基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“動(dòng)態(tài)可控負(fù)荷參與電力系統(tǒng)調(diào)頻輔助服務(wù)理論與方法研究”; 南瑞集團(tuán)智能電網(wǎng)保護(hù)與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目“大規(guī)模清潔能源跨省區(qū)消納的市場機(jī)制”; 寧夏電力交易中心科技項(xiàng)目“電力市場環(huán)境下促進(jìn)新能源消納的多元化交易機(jī)制”;

文章編號(hào):1000-3673（2019）08-2711-07中圖分類號(hào):TM73

（來源：電網(wǎng)技術(shù) 作者：喻潔1, 劉云仁2, 楊家琪1, 高賜威1, 楊穎霞3, 丁恰4）

1．東南大學(xué) 電氣工程學(xué)院,江蘇省 南京市 210096

2．加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商CAISO,美國 加利福尼亞州 95757

3．布雷托咨詢公司,美國 華盛頓哥倫比亞特區(qū) 20036

4．南瑞集團(tuán)有限公司,江蘇省 南京市 210096

摘要

當(dāng)前我國正處于新一輪電力體制改革的關(guān)鍵時(shí)期,完善的輔助服務(wù)市場是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的機(jī)制保障,解析國外電力市場輔助服務(wù)的發(fā)展歷程對我國電力市場建設(shè)具有重要的借鑒意義。首先介紹了加州輔助服務(wù)市場發(fā)展歷史及其輔助服務(wù)的種類,然后對比分析了兩種輔助服務(wù)的出清方法：分離順序法和協(xié)同優(yōu)化法及其各自的優(yōu)缺點(diǎn);并結(jié)合加州新能源發(fā)展,介紹了應(yīng)對新能源發(fā)電出力不確定性的新型輔助服務(wù)產(chǎn)品——靈活爬坡產(chǎn)品;最后分析了美國加州輔助服務(wù)市場對于中國現(xiàn)貨市場的可借鑒性并提出了建議。

關(guān)鍵詞 :輔助服務(wù)市場;分離順序法;協(xié)同優(yōu)化法;靈活爬坡產(chǎn)品;

0 引言

輔助服務(wù)是保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ),輔助服務(wù)市場是完善的電力市場中不可缺少的功能。在新一輪電改的背景下,我國在電力市場改革的起步階段,也逐步開始建設(shè)輔助服務(wù)市場[1]。長久以來我國大多數(shù)地區(qū)的調(diào)頻服務(wù)是按照計(jì)劃體制下的輔助服務(wù)“兩個(gè)細(xì)則”進(jìn)行考核,并按照規(guī)定的價(jià)格進(jìn)行補(bǔ)償而并非通過市場方式[2]。其中較低的補(bǔ)償價(jià)格無法提高市場主體提供調(diào)頻輔助服務(wù)的積極性。此外,隨著電力市場的進(jìn)一步完善和發(fā)展,僅依靠調(diào)頻輔助服務(wù)還是無法滿足保證電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行的需求,需要建設(shè)多時(shí)間尺度、多類型交易品種完善的輔助服務(wù)市場機(jī)制。因此,在考慮中國實(shí)際情況的前提下,輔助服務(wù)市場的建設(shè)非常有必要吸取國外的經(jīng)驗(yàn)[3]。文獻(xiàn)[4]針對作為首個(gè)跨國區(qū)域市場的北歐的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)對我國資源稟賦、網(wǎng)絡(luò)阻塞和負(fù)荷分布等現(xiàn)狀提出若干建議;文獻(xiàn)[5]介紹了英國輔助服務(wù)市場中的短期運(yùn)行備用(short-term operation reserve,STOR)服務(wù)的運(yùn)行與補(bǔ)償機(jī)制以及對中國輔助服務(wù)市場的發(fā)展和建設(shè)的啟示;文獻(xiàn)[6]通過分析英國、美國德州及北歐電力市場的交易結(jié)算機(jī)制,對我國單一買方模式下與輔助服務(wù)有關(guān)的不平衡電量處理提出了建議。

美國輔助服務(wù)市場是世界上最成功的電力市場之一,其市場模型、定價(jià)機(jī)制等都具有很高的借鑒意義[7-9]。此外,有的研究也關(guān)注了國外電力市場模式在我國的適應(yīng)性[10-11]。

