電力市場(chǎng)環(huán)境下AGC服務(wù)考核和結(jié)算

姚鵬，楊軼雷，張靠社，韋立

（1.重慶市電力公司綦南供電局，綦江 401420；2.西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院，西安 710048）

電力市場(chǎng)環(huán)境下AGC服務(wù)考核和結(jié)算

姚鵬1，楊軼雷1，張靠社2，韋立1

（1.重慶市電力公司綦南供電局，綦江 401420；2.西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院，西安 710048）

為促進(jìn)AGC服務(wù)考核和結(jié)算業(yè)務(wù)的發(fā)展，結(jié)合重慶電網(wǎng)AGC服務(wù)管理實(shí)際，提出了基于統(tǒng)計(jì)學(xué)相似系數(shù)法與層次分析法AHP的AGC服務(wù)實(shí)際調(diào)節(jié)效能考核和結(jié)算方法。該方法利用統(tǒng)計(jì)學(xué)相似系數(shù)法得出AGC服務(wù)各性能考核結(jié)果，根據(jù)各性能對(duì)系統(tǒng)貢獻(xiàn)大小用AHP把它們組合起來(lái)，作為對(duì)AGC服務(wù)考核的依據(jù)，然后根據(jù)考核結(jié)果對(duì)AGC服務(wù)進(jìn)行結(jié)算；最后，通過(guò)算例分析，說(shuō)明該方法不僅能夠體現(xiàn)AGC服務(wù)性能的差異，客觀反映其對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際貢獻(xiàn)，同時(shí)還能為電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)提供豐富的經(jīng)濟(jì)學(xué)信號(hào)。

電力市場(chǎng)；輔助服務(wù)；自動(dòng)發(fā)電控制；考核；結(jié)算；層次分析法

在我國(guó)一般將輔助服務(wù)費(fèi)用包含在電價(jià)中，并用期貨電量的形式予以補(bǔ)償，這種運(yùn)營(yíng)規(guī)則曾經(jīng)起過(guò)一定的積極作用，但由于缺乏合理的量化依據(jù)，不能真正體現(xiàn)市場(chǎng)的公平性，制約了自動(dòng)發(fā)電控制AGC（automatic generation control）服務(wù)性能的提高和有效運(yùn)行。目前我國(guó)電網(wǎng)中AGC服務(wù)容量占總裝機(jī)容量的比例并不大，且其相關(guān)技術(shù)還在不斷發(fā)展之中[1]。為誘導(dǎo)充裕的AGC容量并保證較高的運(yùn)行效率，除需對(duì)現(xiàn)有AGC進(jìn)行改造外，還要加強(qiáng)對(duì)其科學(xué)管理，統(tǒng)計(jì)出準(zhǔn)確、真實(shí)反映AGC服務(wù)實(shí)際運(yùn)行性能的指標(biāo)，并在結(jié)算時(shí)得以體現(xiàn)，做到科學(xué)、公正，有利于倡導(dǎo)市場(chǎng)原則、促進(jìn)電廠提高自動(dòng)化水平和參與AGC服務(wù)市場(chǎng)的積極性。

文獻(xiàn)[2]給出了AGC機(jī)組考核與結(jié)算的思路，但對(duì)于怎樣考核并沒(méi)有進(jìn)行說(shuō)明。文獻(xiàn)[3]提出了一種考慮控制成本的頻率控制方法，對(duì)于加強(qiáng)AGC服務(wù)管理有一定的借鑒意義。文獻(xiàn)[4]把統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)系數(shù)作為AGC績(jī)效考評(píng)方法，跟文獻(xiàn)[5-6]相似把CPS考核的責(zé)任完全歸為AGC機(jī)組，這顯然不合理，同時(shí)相關(guān)系數(shù)要求樣本間具有線性關(guān)系。文獻(xiàn)[7-8]對(duì)AGC服務(wù)調(diào)節(jié)效能評(píng)估和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償進(jìn)行了研究，但其評(píng)估方法的合理性有待商榷。文獻(xiàn)[9-10]對(duì)AGC機(jī)組調(diào)節(jié)效能系數(shù)進(jìn)行了研究，為考核AGC機(jī)組提供了一定的基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[11-12]的AGC服務(wù)性能評(píng)估方法存在不合理性。文獻(xiàn)[13]提出了一種“喇叭”曲線評(píng)價(jià)AGC調(diào)節(jié)性能的方法。重慶電網(wǎng)AGC服務(wù)管理也存在與上述文獻(xiàn)類似的不合理性，為此本文提出基于統(tǒng)計(jì)學(xué)相似系數(shù)[14]與層次分析法AHP（analytical hierarchy process）的AGC服務(wù)實(shí)際調(diào)節(jié)效能考核辦法，并根據(jù)考核結(jié)果對(duì)其進(jìn)行結(jié)算，克服了AGC服務(wù)管理中的一些弊端。通過(guò)算例分析，說(shuō)明該方法不僅能夠體現(xiàn)AGC服務(wù)性能的差異，客觀反映其對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際貢獻(xiàn)，同時(shí)還能為電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)提供豐富的經(jīng)濟(jì)學(xué)信號(hào)。

