负荷聚合商参与日前调峰市场的两部制补偿机制.pdf
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1、作者简介:胡 凯(1 9 8 9-),男,工程师,主要从事湖北省省级电网调度运行工作。基金项目:国家电网有限公司管理咨询项目(8 1 1 5 0 5 2 2 0 0 0 1)。负荷聚合商参与日前调峰市场的两部制补偿机制胡 凯1,黄 羚1,蔡博武2,廖 菲2,马明玉2(1.国网湖北省电力有限公司调控中心,湖北 武汉 4 3 0 0 7 1;2.武汉大学电气与自动化学院,湖北 武汉 4 3 0 0 7 2)摘要:随着风电、光伏等新能源和用户侧灵活负荷的不断接入,电力系统面临源荷双重不确定性的挑战。为促进灵活负荷参与电力系统调峰辅助服务,基于负荷聚合商的调峰贡献度提出了包含电量补偿和容量补偿的两部制
2、补偿方法。首先计算负荷聚合商的基准功率及实际用电调节量,结合调峰贡献度计算聚合商的电量补偿费用;然后考虑各类聚合商的投资成本,分别计算其容量补偿费用,最后得到负荷聚合商的两部制补偿费用,并以华北某地区调峰市场为例进行仿真分析,结果表明所提方法既能提高电网的经济性,又能准确地针对聚合商调峰效果进行补偿。关键词:负荷聚合商;调峰辅助服务;电动汽车;补偿机制中图分类号:TM 7 3 文献标志码:B 文章编号:1 0 0 1 9 8 9 8(2 0 2 3)0 3 0 0 4 5 0 6TT ww oo-pp aa rr ttCC oo mm pp ee nn ss aa tt ii oo nnMM
3、ee cc hh aa nn ii ss mmff oo rrLL oo aa ddAA gg gg rr ee gg aa tt oo rr ss tt ooPP aa rr tt ii cc ii pp aa tt ee ii nntt hh eeDD aa yy-aa hh ee aa ddPP ee aa kkSS hh aa vv ii nn ggMM aa rr kk ee ttHU K a i1,HUANGL i n g1,C A IB o w u2,L I AOF e i2,MA M i n g y u2(1.C o n t r o lC e n t e r,S t a t e
4、G r i dH u b e iE l e c t r i cP o w e rC o.,L t d.,Wu h a n4 3 0 0 7 1,C h i n a;2.S c h o o l o fE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n ga n dA u t o m a t i o n,W u h a nU n i v e r s i t y,Wu h a n4 3 0 0 7 2,C h i n a)AA bb ss tt rr aa cc tt:I nr e c e n t y e a r s,w i t ht h ec o n t i n u o
5、u sa c c e s so fn e we n e r g ys o u r c e ss u c ha sw i n dp o w e ra n dp h o t o v o l t a i c sa sw e l l a sf l e x i b l el o a d so nt h e c u s t o m e r s i d e,t h ep o w e r s y s t e mi s f a c i n g t h e c h a l l e n g eo f d u a l u n c e r t a i n t yo f s o u r c e a n d l o a d
6、.I no r d e r t op r o m o t e f l e x i b l el o a d s t op a r t i c i p a t e i na n c i l l a l y s e r v i c e s o f p e a ks h a v i n g i n t h ep o w e r s y s t e m,t h i s p a p e r p r o p o s e s a t w o-p a r t c o m p e n s a t i o nm e t h o d i n c l u-d i n ge l e c t r i c i t yc o
