考虑虚拟电厂参与的深度调峰市场机制与出清模型

考虑虚拟电厂参与的深度调峰市场机制与出清模型

袁康涛

中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司 贵州省贵阳市 550081

摘要：风电光伏等可再生能源大规模并网，增大了电网调峰压力，需要发掘需求侧资源参与调峰。从交易组织、交易流程、交易结算3个方面设计了考虑虚拟电厂参与的调峰辅助服务市场机制，使虚拟电厂与火电机组同台平等参与深度调峰市场竞价，并分别给出了深度调峰市场日前出清和实时出清模型。交易采用按报价出清的方式，火电机组和虚拟电厂根据实际调用的调峰容量和申报价格获得收益。最后通过算例分析验证了所提市场机制和模型的有效性。

关键词：虚拟电厂；同台平等竞价；深度调峰；市场机制；

出清模型

0引言

近年来，风电光伏等可再生能源大规模并网，压缩了火电机组的发电空间，再加上其间歇性和波动性的特点，增大了电网的调峰压力[1-4]。当前为满足可再生能源优先消纳要求，电网对深度调峰有巨大需求，在水电和燃气发电占比低的电网，已有的火电机组深度调峰不能完全满足需求。此外，火电机组低功率运行提供深度调峰辅助服务的成本很高。为缓解调峰压力，并降低调峰成本，应充分发掘需求侧资源参与调峰。虚拟电厂可以整合、调度需求侧的调峰资源，以类似于传统电厂的形式参与调峰市场[5-6]，其具备了参与深度调峰的下调功率的技术条件。因此，在当前火电机组多阶段调峰机制电力市场阶段，应同时充分发掘需求侧响应以及虚拟电厂参与深度调峰的潜力。针对水电和燃气发电占比低的电网，在现货市场机制下为满足虚拟电厂参与深度调峰市场，本文初步研究了虚拟电厂参与深度调峰的市场机制与出清模型。

1虚拟电厂参与深度调峰市场的市场机制

1.1虚拟电厂参与深度调峰市场机理

虚拟电厂由聚合分布式电源、可控负荷、电动汽车以及储能等资源形成，与外部大电网、调峰市场通过虚拟电厂运营商进行信息交互。虚拟电厂运营商既可以作为售电企业，也可以作为辅助服务提供商。本文主要利用虚拟电厂内部灵活性资源，提供调峰辅助服务。

虚拟电厂的调峰能力主要通过储能充电、负荷增加、电动汽车充电等方式提供，调峰能力的大小主要取决于储能的充电功率、电动汽车充电功率、可增的负荷功率，同时受到储能容量以及电动汽车电池容量的限制。虚拟电厂的调节容量不小于一定的标准（如20MW）且应满足调度通信接入要求并能被实时调用。发（用）电信息采集周期和调峰响应时间均应小于15min，调峰持续时间应不小于30min[12]。

1.2交易组织与交易流程

本文深度调峰辅助服务市场采用日前预出清、日内实时出清的方式，交易时段为竞价日次日的24h，共分为96个时段，每个时段15min。市场主体为火电机组、虚拟电厂，交易标的为其调峰容量。在日前现货市场出清之后，如果存在弃风弃光现象，则启动深度调峰市场，调度中心发布次日深度调峰需求，火电机组和虚拟电厂申报次日的深度调峰容量和价格曲线，参与市场竞价，调度中心进行日前预出清。

由于风光等可再生能源的出力预测存在偏差，需要在日内调用时根据实际情况，对日前调峰计划做出调整。因此，调控中心会在日内预计出现弃风、弃光时，启动深度调峰市场，实时出清。

在日前市场中，虚拟电厂除了申报调峰容量和调峰价格外，还需要提供其基准曲线，用以计算虚拟电厂的实际调用的调峰电量，其值为虚拟电厂实际发（用）电曲线与基准曲线的时间积分面积。

本文参考文献[4]设计了日前和实时2级深度调峰市场的交易流程，包括交易发布、集中申报、交易出清、结果发布、交易执行，具体如下。

1）竞价日9:30前，调控中心发布深度调峰市场开市信息，包括：各个时段调峰需求信息；可参与市场交易的火电机组、虚拟电厂；申报价格的上下限。

2）竞价日9:30-10:00，各火电机组以及虚拟电厂集中竞价申报。其中火电机组需分3档报价，报价需在市场发布的各档报价区间之内。虚拟电厂需要提供自身的基准曲线。

3）竞价日10:30，调控中心进行深度调峰市场日前预出清，模型见本文2.1节。形成考虑调峰市场交易的日前发电计划，并向市场发布，内容包括火电机组与虚拟电厂的96点调峰出力曲线。

4）运行日内，以15min为周期实时出清。在每个调度周期前5-15min，调控中心参照调峰市场日前报价按价格由低到高的顺序依次调用火电机组和虚拟电厂进行深度调峰，形成日内发电计划。

