可靠性資源的義務(wù)提供
傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)組，需要義務(wù)提供一些可靠性資源，主要體現(xiàn)在涉及頻率穩(wěn)定的有功調(diào)整和涉及電壓穩(wěn)定的無(wú)功調(diào)整。
(來(lái)源：微信公眾號(hào)“黃師傅說(shuō)電”)
機(jī)組義務(wù)提供的可靠性資源相當(dāng)于機(jī)組并網(wǎng)的硬性要求。
但這種一視同仁的義務(wù)要求使得一些機(jī)組不得不配置這樣的輔助設(shè)施進(jìn)而增加了投資。
而且純義務(wù)提供導(dǎo)致類(lèi)似資源的創(chuàng)新力不足，商業(yè)模式無(wú)法探索，勢(shì)必也會(huì)抬高機(jī)組的整體運(yùn)行成本，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本。
因此一些可靠性資源的提供需要市場(chǎng)化的機(jī)制。
可靠性資源的市場(chǎng)化提供
可靠性資源市場(chǎng)化的前提是對(duì)應(yīng)的輔助服務(wù)成為一個(gè)單獨(dú)的商品品種參與電力交易。
服務(wù)的提供方主要為參與電力系統(tǒng)運(yùn)行及電力市場(chǎng)交易的發(fā)、用主體。
其所能提供的短時(shí)間內(nèi)調(diào)增/調(diào)減功率(包含有功和無(wú)功)可以作為可靠性資源。
在可靠性資源交易市場(chǎng)即輔助服務(wù)市場(chǎng)，系統(tǒng)運(yùn)行商代表所有參與主體采購(gòu)可靠性資源，確定采購(gòu)數(shù)量和價(jià)格，并對(duì)整體費(fèi)用向全部收益方進(jìn)行分?jǐn)偂?/div>
這種“壟斷”地位需要強(qiáng)監(jiān)管以避免可靠性資源的濫買(mǎi)濫用，因此需要制定相應(yīng)的可靠性標(biāo)準(zhǔn)并基于此界定好資源數(shù)量，資源價(jià)格和分?jǐn)倷C(jī)制。
新能源大面積滲透下的可靠性資源
常見(jiàn)的輔助服務(wù)主要有調(diào)頻、調(diào)壓和黑啟動(dòng)等，以調(diào)頻輔助服務(wù)居多。
而調(diào)頻場(chǎng)景中，以頻率下降即發(fā)電小于用電情況居多，故可靠性資源多指?jìng)溆萌萘俊?/div>
備用容量可以是發(fā)電機(jī)組尚未使用的發(fā)電容量，即在當(dāng)前發(fā)電功率基礎(chǔ)上可以調(diào)增的容量。
也可以是用電側(cè)在當(dāng)前用電功率基礎(chǔ)上可以調(diào)減的容量。
以傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機(jī)組為主的電力系統(tǒng)，這些機(jī)組能夠提供的一次調(diào)頻資源即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和二次調(diào)頻資源即旋轉(zhuǎn)容量較為充足。
但隨著大量風(fēng)光新能源以電力電子形式接網(wǎng)，且不斷擠壓傳統(tǒng)機(jī)組的份額時(shí)，電力系統(tǒng)整體的調(diào)頻資源越來(lái)越有限。
因此在源側(cè)有火電機(jī)組靈活性改造，新能源變流器虛擬同步技術(shù)以及儲(chǔ)能等快速響應(yīng)設(shè)備的應(yīng)用，在負(fù)荷側(cè)也有虛擬電廠即可調(diào)節(jié)負(fù)荷的開(kāi)發(fā)，發(fā)用兩側(cè)共同填補(bǔ)備用容量的缺失。
例題6.6向我們展示了一個(gè)小型的以風(fēng)、核和燃?xì)鈾C(jī)組為電源的小型電力系統(tǒng)。
因?yàn)轱L(fēng)機(jī)發(fā)電功率的波動(dòng)性，需要其它主體提供一定量的備用容量。
當(dāng)備用容量全部由燃?xì)鈾C(jī)組提供時(shí)，不僅增加了系統(tǒng)整體發(fā)電成本，還增加了溫室氣體的排放。
而開(kāi)發(fā)負(fù)荷側(cè)的備用容量效果正好相反，在降低棄風(fēng)量的同時(shí)，既能夠降低系統(tǒng)發(fā)電成本，又可以減少溫室氣體排放。
