風(fēng)力發(fā)電參與調(diào)頻市場(chǎng)的機(jī)制優(yōu)化及收益研究

劉秋華，方正聰，鄭亞先

（1.南京工程學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，南京 211167；2.南京工程學(xué)院電力工程學(xué)院，南京 211167；3.中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司，南京 210003）

0 引言

人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)和清潔能源重視程度日趨提高，風(fēng)電成為目前最理想也最具挑戰(zhàn)的能源之一［1-4］。2021 年全球風(fēng)電的累積裝機(jī)容量為837 GW，比2003 年提高了近15 倍。隨著風(fēng)電并網(wǎng)率的提高，頻率穩(wěn)定性問(wèn)題會(huì)阻礙新能源接入，我國(guó)大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)處于限制出力的運(yùn)行狀態(tài)［5］。國(guó)家能源局頒布相關(guān)文件［6-7］規(guī)定：30 MW 及以上的風(fēng)電場(chǎng)需具備自動(dòng)發(fā)電控制功能（automatic generation control，AGC）。風(fēng)電參與系統(tǒng)調(diào)頻不僅可以減少棄風(fēng)率，還能緩解系統(tǒng)的調(diào)頻壓力。國(guó)內(nèi)部分省市頒布了調(diào)頻市場(chǎng)交易規(guī)則［8-9］，對(duì)國(guó)內(nèi)新能源參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制進(jìn)行了補(bǔ)充完善，可從政策上助推風(fēng)電參與系統(tǒng)調(diào)頻。

目前變速恒頻風(fēng)電機(jī)組在全球風(fēng)電場(chǎng)中應(yīng)用較為廣泛。變速恒頻風(fēng)電機(jī)組需要采用附加控制方式才能響應(yīng)系統(tǒng)頻率變化［10］，主要通過(guò)控制風(fēng)電機(jī)組有功出力來(lái)實(shí)現(xiàn)，分為轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制和功率備用控制。轉(zhuǎn)子動(dòng)能控制采用的方法有虛擬慣性控制、下垂控制和綜合慣性控制［11-12］；功率備用控制采用變槳距角控制、超速控制以及二者協(xié)調(diào)的控制方法［13-14］。該方法通過(guò)控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)速和槳距角使風(fēng)機(jī)留有一定的功率備用來(lái)補(bǔ)償有功功率缺額。文獻(xiàn)［15］基于風(fēng)電場(chǎng)地形和風(fēng)速大小制定風(fēng)電機(jī)組不同的調(diào)頻方案，充分利用機(jī)組的備用容量完成頻率調(diào)整，為系統(tǒng)提供長(zhǎng)時(shí)間的功率支持。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)風(fēng)電參與系統(tǒng)調(diào)頻的研究主要集中在技術(shù)方面，涉及調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的相關(guān)研究較少。目前國(guó)內(nèi)輔助服務(wù)市場(chǎng)處于起步階段，現(xiàn)有的輔助服務(wù)市場(chǎng)主要針對(duì)常規(guī)電源設(shè)計(jì)［16-17］，無(wú)法有效衡量風(fēng)電參與系統(tǒng)調(diào)頻的真實(shí)容量，如何衡量風(fēng)電對(duì)調(diào)頻輔助服務(wù)的貢獻(xiàn)還缺乏具體的細(xì)則。目前已有國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)風(fēng)電參與輔助服務(wù)整體的成本展開(kāi)了研究［18-20］，但沒(méi)有研究風(fēng)電參與調(diào)頻輔助服務(wù)所引發(fā)的成本。美國(guó)PJM 電力市場(chǎng)對(duì)調(diào)頻市場(chǎng)主體報(bào)價(jià)進(jìn)行了調(diào)整［21-23］，但未考慮風(fēng)電出力波動(dòng)導(dǎo)致提供調(diào)頻容量可信度問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外學(xué)者分析了美國(guó)PJM、CAISO、ERCOT 等區(qū)域電力市場(chǎng)的調(diào)頻市場(chǎng)機(jī)制以及相關(guān)補(bǔ)償政策［24-27］，但未區(qū)分風(fēng)電參與調(diào)頻的方式，未制定合理的補(bǔ)償方案。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文對(duì)風(fēng)電參與調(diào)頻市場(chǎng)機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化和收益研究。首先，針對(duì)現(xiàn)有機(jī)制無(wú)法衡量風(fēng)電參與系統(tǒng)真實(shí)調(diào)頻容量的問(wèn)題，提出風(fēng)電調(diào)頻可信度指標(biāo)和綜合調(diào)頻性能指標(biāo)以衡量風(fēng)電對(duì)調(diào)頻服務(wù)的貢獻(xiàn)，并對(duì)現(xiàn)行補(bǔ)償機(jī)制優(yōu)化；其次，建立基于上述兩種指標(biāo)的風(fēng)電參與調(diào)頻市場(chǎng)的出清模型。為體現(xiàn)調(diào)頻市場(chǎng)主體提供調(diào)頻的真實(shí)容量和調(diào)頻資源的優(yōu)質(zhì)性，根據(jù)上述兩種指標(biāo)對(duì)容量和里程報(bào)價(jià)進(jìn)行修改，分析風(fēng)電參與調(diào)頻帶來(lái)的附加成本。最后，通過(guò)算例分析優(yōu)化機(jī)制前后對(duì)風(fēng)電參與調(diào)頻收益的影響，驗(yàn)證了本文所提優(yōu)化機(jī)制的有效性。

