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綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)可以反映短期的供需平衡關(guān)系和生產(chǎn)成本，為短期源荷不平衡量提供競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)，多能互補(bǔ)的市場(chǎng)效率高。在綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)中存在3方面的運(yùn)營(yíng)主體，包括能源供應(yīng)商、綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和用戶。
1研究背景
一直以來(lái)，我國(guó)對(duì)可再生能源行業(yè)高度關(guān)注，可再生能源并網(wǎng)運(yùn)行情況逐步改善，然而棄風(fēng)棄光問(wèn)題依然存在。從并網(wǎng)運(yùn)行角度來(lái)看，棄風(fēng)棄光問(wèn)題原因有：新能源規(guī)劃較為集中，電網(wǎng)調(diào)峰能力不足；外送通道建設(shè)與電源建設(shè)規(guī)模不匹配，電網(wǎng)送出能力限；電網(wǎng)存在薄弱環(huán)節(jié)，部分區(qū)域受網(wǎng)架約束影響等。從市場(chǎng)機(jī)制角度來(lái)看，棄風(fēng)棄光問(wèn)題原因有：全國(guó)統(tǒng)一市場(chǎng)機(jī)制不健全，新能源電力跨省消納容量小；需求側(cè)資源參與提供電力輔助服務(wù)的機(jī)制處于試點(diǎn)階段，影響了新能源的消納。
2論文所解決的問(wèn)題及意義
解決新能源消納問(wèn)題的途徑之一是實(shí)現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)出清優(yōu)化。本文對(duì)以下幾個(gè)方面的工程問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)分析：
（1）北方地區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組冬季供暖導(dǎo)致的風(fēng)電棄風(fēng)問(wèn)題。熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在供暖階段運(yùn)行在以熱定電的模式下，發(fā)電調(diào)峰能力不足，可調(diào)節(jié)能力不足。
（2）當(dāng)前日前市場(chǎng)出清政策機(jī)制不能體現(xiàn)新能源發(fā)電的優(yōu)勢(shì)。ISO出清模型以社會(huì)福利最大化為目標(biāo)確定成交電力，不能體現(xiàn)新能源與化石能源相比的低碳優(yōu)勢(shì)。
（3）我國(guó)新能源資源與負(fù)荷分布不平衡，新能源資源豐富地區(qū)負(fù)荷較小。然而，我國(guó)外送通道送出能力有限，阻礙了新能源的外送。
（4）需求側(cè)市場(chǎng)尚未開(kāi)發(fā)，用戶側(cè)無(wú)法靈活匹配新能源出力特征。用戶以競(jìng)價(jià)的形式主動(dòng)參與日前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，可以獲得經(jīng)濟(jì)利益，并促進(jìn)新能源的就地消納。
3論文重點(diǎn)內(nèi)容
本文建立了綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)出清模型，設(shè)計(jì)了兩種社會(huì)效益最大的多類型能源市場(chǎng)交易機(jī)制。綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)指的是日前能量市場(chǎng)，即電量、熱量商品在日前這個(gè)時(shí)間尺度上進(jìn)行交易。綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)可以反映短期的供需平衡關(guān)系和生產(chǎn)成本，為短期源荷不平衡量提供競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)，多能互補(bǔ)的市場(chǎng)效率高。在綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)中存在3方面的運(yùn)營(yíng)主體，包括能源供應(yīng)商、綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和用戶。在日前市場(chǎng)，能源供應(yīng)商申報(bào)售電電量、售熱熱量、電價(jià)、熱價(jià)，用戶申報(bào)購(gòu)電電量、購(gòu)熱熱量、電價(jià)、熱價(jià)，綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商根據(jù)綜合能源日前出清模型確定出清電量、熱量及出清價(jià)格。日前市場(chǎng)平衡絕大多數(shù)電力、熱力供需，偏差電量和熱量在實(shí)時(shí)市場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)貨交易。綜合能源系統(tǒng)能源側(cè)包括光伏發(fā)電、風(fēng)電、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、燃?xì)忮仩t等，如圖1所示。
圖 1 綜合能源系統(tǒng)模型
