基于性價(jià)比的AGC服務(wù)優(yōu)化方法

姚鵬，楊軼雷，韋立，張靠社

（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）

基于性價(jià)比的AGC服務(wù)優(yōu)化方法

姚鵬1，楊軼雷1，韋立1，張靠社2

（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)交易業(yè)務(wù)的發(fā)展，結(jié)合某電網(wǎng)AGC服務(wù)管理實(shí)際，分別對(duì)電量、AGC服務(wù)優(yōu)先以及兩者協(xié)調(diào)優(yōu)化3種模式下的系統(tǒng)總費(fèi)用情況進(jìn)行了研究。在對(duì)AGC服務(wù)進(jìn)行調(diào)配時(shí)以性價(jià)比為依據(jù)，把AGC服務(wù)的上下調(diào)節(jié)分開，基于層次分析法AHP綜合考慮AGC服務(wù)調(diào)節(jié)性能、容量?jī)r(jià)格與電量?jī)r(jià)格及其在電網(wǎng)中的位置等因素，確保了方法的效能。算例表明，采用電量和AGC服務(wù)兩者協(xié)調(diào)優(yōu)化模式，不但能保證電力系統(tǒng)的安全性，而且能提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，較之單純以電量或AGC服務(wù)優(yōu)先更具優(yōu)越性。

費(fèi)用；AGC服務(wù)；層次分析法；調(diào)配；性價(jià)比

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中自動(dòng)發(fā)電控制AGC（automatic generation control）服務(wù)可調(diào)容量的大幅增加為電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行創(chuàng)造了良好條件。然而由于AGC服務(wù)市場(chǎng)與電量市場(chǎng)的強(qiáng)耦合性，AGC機(jī)組較其他機(jī)組除增加額外設(shè)備外，提供AGC服務(wù)時(shí)以犧牲部分發(fā)電效益為代價(jià)，同時(shí)還要增加額外運(yùn)行成本，這些成本將對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本有著重要影響[1，2]。在電力市場(chǎng)環(huán)境下，發(fā)電公司與電網(wǎng)公司分離，成為各自獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)實(shí)體，AGC的目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒ＷC安全、可靠、及時(shí)地調(diào)節(jié)頻率（或ACE）前提下，使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。同時(shí)隨著電力市場(chǎng)及其技術(shù)支持系統(tǒng)的不斷發(fā)展和完善，各發(fā)電公司在最初的電量競(jìng)爭(zhēng)基礎(chǔ)上，逐步將競(jìng)爭(zhēng)重點(diǎn)放到輔助服務(wù)的質(zhì)量和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)上。如何使AGC服務(wù)市場(chǎng)與電量市場(chǎng)總的經(jīng)濟(jì)效率最高，是電力市場(chǎng)化進(jìn)程中不得不解決的問題。

文獻(xiàn)[3～8]在選擇AGC服務(wù)時(shí)對(duì)容量?jī)r(jià)格與性能以及調(diào)節(jié)速率等因素綜合進(jìn)行評(píng)估。系統(tǒng)備用的需求受負(fù)荷、發(fā)電機(jī)的密度及位置、發(fā)電機(jī)數(shù)量與容量大小以及其故障率等因素的影響。在電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中，隨著參與負(fù)荷頻率控制服務(wù)數(shù)量的減少，系統(tǒng)的頻率偏差將增大，且系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間變長(zhǎng)。作為特殊備用的AGC服務(wù)應(yīng)盡可能地使其分布合理，點(diǎn)多面廣，為此，本文結(jié)合某電網(wǎng)AGC服務(wù)管理實(shí)際，提出了基于層次分析法AHP的、同時(shí)考慮AGC服務(wù)調(diào)節(jié)性能及其在電網(wǎng)中位置、價(jià)格等因素的AGC服務(wù)調(diào)配方案，并在此基礎(chǔ)上，分別對(duì)電量和AGC服務(wù)優(yōu)先以及兩者協(xié)調(diào)優(yōu)化3種模式下的系統(tǒng)總費(fèi)用情況進(jìn)行了研究，算例分析表明，采用電量和AGC服務(wù)2者協(xié)調(diào)優(yōu)化模式，不但能夠保證電力系統(tǒng)的安全性，而且還能夠提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

