中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：作者：余曉鵬 1 李曉萌1 張忠2 郝元釗1李程昊1 陳幸偉1 崔惟1 高澤1
單位：1. 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院；2. 大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院
引用： 余曉鵬,李曉萌,張忠等.抽蓄電站提供多時(shí)間尺度備用的優(yōu)化策略[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2022,11(02):573-582.
DOI：10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0410
摘 要 “碳達(dá)峰、碳中和”背景下，新能源發(fā)電將成為未來(lái)電力系統(tǒng)中的主要發(fā)電形式。然而，其隨機(jī)性與波動(dòng)性增加了電網(wǎng)不同時(shí)間尺度上的運(yùn)行備用需求。抽水蓄能作為成熟的儲(chǔ)能技術(shù)之一，具有調(diào)節(jié)速度快、容量大等優(yōu)勢(shì)，在電網(wǎng)輔助服務(wù)中的作用已備受重視。然而，抽蓄電站在電能量市場(chǎng)與各類輔助服務(wù)市場(chǎng)中的運(yùn)行策略、收益最大化問(wèn)題還有待深入研究。為此，本工作在電力市場(chǎng)環(huán)境下建立了抽蓄電站參與電能量市場(chǎng)與多時(shí)間尺度備用市場(chǎng)的優(yōu)化決策模型，并著重分析了備用補(bǔ)償價(jià)格對(duì)其運(yùn)行策略的影響，為抽蓄電站參與電力市場(chǎng)的運(yùn)行決策提供了解決方案。算例分析表明：抽蓄電站通過(guò)提供備用服務(wù)能夠明顯提高其運(yùn)行收益；并且，抽蓄電站提供多種備用時(shí)的總收益明顯高于提供單一備用時(shí)的收益。本文算例分析中，提供多種備用的總收益至少提高了44.37%。
關(guān)鍵詞 抽蓄電站；多時(shí)間尺度備用；電能量市場(chǎng)；市場(chǎng)策略
在“碳達(dá)峰、碳中和”發(fā)展背景下，我國(guó)電源結(jié)構(gòu)與電網(wǎng)運(yùn)行特征將發(fā)生深刻變革。新能源發(fā)電在電源側(cè)的比重將越來(lái)越高，該趨勢(shì)增加了電網(wǎng)運(yùn)行的功率平衡難度，提高了不同時(shí)間尺度上的備用輔助服務(wù)需求，為此文獻(xiàn)[1]提出了電網(wǎng)多時(shí)間尺度備用框架。儲(chǔ)能設(shè)備將為電網(wǎng)提供不同時(shí)間尺度上的備用支撐。然而，儲(chǔ)能參與電能量市場(chǎng)與輔助服務(wù)市場(chǎng)的決策問(wèn)題具有高度的耦合關(guān)系，因此，有待深入研究。
各國(guó)電網(wǎng)從響應(yīng)時(shí)間、持續(xù)時(shí)間等角度，對(duì)調(diào)頻、備用等相關(guān)輔助服務(wù)進(jìn)行了劃分和定義。歐洲大陸電網(wǎng)將備用分為一次備用、二次備用、三次備用。英國(guó)的備用包括一次頻率響應(yīng)、二次頻率響應(yīng)、快速備用和短期運(yùn)行備用。美國(guó)加州電網(wǎng)將備用資源劃分為頻率調(diào)節(jié)備用、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用和替代備用。
