李 婷

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基于等效負荷率分析的風(fēng)電場調(diào)峰輔助服務(wù)需求計算方法

李 婷

（廣西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧 530007）

當(dāng)前，以風(fēng)電為代表的新能源快速發(fā)展。電網(wǎng)調(diào)峰能力不足已成為限制風(fēng)電消納的主要因素。組織調(diào)峰輔助服務(wù)市場，形成市場化的調(diào)峰輔助服務(wù)價格機制，成為激勵傳統(tǒng)電源調(diào)峰積極性的重要途徑，調(diào)峰輔助服務(wù)需求是風(fēng)電場參與調(diào)峰輔助服務(wù)市場的重要基礎(chǔ)。本文引入等效負荷率指標(biāo)，從預(yù)期收益角度出發(fā)分析風(fēng)電場調(diào)峰公平性；以此為基礎(chǔ)，提出了基于等效負荷率分析的風(fēng)電場調(diào)峰輔助服務(wù)需求計算方法，以支撐風(fēng)電場參與市場交易；最后基于IEEE-30節(jié)點系統(tǒng)構(gòu)造算例驗證了本文所提出方法的有效性。

風(fēng)電場；調(diào)峰能力；等效負荷率；調(diào)峰輔助服務(wù)

電網(wǎng)調(diào)峰能力不足已成為限制風(fēng)電等新能源消納的主要因素。各省區(qū)都在積極探索調(diào)峰輔助服務(wù)市場化機制，以激勵傳統(tǒng)電源參與調(diào)峰，提升風(fēng)電消納能力。風(fēng)電場調(diào)峰輔助服務(wù)需求則是開展調(diào)峰輔助服務(wù)市場化交易的重要依據(jù)。

所謂風(fēng)電場調(diào)峰輔助服務(wù)需求是全網(wǎng)調(diào)峰輔助服務(wù)需求按照一定規(guī)則在各風(fēng)電場分攤所得的結(jié) 果[1-2]。按照“三公調(diào)度”基本要求，分攤過程必須符合公平原則。然而，以那個指標(biāo)作為公平性評價的標(biāo)準(zhǔn)則成為該領(lǐng)域研究的焦點。文獻[3]介紹了東北電網(wǎng)電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場的基本情況，該市場本質(zhì)上是一個單邊市場，風(fēng)電場調(diào)峰輔助服務(wù)未能得到準(zhǔn)確度量。文獻[4-5]提出了一種促進風(fēng)電利用的調(diào)峰輔助服務(wù)交易機制，其核心思路是按照各風(fēng)電場棄風(fēng)電量相等的原則分攤調(diào)峰輔助服務(wù)需求。文獻[6-7]進一步考慮風(fēng)電等新能源的裝機容量，按照裝機容量比例將調(diào)峰輔助服務(wù)分攤。文獻[8-9]在分攤?cè)W(wǎng)調(diào)峰輔助服務(wù)需求時，則從棄風(fēng)電力角度出發(fā)，要求各發(fā)電集團風(fēng)電場的各時段的棄風(fēng)電力相同。文獻[10]重點研究了區(qū)域電力市場輔助服務(wù)補償機制，提出了不同區(qū)域風(fēng)電消納程度相同的量化評價標(biāo)準(zhǔn)。

上述評價方法從不同側(cè)面出發(fā)，豐富了風(fēng)電場調(diào)峰輔助服務(wù)需求的研究內(nèi)容。然而從實際執(zhí)行情況來看，均存在不同程度的風(fēng)電場棄風(fēng)損失分攤不均的問題。為此本文從經(jīng)營效益角度出發(fā)，首先引入等效負荷率指標(biāo)，提出了風(fēng)電場棄風(fēng)下的等效負荷率計算方法；以此為量化標(biāo)準(zhǔn)，提出了風(fēng)電場調(diào)峰輔助服務(wù)需求計算方法；最后以某省實際數(shù)據(jù)構(gòu)造算例，驗證了本文所提出方法的有效性。

1 調(diào)峰輔助服務(wù)需求基本概念及作用

雙邊調(diào)峰輔助服務(wù)市場中交易對象為風(fēng)電場和燃煤電廠，交易標(biāo)的為調(diào)峰輔助服務(wù)。風(fēng)電場、燃煤電廠分別為交易標(biāo)的的購買方和提供方，分別申報價格、容量[2-4]。當(dāng)前我國已開展的調(diào)峰輔助服務(wù)市場中，其基本實施流程如圖1所示。可以看出，風(fēng)電場調(diào)峰輔助服務(wù)需求計算位于市場組織前端，實際上各風(fēng)電場調(diào)峰輔助服務(wù)需求是開展雙邊交易的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖1 調(diào)峰輔助服務(wù)市場實施流程

