分布式資源在電力輔助服務(wù)市場的參與機制研究

成謙　易瀟然　夏敏麗

摘? 要：隨著我國能源發(fā)展戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)型，分布式資源未來將會成我國能源結(jié)構(gòu)的主體。因此研究分布式資源在電力輔助服務(wù)市場的參與機制是十分必要的。結(jié)合輔助服務(wù)和分布式資源的發(fā)展需求提出了分布式資源聚合商的概念，首先分析了DRA的特點及優(yōu)勢，然后闡述了DRA的架構(gòu)，接著對DRA的關(guān)鍵技術(shù)進行分析，最后對DRA未來的發(fā)展進行了展望。

關(guān)鍵詞：分布式資源;聚合商;電力市場;輔助服務(wù)

中圖分類號：TP311.1? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）17-0172-03

Abstract： With the transformation of my countrys energy development strategy， distributed resources will become the main body of my countrys energy structure in the future. Therefore， it is very necessary to study the participation mechanism of distributed resources in the power auxiliary service market. This paper puts forward the concept of Distributed Resource Aggregator （DRA） in combination with the development needs of ancillary services and distributed resources. Firstly， the characteristics and advantages of DRA are analyzed， then the architecture of DRA is described， then the key technologies of DRA are analyzed， and finally the future development of DRA is prospected.

Keywords： distributed resource; aggregator; power market; ancillary service

0? 引? 言

電力輔助服務(wù)是指為維護電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，除正常電能生產(chǎn)、輸送、使用外，由發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)和電力用戶提供的服務(wù)，包括：一次調(diào)頻、自動發(fā)電控制（AGC）、調(diào)峰、無功調(diào)節(jié)等。

不斷完善電力輔助服務(wù)補償機制，持續(xù)推動電力輔助服務(wù)市場建設(shè)，是國家能源局深化電力體制改革、推進電力市場建設(shè)方面的重要工作之一。近年來，隨著全球環(huán)境惡化，許多國家都相繼提出向能源清潔化轉(zhuǎn)型的目標(biāo)，我國也在聯(lián)合國大會上提出了雙碳目標(biāo)及構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的目標(biāo)。這將重塑電網(wǎng)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，且大大提高系統(tǒng)的運行復(fù)雜性，同時也對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提出了更高要求。因此研究分布式資源參與電力輔助服務(wù)市場機制是十分必要的。

對于單一的分布式資源來說，由于其自身容量較小且部分分布式資源出力具有隨機性，因此單一的分布式資源參與電力輔助服務(wù)市場具有一定的難度。部分學(xué)者提出了分布式資源聚合商（Distributed Resource Aggregator， DRA）的概念，即聚合商通過對一定區(qū)域內(nèi)分布式資源進行聚合，代理其參加電力輔助服務(wù)市場。因此本文首先介紹了DRA的特點及優(yōu)勢，接著分析了DRA的架構(gòu)組成，最后對DRA參與電力輔助服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)進行分析。

1? DRA的特點及優(yōu)勢

DRA的主要目標(biāo)是對電源側(cè)分布式資源進行聚合優(yōu)化出力，通過加密通信技術(shù)，人工智能，大數(shù)據(jù)處理等技術(shù)對區(qū)域內(nèi)分布式資源進行運行管理。

DRA作為響應(yīng)電網(wǎng)及協(xié)調(diào)分布式資源的中間層級發(fā)揮著重要的作用，其具有以下特點：

（1）多元性：區(qū)域內(nèi)分布式資源類型差異大，因此DRA接入的分布式資源具有多元化。

（2）智能性：DRA接入分布式資源后為保證其協(xié)調(diào)優(yōu)化運行，在接入其運行數(shù)據(jù)后需要通過數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)挖掘、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)充分挖掘分布式資源價值。

（3）可擴展性：DRA通過通信設(shè)備將區(qū)域內(nèi)一定數(shù)量分布式資源接入，但隨著分布式資源的增加，DRA也需具備一定的可擴展性來接納分布式資源。

DRA具有以下優(yōu)點：

（1）對分布式資源而言，單一的分布式資源容量小且出力隨機難以參與電力市場輔助服務(wù)，通過DRA聚合區(qū)域內(nèi)分布式資源則使其參與電力市場輔助服務(wù)成為可能。

（2）對電網(wǎng)而言，區(qū)域內(nèi)接入大量分布式資源后由于其出力的隨機性導(dǎo)致其可能影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。通過DRA聚合區(qū)域內(nèi)分布式資源進行聚合引導(dǎo)則大大降低對電網(wǎng)的威脅。

（3）對DRA而言，DRA無須大量投資建設(shè)分布式資源即可參與電力輔助服務(wù)市場，只需對接入的分布式資源進行聚合管理參與電力市場獲取收益。

2? DRA的架構(gòu)

DRA的架構(gòu)如圖1所示，主要包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)分析層、平臺決策層。