5）在每个周期前5min，调控中心发布调峰市场交易结果，包括下一周期的火电机组和虚拟电厂的调峰电力曲线。

6）在每个调度周期内，实时调用火电机组和虚拟电厂的调峰辅助服务，并统计其实际调用的调峰电量。

7）在运行日后，调控中心根据运行日的实际调用电量和各机组的实际报价，发布参与深度调峰的火电机组和虚拟电厂的调峰收益。

1.3结算机制

本文深度调峰市场采用按报价出清的方式，深度市场出清的结果是火电机组和虚拟电厂的调峰出力曲线。

运行日后，依据火电机组和虚拟电厂的实际深调电量和各机组的实际申报价格分时段进行结算。深度调峰费用由没有参与深度调峰的火电机组和新能源机组按照各时段的上网电量等比例分摊。电厂参与深度调峰市场出清模型

2算例分析

在MATLAB中编写变量、约束条件以及优化目标函数程序，并使用CPLEX求解器求解。

3.1调峰需求

假设某省在某典型日0:00-4:00都有调峰需求，需要通过深度调峰市场进行调节。该日电网系统调峰需求如表1所示。

表1某典型日0:00-4:00调峰需求

3.2火电机组和虚拟电厂报价

参与深度调峰市场的火电机组共5台，其报价信息如附录A表A1所示，共有3个虚拟电厂参与报价，其报价信息如表2所示。

表2虚拟电厂报价信息

日前预出清结果如表3所示。

表3各机组中标容量

假设实时调峰需求发生变化，2:00-3:00调峰需求大幅上升，如表4所示。

表4某典型日2:00-3:00实时调峰需求

3.3数据分析

在相应时段，各机组的中标容量会发生变化。

除了9-12时段外，其余时段的中标容量与日前预出清结果相同。因此，只需要在调峰需求发生变化的时段，进行实时出清，其余时段可以采用日前预出清结果。

按照各机组实际报价进行结算，各时段总调峰费用如表6所示。

表6各时段总调峰费用

通过市场出清结果可以得到，该典型日各虚拟电厂总收益分别为43000元、61600元、56575元。

通过分析出清结果可以发现，VPP3由于调峰报价较高，按照报价由低到高的顺序进行出清时，其中标的调峰容量较少，而报价较低的VPP1和VPP2会被优先调用。通过分析各虚拟电厂的收益可以发现，虽然VPP3的申报容量和价格较高，但是其中标容量相对VPP1和VPP2较低，反而总体收益较低。另外，由于火电机组出力较低时深度调峰成本较高，第二档报价由于普遍高于第一档报价，会在第一档的深度调峰容量全部被调用之后才会被调用。如果采用分开单独竞价而不是同台平等竞价模式，假设虚拟电厂所承担的调峰容量为总调峰需求的30%，则市场出清各机组中标容量如附录A表A2所示，

各时段的总调峰费用如表7所示。

表7分开单独竞价模式各时段总调峰费用

通过对比分析表6和表7可以发现，虚拟电厂和火电机组同台平等竞价模式下各时段的调峰费用普遍低于分开单独竞价模式下的费用，这是因为后者火电和虚拟电厂之间的调峰容量分配比例不是最优，部分价格较低的虚拟电厂调峰容量没有被调用。

4总结

新能源大规模并网的背景下，火电机组承担了很大的调峰压力，需求侧资源参与调峰是未来的发展趋势之一。虚拟电厂的发展为需求侧资源参与调峰提供了可行路径。本文主要从交易组织、交易流程、交易结算3个方面，分日前预出清和实时出清2个时间尺度设计了市场机制，提出了火电机组和虚拟电厂同台平等参与深度调峰的市场模式，建立了相应的出清模型。通过算例分析验证了所提模型的合理性，并与分开单独竞价模式进行对比，体现出同台平等竞价模式在提高调峰经济性方面的优越性。本文下一步将深化研究虚拟电厂内部如何实现协同最优经济控制、惩罚机制、利益分配等问题。

参考文献

[1]菅学辉，张利，杨立滨，等.高比例风电并网下基于卡尔多改进的深度调峰机制[J].电力系统自动化，2018，42(8)：110-118.

[2]吕泉，王伟，韩水，等.基于调峰能力分析的电网弃风情况评估方法[J].电网技术，2013，37(7)：1887-1894.

[3]王蓓蓓，刘小聪，李扬.面向大容量风电接入考虑用户侧互动的系统日前调度和运行模拟研究[J].中国电机工程学报，2013，33(22)：35-44.

[4]徐唐海，鲁宗相，乔颖，等．源荷储多类型灵活性资源协调的高比例可再生能源电源规划[J]．全球能源互联网，2019，2(1)：27-34．