本文從社會(huì)福利最大化角度出發(fā)，站在綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)人員的視角，建立促進(jìn)新能源消納的綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)出清模型，可為綜合能源服務(wù)市場(chǎng)的報(bào)價(jià)報(bào)量策略建模提供依據(jù)。在仿真中，本文采用確定的報(bào)價(jià)報(bào)量數(shù)據(jù)，對(duì)日前市場(chǎng)的出清功率和價(jià)格進(jìn)行仿真分析。算例參考南方電網(wǎng)現(xiàn)貨市場(chǎng)現(xiàn)狀，仿真中每15min形成一個(gè)交易價(jià)格，用戶申報(bào)價(jià)格仿真數(shù)據(jù)設(shè)置參考了南方電網(wǎng)現(xiàn)貨交易價(jià)格，光伏和風(fēng)電的申報(bào)電價(jià)參考了阿布扎比光伏項(xiàng)目的競(jìng)價(jià)數(shù)據(jù)。
2019年5月南方電網(wǎng)公司電力現(xiàn)貨市場(chǎng)開(kāi)始試點(diǎn)運(yùn)行，每15min形成一個(gè)交易價(jià)格，一天有96個(gè)價(jià)格，首次交易結(jié)算已完成，交易結(jié)果可以用來(lái)評(píng)估本文仿真結(jié)果的有效性。本文仿真結(jié)果為96個(gè)出清價(jià)格，不同通道容量下的出清電價(jià)如圖2所示，出清電價(jià)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。通過(guò)與南方電網(wǎng)公司電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的實(shí)際平均電價(jià)相比，本文計(jì)算出的出清電價(jià)與實(shí)際相符，表明了算例報(bào)價(jià)報(bào)量數(shù)據(jù)設(shè)置的合理性。
圖2 不同通道容量下的出清電價(jià)
表1出清電價(jià)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果
在輸送通道容量為200 kW時(shí)，風(fēng)光消納容量占成交總負(fù)荷的61.69%，棄風(fēng)棄光率為6.77%。在輸送通道容量為800kW，風(fēng)光消納容量占成交總負(fù)荷的61.94%，棄風(fēng)棄光率為0%。從仿真結(jié)果可知，外送通道建設(shè)對(duì)于促進(jìn)新能源消納具有重要工程意義。
4研究結(jié)論
本文建立了促進(jìn)新能源消納的綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)出清模型，并基于實(shí)際工程中阻礙新能源消納的問(wèn)題進(jìn)行了仿真分析。基于本文的仿真模型，可以分析送通道建設(shè)、申報(bào)電價(jià)、需求響應(yīng)市場(chǎng)等因素對(duì)日前市場(chǎng)出清得影響，研究結(jié)果對(duì)于我國(guó)北方地區(qū)消納風(fēng)光新能源具有理論指導(dǎo)意義，推廣應(yīng)用前景廣闊。
周琳, 付學(xué)謙, 劉碩, 等. 促進(jìn)新能源消納的綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)出清優(yōu)化[J]. 中國(guó)電力, 2019, 52(11): 9-18.
ZHOU Lin, FU Xueqian, LIU Shuo, et al. Day-ahead market clearing model of integrated energy system for promoting renewable energy consumption[J]. Electric Power, 2019, 52(11): 9-18.
1研究背景
一直以來(lái)，我國(guó)對(duì)可再生能源行業(yè)高度關(guān)注，可再生能源并網(wǎng)運(yùn)行情況逐步改善，然而棄風(fēng)棄光問(wèn)題依然存在。從并網(wǎng)運(yùn)行角度來(lái)看，棄風(fēng)棄光問(wèn)題原因有：新能源規(guī)劃較為集中，電網(wǎng)調(diào)峰能力不足；外送通道建設(shè)與電源建設(shè)規(guī)模不匹配，電網(wǎng)送出能力限；電網(wǎng)存在薄弱環(huán)節(jié)，部分區(qū)域受網(wǎng)架約束影響等。從市場(chǎng)機(jī)制角度來(lái)看，棄風(fēng)棄光問(wèn)題原因有：全國(guó)統(tǒng)一市場(chǎng)機(jī)制不健全，新能源電力跨省消納容量小；需求側(cè)資源參與提供電力輔助服務(wù)的機(jī)制處于試點(diǎn)階段，影響了新能源的消納。
2論文所解決的問(wèn)題及意義
解決新能源消納問(wèn)題的途徑之一是實(shí)現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)出清優(yōu)化。本文對(duì)以下幾個(gè)方面的工程問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)分析：
（1）北方地區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組冬季供暖導(dǎo)致的風(fēng)電棄風(fēng)問(wèn)題。熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在供暖階段運(yùn)行在以熱定電的模式下，發(fā)電調(diào)峰能力不足，可調(diào)節(jié)能力不足。
（2）當(dāng)前日前市場(chǎng)出清政策機(jī)制不能體現(xiàn)新能源發(fā)電的優(yōu)勢(shì)。ISO出清模型以社會(huì)福利最大化為目標(biāo)確定成交電力，不能體現(xiàn)新能源與化石能源相比的低碳優(yōu)勢(shì)。
（3）我國(guó)新能源資源與負(fù)荷分布不平衡，新能源資源豐富地區(qū)負(fù)荷較小。然而，我國(guó)外送通道送出能力有限，阻礙了新能源的外送。
（4）需求側(cè)市場(chǎng)尚未開(kāi)發(fā)，用戶側(cè)無(wú)法靈活匹配新能源出力特征。用戶以競(jìng)價(jià)的形式主動(dòng)參與日前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，可以獲得經(jīng)濟(jì)利益，并促進(jìn)新能源的就地消納。
3論文重點(diǎn)內(nèi)容