由于調(diào)峰輔助服務(wù)由電力系統(tǒng)整體供需關(guān)系決定，因此各風(fēng)電場的調(diào)峰輔助服務(wù)需求是由全網(wǎng)調(diào)峰輔助服務(wù)需求按照一定規(guī)則分攤計算得到[1]的。全網(wǎng)調(diào)峰輔助服務(wù)需求的計算方法已經(jīng)是較為成熟的技術(shù)，而當(dāng)前分攤原則與算法則成為各風(fēng)電場爭論的焦點。不同的分攤計算將對風(fēng)電場調(diào)峰輔助服務(wù)市場交易效益產(chǎn)生較大影響。

2 等效負荷率的概念與定義

2.1 傳統(tǒng)電源負荷率

傳統(tǒng)的負荷率主要用于火電、核電等傳統(tǒng)電源的設(shè)備利用效率[11-12]，其定義如下：

負荷率指標(biāo)能夠準(zhǔn)確反映出傳統(tǒng)電源的設(shè)備利用水平，進而可用于不同電源的橫向效益對比，在調(diào)度運行效益評價領(lǐng)域該指標(biāo)應(yīng)用廣泛。

2.2 風(fēng)電場等效負荷率

當(dāng)傳統(tǒng)電源的負荷率指標(biāo)直接用于風(fēng)電等新能源時，存在明顯問題，體現(xiàn)在風(fēng)電場的裝機容量并不代表其實際能夠達到的最大發(fā)電能力。在各時段，風(fēng)電場的實際發(fā)電能力主要由其來風(fēng)、濕度等氣象環(huán)境因素決定。而量化各時段風(fēng)電場實際發(fā)電能力的指標(biāo)為其風(fēng)功率預(yù)測值。

3 風(fēng)電場調(diào)峰輔助服務(wù)需求計算方法

3.1 優(yōu)化目標(biāo)

本文所提出的風(fēng)電場調(diào)峰輔助服務(wù)需求計算方法的優(yōu)化目標(biāo)為，各風(fēng)電場的棄風(fēng)電力偏差盡可能小，該目標(biāo)函數(shù)可表示如下：

3.2 約束條件

1）風(fēng)電場棄風(fēng)電力約束

風(fēng)電場棄風(fēng)電力約束是指風(fēng)電場的風(fēng)功率預(yù)測、棄風(fēng)電力、風(fēng)功率出力計劃應(yīng)滿足等量關(guān)系，可表示為

2）風(fēng)電場等效負荷率約束

風(fēng)電場等效負荷率約束是指各風(fēng)電場的等效負荷率在其統(tǒng)計周期內(nèi)應(yīng)相同，該約束可表示為

3）風(fēng)電場計劃出力約束

風(fēng)電場計劃出力約束是指由電網(wǎng)運行方式?jīng)Q定的各風(fēng)電場在各時段出力的特殊限制，可表示為

4）電網(wǎng)引起的出力偏離約束

電網(wǎng)引起的出力偏離約束用于量化由于約束項（3）所導(dǎo)致部分風(fēng)電場的計劃出力將發(fā)生的改變程度，可表示為

3.3 模型特點

從數(shù)學(xué)上講，該模型屬于線性規(guī)劃問題，具有較高的求解效率和求解精度。而從實際計算來說，相對于棄風(fēng)電力平均分配或棄風(fēng)電量平均分配等方法，具有如下兩個方面的顯著優(yōu)點。

1）從經(jīng)營效益的層面出發(fā)，能夠保證其收益的公平性。無論棄風(fēng)電量還是棄風(fēng)電力，由于不能直接反映各風(fēng)電場的收益影響程度，因此不同場景下各風(fēng)電場經(jīng)濟利益都不能有效得到公平對待。這一客觀實際是傳統(tǒng)方法導(dǎo)致爭議的重要原因。而采用等效負荷率分攤的方法，分攤結(jié)果能夠保證在統(tǒng)計周期內(nèi)各風(fēng)電場的等效負荷率相同，而等效負荷率實際反映了其發(fā)電設(shè)備利用程度，因此能夠反映其收益相當(dāng)。

