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北極星售電網訊:摘要
風電光伏等可再生能源大規模併網，增大了電網調峰壓力，需要發掘需求側資源參與調峰。從交易組織、交易流程、交易結算3個方面設計了考慮虛擬電廠參與的調峰輔助服務市場機制，使虛擬電廠與火電機組同臺平等參與深度調峰市場競價，並分別給出了深度調峰市場日前出清和實時出清模型。交易採用按報價出清的方式，火電機組和虛擬電廠根據實際調用的調峰容量和申報價格獲得收益。最後通過算例分析驗證了所提市場機制和模型的有效性。
（來源：全球能源網際網路期刊 作者：趙晉泉，楊餘華，孫中昊，葉洪波，凌曉波，王嘯天）
0 引言
近年來，風電光伏等可再生能源大規模併網，壓縮了火電機組的發電空間，再加上其間歇性和波動性的特點，增大了電網的調峰壓力[1-4]。當前為滿足可再生能源優先消納要求，電網對深度調峰有巨大需求，在水電和燃氣發電佔比低的電網，已有的火電機組深度調峰不能完全滿足需求。此外，火電機組低功率運行提供深度調峰輔助服務的成本很高。為緩解調峰壓力，並降低調峰成本，應充分發掘需求側資源參與調峰。虛擬電廠可以整合、調度需求側的調峰資源，以類似於傳統電廠的形式參與調峰市場[5-6]，其具備了參與深度調峰的下調功率的技術條件。因此，在當前火電機組多階段調峰機制電力市場階段，應同時充分發掘需求側響應以及虛擬電廠參與深度調峰的潛力。針對水電和燃氣發電佔比低的電網，在現貨市場機制下為滿足虛擬電廠參與深度調峰市場，本文初步研究了虛擬電廠參與深度調峰的市場機制與出清模型。
目前對虛擬電廠的研究大多集中在虛擬電廠參與電能量市場競價策略與模型[7-8]，以及虛擬電廠內部運營與收益分析方面[9]，關於其參與調峰方面的研究也主要是基於成本分析的調峰模型[10-11]，虛擬電廠參與深度調峰的市場機制與出清模型研究較少。華東能監局下發的《上海電力調峰輔助服務市場運營規則（試行）》[12]，明確規定了虛擬電廠可以參與調峰市場，虛擬電廠提供的調峰輔助服務和火電提供的深度調峰不是同一個交易品種，2個調峰市場是分開單獨開展的，但是這樣無法保證調峰整體費用的最小化。文獻[13]研究了上海虛擬電廠參與調峰的出清機制，給出了出清流程，但是並沒有建立相應的數學模型。本文採用在同一個市場中虛擬電廠和火電機組平等參與競價的方式設計市場機制和出清模型，旨在使電網的總調峰費用最小。
本文設計了虛擬電廠參與調峰輔助服務市場機制。首先，給出了虛擬電廠參與調峰輔助服務市場的準入原則。然後，從交易組織、交易流程、結算方式3個方面設計了虛擬電廠和火電機組同臺平等參與競價的調峰輔助服務市場機制，並分別建立了深度調峰市場的日前預出清和實時出清模型。最後，通過算例分析驗證了所提機制與模型的合理性。
1 虛擬電廠參與深度調峰市場的市場機制
1.1 虛擬電廠參與深度調峰市場機理
虛擬電廠由聚合分布式電源、可控負荷、電動汽車以及儲能等資源形成，與外部大電網、調峰市場通過虛擬電廠運營商進行信息交互。虛擬電廠運營商既可以作為售電企業，也可以作為輔助服務提供商。本文主要利用虛擬電廠內部靈活性資源，提供調峰輔助服務。
圖1 虛擬電廠調峰能力示意圖
Fig.1 Schematic diagram of virtual power plant peak regulation capacity
虛擬電廠的調峰能力主要通過儲能充電、負荷增加、電動汽車充電等方式提供，具體如圖1所示，調峰能力的大小主要取決於儲能的充電功率、電動汽車充電功率、可增的負荷功率，同時受到儲能容量以及電動汽車電池容量的限制。虛擬電廠的調節容量不小於一定的標準（如20 MW）且應滿足調度通信接入要求並能被實時調用。發（用）電信息採集周期和調峰響應時間均應小於15 min，調峰持續時間應不小於30 min[12]。