1 考核

根據(jù)電網(wǎng)對(duì)AGC服務(wù)的要求，AGC服務(wù)調(diào)節(jié)性能一般包括：調(diào)節(jié)容量、響應(yīng)延遲時(shí)間、跟蹤速率、調(diào)節(jié)偏差等。

從系統(tǒng)角度考慮，AGC服務(wù)的目的是維持系統(tǒng)的頻率或聯(lián)絡(luò)線上的潮流在要求的范圍內(nèi)；但從機(jī)組角度考慮，AGC服務(wù)是為了實(shí)現(xiàn)有功輸出跟蹤指令變化的功能。評(píng)價(jià)AGC服務(wù)的質(zhì)量，就是考核AGC機(jī)組有功輸出跟隨指令變化是否達(dá)到要求。而秩相關(guān)系數(shù)和夾角余弦相似系數(shù)不僅能體現(xiàn)樣本數(shù)值之間的相似性，還能反映樣本數(shù)值的變化局勢(shì)，對(duì)樣本數(shù)據(jù)無(wú)特殊要求，用它們作為考核AGC服務(wù)性能指標(biāo)無(wú)論對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還是對(duì)機(jī)組的公平性都具有非常重要的意義；同時(shí)，將二者結(jié)合起來(lái)，可以獲得1+1〉2的效果。

1.1 性能考核系數(shù)的計(jì)算

具有一定的升降速率是AGC機(jī)組參與電網(wǎng)AGC的前提。不同類型的機(jī)組AGC服務(wù)響應(yīng)速率不同，這就要求依據(jù)主站AGC軟件記錄的AGC服務(wù)負(fù)荷指令曲線以及實(shí)際發(fā)電曲線統(tǒng)計(jì)出其命令執(zhí)行情況。

一個(gè)固定的統(tǒng)計(jì)段可能有幾個(gè)有效控制段，通過(guò)計(jì)算便可得到幾個(gè)升降速率，這樣就可以得到AGC服務(wù)速率考核效能系數(shù)，計(jì)算數(shù)學(xué)模型如下。

調(diào)節(jié)速率秩相關(guān)系數(shù)計(jì)算：

調(diào)節(jié)速率夾角余弦相似系數(shù)計(jì)算：

調(diào)節(jié)速率效能考核系數(shù)計(jì)算：

式中：ρi，rs（Vd，Va）為AGC服務(wù)i的調(diào)節(jié)速率秩相關(guān)系數(shù)，下標(biāo)r、s分別表示申報(bào)和實(shí)際調(diào)節(jié)速率秩的觀測(cè)值；Vd（i，j）為AGC服務(wù)i在第j控制時(shí)段的申報(bào)調(diào)節(jié)速率；Va（i，j）為AGC服務(wù)i在第j控制時(shí)段的實(shí)際調(diào)節(jié)速率；N為AGC服務(wù)結(jié)算周期內(nèi)的控制時(shí)段數(shù)；rj表示AGC服務(wù)i在第j控制時(shí)段的申報(bào)調(diào)節(jié)速率Vd（i，j）在Vd（i，1），Vd（i，2），…，Vd（i，N）中的秩的觀測(cè)值；sj表示AGC服務(wù)i在第j控制時(shí)段的實(shí)際調(diào)節(jié)速率Va（i，j）在Va（i，1），Va（i，2），…，Va（i，N）中的秩的觀測(cè)值；μ、ν分別為調(diào)節(jié)速率秩相關(guān)系數(shù)與調(diào)節(jié)速率夾角余弦相似系數(shù)的權(quán)重因子。上式分母的作用是將相關(guān)系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，并將其限定在［-1，1］范圍內(nèi)，其值大于0為正相關(guān)，小于0為反相關(guān)，0為不相關(guān)。