1 調(diào)頻可信度指標(biāo)及綜合調(diào)頻性能指標(biāo)

風(fēng)電作為間歇性發(fā)電的新能源，出于對(duì)風(fēng)電出力波動(dòng)性的考慮，衡量風(fēng)電參與系統(tǒng)調(diào)頻的真實(shí)容量對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性有一定的意義。本文提出了風(fēng)電調(diào)頻可信度指標(biāo)來(lái)衡量風(fēng)電對(duì)系統(tǒng)調(diào)頻的貢獻(xiàn)，結(jié)合機(jī)組的綜合調(diào)頻性能指標(biāo)進(jìn)一步衡量調(diào)頻資源的優(yōu)質(zhì)可靠性，對(duì)新型電力系統(tǒng)的建設(shè)有一定的促進(jìn)作用。

1.1 風(fēng)電調(diào)頻可信度指標(biāo)

由于風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各機(jī)組響應(yīng)調(diào)度的調(diào)頻指令有差異及受外部環(huán)境等相關(guān)因素影響，風(fēng)電出力受外部因素影響較大，風(fēng)電機(jī)組的實(shí)際出力與預(yù)測(cè)出力會(huì)有一定的偏差，風(fēng)電機(jī)組在參與調(diào)頻市場(chǎng)時(shí)采用預(yù)測(cè)出力值申報(bào)調(diào)頻容量，這種情況會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組在調(diào)頻市場(chǎng)中標(biāo)的調(diào)頻容量與最終提供的調(diào)頻容量有一定差距。理論上，風(fēng)電機(jī)組提供的真實(shí)調(diào)頻容量應(yīng)在事后根據(jù)實(shí)際的調(diào)用情況計(jì)算。然而事實(shí)上調(diào)頻市場(chǎng)的投標(biāo)是事前完成的，風(fēng)電機(jī)組需要提前對(duì)真實(shí)調(diào)頻容量進(jìn)行估值。

因此引入風(fēng)電調(diào)頻可信度指標(biāo)來(lái)衡量風(fēng)電參與調(diào)頻的真實(shí)容量。

式中：βi為風(fēng)電i當(dāng)前參與調(diào)頻的可信度指標(biāo)；R′c，i，n為風(fēng)電i在此次調(diào)頻前第n次收到AGC調(diào)度指令調(diào)頻量；Rc，i，n為風(fēng)電i此次調(diào)頻前第n次在調(diào)頻過(guò)程中實(shí)際提供的調(diào)頻量。時(shí)間跨度為近7 d。