在美國多個(gè)電力市場中,加州電力市場是第一個(gè)正式投入運(yùn)營的電力市場,經(jīng)歷了主能量與輔助服務(wù)分離以及協(xié)同優(yōu)化的發(fā)展歷程[12],與我國電力市場初步階段具有相似性,具有借鑒與研究價(jià)值。

本文以美國加州電力市場為例,介紹了加州電力輔助服務(wù)市場的發(fā)展歷史及其多種輔助服務(wù),并對比分析不同的輔助服務(wù)出清方法的優(yōu)缺點(diǎn),最后對中國現(xiàn)貨市場中的輔助服務(wù)市場提出建議。

1 加州輔助服務(wù)市場發(fā)展歷史簡述

輔助服務(wù)市場是電力市場中的一部分,因此加州輔助服務(wù)市場是隨著電力市場而發(fā)展變化的。加州從1996年開始對其計(jì)劃管制下的電力系統(tǒng)進(jìn)行市場化改革。改革的目的是想通過引入市場競爭來提高發(fā)電系統(tǒng)的效率,降低電價(jià)。當(dāng)時(shí),加州的電價(jià)是全美最高的電價(jià)之一,1990—1995年其全州平均零售電價(jià)為9.55美分/(kW·h),比同期美國平均零售電價(jià)高出40%。

加州電力市場從1998年4月開始運(yùn)行,該年的全州平均零售電價(jià)為9.03美分/(kW·h)。運(yùn)行初期輔助服務(wù)市場與日前能量交易分離運(yùn)行,電力交易市場運(yùn)營商(California Power Exchange,CALPX)負(fù)責(zé)能量市場的運(yùn)行,而獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商(California Independent System Operator,CAISO)負(fù)責(zé)輔助服務(wù)市場的運(yùn)行。需要在輔助服務(wù)市場購買的產(chǎn)品包括4種：調(diào)頻備用,旋轉(zhuǎn)備用,非旋轉(zhuǎn)備用和替代備用,出清方法為分離順序法。

2001年的加州能源危機(jī)使平均零售電價(jià)從2000年的9.47美分/(kW·h)突然增長到11.22美分/ (kW·h)。之后,加州開始實(shí)行一系列改進(jìn)市場設(shè)計(jì)的措施MRTU工程(Market Redesign and Technology Upgrade),并于2009年4月開始運(yùn)營。從此時(shí)開始,加州不再將日前能量市場和電網(wǎng)調(diào)度分開,而是將日前市場與輔助服務(wù)市場等集合成一個(gè)統(tǒng)一優(yōu)化的市場。

最近幾年,由于可再生能源配額制政策的推動(dòng),加州風(fēng)電和光伏發(fā)電迅速增加,從2000年占總裝機(jī)量的大概5%,增加到2010年8%,到現(xiàn)在30%左右。從1998年到2009年的這10年時(shí)間內(nèi),全州平均零售電價(jià)從9.47美分/(kW·h)增長到了13.24美分/(kW·h),全州的總裝機(jī)容量從46 295.6MW增長到了59 188.6 MW,但全州的凈發(fā)電量(net generation)從199 415.29 GW·h減少到了190 636.87 GW·h。

加州的環(huán)境政策非常激進(jìn)[13],相比傳統(tǒng)化石能源發(fā)電技術(shù),風(fēng)電和光伏發(fā)電的不完全可控性和不能完全預(yù)測性使得系統(tǒng)凈負(fù)荷(原負(fù)荷減去風(fēng)力發(fā)電量減去太陽能發(fā)電量)在1天內(nèi)大幅度變化。為了這一問題,2016年CAISO在實(shí)時(shí)市場引入了一種新的輔助服務(wù)產(chǎn)品“靈活爬坡產(chǎn)品”(flexible ramping product,FRP)[12]以應(yīng)對預(yù)期之外的不確定性的凈負(fù)荷短時(shí)間的變化。