7、 m p e n s a t i o na n dc a p a c i t yc o m p e n s a t i o nb a s e do nt h ep e a ks h a v i n gc o n t r i b u t i o no f l o a da g g r e g a t o r s.F i r s t t h er e f e r e n c ep o w e r o f t h e l o a d a g g r e g a t o r a n d a c t u a l p o w e r c o n s u m p t i o n a d j u s t m
8、e n t a m o u n t a r e c a l c u l a t e d,a n d t h e e l e c t r i c i t y c o m p e n s a t i o n f e e o f t h ea g g r e g a t o r i s c a l c u l a t e d i nc o m b i n a t i o nw i t h t h ep e a ks h a v i n g c o n t r i b u t i o n;t h e n c o n s i d e r t h e i n v e s t m e n t c o s t
9、 o f v a r i o u s a g g r e g a t o r s,t h ec a p a c i t yc o m p e n s a t i o n f e e i sc a l c u l a t e dr e s p e c t i v e l y,a n df i n a l l yt h et w o-p a r tc o m p e n s a t i o nf e eo f t h e l o a da g g r e g a t o r i so b t a i n e d.A n dt a k i n g t h ep e a ks h a v i n gm
10、 a r k e t i nac e r t a i na r e ao fN o r t hC h i n aa sa ne x a m p l e,t h e s i m u l a t i o na n a l y s i s i s c a r r i e do u t.T h e r e s u l t ss h o wt h a t t h e t w o-p a r t c o m p e n s a t i o nm e t h o d a d o p t e d i n t h i s p a p e r c a nn o t o n l yh e l p t o i m p
11、 r o v e t h e e c o n o m y o f t h e p o w e r g r i d,b u t a l s o a c c u-r a t e l yc o m p e n s a t e t h ep e a ks h a v i n ge f f e c t o f t h ea g g r e g a t o r.KK ee yyww oo rr dd ss:l o a da g g r e g a t o r;a n c i l l a r ys e r v i c e s f o rp e a ks h a v i n g;e l e c t r i c
12、v e h i c l e;c o m p e n s a t i o nm e c h a n i s m0 引言随着我 国 提 出“在2 0 3 0年 前 实 现 碳 达 峰,2 0 6 0年前实现碳中和”的建设目标1,未来我国可再生能源将实现指数式爆发增长。以电动汽车产业为例,电动汽车发展正呈现出快速发展态势,截至2 0 2 2年1 2月底,我国新能 源汽车总量 高达13 1 0万台2。规模化的灵活负荷能为电力系统调控提供巨大潜力资源,因此亟需完善灵活资源的市场化机制,管理调度各类灵活负荷资源,并将其转化为聚合调峰资源3,参与电网动态平衡调控及电网辅助服务市场交易。针对电力辅助服务的补偿