Ki，1為AGC服務(wù)i的調(diào)節(jié)速率效能考核系數(shù)；同理，可得調(diào)節(jié)容量、調(diào)節(jié)偏差以及響應(yīng)延遲時(shí)間效能考核系數(shù)分別為Ki，2、Ki，3、Ki，4，計(jì)算數(shù)學(xué)模型與調(diào)節(jié)速率效能考核系數(shù)類似。

1.2 基于AHP的AGC服務(wù)綜合調(diào)節(jié)效能系數(shù)

基于AHP把以上各效能考核系數(shù)綜合起來(lái)作為AGC服務(wù)綜合調(diào)節(jié)效能系數(shù)，計(jì)算模型如下：

式中：Ki，1、Ki，2、Ki，3、Ki，4分別為AGC服務(wù)i的調(diào)節(jié)速率、容量、偏差和響應(yīng)延遲時(shí)間效能考核系數(shù)；α、β、λ和θ分別為各效能考核系數(shù)權(quán)重因子，不同權(quán)值可以為市場(chǎng)提供不同的經(jīng)濟(jì)信號(hào)。

2 基于發(fā)電計(jì)劃執(zhí)行合格率的AGC服務(wù)結(jié)算

為了和非AGC機(jī)組考核一致，將AGC服務(wù)綜合調(diào)節(jié)效能系數(shù)轉(zhuǎn)化為合格率，有：

式中，Ki為AGC服務(wù)i的綜合調(diào)節(jié)效能系數(shù)。

AGC服務(wù)i在結(jié)算周期應(yīng)得到的收入為

式中：σ1，σ2為獎(jiǎng)懲系數(shù)，由電監(jiān)會(huì)或政府相關(guān)部門確定；Psch，i為AGC服務(wù)i發(fā)電計(jì)劃合格率；Esch，i、EAGC，i分別為AGC服務(wù)i在結(jié)算周期內(nèi)的電量費(fèi)用和調(diào)節(jié)電量費(fèi)用。

一般而言，AGC服務(wù)的綜合調(diào)節(jié)效能系數(shù)是一個(gè)小于1的正值，其值越小，考核越嚴(yán)。當(dāng)其值為0時(shí)，表示AGC未投，可根據(jù)事先確定的條款向AGC服務(wù)收取違約金或按照因AGC服務(wù)未投而使系統(tǒng)運(yùn)行成本的增加量進(jìn)行處罰。當(dāng)其值為負(fù)數(shù)時(shí)，表示AGC服務(wù)向相反的方向調(diào)節(jié)，這時(shí)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際進(jìn)行處理，相對(duì)于未投AGC服務(wù)來(lái)說(shuō)，要準(zhǔn)確計(jì)算出此時(shí)所造成的系統(tǒng)運(yùn)行成本的增量，是一個(gè)非常復(fù)雜和困難的問(wèn)題，需要從多方面深入研究。

3 算例分析

基于AHP和重慶電網(wǎng)實(shí)際情況，AGC服務(wù)各項(xiàng)指標(biāo)重要程度依次為：響應(yīng)延遲時(shí)間、調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)偏差、調(diào)節(jié)容量，構(gòu)造如下判斷矩陣：

根據(jù)AHP原理，解得一致性判斷矩陣A的特征向量并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得各效能考核系數(shù)權(quán)重因子α＝0.27，β＝0.2，λ＝0.23，θ＝0.3，為說(shuō)明問(wèn)題此處取獎(jiǎng)懲系數(shù)σ1＝σ2＝1。

為了簡(jiǎn)單且不失一般性地說(shuō)明所提考核方法的特點(diǎn)，假設(shè)在某一個(gè)結(jié)算周期系統(tǒng)對(duì)AGC機(jī)組上下調(diào)節(jié)分別有9個(gè)控制段，且假設(shè)各控制時(shí)段上下調(diào)節(jié)響應(yīng)延遲時(shí)間、調(diào)節(jié)幅值的申報(bào)和它們的實(shí)際值均分別相等，其申報(bào)、響應(yīng)、考核情況如表1和表2所示。

表1 某一個(gè)結(jié)算周期AGC服務(wù)申報(bào)、實(shí)際響應(yīng)情況Tab.1Sevice declaration and actual response of AGC in a settlement period

表2 某一個(gè)結(jié)算周期AGC服務(wù)申報(bào)、實(shí)際響應(yīng)及考核情況Tab.2Sevice declaration，actual response and assessment results of AGC（precision）in a settlement period