以下各小節(jié)對加州電力市場輔助服務(wù)種類、可替代性以及出清方法做詳細(xì)介紹。

2 加州電力市場輔助服務(wù)種類

在美國加州輔助服務(wù)市場上主要包括調(diào)頻備用和運(yùn)行備用產(chǎn)品,以及2016年引入的靈活爬坡產(chǎn)品。

其中,調(diào)頻備用分為向上調(diào)頻(regulation up)和向下調(diào)頻(regulation down)。日前市場(day-ahead market)和實(shí)時(shí)市場(real-time market)每15min所需的向上調(diào)頻與向下調(diào)頻量由CASIO根據(jù)日前和實(shí)時(shí)市場的需求預(yù)測按適用比例確定。此外,CAISO根據(jù)調(diào)頻容量的需求確定任一結(jié)算周期內(nèi)的調(diào)頻里程[7](regulation mileage),以及該結(jié)算周期內(nèi)中標(biāo)的調(diào)頻容量。其中,調(diào)頻里程是指15min內(nèi),每4 s之間,提供調(diào)頻備用的資源的AGC設(shè)定點(diǎn)之差的絕對值之和,如下所示：

運(yùn)行備用是為了應(yīng)對負(fù)荷增加或供給側(cè)的資源減少輸出或停機(jī)的事件。運(yùn)行備用通常分為旋轉(zhuǎn)備用(spinning reserve)和非旋轉(zhuǎn)備用(non-spinning reserve)。其中旋轉(zhuǎn)備用又被稱為同步備用,由正在在線發(fā)電并有能力增加出力的發(fā)電機(jī)組提供;非旋轉(zhuǎn)備用又被稱為非同步備用,由沒有在線發(fā)電但能在給定時(shí)間,通常在10 min到30 min內(nèi)啟動(dòng)并提供電力的發(fā)電機(jī)組提供。

其他的輔助服務(wù)類型,包括黑啟動(dòng)能力(black start capability),無功備用和電壓控制(voltage support)等一般不在市場上實(shí)時(shí)購買,由ISO/RTO與提供這些服務(wù)的資源簽訂中長期合同得以保證。加州的輔助服務(wù)市場不包括調(diào)峰產(chǎn)品,調(diào)峰問題由日前能量市場做出的日計(jì)劃解決。2016年開始新增加FRP。在實(shí)時(shí)市場中,FRP是應(yīng)對預(yù)期之外的不確定性的凈負(fù)荷短時(shí)間的變化而預(yù)留的爬坡容量,用于維持系統(tǒng)功率的平衡,以免出現(xiàn)因爬坡能力不足而導(dǎo)致系統(tǒng)失衡的現(xiàn)象。這種產(chǎn)品不參加日前市場和實(shí)時(shí)市場的投標(biāo)競價(jià),而只在實(shí)時(shí)15 min (fifteen minute market,FMM)和實(shí)時(shí)5 min市場(real-time dispatch,RTD)中由系統(tǒng)運(yùn)營商根據(jù)發(fā)電機(jī)組的爬坡能力以及可用容量來購買。

3 輔助服務(wù)間的可替代性

在滿足可靠性標(biāo)準(zhǔn)的前提下,CAISO通過增加對某一種輔助服務(wù)的購買來替代其他輔助服務(wù),以達(dá)到降低采購輔助服務(wù)總成本的目的。本節(jié)所述輔助服務(wù)間的可替代性(substitution)只用于購買輔助服務(wù)市場中參與投標(biāo)的輔助服務(wù),不包括自主提供的輔助服務(wù)。輔助服務(wù)間的替代基于以下原則：

1）調(diào)頻備用的需求只能由有資格提供調(diào)頻備用的資源進(jìn)行投標(biāo)來滿足。

2）調(diào)頻備用中向下調(diào)頻和向下靈活爬坡產(chǎn)品(flexible ramping down,FRD)都是減少出力的容量要求,而向上調(diào)頻、向上靈活爬坡產(chǎn)品(flexible ramping up,FRU)和旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用一樣,都是增加出力的容量要求。額外的向上調(diào)頻容量可用于滿足旋轉(zhuǎn)備用和非旋轉(zhuǎn)備用的需求。

3）向上調(diào)頻和旋轉(zhuǎn)備用各自的需求必須由向上調(diào)頻和旋轉(zhuǎn)備用組合招標(biāo)來滿足。即只要向上調(diào)頻和旋轉(zhuǎn)備用所需容量不大于某一資源的最大爬坡速率(單位：MW/min)乘以10,則可作為單獨(dú)的備用由該資源提供。

