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1、第第 八八 章章电力市场辅助服务分析电力市场辅助服务分析目录目录1. 辅助服务概述2. 负荷频率控制3. 发电备用容量服务与定价4. 无功市场运营5. 无功服务定价6. 电力市场中的发电计划（续）（续）7. 电力市场中的交易计划8. 电力市场缺电成本分析9. 电力市场的可靠性定价10.电力市场的黑启动服务11.电力市场下的电网规划12.电力市场下的系统安全可靠性结束结束负荷频率控制负荷频率控制1.1.有功功率负荷的变动和调整控制有功功率负荷的变动和调整控制（续）（续） 根据负荷变化，电力系统的有功功率和频率调整大体上也可分为：一次调频：由发电机调速器进行；二次调频：由发电机调频器进行；三次调频
2、：优化准则，即由调度部门根据负荷曲线进行最优分配，责成各发电（续）（续） 厂按事先给定的负荷发电。除平衡节点（调频）外均属此类。 其中一、二次调频是事后的，三次调频是事前的。 一次调频是所有运行中的发电机组都可参加的，取决于发电机组是否已经满负荷发电。这类发电厂称为负荷监视厂。（续）（续） 二次调频是由平衡节点来承担。 三次调频即是经济调度的内容 2.2.频率的一次调整频率的一次调整 1）一次调频原理 发发电电机机的的单单位位调调节节功功率率：发电机组原动机或电源频率特性的斜率。（续）（续） 标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。（续）（续） 负荷的单位调节功率负荷的单位调节功率
3、：综合负荷的静态频率特性的斜率。（续）（续）（续）（续） 式中：KS称为系统的单位调节功率系统的单位调节功率。表示原动机调速器和负荷本身的调节效应共同作用下系统频率下降或上升的多少。 系统有若干台机参加一次调频时：（续）（续） 2）一次调频备用容量的分配 发电厂间并不通过投标提供一次调频备用容量，此服务是针对所有机组的，这与一次调频是机组的自然属性有关。电力系统调度员根据各厂调速器参数将系统所需备用容量分配到各机组。一般以一次调频备用容量占第t时段发电容量的百分比的形式给出。（续）（续） 例如，阿根廷采取较简明的一次调频备用容量分配方法。 对水电机组i规定为：（续）（续） 对火电机组k规定为：
4、 3）一次备用容量定价 一般以提供一次备用容量的边际机组的发电微增费用做为一次备用容量的价格，（续）（续） 各发电厂必须承担其分担的一次备用容量，这部分费用已包含于能量费用中，不再单独进行补偿。仅仅在发电厂提供的一次备用容量超过或少于其分配份额时，才有额外的报酬或罚款。其值为：（续）（续） 3.3.频率的二次调整频率的二次调整 1）二次调频原理 当负荷变动幅度较大（0.5%1.5%），周期较长（几分钟），仅靠一次调频作用不能使频率的变化保持在允许范围内，这时需要籍调速系统中的调频器动作，（续）（续） 以使发电机组的功频特性平行移动，从而改变发电机的有功功率以保持系统频率不变或在允许范围内。（续
5、）（续）（续）（续） 数学表达式 如果 ，即发电机组如数增发了负荷功率的原始增量，则 ，即所谓的无差调节无差调节。（续）（续） 调频厂须满足的条件：调频厂须满足的条件：调整的容量应足够大；调整的速度应足够快；调整范围内的经济性能应该好；注意系统内及互联系统的协调问题。 调频厂的选择原则为：调频厂的选择原则为：系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂；（续）（续）当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调频厂。 2）传统的传统的AGCAGC控制控制 在传统体制下AGC的基本假设是电力公司的控制中心有权要求控制区内的各发电机组无条件地执行AGC控制信号。（续）（续） AGCAGC的基本控制目标是的
6、基本控制目标是： （1）调整全电网发电出力与全电网负荷平衡； （2）将电网频率偏差调节到零、保持电网频率为额定值； （3）在各控制区域内分配全网发电出力，使区域间联络线潮流与计划值相等； （4）在本区域发电厂之间分配发电出力，使区域运行成本最小。（续）（续） AGC程序的控制目的是使由于负荷变动而产生的区域控制误差ACE不断减小直至为零。ACE可表达为： 式中：（续）（续） 3）电力市场条件下的电力市场条件下的AGCAGC服务与定价服务与定价 在市场条件下，区域控制误差(ACE)的计算与传统的AGC是一致的，因为控制边界并未改变。AGC服务产生的最大变化是AGC对机组功率的如何分配问题。传统的