1.2 交易組織與交易流程
本文深度調峰輔助服務市場採用日前預出清、日內實時出清的方式，交易時段為競價日次日的24 h，共分為96個時段，每個時段15 min。市場主體為火電機組、虛擬電廠，交易標的為其調峰容量。
在日前現貨市場出清之後，如果存在棄風棄光現象，則啟動深度調峰市場，調度中心發布次日深度調峰需求，火電機組和虛擬電廠申報次日的深度調峰容量和價格曲線，參與市場競價，調度中心進行日前預出清。
由於風光等可再生能源的出力預測存在偏差，需要在日內調用時根據實際情況，對日前調峰計劃做出調整。因此，調控中心會在日內預計出現棄風、棄光時，啟動深度調峰市場，實時出清。
在日前市場中，虛擬電廠除了申報調峰容量和調峰價格外，還需要提供其基準曲線，用以計算虛擬電廠的實際調用的調峰電量，其值為虛擬電廠實際發（用）電曲線與基準曲線的時間積分面積。
本文參考文獻[14]設計了日前和實時2級深度調峰市場的交易流程，包括交易發布、集中申報、交易出清、結果發布、交易執行，具體如下。
1）競價日9:30前，調控中心發布深度調峰市場開市信息，包括：各個時段調峰需求信息；可參與市場交易的火電機組、虛擬電廠；申報價格的上下限。
2）競價日9:30-10:00，各火電機組以及虛擬電廠集中競價申報。其中火電機組需分3檔報價，報價需在市場發布的各檔報價區間之內。虛擬電廠需要提供自身的基準曲線。
3）競價日10:30，調控中心進行深度調峰市場日前預出清，模型見本文2.1節。形成考慮調峰市場交易的日前發電計劃，並向市場發布，內容包括火電機組與虛擬電廠的96點調峰出力曲線。
4）運行日內，以15 min為周期實時出清。在每個調度周期前5-15 min，調控中心參照調峰市場日前報價按價格由低到高的順序依次調用火電機組和虛擬電廠進行深度調峰，形成日內發電計劃。
5）在每個周期前5 min，調控中心發布調峰市場交易結果，包括下一周期的火電機組和虛擬電廠的調峰電力曲線。
6）在每個調度周期內，實時調用火電機組和虛擬電廠的調峰輔助服務，並統計其實際調用的調峰電量。
7）在運行日後，調控中心根據運行日的實際調用電量和各機組的實際報價，發布參與深度調峰的火電機組和虛擬電廠的調峰收益。
具體深度調峰市場出清流程如圖2所示。
圖2 深度調峰市場交易流程
Fig.2 Deep peak regulation market transaction process
1.3 結算機制
本文深度調峰市場採用按報價出清的方式，深度市場出清的結果是火電機組和虛擬電廠的調峰出力曲線。
運行日後，依據火電機組和虛擬電廠的實際深調電量和各機組的實際申報價格分時段進行結算。深度調峰費用由沒有參與深度調峰的火電機組和新能源機組按照各時段的上網電量等比例分攤。具體分攤公式[15]如下：
4 總結
新能源大規模併網的背景下，火電機組承擔了很大的調峰壓力，需求側資源參與調峰是未來的發展趨勢之一。虛擬電廠的發展為需求側資源參與調峰提供了可行路徑。本文主要從交易組織、交易流程、交易結算3個方面，分日前預出清和實時出清2個時間尺度設計了市場機制，提出了火電機組和虛擬電廠同臺平等參與深度調峰的市場模式，建立了相應的出清模型。通過算例分析驗證了所提模型的合理性，並與分開單獨競價模式進行對比，體現出同臺平等競價模式在提高調峰經濟性方面的優越性。
本文下一步將深化研究虛擬電廠內部如何實現協同最優經濟控制、懲罰機制、利益分配等問題。
原標題:考慮虛擬電廠參與的深度調峰市場機制與出清模型
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