保障电力系统灵活性的容量市场机制

研究背景

随着新能源占比提高，电力系统面临电源侧不确定性增强、平衡支撑能力不足、容量充裕度风险增加和灵活性缺失等问题。火电利用小时数降低，市场电价下降，导致火电固定成本回收困难，同时存在弃风、弃光现象。为解决负荷高峰时保供与新能源大发时消纳的难题，需建立容量市场或其他容量保障机制。

容量市场机制设计

针对传统容量市场难以保证系统灵活调节需求的问题，提出计及灵活性充裕度的容量市场机制。该机制同时考虑负荷峰值时段发电容量充裕度和灵活调节容量充裕度，允许煤电机组、风电场、光伏电站、储能电站四种类型资源提供发电容量，保障系统负荷峰值时段发电容量充裕性，并满足系统应对负荷与新能源随机波动带来的灵活调节需求。灵活调节容量出清量必须满足系统最恶劣波动情况下的灵活调节需求。

容量市场需求曲线制定

提出多区域互联系统的多品种容量市场框架，市场运营商确定容量需求曲线，发电商根据容量市场与电能量市场出清价格，决策其投建容量和报价。容量市场需求曲线制定模型分为上层问题（容量需求曲线确定）、中层问题（发电商投资及报价策略）和下层问题（市场出清）。上层问题目标函数为容量市场社会福利最大，中层问题目标函数为发电商利润最大，下层问题目标函数为容量成本和预期经济损失最低。

定价与结算

容量市场出清价格为保障负荷峰值时段系统充裕度的容量价格和满足系统灵活调节需求的容量价格，分别进行结算。容量价格计算基于供需关系约束的对偶变量，灵活调节预测需求价格和灵活调节不确定性偏差需求价格与净负荷波动量的预测值和不确定性偏差值相关。容量市场结算机制有效区分不同类型资源对于保障负荷峰值时段系统充裕度、系统向下调节能力充裕度、向上调节能力充裕度的容量贡献与引起向上、向下调节需求责任，不同类型资源相应的结算规则有所区别。

机制性质验证

市场机制应满足社会效率、收支平衡、个体理性和激励相容性质。通过数学推导，验证了容量市场满足社会效率、收支平衡、个体理性和激励相容性质。

算例分析

选取修正的IEEE-118节点系统进行算例分析，将该系统划分为3个区域。分析结果表明，所提出的容量市场机制能够有效反映各个区域对于灵活调节容量的需求以及资源的稀缺程度，有效激励火电、储能等具有灵活调节能力的机组投建，并在规避灵活性容量不足而带来的损失方面具有显著作用。各区域市场出清价格能够有效区分不同类型资源对于保障负荷峰值时段系统充裕度和满足灵活调节需求的贡献。

结论与展望

针对新型电力系统中灵活性资源稀缺的问题，提出了计及灵活性充裕度的容量市场机制，构建了基于鲁棒优化的出清模型和定价方法。给出了容量市场中灵活爬坡容量需求、转动惯量需求及事故恢复容量需求的量化方法，构建考虑发电商投资与报价决策的容量市场需求曲线制定方法。通过数学推导，验证了容量市场满足机制设计的社会效率、收支平衡、个体理性和激励相容性质。进一步研究可关注灵活调节容量需求的精细量化、与计及灵活调节需求的现货市场衔接等问题。