數(shù)據(jù)采集層主要是對區(qū)域內(nèi)接入的不同類型分布式資源的，獲取其運行關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如設(shè)備運行電壓、電流及功率等，同時為保證設(shè)備運行安全，還需要獲取設(shè)備的環(huán)境信息，如設(shè)備運行溫度、環(huán)境溫度、煙霧報警等安防環(huán)境信息。

數(shù)據(jù)分析層主要對采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)進行基礎(chǔ)展示及相關(guān)分析。由于不同分布式資源負(fù)荷特性存在差異，因此首先對不同類型分布式資源進行建模，對分布式資源出力特性歸一化處理，以便于進行能效分析等高級分析功能，以便于DRA掌握各分布式資源運行效率。同時數(shù)據(jù)分析層需根據(jù)各分布式資源的歷史收益對不同類型分布式資源進行收益分析，可為DRA在接入分布式資源時提供參考。

平臺決策層，首先需要對區(qū)域內(nèi)接入的分布式資源進行整合以發(fā)揮最大效用，如對光伏和儲能進行協(xié)調(diào)配合發(fā)揮其最大效用以達(dá)到經(jīng)濟效益最大化，因此需要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型。同時平臺決策層在參與電力輔助服務(wù)市場時可通過需求響應(yīng)的形式進行參與，而在DRA和電力輔助服務(wù)市場，DRA和接入的分布式資源之間在需求響應(yīng)時之間的交互流程也是順利參與的關(guān)鍵。DRA作為中間層發(fā)揮著十分重要的作用。最后DRA平臺決策層還需具備收益結(jié)算的功能，對上對接入的分布式資源參與電力輔助服務(wù)進行收益結(jié)算，對下則對參與電力輔助服務(wù)的分布式資源進行收益結(jié)算。

3? DRA的運營模式

DRA作為電網(wǎng)和分布式資源之間的中間層級。在電網(wǎng)和DRA之間，首先電網(wǎng)側(cè)和DRA之間要建立相關(guān)的通信通道以支撐兩者之間的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通信;其次雙方需簽訂的相應(yīng)的輔助服務(wù)合同，明確各種輔助服務(wù)補貼明細(xì)，其中包括補償電量、補償時間、響應(yīng)速度、結(jié)算流程等;接著在電網(wǎng)側(cè)有調(diào)峰調(diào)頻等運行需求時向DRA發(fā)起相關(guān)申請指令，DRA則根據(jù)自身情況進行響應(yīng)，最后雙方根據(jù)合同明細(xì)進行補貼結(jié)算;DRA針對電力系統(tǒng)發(fā)電側(cè)、輸電側(cè)及用戶側(cè)的不同需求提供相應(yīng)不同的不同部分相應(yīng)提供不同的輔助服務(wù)，具體如圖2所示。

在DRA和分布式資源用戶之間，DRA首先需要與不同類型的分布式資源用戶達(dá)成相關(guān)代理合同，主要就DRA操作權(quán)限、結(jié)算補貼金額、結(jié)算方式等達(dá)成一致;其次DRA需要對各個分布式資源安裝智能數(shù)據(jù)采集終端以獲取分布式資源運行數(shù)據(jù);接著DRA在響應(yīng)電網(wǎng)側(cè)輔助服務(wù)時協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)分布式資源參與響應(yīng);最后雙方根據(jù)合同內(nèi)容進行補貼結(jié)算。因此，總體而言分布式資源聚合商與分布式資源用戶之間主要根據(jù)電力輔助服務(wù)市場需求跟隨聚合商指令，內(nèi)部資源收益分配，并基于不同類型分布式資源的歷史運行數(shù)據(jù)進行相應(yīng)分析進而為其提供能效收益分析。

在完成對電網(wǎng)側(cè)和分布式資源側(cè)的相關(guān)業(yè)務(wù)后，對DRA來說自身不僅是負(fù)荷集成商，更是數(shù)據(jù)集成商。DRA掌握著大量的不同類型分布式資源運行數(shù)據(jù)和電網(wǎng)側(cè)運行需求數(shù)據(jù)，DRA要運用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)挖掘分布式資源側(cè)潛力，為電網(wǎng)側(cè)開發(fā)相關(guān)增值業(yè)務(wù)，充分發(fā)揮作為數(shù)據(jù)集成商的優(yōu)勢。

4? DRA關(guān)鍵技術(shù)

4.1? 多源數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是分布式資源聚合商建立最為基礎(chǔ)也是最為重要的一個環(huán)節(jié)。分布式資源由于類型及生產(chǎn)廠家的差異，導(dǎo)致各分布式資源數(shù)據(jù)接口，通信協(xié)議等復(fù)雜，因此需要開發(fā)適應(yīng)不同類型的分布式資源數(shù)據(jù)采集終端（Distributed Resource Data Collection Terminal， DRDCT）。

