電力現(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下的增量配電網(wǎng)售電公司儲(chǔ)能配置方法研究

葉洪波 凌曉波 王高琴 王世震

摘 要：我國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)步伐正不斷加快，在這一背景下，投資儲(chǔ)能成為增量配電網(wǎng)售電公司應(yīng)對(duì)現(xiàn)貨市場(chǎng)沖擊批發(fā)與零售市場(chǎng)電價(jià)的重要手段。增量配電網(wǎng)售電公司的運(yùn)營(yíng)核心就是投資回報(bào)率，精準(zhǔn)計(jì)算投資回報(bào)率是提高增量配電網(wǎng)售電公司儲(chǔ)能配置效益和售電經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)背景下，以投資回報(bào)率最大為目標(biāo)，提出了一種考慮投資回報(bào)和可調(diào)資源的增量配電網(wǎng)售電公司儲(chǔ)能配置方法。首先介紹了增量配電網(wǎng)售電公司的基本運(yùn)營(yíng)結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)能配置原理，提出了投資回報(bào)率和可調(diào)資源調(diào)節(jié)潛力的計(jì)算方法;其次建立了考慮投資回報(bào)和可調(diào)資源的儲(chǔ)能配置模型來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的選址定容，給出儲(chǔ)能的配置方案和運(yùn)行模式;最后，算例結(jié)果表明所提方法在保證同等運(yùn)營(yíng)收益增量的情況下，提高了投資回報(bào)率，驗(yàn)證了所提方法的有效性。

關(guān)鍵詞：電力現(xiàn)貨市場(chǎng);增量配電網(wǎng)售電公司;儲(chǔ)能配置;投資回報(bào);可調(diào)資源

0 引言

隨著我國(guó)電力市場(chǎng)化改革的深化，電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的建設(shè)步伐不斷加快，現(xiàn)貨市場(chǎng)的引入使得批發(fā)電價(jià)實(shí)時(shí)波動(dòng)，給零售市場(chǎng)帶來(lái)了挑戰(zhàn)與機(jī)遇，售電主體大量涌入，其中擁有增量配電網(wǎng)的售電公司成為售電公司的一種主要類型[1-3]。增量配電網(wǎng)售電公司作為一種新興的運(yùn)營(yíng)商，能夠通過(guò)規(guī)劃、運(yùn)行所轄配電網(wǎng)[4]來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的商業(yè)模式[5]，其中儲(chǔ)能是此類公司重點(diǎn)關(guān)注的投資對(duì)象[6]。

儲(chǔ)能是提高能源系統(tǒng)時(shí)空范圍優(yōu)化配置能力的有效手段[7]，但儲(chǔ)能配置的投資成本回收[8]是增量配電網(wǎng)售電公司運(yùn)營(yíng)中面臨的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

對(duì)于增量配電網(wǎng)售電公司來(lái)說(shuō)，配置儲(chǔ)能時(shí)，不僅要考慮短期的運(yùn)行效益，還要考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)的運(yùn)營(yíng)效益來(lái)回收過(guò)高的投資成本，這涉及長(zhǎng)時(shí)間尺度的規(guī)劃問(wèn)題，負(fù)荷曲線的變化不可忽視[9]，有必要兼顧儲(chǔ)能的投資回報(bào)和可調(diào)資源調(diào)節(jié)潛力對(duì)負(fù)荷曲線的影響開展增量配電網(wǎng)售電公司的儲(chǔ)能配置研究。

因此，針對(duì)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)引起的批發(fā)價(jià)格變化，如何長(zhǎng)遠(yuǎn)地考慮投資回報(bào)和可調(diào)資源調(diào)節(jié)潛力帶來(lái)的負(fù)荷變化投資儲(chǔ)能，是增量配電網(wǎng)售電公司運(yùn)營(yíng)過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。

近年來(lái)，在儲(chǔ)能的配置方面取得了諸多進(jìn)展。傳統(tǒng)研究一般集中在電力系統(tǒng)范疇，文獻(xiàn)[10]提出了輸電側(cè)儲(chǔ)能和輸電線路聯(lián)合魯棒規(guī)劃方法，并表明儲(chǔ)能對(duì)緩解輸電線路阻塞更為經(jīng)濟(jì)。文獻(xiàn)[11]提出了配網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能有效的配置方法。文獻(xiàn)[12]考慮電力系統(tǒng)對(duì)清潔能源的消納以及最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行儲(chǔ)能的配置。文獻(xiàn)[13]針對(duì)季節(jié)性儲(chǔ)能的優(yōu)化問(wèn)題，計(jì)及電/熱等多元儲(chǔ)能提出混合整數(shù)線性規(guī)劃方法。文獻(xiàn)[14]提出了一種集主動(dòng)配電網(wǎng)、天然氣網(wǎng)和能源樞紐為一體的綜合能源系統(tǒng)擴(kuò)展規(guī)劃方法。文獻(xiàn)[15]提出了一種考慮交通、天然氣和主動(dòng)配電網(wǎng)絡(luò)耦合的優(yōu)化規(guī)劃框架。文獻(xiàn)[16]以經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，考慮多種類型發(fā)電與儲(chǔ)能的約束條件，實(shí)現(xiàn)了多能流綜合利用與協(xié)同優(yōu)化。文獻(xiàn)[17]研究了考慮多能互補(bǔ)的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)多種儲(chǔ)能優(yōu)化配置。文獻(xiàn)[18]建立了含電、氣和熱三種儲(chǔ)能的微網(wǎng)綜合能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行模型。文獻(xiàn)[19]考慮電轉(zhuǎn)氣技術(shù)，針對(duì)經(jīng)濟(jì)性、可靠性和新能源消納率等多目標(biāo)，構(gòu)建了綜合儲(chǔ)能優(yōu)化配置模型。文獻(xiàn)[20]研究了蓄冷、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)電和混合儲(chǔ)能在冷熱電聯(lián)供（CCHP）機(jī)組和電制冷等設(shè)備多能互補(bǔ)協(xié)同運(yùn)行情況下的盈利策略，建立了全壽命周期的冷熱電儲(chǔ)能調(diào)度規(guī)劃雙層優(yōu)化模型。

