保障灵活调节资源充裕性的容量市场机制

西安交通大学 电气工程学院肖云鹏2023年9月 标题 目 录 CONTENTS 01P A R T容量市场的作用及问题保障灵活调节资源充裕性的容量市场出清模型保障灵活调节资源充裕性的容量市场定价与结算机制保障灵活调节资源充裕性的容量市场仿真测算结论与展望 ü容量市场的建设意义 Ø容量市场的主要目的是保障系统充裕度。 首要目标是确保电力系统拥有足够的发电能力来满足电力需求，在高峰期或突发情况下保障系统安全运行。 电力市场特征 •新型电力系统不确定性极强 可再生能源波动性、高峰期电力需求或突发情况威胁系统供电可靠性 •火电机组投资成本回收困难 利用小时数较低的传统机组无法在电能量市场中获得持久稳定的收益 •市场多样性 市场主体增多，电源/负荷结构变化较快，导致多样化的能源需求 •竞争性定价 电价由市场供需关系决定，系统容量不足时电价高涨，用户用电成本大大提高 üPJM容量市场的发展 lRPM市场架构 üPJM容量市场的发展 lRPM模式需求曲线制定——可变容量需求曲线（Variable Resource Requirement ,VRR） 曲线取决于系统可靠性需求和新建机组的净成本,对市场出清价格有重要影响。 üPJM容量市场的发展 l不同市场模式对比： ü当前容量市场存在的问题 l新型电力系统对充裕性需求多样化。 问题 l新能源、储能等新兴市场主体的有效容量评估困难。 Distributed control strategy for transactive energy prosumers inreal-time markets Chen Yin1Ran Ding2Haixiang Xu2Gengyin Li1Xiupeng Chen3Ming Zhou1 1StateKeyLaboratoryofAlternateElectricalPowerSystemwithRenewableEnergySources,SchoolofElectricalandElectronicEngineering,NorthChinaElectricPowerUniversity,Beijing,China2StateGridJibeiElectricPowerCo.,Ltd.,Beijing,China3EngineeringandTechnologyInstituteGroningen,UniversityofGroningen,Groningen,TheNetherlands Abstract The increasing penetration of distributed energy resources (DERs) has led to increasingresearch interest in the cooperative control of multi-prosumers in a transactive energy (TE)paradigm. While the existing literature shows that TE offers significant grid flexibility andeconomic benefits, few studies have addressed the incorporation of security constraints inTE. Herein, a market-based control mechanism in real-time markets is proposed to eco-nomically coordinate the TE among prosumers while ensuring secure system operation.Considering the dynamic characteristics of batteries and responsive demands, a model pre-dictive control (MPC) method is used to handle the constraints between different timeintervals and incorporate the following generation and consumption predictions. Owing tothe computational burden and individual privacy issues, an efficient distributed algorithmis developed to solve the optimal power flow problem. The strong coupling between pro-sumers through power networks is removed by introducing auxiliary variables to acquirelocational marginal prices (LMPs) covering energy, congestion, and loss components. Casestudies based on the IEEE 33-bus system demonstrated the efficiency and effectiveness ofthe proposed method and model. 