1.2 綜合調(diào)頻性能指標(biāo)

隨著我國(guó)電力市場(chǎng)進(jìn)一步改革，調(diào)頻市場(chǎng)的需求將進(jìn)一步增大，許多新興能源將會(huì)參與到電力調(diào)頻服務(wù)中來(lái)，而任何能源的調(diào)頻服務(wù)質(zhì)量都需要對(duì)其效果進(jìn)行評(píng)估，因此引入綜合調(diào)頻性能指標(biāo)對(duì)于制定控制策略、考察運(yùn)行效果以及分析系統(tǒng)收益都尤為重要。

機(jī)組單次AGC 指令的調(diào)頻性能指標(biāo)可由式（2）得出［9］。

式中：kb，a，p為機(jī)組a第b次AGC 指令的調(diào)頻性能指標(biāo)；Va，b為機(jī)組a第b次的AGC 調(diào)節(jié)速率；Aa，b為機(jī)組a第b次的AGC 調(diào)節(jié)精度；Va，e為機(jī)組a的AGC 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)速率，風(fēng)電機(jī)組一般取10%Pe/min；Pe為風(fēng)電機(jī)組的額定容量［9］；Aa，e為機(jī)組a的AGC標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)精度，風(fēng)電機(jī)組一般取0.5%Pe［9］。

由機(jī)組單次調(diào)頻性能指標(biāo)可計(jì)算機(jī)組綜合調(diào)頻性能指標(biāo)［6］為：

式中：ka，p為機(jī)組a的綜合調(diào)頻性能指標(biāo)；M+a，b為機(jī)組a第b次AGC指令的正向調(diào)頻里程；n為機(jī)組a在運(yùn)行期間被AGC調(diào)用的次數(shù)。

目前國(guó)內(nèi)大部分調(diào)頻市場(chǎng)對(duì)市場(chǎng)主體的綜合調(diào)頻性能指標(biāo)都有準(zhǔn)入條件，一般要求參與調(diào)頻的市場(chǎng)主體綜合調(diào)頻性能指標(biāo)不低于0.53［8］。

2 補(bǔ)償機(jī)制分析及優(yōu)化

2.1 現(xiàn)有補(bǔ)償機(jī)制分析

參考江蘇電力輔助服務(wù)（調(diào)頻）市場(chǎng)交易規(guī)則［9］，該省調(diào)頻市場(chǎng)采用兩部制補(bǔ)償機(jī)制：容量補(bǔ)償+里程補(bǔ)償。

容量補(bǔ)償采取按日補(bǔ)償方式，按式（4）進(jìn)行計(jì)算。

式中：Fa，c、λa、Ra分別為機(jī)組a的基本補(bǔ)償費(fèi)用、AGC 投運(yùn)率和機(jī)組額定容量；Ya，c為基本補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。

式中：Fa，m、Ma分別為機(jī)組a參與調(diào)頻的補(bǔ)償費(fèi)用和該次調(diào)節(jié)過(guò)程的貢獻(xiàn)量；Ya，m為AGC 調(diào)用補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。

我國(guó)目前調(diào)頻輔助服務(wù)根據(jù)“兩個(gè)細(xì)則”執(zhí)行，只能反映機(jī)組的固有屬性，無(wú)法反映機(jī)組實(shí)際提供調(diào)頻服務(wù)的實(shí)際效果，無(wú)法體現(xiàn)輔助服務(wù)真實(shí)的價(jià)格，無(wú)法衡量風(fēng)電參與調(diào)頻的貢獻(xiàn)量。現(xiàn)有的補(bǔ)償機(jī)制比較固定［28-29］，對(duì)不同調(diào)頻主體類型并未制定不同的補(bǔ)償原則，導(dǎo)致常規(guī)能源機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)頻時(shí)存在收益少成本高［30］的問(wèn)題。