我國(guó)新型電力系統(tǒng)建設(shè)和新能源發(fā)電的發(fā)展增加了系統(tǒng)各個(gè)時(shí)間尺度上的備用需求。電網(wǎng)層面上，我國(guó)電網(wǎng)形成了特高壓交、直流互聯(lián)結(jié)構(gòu)，直流閉鎖故障將造成嚴(yán)重的功率不平衡問(wèn)題，對(duì)各區(qū)域秒級(jí)至分鐘級(jí)的快速備用需求提出了巨大挑戰(zhàn)。新能源的大量接入，其間歇性與波動(dòng)性使得電網(wǎng)分鐘級(jí)、小時(shí)級(jí)、數(shù)小時(shí)級(jí)的備用需求增加。早期的電網(wǎng)備用主要由各類發(fā)電廠提供。然而，隨著電網(wǎng)備用需要的增加，單一的電源側(cè)備用已難以滿足未來(lái)電網(wǎng)運(yùn)行需求。因此，儲(chǔ)能與需求側(cè)的備用潛力受到了越來(lái)越多的重視。
相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能參與調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)的運(yùn)行和收益問(wèn)題開(kāi)展了研究。文獻(xiàn)[10]研究了考慮儲(chǔ)能聚合商參與的調(diào)峰市場(chǎng)模式。文獻(xiàn)[11]在加州市場(chǎng)規(guī)則背景下，研究了儲(chǔ)能電站與電動(dòng)汽車參與調(diào)頻市場(chǎng)的運(yùn)行策略。文獻(xiàn)[12]提出了一種分布式自主控制方法、實(shí)現(xiàn)了蓄電池儲(chǔ)能用于系統(tǒng)調(diào)頻。文獻(xiàn)[13]研究了風(fēng)電和壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)同控制方法，利用壓縮空氣儲(chǔ)能在充放電模式下進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，以緩解風(fēng)電不確定性對(duì)電力系統(tǒng)頻率的影響。文獻(xiàn)[14]構(gòu)建了風(fēng)、光、水、火多種類型的電源參與調(diào)頻的市場(chǎng)模型，采用了順序競(jìng)價(jià)模式和邊際價(jià)格出清方法，并分析了多類電源參與調(diào)頻對(duì)系統(tǒng)調(diào)頻性能的提升效果。文獻(xiàn)[15]對(duì)比了火電機(jī)組和儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)頻性能，得出了儲(chǔ)能調(diào)頻具有響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)[16]利用虛擬慣性控制策略，實(shí)現(xiàn)蓄電池?fù)Q流器的快速調(diào)節(jié)，從而增加系統(tǒng)慣性。文獻(xiàn)[17]提出了儲(chǔ)能與AGC機(jī)組協(xié)同調(diào)度方法，研究表明：儲(chǔ)能可以彌補(bǔ)AGC機(jī)組響應(yīng)速度的不足，進(jìn)一步釋放其調(diào)節(jié)潛力。
儲(chǔ)能在備用輔助服務(wù)方面的作用也備受關(guān)注。文獻(xiàn)[18]研究了儲(chǔ)能與負(fù)荷參與區(qū)域互聯(lián)備用的優(yōu)化問(wèn)題，緩解了傳統(tǒng)機(jī)組的備用壓力。文獻(xiàn)[19-20]提出了電儲(chǔ)能提供事故備用容量的優(yōu)化利用方法。文獻(xiàn)[21]提出了運(yùn)行可行域的概念，建立了集中式儲(chǔ)能運(yùn)行備用能力的評(píng)估模型。文獻(xiàn)[22]引入儲(chǔ)能提供旋轉(zhuǎn)備用，應(yīng)對(duì)風(fēng)電出力的不確定性。文獻(xiàn)[23]提出了儲(chǔ)能閑置容量參與能量市場(chǎng)與備用輔助服務(wù)市場(chǎng)的運(yùn)行策略，驗(yàn)證了該方法可顯著提高儲(chǔ)能收益。
