)段系統(tǒng)充裕度的容量中標(biāo)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(bào)價(jià)和裝機(jī)容量均相同，由于G40靈活·ResearchBackgroud研究背