4）額外的向上調(diào)頻和旋轉(zhuǎn)備用的容量可用于滿足非旋轉(zhuǎn)備用的需求。

5）向上調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用和非旋轉(zhuǎn)備用各自的需求必須由向上調(diào)頻旋轉(zhuǎn)備用和非旋轉(zhuǎn)備用組合招標(biāo)來滿足。

6）向上調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用和非旋轉(zhuǎn)備用3種輔助服務(wù)總的購買容量不會(huì)改變。

7）調(diào)頻備用容量無論其替代的是哪一種輔助服務(wù),都將繼續(xù)被視作調(diào)頻備用容量。

8）特別地,在早期(1998.4—2009.4)加州電力市場中存在第4種具有可替代性的輔助服務(wù)：替代備用(replacement reserve)。替代備用是在一小時(shí)內(nèi)可以提供的在線或非在線備用服務(wù)。早期的加州電力市場沒有可靠的機(jī)組組合的功能,不能處理短時(shí)期的機(jī)組開停需求,所以采用替代備用這種特殊的輔助服務(wù)來應(yīng)對相鄰兩個(gè)運(yùn)行時(shí)段之間的負(fù)荷變化。

同理額外的向上調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用和非旋轉(zhuǎn)備用的容量可用于滿足替代備用的需求。

綜上,輔助服務(wù)市場中需要購買的4種輔助服務(wù)可按調(diào)頻備用(向上調(diào)頻)、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用和替代備用的順序,從高到低進(jìn)行替代。

4 加州電力市場輔助服務(wù)的出清方法

如前所述,在加州電力市場發(fā)展過程中,經(jīng)歷了兩種類型的輔助服務(wù)出清方法：分離順序法(sequential method)和協(xié)同優(yōu)化法(co-optimization method)。本節(jié)將按照時(shí)間順序?qū)@兩種方法進(jìn)行詳細(xì)討論。

4.1 早期的分離順序法

從1998年到1999年,CAISO采用的早期的分離順序法沒有充分利用各種輔助服務(wù)之間的可替代性,使得各類型輔助服務(wù)的報(bào)價(jià)、出清和調(diào)用完全獨(dú)立,沒有達(dá)到資源利用的組合最優(yōu)化。

基于分離順序法建立的出清模型所依據(jù)的原理如下：

1）質(zhì)量次序。4種輔助服務(wù)產(chǎn)品按響應(yīng)能力的質(zhì)量次序?yàn)椋合蛏险{(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用和替代備用。高質(zhì)量輔助服務(wù)需求必須在低質(zhì)量輔助服務(wù)的需求之前得到滿足。向下調(diào)頻是唯一減少出力的容量要求,按照報(bào)價(jià)價(jià)格從低到高單獨(dú)出清。

2）目標(biāo)函數(shù)。輔助服務(wù)出清模型的目標(biāo)函數(shù)按MCP(market clearing price)最小值。對于任一輔助服務(wù),從低到高最后接受的報(bào)價(jià)的價(jià)格設(shè)定為該產(chǎn)品的MCP。

3）約束條件。容量約束是一個(gè)機(jī)組可總接納容量不能超過其最大可用容量;需求約束是所有機(jī)組對某種輔助服務(wù)的中標(biāo)容量應(yīng)當(dāng)大于這種輔助服務(wù)總的需求容量;爬坡能力約束是輔助服務(wù)接受的容量必須滿足該輔助服務(wù)在的特定的爬坡時(shí)間內(nèi)爬坡能力的約束。

綜上所述,分離順序法出清模型如下。

4.2 基于合理性購買者算法的分離順序法

Anjali Sheffrin博士提出了基于合理性購買者算法(rational buyer’s algorithm)[14]的分離順序法,在算法上實(shí)現(xiàn)了輔助服務(wù)之間的可替代性,這種方法從1999年一直使用到2009年3月。

與簡單的分離順序法的區(qū)別是,合理性購買者算法基于可替代性對需求約束條件作出了修改：所有機(jī)組對調(diào)頻備用的中標(biāo)容量應(yīng)當(dāng)大于等于調(diào)頻備用的需求容量;對調(diào)頻備用和旋轉(zhuǎn)備用總的中標(biāo)容量應(yīng)當(dāng)大于等于兩者總的需求容量;對調(diào)頻備用、旋轉(zhuǎn)備用和非旋轉(zhuǎn)備用總的中標(biāo)容量應(yīng)當(dāng)大于等于3者總的需求容量;對調(diào)頻備用、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用和替代備用總的中標(biāo)容量應(yīng)當(dāng)大于等于這4種輔助服務(wù)總的需求容量。

