肖　坤（國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司荊州供電公司電力調(diào)度控制中心，湖北荊州434000）

促進(jìn)風(fēng)電利用的調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償及交易機(jī)制研究

肖坤（國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司荊州供電公司電力調(diào)度控制中心，湖北荊州434000）

隨著不可再生能源緊張局勢(shì)的日益嚴(yán)重，現(xiàn)在風(fēng)電等可再生能源裝機(jī)比例在持續(xù)增大，電網(wǎng)對(duì)于調(diào)峰輔助服務(wù)的需求也越來越多。因此本文針對(duì)調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償以及交易機(jī)制進(jìn)行研究具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。本文首先建立了調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償模型并進(jìn)行了簡(jiǎn)單的計(jì)算分析，然后重點(diǎn)分析了現(xiàn)階段我國(guó)調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償以及交易機(jī)制中存在的不公平性問題，同時(shí)提出對(duì)應(yīng)處理方法。

風(fēng)電利用；調(diào)峰輔助服務(wù)；補(bǔ)償；交易機(jī)制

引言

隨著科技的發(fā)展，一些可以再生的能源如風(fēng)電等的裝機(jī)比例在持續(xù)上升，未來我國(guó)電網(wǎng)對(duì)于調(diào)峰輔助服務(wù)相關(guān)需求必然也會(huì)越來越多［1］。為進(jìn)一步推動(dòng)風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電的大規(guī)模建設(shè)，必須確保風(fēng)電并入之后其波動(dòng)情況對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)的調(diào)峰需求獲得滿足［2］。火電機(jī)組是調(diào)峰輔助服務(wù)最關(guān)鍵的提供者，其調(diào)峰能力可不可以得到充分發(fā)揮對(duì)于系統(tǒng)對(duì)于風(fēng)電的具體接納量有著直接關(guān)系［3］。因此，健全調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償方式以及不同地區(qū)之間的交易機(jī)制對(duì)于提升火電機(jī)組的調(diào)峰熱情有著重要作用，這樣可以在很大程度上促進(jìn)風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電的建設(shè)、確保風(fēng)電并網(wǎng)之后電力系統(tǒng)能夠得以安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1　調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型的建立

1.1調(diào)峰能力實(shí)現(xiàn)系數(shù)

對(duì)機(jī)組調(diào)峰輔助服務(wù)的補(bǔ)償需要考慮不同機(jī)組調(diào)峰積極性之間的差異，以此來提升補(bǔ)償機(jī)制的激勵(lì)性。因此在劃分有償調(diào)峰以及無償調(diào)峰之后，怎樣對(duì)有償調(diào)峰輔助服務(wù)實(shí)施更有效的補(bǔ)償是研究的重點(diǎn)課題。在調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償方法當(dāng)中可以衡量機(jī)組調(diào)峰積極性概念，本文在有償調(diào)峰以及無償調(diào)峰界限劃分的基礎(chǔ)之上提出調(diào)峰能力實(shí)現(xiàn)系數(shù)，以此來建立調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型。

所謂調(diào)峰能力實(shí)現(xiàn)系數(shù)，其反映的是機(jī)組總體的調(diào)峰能力，目的在于衡量某臺(tái)機(jī)組的所能達(dá)到的調(diào)峰率相對(duì)于系統(tǒng)平均調(diào)峰水平處于何種水平，在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)組調(diào)峰實(shí)施補(bǔ)償。根據(jù)下式來計(jì)算調(diào)峰能力實(shí)現(xiàn)系數(shù)α：

當(dāng)系數(shù)αj大于的時(shí)候表示機(jī)組j其調(diào)峰能力實(shí)現(xiàn)程度已經(jīng)超過了系統(tǒng)調(diào)峰能力實(shí)現(xiàn)程度的平均值，反之表示其較系統(tǒng)平均值要低。機(jī)組調(diào)峰積極性對(duì)于單位調(diào)峰電量可以獲得的補(bǔ)償額有著直接影響，因此可以有效激勵(lì)機(jī)組的調(diào)峰積極性，進(jìn)而使得補(bǔ)償模型具備公平性以及激勵(lì)性。