2）能夠促進風(fēng)電場提升其風(fēng)功率預(yù)測精度，避免風(fēng)電場蓄意瞞報或者謊報風(fēng)功率預(yù)測。當(dāng)風(fēng)電場蓄意增加其預(yù)測值時，所分擔(dān)的調(diào)峰輔助服務(wù)需求更多，意味著需要支付更大的交易成本；而降低其預(yù)測值時，則不能存在較大的棄風(fēng)壓力。因此，該方法本質(zhì)上能夠激勵各風(fēng)電場提升其預(yù)測精度和風(fēng)功率控制水平。

4 算例分析

本文將以IEEE-30節(jié)點系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)造算例，來驗證所提出方法的有效性。IEEE-30節(jié)點系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，其中節(jié)點1、節(jié)點2、節(jié)點5、節(jié)點8、節(jié)點11、節(jié)點13為風(fēng)電場接入點。

圖2 IEEE-30節(jié)點系統(tǒng)

系統(tǒng)負荷預(yù)測曲線如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)負荷預(yù)測曲線

各風(fēng)電場存在的出力限制情況見表1。經(jīng)過本計算方法的優(yōu)化計算，3個風(fēng)電場的棄風(fēng)電力和等效負荷率相同，能夠保證其經(jīng)濟收益的公平性。

表1 風(fēng)電場運行信息表

為進一步說明本文所提出方法在保證各風(fēng)電場利益一致性上的顯著效果，按照文獻[5]所提出的方法，重新對各風(fēng)電場的調(diào)峰輔助服務(wù)需求進行分攤，以保證其棄風(fēng)電量相同，優(yōu)化結(jié)果見表2?？梢钥闯?，按照等棄風(fēng)電量的標(biāo)準(zhǔn)，部分裝機容量小、電量低的風(fēng)電場承擔(dān)相同的調(diào)峰輔助服務(wù)需求后負荷率出現(xiàn)負值，這意味著作為電源，該風(fēng)電場不僅不能發(fā)電，而且必須在市場上購買其他風(fēng)電場所提供的調(diào)峰輔助服務(wù)。這將直接導(dǎo)致規(guī)模小的風(fēng)電場陷入嚴重的經(jīng)營困境，顯然不符合公平原則。

表2 文獻[5]測算效果

對照表1、表2所示數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，本文所提出方法在經(jīng)營效益方面的公平性本質(zhì)特征，驗證了本文所提出的模型兩方面的特點。

5 結(jié)論

本文圍繞風(fēng)電場調(diào)峰輔助服務(wù)需求計算問題，在傳統(tǒng)火電、核電等所采用的負荷率指標(biāo)基礎(chǔ)上加以改造，并提出了適用于風(fēng)電場的等效負荷率指標(biāo)?；谠撝笜?biāo)提出了風(fēng)電場調(diào)峰輔助服務(wù)需求計算方法，在計算求解中考慮了電網(wǎng)運行方式所造成的時段出力限制等問題，保證了統(tǒng)計周期內(nèi)各風(fēng)電場的等效負荷率相同，進而提升了經(jīng)濟收益的公平性。

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Peak auxiliary service demand calculation method of wind power based on the equivalent load rate analysis

Li Ting

(Electrical Engineering Department,Guangxi Technological College of Machinery and Electricity, Nanning 530007)

At present, new energy such as wind power develops rapidly. The lack of peak auxiliary service capacity has become the main factor of limiting wind power consumption. It is an important way to stimulate the traditional power supply peak by organizing the service market and forming a market-oriented auxiliary service price mechanism. It is an important basis for wind farm to participate in the market of auxiliary service. In this paper, the equivalent load ratio index is introduced, and the fairness of the wind farm is analyzed from the perspective of prospective earnings. Based on the equivalent load rate analysis, the demand calculation method of the wind electric field peak auxiliary service is proposed to support the wind electric field to participate in the market transaction. Finally, the validity of the proposed method is verified based on the IEEE-30 buses system.

wind power; peak ability; equivalent load rate; peak auxiliary service

2018-06-05

李 婷（1983-），女，黑龍江訥河人，碩士，講師，從事發(fā)電調(diào)度和電網(wǎng)運行方式管理工作。

廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項目（KY2016YB653）