以上研究主要是針對(duì)以電/熱負(fù)荷為終端的能源系統(tǒng)，考慮不確定性以及最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性和可行性，從系統(tǒng)角度對(duì)儲(chǔ)能配置方法進(jìn)行研究，缺乏對(duì)現(xiàn)貨背景帶來(lái)的增量配電網(wǎng)售電公司運(yùn)營(yíng)、投資回報(bào)率以及可調(diào)資源延緩?fù)顿Y的考慮，在考慮投資回報(bào)和可調(diào)資源的增量配電網(wǎng)售電公司的儲(chǔ)能配置方法方面鮮有涉及。

因此，本文在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)背景下，提出了一種考慮投資回報(bào)和可調(diào)資源的增量配電網(wǎng)售電公司儲(chǔ)能配置方法，有利于提高增量配電網(wǎng)售電公司運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性和儲(chǔ)能效益。首先，闡述了增量配電網(wǎng)售電公司的基本運(yùn)營(yíng)結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)能配置原理;其次，提出了投資回報(bào)率與可調(diào)資源調(diào)節(jié)潛力的計(jì)算方法;然后，建立了考慮投資回報(bào)和可調(diào)資源的增量配電網(wǎng)售電公司儲(chǔ)能配置模型;最后，基于算例對(duì)文章提出的方法進(jìn)行了驗(yàn)證和分析，結(jié)果表明，所提方法能夠利用可調(diào)資源延緩儲(chǔ)能的投資，在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)背景下，提高增量配電網(wǎng)售電公司整體的運(yùn)營(yíng)收益和投資回報(bào)率。

1 基本假設(shè)

1.1? ? 增量配電網(wǎng)售電公司的基本運(yùn)營(yíng)結(jié)構(gòu)

投資增量配電網(wǎng)的售電公司對(duì)所轄配網(wǎng)區(qū)域享有一定的運(yùn)營(yíng)權(quán)，在文獻(xiàn)[21]基礎(chǔ)上，本文構(gòu)建的增量配電網(wǎng)售電公司的基本運(yùn)營(yíng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要涉及電力批發(fā)（Power Wholesale，PW）、電力配送（Power Distribution，PD）和電力零售（Power Retail，PR）三種業(yè)務(wù)流程。PW主要是售電公司在所轄配電網(wǎng)絡(luò)與上級(jí)網(wǎng)絡(luò)銜接處批發(fā)電能;PD主要是售電公司通過(guò)調(diào)度所轄配電網(wǎng)配送電能;PR主要是售電公司向節(jié)點(diǎn)用戶零售電能，以滿足用戶生產(chǎn)生活的用能需求。

儲(chǔ)能在PD過(guò)程中能夠起到能量時(shí)移作用，能夠?qū)糌?fù)荷做一定的“削峰填谷”。其基本模型如下：

Ee，i，t=Ee，i，t-1+pce，i，tηce? ? （1）

0.2Ne，iEe，i，max≤Ee，i，t≤0.8Ne，iEe，i，max? ?（2）

0≤pce，i，t≤0.2Ne，iEe，i，max（3）

0≤pde，i，t≤0.2Ne，iEe，i，max （4）

式中：Ee，i，t為配網(wǎng)i節(jié)點(diǎn)處t時(shí)段儲(chǔ)能的剩余容量;pce，i，t為配網(wǎng)i節(jié)點(diǎn)處t時(shí)段儲(chǔ)能的充電功率;pde，i，t為配網(wǎng)i節(jié)點(diǎn)處t時(shí)段儲(chǔ)能的放電功率;ηce和ηde分別為儲(chǔ)能的充電和放電效率;Ne，i為配網(wǎng)i節(jié)點(diǎn)處t時(shí)段儲(chǔ)能的配置個(gè)數(shù)，為非負(fù)整型變量;Ee，i，max為配網(wǎng)i節(jié)點(diǎn)處儲(chǔ)能的單位容量。