1.2調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償模型的建立

本文將調(diào)峰能力實(shí)現(xiàn)系數(shù)納入其中之后建立了調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償模型。如下式所示為在單位時(shí)間范圍T內(nèi)機(jī)組j的調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償模型：

式中：

式中，Cj為單位時(shí)間范圍T內(nèi)機(jī)組j可以得到的總補(bǔ)償金額；nj為機(jī)組j啟動(dòng)與停機(jī)判斷函數(shù)；αjS為機(jī)組j進(jìn)行調(diào)峰的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)；Fj為單位時(shí)間范圍T內(nèi)機(jī)組j的平均出力；Y′ic表示有償調(diào)峰極限值；Wj表示機(jī)組j的運(yùn)行狀態(tài)門檻值；Flj表示機(jī)組j的最低技術(shù)出力；δ表示廠用電率。

1.3結(jié)算結(jié)果及分析

以某電網(wǎng)作為實(shí)例，利用調(diào)峰輔助服務(wù)模型進(jìn)行理論計(jì)算實(shí)證分析。把所有的機(jī)組共分成三類。假設(shè)計(jì)量時(shí)段T= 15min，根據(jù)該區(qū)域現(xiàn)有調(diào)峰補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)可以去基本調(diào)峰標(biāo)準(zhǔn)S=500元/MWh，在調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償模型的基礎(chǔ)上所得到的計(jì)算補(bǔ)償結(jié)果如表1所示。

表1　納入調(diào)峰能力實(shí)現(xiàn)系數(shù)前后深度調(diào)峰機(jī)組數(shù)對(duì)比

從表1中可以看出，考慮調(diào)峰能力實(shí)現(xiàn)系數(shù)之后，得到補(bǔ)償?shù)臋C(jī)組范圍得到了很大程度的擴(kuò)大，這樣能夠顯著促進(jìn)多數(shù)機(jī)組參與調(diào)峰的積極性。在上述算例當(dāng)中，如果不納入系數(shù)時(shí)，總共有16臺(tái)機(jī)組能夠獲得調(diào)峰補(bǔ)償，只占據(jù)參與運(yùn)行調(diào)峰機(jī)組數(shù)量的35.3%。并且補(bǔ)償基本上集中在調(diào)峰能力相對(duì)比較高的機(jī)組，如從表中可以看出所有的第三類機(jī)組均能夠獲得補(bǔ)償，但是第一類機(jī)組卻之后2臺(tái)能夠獲得補(bǔ)償。將模型改進(jìn)之后，三類機(jī)組獲得補(bǔ)償?shù)臄?shù)量分別是12臺(tái)、13臺(tái)和8臺(tái)，占據(jù)參與運(yùn)行調(diào)峰機(jī)組數(shù)量的60.5%。對(duì)比上述的數(shù)據(jù)可以看出，將調(diào)峰能力實(shí)現(xiàn)系數(shù)納入模型中之后，可獲得補(bǔ)償?shù)臋C(jī)組范圍顯著擴(kuò)大。

2　調(diào)峰輔助服務(wù)交易機(jī)制存在的問題及其改進(jìn)