2.2 報(bào)價(jià)調(diào)整及補(bǔ)償機(jī)制優(yōu)化

調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)中各市場(chǎng)主體的報(bào)價(jià)無(wú)法體現(xiàn)各主體的真實(shí)調(diào)頻能力，導(dǎo)致報(bào)價(jià)較低但調(diào)頻性能較差的調(diào)頻資源先于報(bào)價(jià)較高但調(diào)頻性能較好的調(diào)頻資源中標(biāo)，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性會(huì)降低。因此需要使調(diào)頻性能較好的主體優(yōu)先中標(biāo)，在提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性的同時(shí)使調(diào)頻性能較好的主體獲得較高的收益，以此激勵(lì)各市場(chǎng)主體提供優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻資源。

在本模型中對(duì)調(diào)頻市場(chǎng)主體的調(diào)頻報(bào)價(jià)進(jìn)行了調(diào)整，降低優(yōu)質(zhì)調(diào)頻資源的報(bào)價(jià)，達(dá)到讓優(yōu)質(zhì)調(diào)頻資源優(yōu)先出清的目的，并采用邊際價(jià)格結(jié)算激勵(lì)市場(chǎng)主體提供優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻資源。

報(bào)價(jià)調(diào)整如下。

式中：ρ′c，a、ρ′m，a分別為機(jī)組a在調(diào)頻市場(chǎng)中調(diào)整后的容量、里程報(bào)價(jià)；ρ′c，a、ρ′m，a分別為機(jī)組a在調(diào)頻市場(chǎng)中原始的容量、里程報(bào)價(jià)；kmax為調(diào)頻市場(chǎng)所有主體中綜合調(diào)頻性能指標(biāo)的最大值；ka，p為機(jī)組a綜合調(diào)頻性能指標(biāo)；A為機(jī)組類別系數(shù)，當(dāng)市場(chǎng)主體為風(fēng)電時(shí)A為其調(diào)頻可信度指標(biāo)，當(dāng)市場(chǎng)主體為傳統(tǒng)能源時(shí)A為1。

線形生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目在施工過(guò)程中或多或少都會(huì)存在占?jí)汉蛿_動(dòng)土地和植被的現(xiàn)象，使原有水土保持設(shè)施的功能降低或喪失，加重原有地表水土流失。線形生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目包括鐵路、公路、輸氣管線、輸油管線、輸變電線路等，其水土流失常以“點(diǎn)狀”和“線形”綜合的形式出現(xiàn)，具有水土流失量大、集中突發(fā)性強(qiáng)、危害大等特點(diǎn)。

在新型電力市場(chǎng)環(huán)境下，為保證系統(tǒng)具有更優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻資源，鼓勵(lì)各市場(chǎng)主體積極參與系統(tǒng)調(diào)頻，需要對(duì)調(diào)頻市場(chǎng)相關(guān)機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化，使優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻資源能夠得到較高的收益，同時(shí)也激勵(lì)市場(chǎng)主體提供更好的調(diào)頻資源。在原有補(bǔ)償機(jī)制上對(duì)與調(diào)頻里程補(bǔ)償進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。

式中：F′a，m為機(jī)組a的調(diào)頻里程補(bǔ)償；Da為機(jī)組a的中標(biāo)調(diào)頻里程；ka，p為機(jī)組a當(dāng)天的綜合調(diào)頻性能指標(biāo)；ρm為補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。

3 風(fēng)電參與調(diào)頻市場(chǎng)的出清模型

3.1 目標(biāo)函數(shù)

以電網(wǎng)調(diào)度購(gòu)買調(diào)頻輔助服務(wù)費(fèi)用最小為目標(biāo)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)如式（9）所示。