抽蓄電站作為較為成熟的儲(chǔ)能方式之一，針對(duì)抽蓄電站提供輔助服務(wù)問(wèn)題已開(kāi)展了較多的研究。文獻(xiàn)[24]研究了抽蓄參與電力系統(tǒng)調(diào)峰的效益及對(duì)新能源消納的意義。文獻(xiàn)[25]建立了抽蓄電站提供調(diào)相輔助服務(wù)的補(bǔ)償機(jī)制。文獻(xiàn)[26-29]研究了抽蓄電站參與電能量市場(chǎng)并提供備用的優(yōu)化調(diào)度方法。文獻(xiàn)[26]研究了電力現(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下抽蓄電站的日前和實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題，模型中考慮了抽蓄電站向系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)備用容量?？紤]到抽蓄電站的發(fā)電容量與備用容量間的耦合關(guān)系，文獻(xiàn)[27]建立了抽蓄電站參與電能量市場(chǎng)與旋轉(zhuǎn)備用市場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。文獻(xiàn)[28]建立了抽蓄電站的兩階段優(yōu)化模型，第一階段完成小時(shí)級(jí)的系統(tǒng)發(fā)電容量?jī)?yōu)化；第二階段在分鐘級(jí)時(shí)間尺度上對(duì)水電機(jī)組和抽水蓄能機(jī)組的備用容量進(jìn)行優(yōu)化。文獻(xiàn)[29]提出了含抽蓄電站的多類型電源系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)備用的優(yōu)化建模方法。
上述工作主要針對(duì)抽蓄電站提供旋轉(zhuǎn)備用問(wèn)題展開(kāi)研究，然而，未來(lái)高比例新能源電力系統(tǒng)對(duì)一次、二次、三次備用資源均有較大的需求。抽蓄電站具有靈活的調(diào)節(jié)性能，可以為電力系統(tǒng)提供不同時(shí)間尺度的備用容量。然而，抽蓄電站的發(fā)電容量和各個(gè)時(shí)間尺度的備用容量之間具有較強(qiáng)耦合關(guān)系，為了解決抽蓄電站參與多類市場(chǎng)的優(yōu)化決策問(wèn)題，本研究建立了抽蓄電站參與電能量市場(chǎng)與多時(shí)間尺度備用市場(chǎng)的運(yùn)行決策模型，提出了儲(chǔ)能在不確定性電價(jià)和不同備用補(bǔ)償價(jià)格下的優(yōu)化決策方法，驗(yàn)證了抽蓄電站提供多種備用時(shí)的總收益明顯高于提供單一備用時(shí)的收益。
1 抽蓄電站在電能量市場(chǎng)中的獲利模式分析
1.1 抽蓄電站的運(yùn)行模型
為了滿足抽蓄電站的運(yùn)行要求，需要考慮其實(shí)際運(yùn)行時(shí)的約束。
抽蓄電站的發(fā)電功率約束
1.2 抽蓄電站在電能量市場(chǎng)中的收益分析
抽水蓄能在電能量市場(chǎng)中利用峰谷價(jià)差獲利，在日前電力市場(chǎng)環(huán)境下，考慮抽蓄作為獨(dú)立主體參與市場(chǎng)，其收益情況與日前出清電價(jià)曲線密切相關(guān)。本研究考慮電能量市場(chǎng)日前電價(jià)的不確定性，建立抽蓄電站的收益分析模型，建模流程如圖1所示。
圖1 不確定性電價(jià)下抽蓄電站收益評(píng)估流程
建模過(guò)程如下：
（1）獲取電能量市場(chǎng)歷史電價(jià)數(shù)據(jù)，用于接下來(lái)一天的電價(jià)預(yù)測(cè)；
（2）獲取接下來(lái)一天的系統(tǒng)信息，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，基于概率預(yù)測(cè)方法，得到日前電價(jià)的概率預(yù)測(cè)結(jié)果；
