西安交通大学王秀丽、陈先龙等：基于消纳责任权重的两级电力市场优化运行模型
发布时间:2020-09-30
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基于消纳责任权重的两级电力市场优化运行模型
陈先龙1，王秀丽1*，吕建虎2，张航1，朱宗耀1，王一飞1
（1.西安交通大学电气工程学院；2.中国电力科学研究院南京分院）
本文发表在《全球能源互联网》2020年第5期“电力市场促进可再生能源发展”专题，本文得到国家电网公司科技项目资助。
文章导读
在我国新配额制的实施背景下，为了使省内消纳责任主体完成消纳考核，如何利用市场机制激励可再生能源跨省跨区消纳是关键问题之一。为此，借助省间-省内两级市场，引入了省间可再生能源交易商代理省内消纳责任主体参与省间可再生能源市场交易。在两级市场框架下，以市场运行成本最小化为目标，建立了一种双层优化消纳模型。最后，对某地区进行算例仿真，分析不同消纳责任权重、绿证价格下的市场运行成本。
重点内容
可再生能源电力消纳保障机制
中国的可再生能源电力消纳保障机制（即中国的配额制）是以目标消纳为导向的。可再生能源不仅拥有电能价值，还拥有完成考核的消纳量价值，这部分价值是可再生能源正外部性的货币价值。
⬆ 图1 电力消纳保障机制下的电力市场体系
两级电力市场运行框架
省间可再生能源市场是省间可再生能源交易商代理省内消纳责任主体（电网公司、电力批发用户、售电公司等）与外省可再生能源发电商交易的市场，经过安全校核形成有效的交易结果后，作为省内电力市场的出清边界。而送端省可再生能源机组扣除省间交易后剩余的电量作为参与送端省省内电力市场的交易空间。
⬆ 图2 省间-省内两级电力市场运营框架
基于消纳责任权重的两级电力市场运行优化模型
本文将省内电力市场和省间可再生能源市场的出清模型分别设置为上下层问题，建立基于消纳责任权重的双层优化模型来验证两级市场的有效性。上下层之间传递的决策变量分别为：上层问题出清的省间可再生能源需求、下层问题岀清的省间可再生能源价格。
⬆ 图3 两级电力市场下的双层优化问题
算例分析
1）省内单一市场优化运行
下图为实行RPS前后（其中配额比例为15%）的单一市场省内各类机组出清电能。可以看出实行RPS后，规定了购买电量中必须含有一定比例的新能源，风电和光伏发电成为了稀缺资源，省内的风电、光伏发电全部都是以最大出力出清的。
⬆ 图4 单一市场下省内各类机组出清电能
⬆ 图5 RPS下单一市场省内各类机组出清电能
2）省间-省内两级市场优化运行
⬇ 表1 RPS下两级市场运行成本优化结果
⬆ 图6 省间新能源交易的出清价格
3）不同消纳责任权重下的两级市场优化运行
在省内单一市场的机制下，随着消纳责任权重的增加、绿证价格的增加，市场整体的运行成本是不断升高的，并且运行成本的变化对消纳权重更加敏感。而省间-省内两级市场的优化运行可以显著降低市场运行成本。
⬆ 图7 不同消纳责任权重、绿证价格下的省内单一市场运行成本
⬆ 图8 不同消纳责任权重、绿证价格下的两级市场运行成本
结论
1）施行RPS能够有效激励市场主体消纳新能源的积极性，降低弃风弃光现象，但同时也会带来相应的市场成本。
2）基于RPS，省间-省内两级市场能够有效地降低总的市场运行成本，降低市场出清价格，实现新能源的跨省跨区消纳。
3）在单一市场模式下，配额比例、绿证价格越高，市场运行成本越高，并且市场运行成本受配额比例影响更大；在两级市场模式下，配额比例较低时，省间的新能源购电就能使得受端省完成配额要求；配额比例较高时，需要另外购买绿证或消纳量。
本文引文信息
陈先龙，王秀丽，吕建虎，等. 基于消纳责任权重的两级电力市场优化运行模型[J]. 全球能源互联网，2020，3(5)：430-440．
CHEN Xianlong, WANG Xiuli, LYU Jianhu, et al. Optimal operation model of two-level electricity market under the responsibility of renewable energy consumption [J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2020, 3(5): 430-440(in Chinese).
研究团队
西安交通大学电气工程学院王秀丽教授课题组致力于包括电力系统规划、可靠性、电力市场、优化运行等领域的研究。近5年来发表期刊论文100余篇，其中SCI收录20篇，ESI收录2篇；主持国家自然科学基金面上项目2项，参与国家重点研发计划项目2项等。
作者简介
陈先龙
博士研究生
主要研究方向为电力市场等
Email:
xlchenee@foxmail.com
王秀丽
教授，博士生导师
主要研究方向为电力系统分析与规划，电力市场，电力系统可靠性分析及新型输电方式等
Email:
xiuliw@mail.xjtu.edu.cn
吕建虎
硕士
主要研究方向为电力系统自动化、电力市场等
E-mail：
lvjianhu@epri.sgcc.com.cn
张航
硕士研究生
研究方向为电力市场、电力系统可靠性等
E-mail：
769960117@qq.com
朱宗耀
博士研究生
研究方向主要为电力市场等
E-mail：
zzy_xjtu@163.com
编辑：李锡
审核：白恺
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