此外,基于合理性購買者算法的分離順序法是在所有滿足約束條件的機(jī)組組合中,評(píng)估出購買成本最低的。理論上采用窮舉法來完成算法[13]。

這兩種分離順序法共同的優(yōu)點(diǎn)為：市場規(guī)則比較簡單清晰,易于市場參與者發(fā)現(xiàn)問題,易于市場管理者查找、解釋和解決問題。該出清模型能使每種輔助服務(wù)的付費(fèi)成本最低。共同的缺點(diǎn)為：所有輔助服務(wù)的總付費(fèi)成本并不一定為最小值,并且分離順序法不可能考慮網(wǎng)絡(luò)阻塞的問題,還可能會(huì)產(chǎn)生價(jià)格倒置,即低質(zhì)量的輔助服務(wù)的價(jià)格高于高質(zhì)量的輔助服務(wù)的價(jià)格。

4.3 基于SCUC的協(xié)同優(yōu)化法

2009年4月,MRTU工程投入運(yùn)行,有了可靠性機(jī)組組合的功能,能夠處理短時(shí)期的機(jī)組開停需求,所以不再需要考慮替代備用這種輔助服務(wù)。但是,輔助服務(wù)之間仍具有可替代性,這個(gè)階段使用協(xié)同優(yōu)化法。

與分離順序法不同的是,因?yàn)椴煌o助服務(wù)的爬坡時(shí)間不同,也就是響應(yīng)速度不同,在與主能量協(xié)同出清時(shí),需要考慮時(shí)間尺度的問題;出清模型的目標(biāo)函數(shù)改為總報(bào)價(jià)成本的最小值;約束條件中還需要考慮每臺(tái)機(jī)組提供的主能量與各種輔助服務(wù)容量的總和不能超過它的最大容量。特別地,雖然目標(biāo)函數(shù)中也包括向下調(diào)頻的報(bào)價(jià)成本,但由于向下調(diào)頻不具有類似向上調(diào)頻的可替代性,它與主能量一樣,在約束條件中它的中標(biāo)容量只需滿足自身的需求量,而與其他能量產(chǎn)品的需求量無關(guān)。

基于協(xié)同優(yōu)化法建立的某一特定時(shí)刻tt的出清模型如下所示：

該優(yōu)化模型的本質(zhì)為混合整數(shù)線性規(guī)劃,求解過程較為復(fù)雜。目前北美洲各電力市場普遍采用安全約束下的機(jī)組組合(security constrained unit commitment,SCUC)作為市場管理系統(tǒng)的主要工具,其中實(shí)行協(xié)同優(yōu)化的核心就是混合整數(shù)(mixed integer programming,MIP)問題。

SCUC優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)不僅包括購買能量和輔助服務(wù)的報(bào)價(jià)成本,還包括在1天或幾天內(nèi)機(jī)組的最小負(fù)荷成本,開機(jī)和停機(jī)的成本。雖然出清結(jié)果的能量和輔助服務(wù)計(jì)劃仍然是以小時(shí)為單位,但目標(biāo)函數(shù)是最小化1天或幾天內(nèi)總的成本。約束條件還要考慮機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間,最小開機(jī)時(shí)間,最小停機(jī)時(shí)間,機(jī)組在1天或幾天內(nèi)能夠提供的最大能量,機(jī)組在1天或幾天內(nèi)允許的開停機(jī)次數(shù)等等約束。還有某些機(jī)組不能運(yùn)行在某些特定的出力范圍,稱為禁止運(yùn)行區(qū)間(forbidden operating region),優(yōu)化時(shí)必須避開這些區(qū)間。

與分離順序法相比,協(xié)同優(yōu)化法的市場規(guī)則比較復(fù)雜,開發(fā)時(shí)間更長,所需經(jīng)費(fèi)更多。但是協(xié)同優(yōu)化法能保證主能量和所有輔助服務(wù)的總購買費(fèi)用為最小值,并且能夠處理網(wǎng)絡(luò)阻塞的問題和防止產(chǎn)生價(jià)格倒置。