1 AGC服務(wù)的調(diào)配模型

在理性市場(chǎng)環(huán)境下，高質(zhì)量產(chǎn)品一般價(jià)格較高。系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)者總希望以最小成本滿足系統(tǒng)需求，以低價(jià)購買高質(zhì)量的產(chǎn)品，所以在進(jìn)行市場(chǎng)機(jī)制的設(shè)計(jì)時(shí)需要平衡這對(duì)矛盾，同時(shí)考慮性能和價(jià)格兩方面的因素，提高效率、優(yōu)化資源配置，促進(jìn)電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。AGC服務(wù)市場(chǎng)與電量市場(chǎng)最大的差別在于：其市場(chǎng)是單一的買方市場(chǎng)，這是由其對(duì)付隨機(jī)事件的特點(diǎn)決定的，因此必須實(shí)施集中管理和統(tǒng)一調(diào)度才具有市場(chǎng)效率和社會(huì)效益。為此本文以性價(jià)比為依據(jù)對(duì)AGC服務(wù)進(jìn)行集中調(diào)配，性價(jià)比Ki的計(jì)算公式為

式中：Kri為服務(wù)i的綜合調(diào)節(jié)性能；Kci為服務(wù)i的綜合調(diào)節(jié)價(jià)格。

1.1 綜合價(jià)格的求取

（1）對(duì)于上調(diào)服務(wù)由于要預(yù)先留一部分容量以供系統(tǒng)調(diào)用，所以需要報(bào)容量?jī)r(jià)格以彌補(bǔ)其容量和機(jī)會(huì)成本等，即

式中：ρri為AGC服務(wù)i容量報(bào)價(jià)；ρdi為AGC服務(wù)i電量報(bào)價(jià)；xi為AGC服務(wù)i被調(diào)用容量占其服務(wù)容量比例。x值可根據(jù)AGC服務(wù)以往參與AGC調(diào)節(jié)的表現(xiàn)以及電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，并結(jié)合調(diào)度運(yùn)行人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來確定。

（2）對(duì)于下調(diào)服務(wù)由于其容量成本已在電量市場(chǎng)上取得回報(bào)，機(jī)組的磨損、機(jī)會(huì)等成本均可納入電量成本中，所以只需報(bào)電量?jī)r(jià)格，即

1.2 基于層次分析法AHP的綜合性能指數(shù)

對(duì)于AGC服務(wù)性能來說，瞬時(shí)價(jià)值是其主要特點(diǎn)，故在此考慮其響應(yīng)速率、響應(yīng)延遲時(shí)間、響應(yīng)精度以及AGC服務(wù)在電網(wǎng)中位置等因素，用層次分析法AHP把以上各性能指數(shù)綜合起來作為AGC服務(wù)的綜合性能指數(shù)，其模型為

式中：Kvi為服務(wù)i的調(diào)節(jié)速率指數(shù)；Kti為服務(wù)i的響應(yīng)延遲時(shí)間指數(shù)；Kji為服務(wù)i的調(diào)節(jié)精度指數(shù)；Kpi為服務(wù)i的位置指數(shù)；vi為服務(wù)i的調(diào)節(jié)速率；Ti為服務(wù)i的響應(yīng)延遲時(shí)間；Ji為服務(wù)i的調(diào)節(jié)精度；為服務(wù)i的網(wǎng)損微增率；v、T、J為常數(shù)，作用是把各指標(biāo)歸一化，使其具有可比性；α、β、λ和θ分別為調(diào)節(jié)速率、響應(yīng)延遲時(shí)間、調(diào)節(jié)精度、位置指數(shù)的權(quán)重因子，用AHP求取，不同權(quán)值可以為市場(chǎng)提供不同的經(jīng)濟(jì)信號(hào)。