式中：下標(biāo)W、T 分別代表風(fēng)電和傳統(tǒng)能源機(jī)組；XW，i、XT，j分別為風(fēng)電機(jī)組i和傳統(tǒng)能源機(jī)組j提供調(diào)頻服務(wù)狀態(tài)變量，1 表示提供，0 表示不提供；kW，i，p、kT，j，p分別為風(fēng)電機(jī)組i和傳統(tǒng)能源機(jī)組j的綜合調(diào)頻性能指標(biāo)；ρW，up，c，i、ρW，dn，c，i、ρW，up，m，i、ρW，dn，m，i和ρT，up，c，j、ρT，dn，c，j、ρT，up，m，j、ρT，dn，m，j分別為風(fēng)電機(jī)組i和傳統(tǒng)能源機(jī)組j上、下調(diào)頻容量報(bào)價(jià)和上、下調(diào)頻里程報(bào)價(jià)；RW，up，c，i、RW，dn，c，i、RW，up，m，i、RW，dn，m，i和RT，up，c，j、RT，dn，c，j、RT，up，m，j、RT，dn，m，j分別為風(fēng)電機(jī)組i和傳統(tǒng)能源機(jī)組j在調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)中標(biāo)的上、下調(diào)頻容量值和上、下調(diào)頻里程值；NW、NT分別為風(fēng)電機(jī)組和傳統(tǒng)能源機(jī)組的數(shù)量。

3.2 約束條件

1）系統(tǒng)運(yùn)行約束

（1） 容量約束

式中：Rup，c、Rdn，c分別為系統(tǒng)所需的上、下調(diào)頻容量；Rup，m、Rdn，m分別為系統(tǒng)所需的上、下調(diào)頻里程值；Sup，s、Sdn，s分別為系統(tǒng)歷史上、下調(diào)頻里程系數(shù)，表示系統(tǒng)單位調(diào)頻容量所調(diào)用的調(diào)頻里程值，可根據(jù)近期間歷史數(shù)據(jù)，由總調(diào)頻里程值比總調(diào)頻容量得到；βi為風(fēng)電i當(dāng)前參與調(diào)頻的可信度指標(biāo)。

2）傳統(tǒng)能源機(jī)組運(yùn)行約束

（1） 容量約束

（2） 里程約束

式中：PT，j、PT，j，max、PT，j，min分別為傳統(tǒng)能源機(jī)組j的 實(shí) 際 出 力、最 大 和 最 小 出 力；PT，up，c，j、PT，up，c，j分別為傳統(tǒng)能源機(jī)組j日前所申報(bào)的上、下調(diào)頻容量；ST，up，j、ST，dn，j分別為傳統(tǒng)能源機(jī)組j的歷史上、下調(diào)頻里程調(diào)用系數(shù)。

3）風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行約束

（1） 容量約束

（2） 里程約束

式中：PW，i、PW，i，max、PW，i，min分別為風(fēng)電機(jī)組i的實(shí)際出力、最大和最小出力；PW，up，c，i、PW，dn，c，i分別為風(fēng)電機(jī)組i日前所申報(bào)的上、下調(diào)頻容量；SW，up，i、SW，dn，i分別為風(fēng)電機(jī)組i的歷史上、下調(diào)頻里程調(diào)用系數(shù)。

4 風(fēng)電參與調(diào)頻的成本及收益分析

4.1 風(fēng)電調(diào)頻成本構(gòu)成

風(fēng)電參與調(diào)頻的成本主要包括設(shè)備投資成本、效率損失成本和機(jī)會(huì)成本。

1）設(shè)備投資成本是指為了保障機(jī)組提供合格的調(diào)頻服務(wù)，發(fā)電商投入AGC 控制裝置所花費(fèi)的資金及其相關(guān)的費(fèi)用。AGC投資成本為：