4.4 考慮靈活爬坡產(chǎn)品的協(xié)同優(yōu)化法

FRP的需求依據(jù)相隔5 min的兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的凈負(fù)荷變化而定。CAISO通過歷史數(shù)據(jù)估算在一定的FRP數(shù)量下的電力失衡概率,將其乘以負(fù)荷損失的價(jià)值從而得到FRP的彈性需求曲線,以此決定購買靈活爬坡產(chǎn)品的容量[15]。在市場交易過程中,FRP不需要報(bào)價(jià),購買時(shí)需要支付FRP與主能量和其他輔助服務(wù)協(xié)同出清時(shí)的機(jī)會(huì)成本?？紤]靈活爬坡產(chǎn)品的協(xié)同優(yōu)化將FRP需求曲線和其他輔助服務(wù)產(chǎn)品的需求以及發(fā)電廠的競標(biāo)所形成的供應(yīng)曲線一同進(jìn)行優(yōu)化,尋找到成本最低的優(yōu)化解,從而確定每個(gè)產(chǎn)品的市場價(jià)格和數(shù)量[16]。

當(dāng)考慮具有可替代性的調(diào)頻備用、旋轉(zhuǎn)備用和非旋轉(zhuǎn)備用3種輔助服務(wù),并且有多臺(tái)機(jī)組參與競價(jià)時(shí),協(xié)同優(yōu)化的過程會(huì)變得更為復(fù)雜。因此,在建立FRP與主能量和其他輔助服務(wù)產(chǎn)品協(xié)同優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型時(shí),以15 min為該模型的一次計(jì)算周期。在時(shí)刻t以總的報(bào)價(jià)成本的最小值為目標(biāo)函數(shù)建立的簡化的數(shù)學(xué)模型如下所示：

5 對中國電力市場建設(shè)的啟示

建設(shè)現(xiàn)貨市場的目的為實(shí)現(xiàn)電力交易的公開、公平、公正,保障市場成員合法權(quán)益,促進(jìn)電力市場的穩(wěn)定、健康、有序、協(xié)調(diào)發(fā)展[18]。在現(xiàn)貨市場發(fā)展的初級(jí)階段,為了遵循“積極穩(wěn)妥,平穩(wěn)起步”的原則,需要借鑒國外電力市場經(jīng)驗(yàn)。CAISO作為北美洲現(xiàn)有的9個(gè)相對獨(dú)立的電力市場之一,對我國的啟示與可借鑒性表現(xiàn)為如下幾個(gè)方面：

1）分階段合理全面地考慮輔助服務(wù)產(chǎn)品類型。加州的實(shí)踐表明輔助服務(wù)市場和實(shí)時(shí)市場可以獨(dú)立于日前市場運(yùn)營。我國各省市在建設(shè)電力市場的過程中,也可以考慮各地電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際情況和市場成熟度、技術(shù)可行性等,按照實(shí)際需求分階段建立合適的輔助服務(wù)市場規(guī)則。輔助服務(wù)與主能量交易可以先分離再耦合。目前國內(nèi)現(xiàn)貨市場中只考慮了調(diào)頻輔助服務(wù),隨著市場的發(fā)展與成熟,還應(yīng)豐富其它輔助服務(wù)品種。在現(xiàn)貨市場發(fā)展的初級(jí)階段,這些輔助服務(wù)可以先不在市場上購買,而是與提供這些服務(wù)的資源簽訂中長期合同得以保證。

2）高效經(jīng)濟(jì)地求解輔助服務(wù)出清優(yōu)化問題。對比分析CAISO中輔助服務(wù)的兩種出清方法：分離順序法和協(xié)同優(yōu)化法,基于合理性購買者算法的分離順序法采用窮舉搜索來進(jìn)行求解,基于SCUC的協(xié)同優(yōu)化法的屬于MIP問題,求解起來更為復(fù)雜,計(jì)算時(shí)間比分離順序法要長得多[19-20]。

從經(jīng)濟(jì)性的角度,CAISO中基于合理性購買者算法的分離順序法與早期的分離順序法相比,考慮了各種輔助服務(wù)之間的可替代性,當(dāng)較高質(zhì)量的輔助服務(wù)MCP更低時(shí)有利于節(jié)約總的購買成本。雖然現(xiàn)行的協(xié)同優(yōu)化法與分離順序法相比,能夠求解出總的購買成本的最小值,并且能夠解決計(jì)算節(jié)點(diǎn)電價(jià)時(shí)遇到的網(wǎng)絡(luò)阻塞的問題,但是能夠支持協(xié)同優(yōu)化法的系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)施要付出昂貴的代價(jià)。