（3）基于概率預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行抽樣，獲得日前電價(jià)場(chǎng)景曲線，并通過(guò)場(chǎng)景縮減技術(shù)，得到實(shí)際求解所能接受的電價(jià)場(chǎng)景曲線個(gè)數(shù)；
（4）抽蓄電站參與電能量市場(chǎng)的獲利模型；
（5）抽蓄電站的期望收益計(jì)算。
由于本研究主要分析抽蓄電站的收益情況與市場(chǎng)策略，假設(shè)電價(jià)場(chǎng)景數(shù)據(jù)為已獲得信息，并且所采用的能量市場(chǎng)電價(jià)形式為實(shí)時(shí)電價(jià)模型，即各時(shí)段電價(jià)通過(guò)市場(chǎng)出清獲得。所建立的抽蓄電站在電能量市場(chǎng)中的期望收益模型如下。
2 抽蓄電站參與電能量市場(chǎng)與備用市場(chǎng)的收益建模
電力系統(tǒng)中電能量市場(chǎng)與備用市場(chǎng)是兩類不同的市場(chǎng)，然而，兩類市場(chǎng)間具有一定的耦合關(guān)系，使得各市場(chǎng)主體需要權(quán)衡在兩類市場(chǎng)中的申報(bào)策略。抽蓄電站參與備用市場(chǎng)的成本主要來(lái)自于電能量市場(chǎng)中的機(jī)會(huì)成本，即由于提供備用容量而在電能量市場(chǎng)中減少的收益。為了實(shí)現(xiàn)抽蓄電站在兩類市場(chǎng)中的收益最大化，本節(jié)進(jìn)一步建立了抽蓄電站參與電能量市場(chǎng)與備用市場(chǎng)的優(yōu)化決策模型。
2.1 抽蓄電站提供單一備用時(shí)的運(yùn)行建模
式(13)表示，抽蓄電站應(yīng)預(yù)留一定的庫(kù)存容量，用于發(fā)揮備用作用時(shí)的發(fā)電或蓄水。
各場(chǎng)景下抽蓄電站庫(kù)容狀態(tài)與抽水、放電功率的關(guān)聯(lián)約束、庫(kù)容的周期性約束可表示
上述目標(biāo)函數(shù)需滿足約束式(8)～(12)、式(14)～(15)和式(17)。
通過(guò)求解模型P3可獲得抽蓄提供多種備用服務(wù)的最優(yōu)申報(bào)策略。
3 算例分析
3.1 算例介紹
參考實(shí)際抽水蓄能電站參數(shù)和我國(guó)河南省電價(jià)水平，本工作對(duì)相關(guān)算例參數(shù)進(jìn)行了假設(shè)，設(shè)抽蓄電站的參數(shù)如下：最大放電功率和最大抽水功率為20 MW，庫(kù)存容量為100 MW·h，抽水蓄能電站的效率為75%。本研究所采用的多場(chǎng)景能量電價(jià)曲線如圖2所示，該電價(jià)場(chǎng)景是通過(guò)模擬我國(guó)某省電能量市場(chǎng)運(yùn)行情況所得。整體上，夜間系統(tǒng)凈負(fù)荷(即系統(tǒng)負(fù)荷功率減去風(fēng)、光出力)相對(duì)較低，因此，各場(chǎng)景下電價(jià)也相對(duì)較低；中午和傍晚系統(tǒng)凈負(fù)荷相對(duì)較高，因此，各場(chǎng)景下電價(jià)相對(duì)較高。本文建立的模型為混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，采用MATLAB編寫程序，并調(diào)用CPLEX優(yōu)化求解器完成了問(wèn)題求解。
圖2 20個(gè)場(chǎng)景下的電價(jià)曲線
3.2 參與電能市場(chǎng)下的運(yùn)行結(jié)果