式中：CAGC為AGC 設(shè)備成本；C為AGC 設(shè)備購(gòu)買和安裝費(fèi)用；PC為機(jī)組在調(diào)頻時(shí)提供的調(diào)頻容量；t為機(jī)組年平均調(diào)頻利用小時(shí)數(shù)；h為發(fā)電場(chǎng)生命周期；r為貼現(xiàn)率，取值為8%。

2）效率損失成本是指機(jī)組因預(yù)留調(diào)頻容量而脫離最佳運(yùn)行點(diǎn)運(yùn)行產(chǎn)生的成本。機(jī)組i在Δt時(shí)間段內(nèi)造成的效率損失成本為：

式中：Closs為效率損失成本；fi( ?)為機(jī)組i的發(fā)電成本函數(shù)；P′i為機(jī)組i參與AGC 調(diào)節(jié)過(guò)程的出力；Pi為機(jī)組不參與AGC 調(diào)節(jié)的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)出力；Δt為機(jī)組i參加AGC調(diào)節(jié)的時(shí)間。

3）機(jī)會(huì)成本主要是指調(diào)頻資源由于提供調(diào)頻而不能完全參與能量市場(chǎng)而導(dǎo)致的損失。風(fēng)電因參與調(diào)頻市場(chǎng)而產(chǎn)生的機(jī)會(huì)成本為：

式中：Cloc為機(jī)組的機(jī)會(huì)成本；PLMP為預(yù)測(cè)邊際節(jié)點(diǎn)電價(jià)；PED為機(jī)組在設(shè)定點(diǎn)提供全部調(diào)頻容量所對(duì)應(yīng)的價(jià)格；ΔP為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)與調(diào)頻備用點(diǎn)的有功差額。

4.2 風(fēng)電參與調(diào)頻的收益

風(fēng)電參與調(diào)頻的收益由市場(chǎng)出清收益和補(bǔ)償收益構(gòu)成，風(fēng)電參與調(diào)頻的凈收益則需要在此基礎(chǔ)上扣除風(fēng)電參與調(diào)頻所引發(fā)的成本。風(fēng)電參與調(diào)頻獲得的凈收益能反映風(fēng)電參與調(diào)頻的積極性，一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)電參與調(diào)頻的凈收益越高則參與調(diào)頻的積極性也越高。

風(fēng)電參與某調(diào)頻時(shí)段的凈收益為：

式中：E為調(diào)頻時(shí)段總收益；E1為調(diào)頻市場(chǎng)出清的收益；Fm為里程補(bǔ)償費(fèi)用；CAGC、Closs、Cloc、CS分別為設(shè)備成本、效率損失成本、機(jī)會(huì)成本和配置儲(chǔ)能設(shè)備成本。由于容量補(bǔ)償是按日補(bǔ)償且金額較低，因此在計(jì)算總收益時(shí)忽略不計(jì)。

5 風(fēng)電參與調(diào)頻市場(chǎng)收益算例分析

現(xiàn)假設(shè)某系統(tǒng)某調(diào)度時(shí)段調(diào)頻需求如下。

1） 系統(tǒng)上調(diào)頻容量需求：60 MW；

2） 系統(tǒng)下調(diào)頻容量需求：60 MW；

3） 系統(tǒng)上調(diào)頻里程需求：150 MW；

4） 系統(tǒng)下調(diào)頻里程需求：150 MW。

風(fēng)電和傳統(tǒng)能源分別以風(fēng)電商和傳統(tǒng)能源商的形式參與調(diào)頻市場(chǎng)。該時(shí)刻調(diào)頻市場(chǎng)各主體性能指標(biāo)和報(bào)價(jià)信息如表1 所示，其中W1、W2、W3 均為不配置儲(chǔ)能的風(fēng)電商，其可信度指標(biāo)分別為0.85、0.9、0.95；W4為配置了儲(chǔ)能的風(fēng)電商，其可信度指標(biāo)為1；TH1、TH2為傳統(tǒng)能源機(jī)組。

