保障電力系統(tǒng)靈活性的容量市場機制·西安交通大學(xué)1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(fēng)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(dǎo)致火電固定成本回收困難。負(fù)荷高峰時保供與新能源大發(fā)時消納難題交織火電利用小時數(shù)下降趨勢0零電價、負(fù)電價頻現(xiàn)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■DemandCurveFormulation需求曲線制定41計及靈活性充裕度的容量市場機制針對傳統(tǒng)以保障負(fù)荷峰值時段系統(tǒng)充裕度為目標(biāo)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(fù)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(fēng)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(yīng)對負(fù)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各類型機組中標(biāo)容量約束、容量需求約束、區(qū)域間傳輸限制6負(fù)荷火電風(fēng)電光伏儲能靈活調(diào)節(jié)需求刻畫：凈負(fù)荷的不確定性變化區(qū)間盒式偏差區(qū)間盒式偏差區(qū)間ResearchBackgroud>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(fù)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(dǎo)致電力供應(yīng)短缺。>將靈活調(diào)節(jié)需求細(xì)分為對靈活爬坡容量、轉(zhuǎn)動慣量以及事故恢復(fù)容量的需求。實際凈負(fù)荷)容量向上爬垃雷求容量TT轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量秋秋P機陽量大K可提似的電量0機組出動時間機羽提開功李時間復(fù)時間牛時間8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。容量市場負(fù)荷峰值時段發(fā)電充裕度靈活調(diào)節(jié)容量充裕度需求曲線申報價格需求曲線發(fā)電商容量市場架構(gòu)負(fù)荷峰值時段發(fā)電容量靈活調(diào)節(jié)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需求曲線制定模型結(jié)構(gòu)圖市場出清。2容量市場需求曲線制定上層問題：容量需求曲線確定發(fā)電容量購買成本的經(jīng)濟損失約束條件容量供應(yīng)能力約束對應(yīng)價格離散需求點對應(yīng)價格離散需求點機組投建決策與市場報價中層問題：發(fā)電商投資及報價策略目標(biāo)函數(shù)發(fā)電商利潤最大發(fā)電變動成本投資建設(shè)成本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市場報價i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(biāo)容量限制購買容量限制電能量市場社會福利最大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)計出清機制需求曲線制定定價與結(jié)算·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(fù)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。偏差需求的容量價格容量市場出清價格3定價與結(jié)算定性偏差值有關(guān)。滿足系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求的容量價格靈活調(diào)節(jié)向上偏差pTN需求價格Rn向上偏差價格需求偏差價格3定價與結(jié)算有效區(qū)分不同類型資源對于保障負(fù)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(zé)任。+保障系統(tǒng)靈活性的容量收益負(fù)荷負(fù)荷區(qū)域間傳輸容量區(qū)域間傳輸容量3定價與結(jié)算市場機制應(yīng)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(fù)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)驗證份隱Y元(nW份隱Y元(nW天)所提出的容量市場魯棒優(yōu)化出清模型的目標(biāo)函數(shù)為最大化社會福利， 即出清結(jié)果能夠在應(yīng)對負(fù)荷、風(fēng)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(yīng)相等。負(fù)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(fù)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(fēng)電為引起滅活調(diào)節(jié)需求所支付的費用支付給風(fēng)電和光伏保障負(fù)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(dǎo)出火電機組利潤為：=(pica-c)P?+(+)F+(β,ax-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(biāo)的模型由KKT可得，目標(biāo)函數(shù)滿足：等號成立的條件：·ResearchBackgroud研究背景選取修正的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諸能中標(biāo)容諸能中標(biāo)容區(qū)域2和其它區(qū)域之間存在3的保障負(fù)荷峰值時段系統(tǒng)充裕度的容量出清價格高于區(qū)域2。上下靈活調(diào)節(jié)3Pn區(qū)域1新能源裝機容量占比高上下靈活調(diào)節(jié)3Pn區(qū)域1區(qū)域3區(qū)域2由于區(qū)域之間傳輸通道發(fā)預(yù)測需求價格高于區(qū)域2和>各區(qū)域市場出清價格區(qū)域1區(qū)域3區(qū)域2由于區(qū)域之間傳輸通道發(fā)預(yù)測需求價格高于區(qū)域2和>各區(qū)域市場出清價格ClearingPrice出清價格/(元/(MW天))區(qū)域10000為進一步研究所提機制對于發(fā)電商投資決策的引導(dǎo)作用，研究了區(qū)域火屯1火屯1鉆能1新設(shè)最大傳輸負(fù)藥兩區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)參數(shù)示意圖價懷(元(用時，天)價懷(元(用時，天)—區(qū)代輸不受區(qū)域代輸受圖-區(qū)地網(wǎng)輸不朝sR200一區(qū)通網(wǎng)輸不姐一區(qū)通網(wǎng)輸不姐cc客0區(qū)墻間傳鞋容錄容錄—區(qū)域風(fēng)件輸不受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)火電二火電2火電3儲能1滅活性容量市場2om0-負(fù)荷峰值容量市場未考慮靈活調(diào)節(jié)容量需求時的發(fā)電商新建容量及兩區(qū)域容量市場中標(biāo)容量未考慮靈活調(diào)節(jié)容量需求時的發(fā)電商新建容量及兩區(qū)域容量市場中標(biāo)容量單位(元)容量市場運行成本區(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失負(fù)荷損失期望下降較為明顯未考慮靈活調(diào)考慮靈活調(diào)節(jié)容量需求后失負(fù)荷損失期望高區(qū)域2區(qū)域1所提出的容量市場機制能夠有效區(qū)分不同類型資PPRFRpeRNpFDNPPRFRpeRNpFDNcNcN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(yù)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束的對偶變量決定。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相同報價與裝機容量下，有效容0機組編號與類型保障負(fù)荷保障負(fù)荷峰值時段滿足靈活峰值時段系統(tǒng)充裕調(diào)節(jié)需求系統(tǒng)充裕滿足靈活調(diào)節(jié)需求總計收益G28風(fēng)屯調(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。量系數(shù)越大，保障負(fù)荷峰值時段系統(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。量系數(shù)越大，保障負(fù)荷峰值時段系統(tǒng)充裕度的容量中標(biāo)量越大，收益越多23·針對新型電力