7、AGC算法对机组的功率分配分两个部分：按经济调度原则分配计划负荷和计划外负荷，电厂送出相应的基点功率；（续）（续） 将区域控制误差分配到各机组，分配的基本原则是按发电费用最小为目标进行控制。 在电力市场中，仍需遵守同样的原则，但费用的含义是输电公司从发电公司购买AGC能量的费用。返回返回发电备用容量服务与定价发电备用容量服务与定价1. 备用分类及备用服务概述备用分类及备用服务概述（续）（续） 2. 加州电力市场的备用拍卖加州电力市场的备用拍卖 （1）发电厂投标。发电厂i应提前一天向调度中心进行备用投标。要求提供的投标信息包括投标容量和投标价格以及响应时间（与机组的爬坡速率有关）。投标价格由备用
8、容量的能量价格（即使用备用容量发电的价格）和备用容量的容量价格两部分组成。（续）（续） （2）投标选择。先根据过去一段时间内各厂对备用配额的完成情况，对各发电厂按其表现进行评估，这是投标选择中的一个主要原则。在60d内3次未完成指标的发电厂将失去投标资格。然后依据备用的使用概率进行投标选择，可按下式计算排出提供备用容量的优先次序表：（续）（续） 按下式计算备用容量价格：（3）服务结算。每个中标的备用容量供应者应该得到的报酬为：（续）（续） 3. 无功备用无功备用 电力系统无功功率电源除发电机外，还有电容器、调相机和静止补偿器等，分散在各变电所。系统中无功功率损耗远大于有功功率损耗。正常稳态运行
9、时，全系统频率相同，频率调整集中在发电厂，调频手段只有调整原动机功率一种。电压水平则全系统各点不同，而且，电压调整可分散进行，调压手段也多种多样。（续）（续） 无功实时运行可采用投标方式，投标包括无功电源的详细技术参数和无功报价。如果某机组仅因无功需要而启动，而有功发电保持在最小值，报价应包括此时的无功价格和有功价格。当机组因增加无功功率而不得不降低有功发电时，无功报价可以有功发电损失的形式给出。投标选择的主要根据是每宗投标对解决电压问题的重要程度。当存在足够的无（续）（续） 功供应者时，按他们的费用高低次序排队；当供应者不足时，应提供相应的价格刺激。 4.可中断负荷可中断负荷 5.有功无功备
10、用的一体化定价模型有功无功备用的一体化定价模型 其主要思想是；基于最优潮流的有功与无功定价方法，使之同时计算出有功与无功备用的最优容量及其价格。算法模型如下：（续）（续） （1）目标函数 （2）约束条件 1）各时段各节点的潮流方程约束（续）（续） 2）各时段各节点发电功率限制 3）各时段各线路输电能力限制（续）（续） 4）各时段各节点电压限制 5）各时段各节点备用限制（续）（续） 对上述数学模型进行求解，即可得各节点各时段的最优备用容量，进而可求出有功备用和无功备用价格分别为：返回返回电力市场中的发电计划电力市场中的发电计划 1. 机组经济组合机组经济组合 机组经济组合也称开停机计划，其目的是
11、针对在指定的周期内，满足系统负荷、备用容量、机组最小运行时间和最短开停机时间等限制，考虑机组启动费用和发电费用特性，确定机组的开停机计划，使周期内发电总费用最小。（续）（续） 机组经济组合问题的目标函数为发电费用与启动费用（包含停机费用）之和最小，约束条件为： 1）系统约束：包括负荷平衡、备用要求。 2）机组约束：机组容量限制、最短启动与停机时间限制、电厂内同时启动机组数、一天中机组的启停次数限制、机组可用状态（必开与必停机组、固定发电功率机组、（续）（续） 减发电功率机组）、机组类型（水电机组、峰荷机组、非峰荷机组）。 在电力系统中，优先顺序法是常用的机组经济组合的方法，但优先顺序法难以考虑
12、机组的启动耗量和最短开停机时间等约束条件，动态规划方法是另一种常用的机组经济组合算法。（续（续） 不同于经典的优先顺序法，在电力市场环境下，机组启停不再根据各机组的平均费用的大小排队，而是依据投标电价。电力市场投标过程是：首先让投标电价最低的发电厂带满负荷，看其是否已满足需求，若不满足，让投标价次低的发电厂发电，依次类推，直至满足需求或投标电价高于用户买电电价为止。（续）（续） 优先顺序法无法精确考虑启动费用、最短开停机时间、网损等约束条件，特别是电力市场中交易的约束。因此是不完全的。考虑上述约束条件，动态规划算法显然是一种较好的方法。但用动态规划法解决这一多时段、多状态、多节点的问题时，非常