2.1調(diào)峰輔助服務(wù)交易機(jī)制存在問題分析

（1）從市場(chǎng)組織層面上看，交易模式還不是非常靈活?，F(xiàn)在大規(guī)模風(fēng)電正在持續(xù)接入，又必要在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)一步規(guī)劃或者引入新的調(diào)峰容量。在一天范圍內(nèi)風(fēng)電的出力不是一層不變，而是時(shí)刻變化的，并且出力方式不同對(duì)于系統(tǒng)調(diào)峰資源的需求也有著較大差異。因?yàn)楫?dāng)風(fēng)電場(chǎng)群規(guī)模達(dá)到一定程度時(shí)，它們之間會(huì)存在出力平滑效應(yīng)，所以將風(fēng)電進(jìn)行大規(guī)模并網(wǎng)之后系統(tǒng)會(huì)發(fā)生較大的風(fēng)電出力波動(dòng)、引起大規(guī)模調(diào)峰需求的可能性非常小。另外，風(fēng)電出力相關(guān)性以及系統(tǒng)內(nèi)部負(fù)荷值同樣會(huì)影響到系統(tǒng)調(diào)峰容量需求。由于現(xiàn)行的電網(wǎng)跨省調(diào)峰交易機(jī)制其聯(lián)絡(luò)線方案還不夠靈活，一旦風(fēng)電出力大于本省接納空間的時(shí)候，為了防止棄風(fēng)現(xiàn)象，則在確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件下可以申請(qǐng)針對(duì)聯(lián)絡(luò)線傳輸功率進(jìn)行調(diào)整，把多余的風(fēng)電傳輸至周邊地區(qū)給予消納。

（2）對(duì)于地區(qū)之間調(diào)峰輔助服務(wù)以及結(jié)算機(jī)制而言，部分機(jī)組容量較小，其調(diào)峰能力不強(qiáng)，因?yàn)檎{(diào)峰能力的制約使其很難達(dá)到調(diào)峰率的平均水平，那么對(duì)于調(diào)峰買入地區(qū)而言，地區(qū)范圍內(nèi)部分機(jī)組的容量較小，其調(diào)峰能力不強(qiáng)，即便是非常積極的調(diào)峰，同樣需要支付地區(qū)之間調(diào)峰交易產(chǎn)生的費(fèi)用；但是調(diào)峰提供地區(qū)范圍內(nèi)那些容量較小的機(jī)組，調(diào)峰能力不強(qiáng)，即便是非常調(diào)峰積極性很高，還是無法得到地區(qū)之間由于調(diào)峰交易產(chǎn)生費(fèi)用的補(bǔ)償，這顯然是非常不公平的。

2.2調(diào)峰輔助服務(wù)交易模式的改進(jìn)

2.2.1調(diào)峰交易組織方式的改進(jìn)

在日前的市場(chǎng)當(dāng)中，各省電網(wǎng)調(diào)度中心做好風(fēng)電場(chǎng)短期出力以及短期負(fù)荷預(yù)測(cè)之后，首先可以在電網(wǎng)交易市場(chǎng)平臺(tái)上面發(fā)布本省所需求的調(diào)峰量及其持續(xù)時(shí)間，然后其他省結(jié)合本省運(yùn)行情況在交易平臺(tái)上發(fā)布能夠參與調(diào)峰的量及其時(shí)間，最后，雙方達(dá)成合作意向并最終完成交易。

在實(shí)時(shí)市場(chǎng)當(dāng)中，各省電網(wǎng)調(diào)度中心結(jié)合日前交易具體情況、超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)情況以及所屬風(fēng)電場(chǎng)的超短期預(yù)測(cè)情況在平臺(tái)上面發(fā)布實(shí)時(shí)所需調(diào)峰需求及其時(shí)間段，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)峰的交易。

現(xiàn)階段執(zhí)行的跨地區(qū)電量交易方法當(dāng)中，在調(diào)峰困難的時(shí)候都是利用聯(lián)絡(luò)線來對(duì)電量進(jìn)行輸送調(diào)整，之后可以在其它調(diào)峰較為容易的時(shí)間段來進(jìn)行償還。對(duì)交易措施進(jìn)行靈活調(diào)整可以實(shí)現(xiàn)地區(qū)之間調(diào)峰資源的相互利用，能夠顯著提升不同地區(qū)電力系統(tǒng)的風(fēng)電消納能力。因?yàn)檎{(diào)峰能力制約而受到限制的風(fēng)電所占比例一般較小，在確保聯(lián)絡(luò)線傳輸能力的前提下，完全能夠做到日內(nèi)的電量平衡，這樣可以有效緩解由于調(diào)峰約束造成的限制風(fēng)電出力問題。