本文建立了綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)出清模型，設(shè)計(jì)了兩種社會(huì)效益最大的多類型能源市場(chǎng)交易機(jī)制。綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)指的是日前能量市場(chǎng)，即電量、熱量商品在日前這個(gè)時(shí)間尺度上進(jìn)行交易。綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)可以反映短期的供需平衡關(guān)系和生產(chǎn)成本，為短期源荷不平衡量提供競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)，多能互補(bǔ)的市場(chǎng)效率高。在綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)中存在3方面的運(yùn)營(yíng)主體，包括能源供應(yīng)商、綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和用戶。在日前市場(chǎng)，能源供應(yīng)商申報(bào)售電電量、售熱熱量、電價(jià)、熱價(jià)，用戶申報(bào)購(gòu)電電量、購(gòu)熱熱量、電價(jià)、熱價(jià)，綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商根據(jù)綜合能源日前出清模型確定出清電量、熱量及出清價(jià)格。日前市場(chǎng)平衡絕大多數(shù)電力、熱力供需，偏差電量和熱量在實(shí)時(shí)市場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)貨交易。綜合能源系統(tǒng)能源側(cè)包括光伏發(fā)電、風(fēng)電、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、燃?xì)忮仩t等，如圖1所示。
圖 1 綜合能源系統(tǒng)模型
本文從社會(huì)福利最大化角度出發(fā)，站在綜合能源系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)人員的視角，建立促進(jìn)新能源消納的綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)出清模型，可為綜合能源服務(wù)市場(chǎng)的報(bào)價(jià)報(bào)量策略建模提供依據(jù)。在仿真中，本文采用確定的報(bào)價(jià)報(bào)量數(shù)據(jù)，對(duì)日前市場(chǎng)的出清功率和價(jià)格進(jìn)行仿真分析。算例參考南方電網(wǎng)現(xiàn)貨市場(chǎng)現(xiàn)狀，仿真中每15min形成一個(gè)交易價(jià)格，用戶申報(bào)價(jià)格仿真數(shù)據(jù)設(shè)置參考了南方電網(wǎng)現(xiàn)貨交易價(jià)格，光伏和風(fēng)電的申報(bào)電價(jià)參考了阿布扎比光伏項(xiàng)目的競(jìng)價(jià)數(shù)據(jù)。
2019年5月南方電網(wǎng)公司電力現(xiàn)貨市場(chǎng)開(kāi)始試點(diǎn)運(yùn)行，每15min形成一個(gè)交易價(jià)格，一天有96個(gè)價(jià)格，首次交易結(jié)算已完成，交易結(jié)果可以用來(lái)評(píng)估本文仿真結(jié)果的有效性。本文仿真結(jié)果為96個(gè)出清價(jià)格，不同通道容量下的出清電價(jià)如圖2所示，出清電價(jià)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。通過(guò)與南方電網(wǎng)公司電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的實(shí)際平均電價(jià)相比，本文計(jì)算出的出清電價(jià)與實(shí)際相符，表明了算例報(bào)價(jià)報(bào)量數(shù)據(jù)設(shè)置的合理性。
圖2 不同通道容量下的出清電價(jià)
表1出清電價(jià)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果
在輸送通道容量為200 kW時(shí)，風(fēng)光消納容量占成交總負(fù)荷的61.69%，棄風(fēng)棄光率為6.77%。在輸送通道容量為800kW，風(fēng)光消納容量占成交總負(fù)荷的61.94%，棄風(fēng)棄光率為0%。從仿真結(jié)果可知，外送通道建設(shè)對(duì)于促進(jìn)新能源消納具有重要工程意義。
4研究結(jié)論
本文建立了促進(jìn)新能源消納的綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)出清模型，并基于實(shí)際工程中阻礙新能源消納的問(wèn)題進(jìn)行了仿真分析。基于本文的仿真模型，可以分析送通道建設(shè)、申報(bào)電價(jià)、需求響應(yīng)市場(chǎng)等因素對(duì)日前市場(chǎng)出清得影響，研究結(jié)果對(duì)于我國(guó)北方地區(qū)消納風(fēng)光新能源具有理論指導(dǎo)意義，推廣應(yīng)用前景廣闊。
周琳, 付學(xué)謙, 劉碩, 等. 促進(jìn)新能源消納的綜合能源系統(tǒng)日前市場(chǎng)出清優(yōu)化[J]. 中國(guó)電力, 2019, 52(11): 9-18.
ZHOU Lin, FU Xueqian, LIU Shuo, et al. Day-ahead market clearing model of integrated energy system for promoting renewable energy consumption[J]. Electric Power, 2019, 52(11): 9-18.
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