13、可能出现“维数灾”，这可通过结合排序的动态规划方法来解决。（续）（续）2. 电力市场下的负荷预测电力市场下的负荷预测返回返回电力市场中的交易计划电力市场中的交易计划 与传统的发电计划相比，电能市场中的购电交易计划发生了本质的变化：数学模型的目标函数的改变。由发电总成本最低改变为购电总成本最低。电力市场中产生的购电计划是一种合同。这就要求交易中心尽可能提高购电计划的准确性。因此，在交易计划的数学模型中，应尽可能考虑电力生产的实际约（续（续） 束条件，使得决策结果尽可能符合实际情况。电力交易中，机组的报价曲线因时段不同而相异。发电商将根据不同时段市场供需状况，调整报价策略，以争取更大的市场份额、获
14、得更多的利润。（续）（续）1.1. 无约束短期交易计划无约束短期交易计划目标函数约束条件：系统有功平衡（续）（续）系统正、负备用约束系统调频容量的约束（续）（续）机组最大和最小出力约束机组最小运行与停机持续时间约束（续）（续） 机组跟踪负荷能力 机组电量约束 机组电量约束的引入是为了考虑电力市场过渡时期的合同电量约束。（续）（续） 2. 计及电网安全约束的交易计划计及电网安全约束的交易计划 如果考虑电网安全约束，某些机组将会“约束开”，某些机组将会“约束关”。由于输电约束起作用，系统总购电费用必然上升。 考虑电网安全约束的电力交易模型与无约束短期提前电力交易的数学模型形式上类似，只是多了以下三
15、个约束条件。（续）（续）节点有功平衡基尔霍夫第二定律线路输送容量约束（续）（续）3. 实时交易计划实时交易计划 每隔一定的时间（大约0.5h左右），根据全系统是否缺电或剩余电力，交易中心要组织实时平衡市场。愿意参与平衡市场的发电商可以提前数小时申报可用上调范围及上调价格和可用下调范围及功率下调价格，在实时调度中，系统调度员首先根据系统总不平衡量，决定（续）（续） 启用上调机组还是下调机组。然后，根据调节价格排序，从价格低的机组开始调度，直到满足不平衡量。最后一台调节的机组成为边际调节机组，其调节报价成为边际调节价格。按照市场边际定价原则，所有参与调节的机组将均被付以边际调节价格。（续）（续）
16、目标函数 或 约束条件是： ，以及所有系统 约束和机组约束条件。（续）（续）4. 多区域联合电网的交易计划多区域联合电网的交易计划 多区域联合运行有两种调度方式：集中调度方式，在这种方式下，电力公司间的交易是由统一调度中心按各方赞同的联合运行规约进行集中调度。分散调度方式，即各公司独立掌握其发电分配，各公司间通过协商进行交易。（续）（续） 1）集中调度系统交易计划的目标函数 传统的交易计划与经济调度一样，以全网发电费用最小为目标；但在电力市场中，目标函数并非单一的，不同的联合运行系统可以用不同的目标函数。以下分析针对如下图所示的三区域电力系统，分别采用不同的运行原则，考察其对利益优化的影响。（
17、续）（续）Pgi区域i的发电量；Pdi区域i的负荷Ci区域i的发电费用；i 区域i的售电电价（续）（续）（1）以发电费用最小为目标满足（续）（续）该问题的解为（2）以收入最大为目标式中：（续）（续）约束条件与（1）相同。该问题的解为（续）（续） （3）以利润最大化为目标 设某区域利润Q为该区域收入与该区域费用之差，则目标函数 式中 约束条件与（1）相同。（续）（续） 该问题的解为 2）分散调度系统交易计划的目标函数 在分散调度系统中，各方追求自身的利益最优，则其必须满足售电电价与边际费用相等，有时可能与整个系统最优产生（续）（续） 矛盾。在这种方式下，各区域仅关心自身的电力分配；但当各区域间的
18、微增费用存在明显差别时，各区域出于增加利润或降低费用的目的进行交易。返回返回完完优先顺序法机组经济组合优先顺序法机组经济组合 该方法是在对各类发电厂的运行特性进行分析的基础上，以总的发电费用最小为目标确定各类机组的开停顺序。 各类发电厂的运行特性：各类发电厂的运行特性： （1）火电厂火电厂 1）锅炉的技术最小负荷取决于锅炉燃烧的稳定性PGmin2570PGN，汽轮机：PGmin1015PGN；取决于锅炉。（续）（续） 2）锅炉和汽轮机的启停耗能，耗时且易损坏设备；不宜频繁开停机 3）锅炉和汽轮机有低温低压、中温中压、高温高压，亚临界压力，超高温高压等： 低温低压：效率低，技术经济指标差，调节范围宽； 高温高压：效率高，调节范围窄，技术要求高。（续）（续） 4）热电厂：PGmin 取决于热用户。（2）核电站：）核电站： 1）汽轮机：PGmin1015PGN； 2）启停耗能，耗时且易损坏设备； 3）一次投资大，运行费用小。（3）水电站）水电站 1）灌溉、通航，因此有强迫功率；（续）（续） 2）水轮机最小技术负荷由具体条件而异； 3）启停简单，便于增减负荷； 4）水头低时，可发功率降低； 5）分为无调节；有调节；抽水蓄能等类型。 各类发电厂的合理组合：各类发电厂的合理组合：（续）（续）返回返回