當(dāng)不考慮抽蓄提供備用時(shí)，其在不同電價(jià)場(chǎng)景下的抽水、發(fā)電情況如圖3所示。每個(gè)時(shí)段上均有20個(gè)柱狀線，代表該時(shí)段上，各個(gè)場(chǎng)景下的抽蓄的運(yùn)行功率大小，不同場(chǎng)景用不同顏色區(qū)分，且負(fù)值表示抽水功率，即運(yùn)行于蓄水狀態(tài)；正值表示發(fā)電功率，即運(yùn)行與發(fā)電狀態(tài)。仿真結(jié)果顯示：抽蓄電站主要在夜間抽水，中午和傍晚負(fù)荷電價(jià)較高時(shí)段發(fā)電，從而利用不同時(shí)段上的電價(jià)差異獲利，一天內(nèi)的總獲利期望為8357元。一天內(nèi)出現(xiàn)的最大抽水功率和放電功率均為20 WM，蓄水容量最大、最小狀態(tài)限分別是100和0 MW·h，說(shuō)明抽蓄電站容量得到了完全利用。抽蓄電站的獲利情況主要與一天內(nèi)不同時(shí)段間的電價(jià)差異有關(guān)，電價(jià)差超過(guò)一定水平時(shí)，抽蓄電站便會(huì)充分利用其容量獲得收益。
圖3 抽蓄電站在電能量市場(chǎng)中的運(yùn)行結(jié)果
3.3 提供備用時(shí)的運(yùn)行決策
當(dāng)僅考慮抽蓄電站提供一種備用時(shí)，例如只提供一次調(diào)頻備用、持續(xù)時(shí)間不低于一分鐘(備用類型1)，并設(shè)備用容量上限為3 MW，在不同備用補(bǔ)償價(jià)格下，抽蓄電站申報(bào)的備用容量與收益等情況如表1所示。當(dāng)備用補(bǔ)償價(jià)格較低時(shí)，抽蓄電站仍然將所用容量用于參與電能量市場(chǎng)，當(dāng)備用補(bǔ)償價(jià)格高于0.012元/h時(shí)，抽蓄電站會(huì)盡可能將容量用于提供備用，從而獲得更多收益，該價(jià)格下，抽蓄電站總收益可達(dá)8835元，高于電能市場(chǎng)中的總期望收益，即為8357元。與僅參與電能市場(chǎng)情況相比，提供備用后的總期望收益增加5.72%。
表1 備用類型1的不同補(bǔ)償價(jià)格下，抽蓄電站運(yùn)行決策結(jié)果
抽蓄電站提供備用的成本主要來(lái)自于電能市場(chǎng)中的機(jī)會(huì)成本，只有當(dāng)備用補(bǔ)償價(jià)格高于電能量市場(chǎng)中的機(jī)會(huì)成本時(shí)，抽蓄電站才開(kāi)始提供備用容量。計(jì)算結(jié)果表明：抽蓄電站提供的備用容量隨著補(bǔ)償價(jià)格的升高而增加，說(shuō)明其所提供的備用容量在電能量市場(chǎng)中的機(jī)會(huì)成本也越來(lái)越大?？梢?jiàn)，抽蓄電站的運(yùn)行需要根據(jù)電能量市場(chǎng)中的收益和備用補(bǔ)償價(jià)格進(jìn)行決策，從而獲得最大收益。
當(dāng)考慮抽蓄提供分鐘級(jí)備用、持續(xù)時(shí)間10 min(備用類型2)、備用容量上限為10 MW時(shí)，在不同備用補(bǔ)償價(jià)格下，抽蓄電站申報(bào)的備用容量與收益等情況如表2所示。當(dāng)備用補(bǔ)償價(jià)格高于0.0064元/h后，抽蓄電站開(kāi)始通過(guò)提供備用獲取更多收益。當(dāng)備用補(bǔ)償價(jià)格為0.0128 元/h時(shí)，抽蓄電站申報(bào)的向上、向下備用容量為10 MW，即達(dá)到最大可申報(bào)的備用容量，此時(shí)，在電能量市場(chǎng)中的最大可用容量為10 MW，此時(shí)，電能量市場(chǎng)各場(chǎng)景下的抽蓄電站運(yùn)行狀態(tài)如圖4所示。并且該備用補(bǔ)償價(jià)格下，抽蓄電站總期望收益可達(dá)10324元，與僅參與電能市場(chǎng)情況相比，提供備用后總期望收益增加23.54%。備用類型2要求的持續(xù)提供時(shí)間相對(duì)較短，當(dāng)抽蓄電站提供該類型備用時(shí)需要預(yù)留的庫(kù)存容量相對(duì)較少，仍有較多的容量參與電能量市場(chǎng)，因此，在兩種市場(chǎng)中的總收益相對(duì)較多。