在輔助服務(wù)市場逐步穩(wěn)妥發(fā)展后,可以從分離順序法逐步發(fā)展成為協(xié)同優(yōu)化法。我國存在較為明顯的網(wǎng)絡(luò)阻塞問題[21],可能導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)電價(jià)的升高。因此最終選擇協(xié)同優(yōu)化法會(huì)有助于提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效率。

3）輔助服務(wù)市場運(yùn)行穩(wěn)定性與總經(jīng)濟(jì)成本最優(yōu)性。輔助服務(wù)的主要用于在保證主能量順利傳輸與交易的同時(shí)保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。本文分析了輔助服務(wù)市場中參與投標(biāo)的各種輔助服務(wù)產(chǎn)品之間的可替代性,通過放松需求約束來提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,此外也提供了降低總經(jīng)濟(jì)成本的機(jī)會(huì);輔助服務(wù)的提供方多可作為主能量市場中的競爭主體,將主能量市場與輔助服務(wù)市場耦合,所有能量產(chǎn)品協(xié)同出清能促進(jìn)資源提供輔助服務(wù)的積極性。輔助服務(wù)市場運(yùn)行穩(wěn)定性和總經(jīng)濟(jì)成本的最優(yōu)性是發(fā)展我國電力市場需要考慮的重點(diǎn),也是影響其發(fā)展的重要因素。

4）針對可再生能源并網(wǎng)帶來的新需求開發(fā)新產(chǎn)品。雖然美國在輔助服務(wù)產(chǎn)品的市場設(shè)計(jì)和改革不一定對中國都適用,但是可再生能源對電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)在中國和美國乃至全球都是有相同之處的。加州在應(yīng)對可再生能源并網(wǎng)帶來的挑戰(zhàn)方面對中國非常有借鑒價(jià)值。為解決可再生能源不可控和不確定性帶來的對管理系統(tǒng)可靠性的挑戰(zhàn),需要重復(fù)考慮系統(tǒng)對輔助服務(wù)的需求,針對這種需求優(yōu)化產(chǎn)品開發(fā)的品種和規(guī)格要求,如CASIO新開發(fā)的靈活性爬坡產(chǎn)品FRP就是針對新需求的積極探索。但是在CASIO在FRP實(shí)行過程中的失誤也充分說明,在輔助服務(wù)市場設(shè)計(jì)中對產(chǎn)品類型的劃分以及價(jià)格的定位一定要經(jīng)過周密的考慮、細(xì)致的分析、充分的模擬來避免造成失誤和社會(huì)資源的浪費(fèi)。

6 結(jié)論

本文通過對美國加州輔助服務(wù)市場發(fā)展歷程的解析,分析了各種輔助服務(wù)之間的可替代性與輔助服務(wù)出清方法：早期的分離順序法、基于合理性購買者算法的分離順序法與基于SCUC的協(xié)同優(yōu)化法,并且總結(jié)了它們的優(yōu)缺點(diǎn),提出了CAISO經(jīng)驗(yàn)對我國輔助服務(wù)市場的啟示。我國仍處于電力市場的探索階段,需要結(jié)合體制改革與市場化進(jìn)程合理規(guī)劃輔助服務(wù)市場,兼顧達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性與市場競爭公平性。在現(xiàn)貨市場發(fā)展的初級(jí)階段,可以考慮除必須的調(diào)頻輔助服務(wù)之外,其他輔助服務(wù)簽訂中長期合同;在市場經(jīng)過一段培育時(shí)期,可以發(fā)展多種輔助服務(wù)產(chǎn)品,多類型輔助服務(wù)產(chǎn)品的出清可以參考加州電力市場早期的分離順序法以及合理性購買者算法;在主能量市場以及輔助服務(wù)市場都發(fā)展到一定程度后,考慮協(xié)同優(yōu)化法;針對可再生能源并網(wǎng)帶來的新需求開發(fā)新產(chǎn)品。

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原標(biāo)題:美國加州輔助服務(wù)市場發(fā)展解析及其對我國電力市場的啟示