電能量與輔助服務(wù)市場(chǎng)的聯(lián)合優(yōu)化
例題6.7和6.8分別向我們展示了作為系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商，在面對(duì)發(fā)電機(jī)組在電能量市場(chǎng)和備用容量市場(chǎng)(輔助服務(wù)市場(chǎng))上報(bào)量報(bào)價(jià)時(shí)，該如何進(jìn)行市場(chǎng)出清。
原則依然是在滿足電力系統(tǒng)物理約束的條件下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體運(yùn)行成本的最低。
約束主要發(fā)生在發(fā)電功率和負(fù)荷功率的平衡約束，以及發(fā)電機(jī)組提供的備用容量滿足系統(tǒng)所需備用容量的約束。
而因?yàn)榭紤]備用容量，故系統(tǒng)整體運(yùn)行成本除了包括發(fā)電成本外還要加上備用成本。
發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)容量因此既可以在電能量市場(chǎng)上進(jìn)行發(fā)電來(lái)獲取收益，也可以在備用市場(chǎng)上進(jìn)行“等待”而獲取收益。
題目6.7為機(jī)組在備用容量市場(chǎng)上不報(bào)價(jià)的情況下，市場(chǎng)出清的情況。
題目6.8為機(jī)組在備用容量市場(chǎng)上報(bào)價(jià)的情況下，市場(chǎng)出清的情況。
具體推導(dǎo)邏輯和驗(yàn)證過(guò)程請(qǐng)參見(jiàn)直播回放，這里不再贅述。
再議影子價(jià)格
對(duì)于兩個(gè)市場(chǎng)聯(lián)合出清的最優(yōu)化問(wèn)題，目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)總成本，包含發(fā)電成本和備用成本，而約束為功率平衡和最小備用容量約束。
當(dāng)約束起作用時(shí)，其拉格朗日乘子即對(duì)應(yīng)約束的影子價(jià)格不為零。
對(duì)于功率平衡的約束，影子價(jià)格就是電能量市場(chǎng)的價(jià)格，而對(duì)于最小備用容量約束的影子價(jià)格就是備用市場(chǎng)的價(jià)格。
任何影子價(jià)格，都是發(fā)生在某個(gè)具體約束下的。
集中式電力市場(chǎng)最終出清的市場(chǎng)價(jià)格，是在發(fā)電功率=用電功率約束下的影子價(jià)格，此時(shí)約束為用電功率。而單位用電功率的增量所帶來(lái)的成本的增量就是影子價(jià)格，也是市場(chǎng)出清的電能量?jī)r(jià)格。
將該場(chǎng)景轉(zhuǎn)化到某個(gè)具體包含多個(gè)機(jī)組的發(fā)電企業(yè)，其約束為全部機(jī)組的出力=交易周期內(nèi)的出清電量，后者即為約束，而對(duì)應(yīng)的影子價(jià)格就是該企業(yè)各臺(tái)機(jī)組趨同的邊際成本，只不過(guò)需要各臺(tái)機(jī)組調(diào)整出力來(lái)達(dá)到這個(gè)價(jià)格，才能使得企業(yè)獲取最大利潤(rùn)。
對(duì)于輸電線路容量的約束，其對(duì)應(yīng)的影子價(jià)格反映單位輸電限制放寬1個(gè)單位容量時(shí)，對(duì)系統(tǒng)整體運(yùn)行成本所帶來(lái)的成本增量(可為負(fù))，其價(jià)格對(duì)阻塞線路是否需要擴(kuò)容有重大的指導(dǎo)意義。
物理約束所產(chǎn)生的影子價(jià)格反映在真實(shí)的電力市場(chǎng)出清價(jià)格中，這也是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)里物理規(guī)則和市場(chǎng)規(guī)律的相互作用的重要體現(xiàn)。
原標(biāo)題：電能量與輔助服務(wù)市場(chǎng)的聯(lián)合優(yōu)化
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