同時由于分布式資源每天運行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大，因此對DRDCT的數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)通信能力提出一定的要求，同時具備一定的邊緣計算能力以緩解平臺數(shù)據(jù)處理壓力。

為保證DRA數(shù)據(jù)安全性及穩(wěn)定運行，DRDCT對上通信過程對通信數(shù)據(jù)也需對通信數(shù)據(jù)具備加密功能以保障平臺數(shù)據(jù)安全，同時DRDCT需具備后備電源以保證在分布式資源因故障斷電時DRDCT仍具備數(shù)據(jù)出力及通信能力。

4.2? 多源數(shù)據(jù)融合分析

多源數(shù)據(jù)融合指利用相關(guān)手段將調(diào)查、分析獲取到的所有信息全部綜合到一起，并對信息進行統(tǒng)一的評價，最后得到統(tǒng)一的信息的技術(shù)。多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)的目的是將各種不同的數(shù)據(jù)信息進行綜合，吸取不同數(shù)據(jù)源的特點然后從中提取出統(tǒng)一的，比單一數(shù)據(jù)更好、更豐富的信息。

分布式資源由于負(fù)荷特性各異且數(shù)據(jù)差異化大，對采集到的多源數(shù)據(jù)進行有效分析獲取有價值的信息是關(guān)鍵。因此需要采用多源數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過對多源數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分類等數(shù)據(jù)處理技術(shù)來深挖分布式資源大量運行數(shù)據(jù)后的潛在價值。通過對大量多源化數(shù)據(jù)進行處理挖掘有價值的信息，為運行分析、設(shè)備運維及故障處理等提供有價值的參考信息。

4.3? 數(shù)據(jù)加密通信

目前我國的電力系統(tǒng)已與網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)完成高度連接，網(wǎng)絡(luò)信息能否安全管理直接影響著電力系統(tǒng)的正常運行。但是實際情況是信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)屬性存在一定的問題，其在信息安全保護方面相對較弱，這就使得電力網(wǎng)絡(luò)極易被入侵發(fā)生信息泄露等危險事故。而引起信息安全的主要原因有在日常網(wǎng)絡(luò)管理工作中出現(xiàn)安全隱患最終將客戶信息外泄。

分布式資源由于空間分散較為隨機，所處環(huán)境復(fù)雜，考慮現(xiàn)實及經(jīng)濟因素數(shù)據(jù)傳輸一般通過無線進行通信，而通過無線通信一般先經(jīng)過公網(wǎng)的通信基站傳輸至信息中心防火墻，之后經(jīng)過交換機進入內(nèi)網(wǎng)。在此背景下，從數(shù)據(jù)整體通信來看，分布式資源數(shù)據(jù)采集經(jīng)過公網(wǎng)的部分存在較大的數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險，為了提高計算機網(wǎng)絡(luò)通信安全，必須加強加密技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新。

4.4? 優(yōu)化決策模型

在現(xiàn)實經(jīng)濟工程場景中，由于受制約因素，不同主體的目標(biāo)也不相同，因此需要研究在既定目標(biāo)下，如何最有效地利用各種資源，或者在資源有限制的條件下，如何取得最好的效果。也即首先要確定決策變量和目標(biāo)變量，接著確定目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式，最后尋找約束條件。

接入的分布式資源由于負(fù)荷特性差異導(dǎo)致其出力特性也存在差異，因此為充分發(fā)揮分布式資源的價值，首先需要對區(qū)域內(nèi)分布式資源進行組合優(yōu)化，根據(jù)不同的電力市場交易場景目標(biāo)，利益主體等情況建立針對數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，以使分布式資源協(xié)調(diào)配合達(dá)到最優(yōu)的目標(biāo)。

5? 結(jié)? 論

分布式資源由于其空間分布隨機且部分類型分布式資源出力隨機，因此單一的分布式資源難以有效參與電力市場輔助服務(wù)。本文提出了分布式資源聚合商（Distributed Resource Aggregator， DRA）的概念分析了DRA的特點及優(yōu)勢、DRA的架構(gòu)及DRA的關(guān)鍵技術(shù)。

由于我國雙碳目標(biāo)的提出及構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)目標(biāo)的提出，分布式資源未來一定呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，而其參與電力市場較未可行的方式即為通過DRA的方式。未來DRA應(yīng)更加聚焦于多源數(shù)據(jù)融合分析及改善優(yōu)化決策模型，基于數(shù)據(jù)開發(fā)更多應(yīng)用功能，對分布式資源進行精細(xì)化管理以更加充分挖掘電源側(cè)分布式資源的潛力。

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作者簡介：成謙（1993—），男，漢族，陜西西安人，售電管理工程師，本科，研究方向：電力市場與電力改革;易瀟然（1990—），女，漢族，湖北宜昌人，能源技術(shù)工程師，碩士研究生，研究方向：新能源與電力市場;夏敏麗（1981—），女，漢族，吉林榆樹人，電力市場工程師，本科，研究方向：新能源與電力市場。