13、机制研究,文献4基于“两个细则”确定了负荷聚合商的补偿标准并对聚合商辅助服务效果进行评估。文献5 通过量化辅助服务市场中抽水蓄能电站在环境效益、社会效益方面的贡献,建立对抽水蓄能电站合理的价格补偿机制。文献6 通过设定调节宽度和54V o l.4 2N o.3 河北电力技术 第4 2卷 第3期J u n.2 0 2 3 HE B E IE L E C T R I CP OWE R 2 0 2 3年6月调节精确度指标,建立备用辅助服务的负荷资源绩效考核和补偿机制;文献7 提出了电动汽车用户补偿价格上限的计算模型,并且设立了基于用户响应量的用户补偿机制。文献8 针对电动汽车电池老化等问题,对用户参
14、与市场调度的机会成本进行补偿,开启了补偿机制新思路。文献9提出包括容量支付和性能支付2种支付方法,并建立了新的市场出清模型,确定了补偿机制的定价。文献1 0 基于用户满意度建立了可中断负荷参与备用辅助服务市场的补偿机制。文献1 1 分析电动汽车充电概率和行驶里程统计数据,获取汽车负荷分布特性,结合用户用电需求,构建峰谷分时电价引导模型,从电价引导对电动汽车有序充电负荷的影响方面开展研究。文献1 2 分析了储能技术在电力系统的应用模式,研究了储能技术分别在辅助服务、峰谷差套利及用户节电等应用领域的经济可行性。现有研究虽然针对用户侧灵活负荷参加辅助服务市场提出多种补偿机制,但是未基于量化实际辅助效
15、果制定补偿方式。此外,目前负荷聚合商参加调峰市场的补偿机制大多采用统一出清价格机制,但是实际中既存在着部分聚合商申报价格远高于自身成本上限的情况,也存在着聚合商利润较低的情况,现有方法无法全面考虑负荷聚合商的实际调峰效果及成本,对负荷聚合商进行公平合理的补偿。因此,本文提出了一种灵活负荷聚合商参与日前调峰辅助服务市场的两部制补偿模型。将聚合商的补偿费用分为容量补偿费用和电量补偿费用。其中容量补偿为负荷聚合商运营的固定成本补偿,以保证负荷聚合商容量的储备;电量补偿为用户侧灵活负荷参与调度所得成效的补偿,反映每个负荷聚合商在响应系统的调度信号时实际执行的工作量。1 基于负荷聚合商固定成本的容量补偿
16、模型1.1 电动汽车聚合商成本电动汽车聚合商的投资成本主要包括基础设备成本、配电设备成本和运营成本。1.1.1 基础设备成本基础设备成本包括:土地租借(或购买)成本费用、设施的建造成本费用、充电设施的安装成本费用、充电监控及安全监控安装成本费用。Cb=Cr 1+(1-)Cb 1+Ci n s+ncCc h a q+nmCm o q(1)式中:Cr 1为土地租借成本;Cb 1为土地购买成本;Ci n s为设施的建造成本费用;ncCc h a q为充电设施的安装成本费用;nmCm o q为充电监控及安全监控安装成本费用;为布尔变量,当=1时,表示充电站通过租借土地建造充电站一年或者一个月需要缴费租
17、金,当=0时,表示充电站购买土地的费用;Cc h a q和nc分别为充电设施的建造单价和数量;Cm o q和nm分别为监控设施的购买单价和数量。1.1.2 配电设施成本配电设施成本包括箱式变电站建设费用、用户配电柜安装费用和电缆费用。1.1.3 运营成本运营成本包括电池保养及维修费用、保养维修成本费用和充电站内所有员工的费用。Co=Cb a t t m+Cd i s t+neCe m p(2)式中:Cb a t t m为充电桩电池的保养及维修费用;Cd i s t为配电设施的保养维修成本费用;neCe m p为充电站内的员工薪资福利成本,其中ne为充电站的员工总人数,Ce m p为员工年工资。
18、配电设施维护成本可按照配电成本3%估算。1.2 电采暖聚合商成本蓄热式电采暖的主要投资成本是将初始投资成本CI是和退役残值CD平均分摊到电采暖总使用年限Y年内的成本,并考虑能源单价的影响1 3。Ct.d=(1+)(1+)Y-1-1(CI-CD)(3)CI=me bS式中:Ct.d为每年的投资成本;为能源单价每年的增长率;me b为建造单位面积电采暖的价格;S为电采暖建造面积。退役残值为初始投资成本的5%。1.3 储能聚合商成本用户侧蓄电池储能的成本包括安装成本、运行维护成本和回收成本,考虑到蓄电池寿命较长,本文暂不考虑回收成本。在特定的市场经济环境下,多种用户侧电池的储能可以通过计算将每年的成