标题 目 录 CONTENTS 01P A R T容量市场的作用及问题02P A R T保障灵活调节资源充裕性的容量市场出清模型保障灵活调节资源充裕性的容量市场定价与结算机制保障灵活调节资源充裕性的容量市场仿真测算结论与展望 ü容量市场出清模型构建 传统容量市场只考虑保障负荷峰值时段系统充裕度，未来在高比例新能源接入的新型电力系统场景下，新能源的波动性和不确定性将对电力系统的调峰能力、灵活爬坡调节能力提出了更高的要求。 根据各类型资源有效容量评估方法、系统容量充裕度评估方法、关键断面约束辨识技术，构建充分考虑长期有效容量和煤电深调容量的容量市场出清模型。 Ø目前考虑保障负荷峰值时段系统充裕度、灵活爬坡能力充裕度。下一步计划将类似考虑调峰能力充裕度。 l目标函数：社会福利最大化 ü容量市场出清模型构建 根据各类型资源有效容量评估方法、系统容量充裕度评估方法、关键断面约束辨识技术，构建充分考虑长期有效容量和煤电深调容量的容量市场出清模型。 l约束条件： •供需平衡约束•各类型机组中标容量约束、容量需求约束 满足系统灵活爬坡调节需求的容量供需平衡约束 •火电机组、储能提供灵活爬坡调节容量•采用嵌入式优化考虑新能源不确定性波动,,min:,DwDsDnnnnhkgeCIOimsnnimusDPnFPRR pnFFFF系统灵活爬坡调节容量需求考虑负荷、新能源出力的波动量的不确定性偏差,,(())min0 :,DwDsDnnnnhkgeCIORnimsnniFRmPPdnsDnFFFF  区域s向区域n传输的容量 ü容量市场出清模型构建 储能 l约束条件： •供需平衡约束•各类型机组中标容量约束、容量需求约束 区域间传输容量 maxmax,min,maxmaxmax,min,maxmaxmax,min,max:,0 ::,0 ::,,,CIOCIOCIOsnsnsnsnsnCIOCIOCIOsnnssnCIOFCIOFCIOsnsnsnsnsnCIOCIOFCIOsnnssnCIOCIOLLsnsnsnsnsnsnnLPLPPLFLFFLPFLns  容量需求 新能源 ,max,,,min,max,,0:,,,ddl nl nddl nl nPPl n ,max,min,max,max,min,max0:,,0:,,wwwwhhhhsssskkkkPCPhPCPk 标题 目 录 CONTENTS 01P A R T容量市场的作用及问题02P A R T保障灵活调节资源充裕性的容量市场出清模型03P A R T保障灵活调节资源充裕性的容量市场定价与结算机制保障灵活调节资源充裕性的容量市场仿真测算结论与展望 Part3 定价与结算机制 ü容量市场机制与规则设计 ü容量市场机制与规则设计 l容量市场定价机制： 灵活爬坡调节不确定性偏差需求价格与负荷、风电、光伏出力波动量的不确定性偏差值有关。 Part3 定价与结算机制 ü容量市场机制与规则设计 火电机组、储能电站 •保障负荷峰值时段系统充裕性的容量收益+保障系统灵活性的容量收益:::(),nnngCapgFRupFRdngin iin in iiPFi:::(),nnneCapeFRupFRdnemn mmn mn mmPFm l容量市场结算机制： •给出火电、新能源、储能等不同类型资源相应的结算规则。•有效区分不同类型资源的对于保障负荷峰值时段系统充裕度、灵活爬坡调节能力充裕度的有效容量贡献与引起灵活爬坡调节需求的责任。 风电场、光伏电站 •提供容量保障负荷峰值时段系统充裕性的收益-分摊由于自身出力波动造成的灵活调节需求成本,exp,max:::,min:(),()nnnnEFRwDUFRDNwDn hhn hhwCapwjn hhUFRINwDn hhPPPhP,exp,max:::,min:(),()nnnnEFRsDUFRDNsDn kkn kksCapskn kkUFRINsDn kkPPPkP Part3 定价与结算机制 ü容量市场机制与规则设计 区域间传输容量 l容量市场结算机制： •考虑了区域之间的价格差异，当区域间传输通道发生阻塞时会产生阻塞盈余，应分配给对应输电权所有者。()CapCIOFRupFRdnCIOsnnsnnnsnPF •给出火电、新能源、储能等不同类型资源相应的结算规则。•有效区分不同类型资源的对于保障负荷峰值时段系统充裕度、灵活爬坡调节能力充裕度的有效容量贡献与引起灵活爬坡调节需求的责任。 负荷 •向容量市场支付保障负荷峰值时段系统充裕性+保障系统灵活性的容量费用,exp,min,,max(),EFRDUFRDNDnnnndCapdnnl nUFRINDlnnDDPnD  ü容量市场机制性质验证 •良好的市场机制应满足社会效率、收支平衡、个体理性和激励相容等性质，激励市场主体主动参与，促进资源优化配置。 社会效率(Social Efficiency) 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、光伏的任何不确定波动情况下实现尽可能大的社会福利，因此可以满足社会效率性质。 ü容量市场机制性质验证 收支平衡(Budget Balance) •市场运营机构应为非盈利机构，市场的流入和流出资金应相等，即收支平衡。 •容量市场流出资金： •容量市场流入资金： 光伏为引起灵活调节需求所支付的费用 根据供需平衡约束和KKT条件，可以推导出INOT ü容量市场机制性质验证 个体理性(Individual Rationality) •个体理性指市场成员愿意主动参与市场，即各市场成员的净利润非负。以火电机组为例 ü容量市场机制性质验证 激励相容(Incentive Compatibi