從表1中可以看出為了規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，AGC服務(wù)更多地趨向于在不同控制時(shí)段申報(bào)不同的值，這是由于AGC機(jī)組在實(shí)時(shí)運(yùn)行中受主客觀等因素的影響，很難精確地控制，這也是本文采用統(tǒng)計(jì)學(xué)相似系數(shù)考核AGC服務(wù)調(diào)節(jié)效能的主要原因。

從表2可以看出當(dāng)對(duì)各控制時(shí)段分別考核時(shí)，秩相關(guān)系數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)偏差考核結(jié)果影響較大；而把這些控制時(shí)段聯(lián)合起來(lái)時(shí)，它對(duì)考核結(jié)果影響較小，從整體上看樣本的秩觀測(cè)值體現(xiàn)了其在樣本中的大小次序，即體現(xiàn)了實(shí)際值與目標(biāo)值的和諧性，體現(xiàn)出機(jī)組跟蹤目標(biāo)值的能力。當(dāng)不考慮秩相關(guān)系數(shù)時(shí)，無(wú)論是分別按各個(gè)控制時(shí)段還是綜合這些控制時(shí)段對(duì)調(diào)節(jié)偏差考核的結(jié)果相差不大，可以忽略。所以建議對(duì)AGC服務(wù)調(diào)節(jié)偏差考核時(shí)只用夾角余弦相似系數(shù)。

采用秩相關(guān)系數(shù)和夾角余弦相似系數(shù)作為考核AGC服務(wù)性能的指標(biāo)不但有利于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，而且還能保證對(duì)所有機(jī)組公平，把兩者結(jié)合起來(lái)可以達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短。

根據(jù)對(duì)機(jī)組投入和退出AGC服務(wù)時(shí)的結(jié)算模型，可得AGC機(jī)組在某一個(gè)結(jié)算周期的收入情況，如表3所示。

表3 某一個(gè)結(jié)算周期AGC機(jī)組考核和結(jié)算情況Tab.3Settlement and assessment of AGC in a settlement period

從對(duì)AGC服務(wù)考核、結(jié)算看，把AGC服務(wù)的投入、退出和上、下調(diào)節(jié)分開(kāi)不僅能體現(xiàn)其價(jià)值，還能為市場(chǎng)提供明確的經(jīng)濟(jì)學(xué)信號(hào)，進(jìn)而提高整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合重慶電網(wǎng)AGC服務(wù)管理實(shí)際提出了基于統(tǒng)計(jì)學(xué)相似系數(shù)與AHP的AGC服務(wù)實(shí)際調(diào)節(jié)效能考核和結(jié)算辦法，該方法把AGC服務(wù)的投入、退出和上、下調(diào)節(jié)分開(kāi)不僅體現(xiàn)了AGC服務(wù)性能差異和對(duì)系統(tǒng)價(jià)值，還能為市場(chǎng)提供明確的經(jīng)濟(jì)學(xué)信號(hào)，進(jìn)而提高整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率。

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Settlement and Assessment of AGC Service in the Electricity Market

YAO Peng1，YANG Yi-lei1，ZHANG Kao-she2，WEI Li1
（1.Qinan Power Supply Burau，Chongqing Electric Power Company，Qijiang 401420，China；2.Institute of Water Resources and Hydro-electric Engneering，Xi′an Universty of Technology，Xi′an 710048，China）

To promote the development of AGC service′s assessment and settlement，combining with the management of AGC services in Chongqing Power Grid，a rational method on the basis of correlation coefficient and anlytic hierarchy process（AHP）for quantitatively evaluating and examining the regulation efficiency of AGC service was put forward in this paper.First，using the correlation coefficient to calculate the AGC service′s performance，and then using the AHP to combine the contribution of system performances as the basis of settlement AGC service.Finally，a case study indicates that the presented method not only can objectively reflect the different characteristics and practical contributions of AGC service but also provide a wealth of economic signals for electricity market.

electricity market；ancillary services；automatic generation control（AGC）；assessment；settlement；anlytical hierarchy process（AHP）

TM773

A

1003-8930（2013）04-0108-04

姚鵬（1978—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)運(yùn)行管理與電力市場(chǎng)。Email：xyzyaopeng@126.com

2011-10-17；

2011-11-24

楊軼雷（1975—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化等。Email：491870594@qq.com

張靠社（1965—），男，博士，副教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析、電力市場(chǎng)等。Email：zhangks@263.net