19、本时间转换为月份进行统一评估。1.3.1 安装成本电池储能由蓄电池和电能转换系统(P C S)组成,电池储能的安装成本如下Ci n s=Cb a t+CP C S(4)64V o l.4 2N o.3 河北电力技术 第4 2卷 第3期J u n.2 0 2 3 HE B E IE L E C T R I CP OWE R 2 0 2 3年6月Cb a t=CEE(5)CP C S=CPPa(6)式中:Cb a t为电池安装费用;CP C S为电能转换系统安装费用;CE为电能的单价;E为电池的额定容量;为电池的转换效率;CP为电能转换系统单位电量的转换价格;Pa为电池的额定功率。1.3.2 运行
20、维护成本蓄电池储能的年度运营维修费用包含两部分,人工成本和管理成本,这类投资成本与电池储能的运行过程没有关系,仅与储能的电池种类和储能的额定功率有关。Cs e r=Cf pPa(7)式中:Cs e r为运行维护成本;Cf p为单位能量运行维护成本。1.4 负荷聚合商容量补偿负荷聚合商的容量补偿是针对负荷聚合商的建设以及运营成本做出的补偿,其计算流程如图1所示。图1 容量补偿计算流程由负荷聚合商的总成本与聚合商寿命年限内总共调节电量的比值可得出单位电量补偿价格。ce,t=CeTep(8)式中:ce,t为负荷聚合商e单位电量的成本补偿价格;Ce为负荷聚合商的总成本;Te为负荷聚合商设备利用小时总数
21、;p为单次电量调节量;为一天参与的次数。对于参与日前辅助服务集中出清的负荷聚合商,每1 5m i n在中标调峰服务市场获得的调峰服务容量补偿费用,等于在调峰市场中标的调峰容量与成本补偿价格的乘积。Fe,t2=Pe,tcce,t(9)式中:Fe,t2为出清时段t内负荷聚合商e获得的市场调峰服务费用;Pe,tc为负荷聚合商e在t时段的中标容量。2 基于负荷聚合商调峰贡献度的电量补偿模型2.1 负荷聚合商基准功率认定若调峰响应日为工作日,则取响应日前的3 5个工作日对应时段的平均负荷作为基准负荷功率;若响应日为周末,则取响应日前一个周末对应时段的平均负荷作为基准负荷功率。Pr(h)=Hd=1Pd(h
22、)H(1 0)基准负荷功率分别按灵活负荷聚合商和独立用户资源计算,灵活负荷聚合商基准负荷功率为参与运行日的用户资源组合中各独立用户基准负荷功率之和。2.2 负荷聚合商调峰贡献度本文基于负荷聚合商的理论贡献度和实际贡献度来确定最终有效贡献度。2.2.1 实际贡献度实际贡献度是指聚合商实际调节的电量占总电网调峰需求量的比例。2=Pt,e,b-Pt,ePt,c(1 1)式中:2为实际贡献度;Pt,e,b为负荷聚合商e在t时段的基准功率;Pt,e为t时段负荷聚合商e的实际功率;Pt,c为t时段电网调峰需求量。2.2.2 理论贡献度理论贡献度为负荷聚合商中标容量占总的电网调峰需求的比例。1=Pe,tcP
23、t,c(1 2)式中:1为理论贡献度。2.2.3 有效贡献度负荷聚合商的有效贡献度为实际贡献度和理论贡献度两者中的较小值。=m i n1,2()(1 3)2.3 负荷聚合商的电量补偿负荷聚合商的电量补偿是针对负荷聚合商实际参与调峰市场的有效电量调节量做出的补偿,74V o l.4 2N o.3 河北电力技术 第4 2卷 第3期J u n.2 0 2 3 HE B E IE L E C T R I CP OWE R 2 0 2 3年6月其计算流程如图2所示。图2 电量补偿流程负荷聚合商每1 5m i n从中标调峰服务市场获得的调峰电量补偿费用,等于在调峰市场实际的调峰容量、出清时长与中标价格的乘
24、积。Fe,t1=Pt,cee,tt(1 4)式中:Fe,t1是负荷聚合商e在t时段电量补偿费用;e为负荷聚合商e的调峰贡献度;e,t是负荷聚合商e在t时段的中标价格;t为出清时长,取0.2 5h。3 负荷聚合商两部制补偿模型调峰辅助服务的补偿费用中费用与成本的对应关系如图3所示。图3 补偿费用与成本的关系 在日前调峰辅助服务中聚合商每1 5m i n获得的调峰市场补偿费用,计算如下Fe,t=Fe,t1+Fe,t2=Pt,cee,tt+Pe,tcce,t(1 5)式中:Fe,t为聚合商e在t时段获得的调峰市场补偿费用。4 仿真分析4.1 仿真数据本文以华北某地区某典型日的日前调峰辅助服务市场为例
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