表1 各市場(chǎng)主體報(bào)價(jià)及相關(guān)指標(biāo)信息Tab.1 Quotations of each market member and related index information

為保證優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻資源優(yōu)先出清，本文將里程報(bào)價(jià)范圍設(shè)定在7～12元/MW。

經(jīng)過(guò)調(diào)整報(bào)價(jià)后的市場(chǎng)各主體報(bào)價(jià)信息如表2所示。從表2 可看出，由于傳統(tǒng)能源商有著較好的調(diào)頻性能，其調(diào)整后的報(bào)價(jià)較低，可以在調(diào)頻市場(chǎng)中優(yōu)先出清；不含儲(chǔ)能的風(fēng)電商由于存在可信度問(wèn)題，導(dǎo)致其調(diào)整后的報(bào)價(jià)較高，難以在調(diào)頻市場(chǎng)中優(yōu)先出清。因此，風(fēng)電可以通過(guò)提升自身的可信度指標(biāo)、綜合調(diào)頻性能指標(biāo)和降低報(bào)價(jià)使其在調(diào)頻市場(chǎng)中優(yōu)先出清。

表2 各市場(chǎng)主體調(diào)整報(bào)價(jià)后相關(guān)信息Tab.2 Relevant information after the adjustment of quotations by each market member 元/MW

本文采用YALMIP 工具箱編寫變量、約束條件以及優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的程序，并調(diào)用CPLEX12.8 求解器在MATLAB2016a中求解模型。

分別對(duì)調(diào)整報(bào)價(jià)前和調(diào)整報(bào)價(jià)后的各市場(chǎng)主體調(diào)頻服務(wù)進(jìn)行出清，出清結(jié)果如表3—4所示。

表3 未調(diào)整報(bào)價(jià)各市場(chǎng)主體出清結(jié)果Tab.3 Unadjusted quotation results of each market member MW

從表3可以看出，未考慮風(fēng)電可信度以及市場(chǎng)主體調(diào)頻性能指標(biāo)，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻資源無(wú)法出清中標(biāo)，系統(tǒng)無(wú)法獲取優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻輔助服務(wù)。從表4看出，在考慮了風(fēng)電可信度指標(biāo)以及市場(chǎng)主體的調(diào)頻性能指標(biāo)后，較為優(yōu)質(zhì)的傳統(tǒng)能源機(jī)組優(yōu)先中標(biāo)出清，配置儲(chǔ)能的W4風(fēng)電商因?yàn)榭尚哦容^高，優(yōu)先于可信度較低的風(fēng)電中標(biāo)出清。相同報(bào)價(jià)的風(fēng)電商W1和W2，由于W1調(diào)頻可信度指標(biāo)較低，導(dǎo)致W2優(yōu)先中標(biāo)。

表4 調(diào)整報(bào)價(jià)后各市場(chǎng)主體出清結(jié)果Tab.4 Clearing results of each market member after adjusting the quotation MW

調(diào)整報(bào)價(jià)前后各調(diào)頻市場(chǎng)主體的收益如圖1 所示。采用優(yōu)化后的補(bǔ)償機(jī)制和引入報(bào)價(jià)修改后，TH1 前后收益差額達(dá)到713.5 元，這是因?yàn)門H1 機(jī)組調(diào)頻性能較佳，其初始報(bào)價(jià)較高，在原有補(bǔ)償機(jī)制下的中標(biāo)容量較少，在考慮風(fēng)電調(diào)頻可信度問(wèn)題以及機(jī)組調(diào)頻性能之后，TH1 的報(bào)價(jià)在參與調(diào)頻的市場(chǎng)主體中較低，中標(biāo)容量較高，增加其調(diào)頻收益。W1 調(diào)頻可信度指標(biāo)較低，導(dǎo)致其在采用優(yōu)化補(bǔ)償機(jī)制下的收益減少76 元。由于配置儲(chǔ)能的成本過(guò)高，W4 調(diào)頻成本增加，導(dǎo)致收益低于W2 和W3。優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻資源能夠獲得較高的收益，以此可激勵(lì)各調(diào)頻市場(chǎng)主體提供優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻資源。