表2 備用類型2的不同補(bǔ)償價(jià)格下，抽蓄運(yùn)行決策結(jié)果
圖4 提供備用后抽蓄電站在電能量市場(chǎng)中的運(yùn)行結(jié)果
抽蓄電站提供備用時(shí)，需要同時(shí)預(yù)留功率容量與庫(kù)存容量。提供備用類型2的容量達(dá)到上限時(shí)，最小庫(kù)容狀態(tài)為1.67 MW·h，最大庫(kù)容狀態(tài)為98.33 MW·h，需要預(yù)留的庫(kù)存容量略高于提供備用類型1時(shí)所需的容量。
當(dāng)考慮抽蓄提供10 min備用、持續(xù)時(shí)間2 h(備用類型3)、備用容量上限為20 MW時(shí)，在不同備用補(bǔ)償價(jià)格下，抽蓄電站申報(bào)的備用容量與收益等情況如表3所示。當(dāng)備用補(bǔ)償價(jià)格低于0.0048元/h時(shí)，抽蓄電站不提供備用輔助服務(wù)。當(dāng)備用補(bǔ)償價(jià)格高于0.096元/h時(shí)，抽蓄電站全部容量均用于提供備用，即20 MW，可獲得更多收益，此時(shí)總收益為9216元，與僅參與電能市場(chǎng)情況相比，提供備用的總收益增加10.28%。
表3 備用類型3的不同補(bǔ)償價(jià)格下，抽蓄運(yùn)行決策結(jié)果
當(dāng)抽蓄電站容量全部用于提供備用時(shí)，在日前市場(chǎng)出清后，其庫(kù)容狀態(tài)保持恒定，該定值不能低于40 MW·h，以便提供足夠的向上備用容量，即發(fā)電容量；且該定值不能高于60 MW·h，以便提供足夠的向下備用容量，即抽水蓄能容量。
當(dāng)考慮抽蓄提供30 min備用、持續(xù)時(shí)間2 h(備用類型4)、備用容量上限為20 MW時(shí)，在不同備用補(bǔ)償價(jià)格下，抽蓄電站申報(bào)的備用容量與收益等情況如表4所示。當(dāng)抽蓄提供備用時(shí)，影響其在電能量市場(chǎng)收益的因素有備用容量和持續(xù)備用時(shí)間，因此，該備用下的市場(chǎng)策略與提供備用類型3的市場(chǎng)策略(表3)一致。當(dāng)備用補(bǔ)償價(jià)格為0.006元/h時(shí)，抽蓄電站開(kāi)始提供備用輔助服務(wù)，從而增加總收益。
表4 備用類型4的不同補(bǔ)償價(jià)格下，抽蓄運(yùn)行決策結(jié)果
當(dāng)考慮抽蓄電站可以同時(shí)申報(bào)4種備用輔助服務(wù)時(shí)，其最優(yōu)市場(chǎng)策略如表5最后一列所示，設(shè)4種備用的補(bǔ)償價(jià)格分別為0.01、0.008、0.006、0.005元/h，此時(shí)抽蓄的最優(yōu)申報(bào)策略為：秒級(jí)的一次調(diào)頻備用容量為3 MW，1 min備用容量為10 MW，30 min備用容量為10 MW，電能量市場(chǎng)中的運(yùn)行情況如圖5所示。此時(shí)，抽蓄的總收益為12340元。在同樣的價(jià)格下，抽蓄電站提供單一備用的收益分別是8632、8510、8359、8357元。可見(jiàn)，當(dāng)抽蓄電站同時(shí)提供不用時(shí)間尺度的備用時(shí)，其庫(kù)容、功率容量都將得到充分的利用，并且總收益也顯著增加。與僅參與電能市場(chǎng)情況相比，同時(shí)提供多種備用后總期望收益增加47.66%；與提供單一備用相比，總收益至少增加了44.37%。
表5 提供不同備用時(shí)的運(yùn)行決策與收益對(duì)比
圖5 提多種供備用后抽蓄電站在電能量市場(chǎng)中的運(yùn)行結(jié)果
3.4 峰谷電價(jià)下抽蓄電站的收益情況