2.2.2調(diào)峰輔助服務(wù)交易實(shí)施以及結(jié)算的改進(jìn)

前文的分析中指出，現(xiàn)在的通過機(jī)組平均調(diào)峰率為參照的跨省調(diào)峰交易費(fèi)用結(jié)算模式存在嚴(yán)重的不公平性，筆者認(rèn)為可以納入調(diào)峰條件指標(biāo)。如下所示為具體實(shí)施方法：

調(diào)峰交易購(gòu)買省份（或地區(qū)）交易費(fèi)用通過該省份（或地區(qū)）的電力公司向調(diào)度管轄范圍內(nèi)沒有滿足調(diào)峰條件指標(biāo)的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行收取。其中有兩個(gè)調(diào)峰條件指標(biāo)，它們之間為“或”的關(guān)系：

式中：εj表示機(jī)組j的調(diào)峰率；εˉ表示所有參與運(yùn)行調(diào)峰機(jī)組其調(diào)峰率平均值。通過調(diào)峰能力實(shí)現(xiàn)系數(shù)以及平均調(diào)峰率可以針對(duì)機(jī)組對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)調(diào)峰的貢獻(xiàn)情況做出應(yīng)有的判定，綜合考慮了機(jī)組調(diào)峰貢獻(xiàn)情況以及具體調(diào)峰率，這樣更加有助于提升機(jī)組提供調(diào)峰輔助服務(wù)的熱情。

也就是說調(diào)峰交易?。ɑ虻貐^(qū)）滿足上述兩個(gè)條件中的任何一個(gè)就認(rèn)為其符合調(diào)峰條件指標(biāo)；只有當(dāng)兩個(gè)條件全都不符合時(shí)才認(rèn)為其不符合調(diào)峰條件指標(biāo)。如下式所示為調(diào)峰交易購(gòu)買?。ɑ虻貐^(qū)）內(nèi)機(jī)組支付費(fèi)用計(jì)算公式：

其中：

調(diào)峰交易提供省（或地區(qū)）得到的交易費(fèi)通過該?。ɑ虻貐^(qū)）電力公司向調(diào)度管轄范圍中發(fā)生交易時(shí)間范圍內(nèi)機(jī)組符合調(diào)峰條件的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行支付。也就是說機(jī)組在交易時(shí)間范圍內(nèi)滿足式（3）便可以得到調(diào)峰補(bǔ)償，如下式所示為補(bǔ)償費(fèi)用計(jì)算公式：

式中：

3　結(jié)束語

未來電網(wǎng)對(duì)于調(diào)峰輔助服務(wù)的需求也越來越多，本文針對(duì)調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償以及交易機(jī)制進(jìn)行研究具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義?；痣姍C(jī)組是調(diào)峰輔助服務(wù)主要提供者，其調(diào)峰能力可不可以得到充分發(fā)揮對(duì)于系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電的實(shí)際接納量有著直接關(guān)系。本文首先建立了調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型，然后分析了調(diào)峰輔助服務(wù)交易機(jī)制存在的問題并提出對(duì)應(yīng)的處理措施。

［1］趙曉麗，王 玫，趙 越，等.基于火電機(jī)組容量差異的調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制改進(jìn)模型［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37（04）：57～61.

［2］高重暉，吳 希，范國(guó)英，等.調(diào)峰輔助服務(wù)在吉林電網(wǎng)的實(shí)施效果分析［J］.吉林電力，2015，43（5）：1～4.

［3］王 玫.促進(jìn)風(fēng)電利用的調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償及交易機(jī)制研究［D］.華北電力大學(xué)，2013.

TM614

A

2095-2066（2016）25-0052-02

2016-8-20

肖 坤（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事電力調(diào)度，電力交易工作。