圖1 優(yōu)化機(jī)制前后各售電商的收益Fig.1 Revenue of each e-commerce company before and after the optimization mechanism

1）調(diào)頻可信度指標(biāo)對(duì)W1 中標(biāo)情況以及收益影響結(jié)果如圖2—3圖所示。

圖2 W1調(diào)頻可信度指標(biāo)對(duì)中標(biāo)情況的影響Fig.2 Impacts of the W1 frequency regulation credibility indexes on the bid winning condition

圖3 W1可信度指標(biāo)對(duì)收益的影響Fig.3 The impacts of the W1 frequency regulation credibility indexes on revenue

從圖2—3 中可以看出：在系統(tǒng)調(diào)頻的需求下，W1調(diào)頻可信度指標(biāo)從0.85增加到0.95時(shí)，表明W1能夠提供較為可靠的調(diào)頻資源。W1的中標(biāo)容量由3 MW提升到19 MW，其收益由133.9元提高到859.5元。因此，引入風(fēng)電調(diào)頻可信度指標(biāo)可以衡量風(fēng)電參與調(diào)頻服務(wù)的可靠性，提高風(fēng)電參與調(diào)頻的積極性。

2）綜合調(diào)頻性能指標(biāo)對(duì)W1 中標(biāo)容量以及收益影響結(jié)果如圖4—5所示。

圖4 W1綜合調(diào)頻性能指標(biāo)對(duì)中標(biāo)情況的影響Fig.4 The impacts of W1 comprehensive frequency regulation performance indexes on the bid winning condition

從圖4—5 可以看出，在系統(tǒng)調(diào)頻的需求下W1綜合調(diào)頻性能指標(biāo)從1.8增加到2.5時(shí)，表明W1能夠提供較為優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻資源。W1 的中標(biāo)容量由3 MW 提升到20 MW，其收益由133.9 元提高到1 023.1 元。綜合調(diào)頻性能指標(biāo)越高，市場(chǎng)主體提供的調(diào)頻資源越優(yōu)質(zhì)，收益也隨之提高。

6 結(jié)論

本文針對(duì)目前調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制無(wú)法有效衡量風(fēng)電參與調(diào)頻的真實(shí)容量問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)行的調(diào)頻輔助機(jī)制進(jìn)行分析及優(yōu)化，引入風(fēng)電調(diào)頻可信度指標(biāo)及綜合調(diào)頻性能指標(biāo)對(duì)容量和里程報(bào)價(jià)修改。建立風(fēng)電參與調(diào)頻市場(chǎng)出清模型，通過(guò)算例分析得出以下結(jié)論。

1） 引入風(fēng)電調(diào)頻可信度指標(biāo)和綜合調(diào)頻性能指標(biāo)可以衡量風(fēng)電參與調(diào)頻的真實(shí)容量。

2） 修改報(bào)價(jià)模式可以使優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻資源優(yōu)先出清，從而保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3） 風(fēng)電參與調(diào)頻市場(chǎng)可以通過(guò)提高可信度指標(biāo)及綜合調(diào)頻性能指標(biāo)來(lái)獲得較高的調(diào)頻收益，以此提高風(fēng)電參與系統(tǒng)調(diào)頻的積極性。

本文僅針對(duì)風(fēng)電參與調(diào)頻市場(chǎng)機(jī)制展開(kāi)研究，目前部分省市允許儲(chǔ)能參與系統(tǒng)調(diào)頻，后續(xù)可以開(kāi)展風(fēng)儲(chǔ)配合參與系統(tǒng)調(diào)頻市場(chǎng)的機(jī)制研究。