進(jìn)一步將上述實(shí)時(shí)電價(jià)場(chǎng)景下抽蓄電站的收益與峰谷電價(jià)進(jìn)行對(duì)比，采用的峰谷電價(jià)曲線如圖6所示。峰谷電價(jià)下，抽蓄電站的運(yùn)行功率如圖7所示。
圖6 峰谷電價(jià)曲線
圖7 峰谷電價(jià)下抽蓄電站在電能量市場(chǎng)中的運(yùn)行情況
由于峰谷電價(jià)事先已知，抽蓄電站可以指定確定的運(yùn)行計(jì)劃，即在電價(jià)谷、平時(shí)段抽水，在電價(jià)峰時(shí)段發(fā)電，抽蓄電站在峰谷電價(jià)下的總收益為20097元，總收益高于實(shí)時(shí)電價(jià)場(chǎng)景下的收益。抽蓄電站在峰谷電價(jià)下的總收益與峰谷電價(jià)差有關(guān)，峰谷電價(jià)差越大，抽蓄電站在電能量市場(chǎng)中的收益越大。
當(dāng)考慮抽蓄電站可以同時(shí)申報(bào)4種備用輔助服務(wù)時(shí)，兩種電價(jià)類型下抽蓄電站的運(yùn)行策略對(duì)比見(jiàn)表6，種備用的補(bǔ)償價(jià)格分別為0.01、0.008、0.006、0.005元/h。由于本算例的峰谷電價(jià)下，抽蓄電站在電能量市場(chǎng)中的收益較大，即提供備用的機(jī)會(huì)成本較大，因此，其申報(bào)備用的容量小于實(shí)時(shí)電價(jià)場(chǎng)景。在峰谷電價(jià)類型下，抽蓄電站僅提供備用類型1和2，未提供備用類型3和4，當(dāng)進(jìn)一步增加備用類型3和4補(bǔ)償價(jià)格時(shí)，使其高于提供備用的機(jī)會(huì)成本，抽蓄電站會(huì)逐漸增加備用類型3和4申報(bào)容量。此外，由于抽蓄電站在峰谷電價(jià)下仍然可提供不同類型的備用，且在峰谷電價(jià)下的收益情況不影響上述其在不同備用策略下的相關(guān)結(jié)論。
表6 備用類型4的不同補(bǔ)償價(jià)格下，抽蓄運(yùn)行決策結(jié)果
4 結(jié)論
本工作研究了抽蓄電站參與電能量市場(chǎng)與輔助服務(wù)市場(chǎng)的優(yōu)化決策問(wèn)題，考慮了電能價(jià)格的不確定性，基于場(chǎng)景建模方法，建立抽蓄電站參與電能量市場(chǎng)并提供備用的優(yōu)化決策模型，進(jìn)一步建立了其提供多種備用服務(wù)的優(yōu)化決策模型。抽蓄電站提供不同時(shí)間尺度備用時(shí)，其功率容量之間互不影響，但各類備用的庫(kù)存容量相互耦合和制約。
在電能量市場(chǎng)中，抽蓄電站利用不同時(shí)段的價(jià)格差異獲得收益。當(dāng)提供備用時(shí)，抽蓄電站需要預(yù)留一定的功率容量與庫(kù)存容量。當(dāng)備用補(bǔ)償價(jià)格高于一定水平后，抽蓄電站可以通過(guò)參與備用市場(chǎng)獲得更多收益，甚至將全部容量用于提供備用輔助服務(wù)，以增加其總期望收益。
仿真分析了抽蓄電站提供四種備用時(shí)的優(yōu)化決策和收益情況，其同時(shí)提供不同時(shí)間尺度的備用時(shí)的總收益明顯高于提供單一備用時(shí)的收益。即使備用補(bǔ)償價(jià)格相對(duì)較低，抽蓄電站仍可以通過(guò)同時(shí)提供多種備用來(lái)提高收益。
第一作者：余曉鵬（1974—），男，碩士，教授級(jí)高工，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)規(guī)劃，E-mail：xmli97@126.com；
通訊作者：李曉萌，高工，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)安全穩(wěn)定分析，E-mail：lixiaomeng@ha.sgcc.com.cn。