2 電量和AGC服務(wù)市場(chǎng)優(yōu)化模型

EMS每5 min執(zhí)行一次預(yù)調(diào)度，考察所有非AGC機(jī)組和AGC服務(wù)的功率變動(dòng)及相應(yīng)時(shí)刻的頻率值，確定系統(tǒng)AGC容量和調(diào)節(jié)速率需求量；根據(jù)各自的投標(biāo)容量、運(yùn)行限值和發(fā)電出力計(jì)劃等計(jì)算服務(wù)實(shí)際容量，分別以電量和AGC服務(wù)優(yōu)先以及兩者協(xié)調(diào)優(yōu)化3種模式確定各自中標(biāo)容量，直到滿足電量和AGC服務(wù)市場(chǎng)需求。在二者協(xié)調(diào)優(yōu)化時(shí)，在滿足各種約束條件下，優(yōu)先使用性價(jià)比高的AGC服務(wù)，確保系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

對(duì)于上調(diào)服務(wù)其優(yōu)化模型為

對(duì)于下調(diào)服務(wù)其優(yōu)化模型為

式（10）和式（11）表示電網(wǎng)公司支付費(fèi)用最小，對(duì)于非AGC機(jī)組只考慮電量市場(chǎng)；約束分別表示所有被選定AGC服務(wù)的調(diào)節(jié)容量之和大于需求值與所有被選定的AGC服務(wù)的調(diào)節(jié)速率之和大于需求值以及機(jī)組自身約束。

3 算例分析

基于AHP原理和某電網(wǎng)實(shí)際，AGC服務(wù)各項(xiàng)指標(biāo)重要程度依次為：AGC服務(wù)在電網(wǎng)中位置、響應(yīng)延遲時(shí)間、調(diào)節(jié)速率及調(diào)節(jié)精度指數(shù)，構(gòu)造的判斷矩陣為

由式（12）可得α＝0.23，β＝0.27，λ＝0.20，θ＝0.3。

表1和表2分別為AGC服務(wù)和非AGC機(jī)組的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等參數(shù)，表3為系統(tǒng)在不同的電量和AGC服務(wù)需求下，以電量和AGC服務(wù)優(yōu)先以及二者協(xié)調(diào)優(yōu)化3種模式下的系統(tǒng)總費(fèi)用情況。

表1 AGC服務(wù)參數(shù)Tab.1Parameters of AGC service

通過對(duì)AGC服務(wù)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)數(shù)據(jù)分析表明，以性價(jià)比為依據(jù)進(jìn)行AGC服務(wù)調(diào)配時(shí)，無論上調(diào)還是下調(diào)，其費(fèi)用不僅比按性能調(diào)配時(shí)小，同以價(jià)格為依據(jù)的費(fèi)用相當(dāng)，而且以性價(jià)比為依據(jù)進(jìn)行AGC服務(wù)調(diào)配能使AGC服務(wù)的調(diào)配更加合理，使系統(tǒng)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)和整體運(yùn)行成本降低。如：上調(diào)服務(wù)B和C中性能指數(shù)均為0.93，但B在價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)使其作為上調(diào)服務(wù)的首選；同樣上調(diào)服務(wù)P性能較差，但其在價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)使其具有較大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，把其與性能和價(jià)格均占優(yōu)的服務(wù)A、B、C等組合在一起，無論是對(duì)系統(tǒng)安全性還是經(jīng)濟(jì)性，其好處是顯而易見的；同樣，下調(diào)服務(wù)M具有與上調(diào)服務(wù)P相似特性，而下調(diào)服務(wù)J雖然性能較好，但其價(jià)格較貴，其競(jìng)爭(zhēng)力不及性能最差的服務(wù)G。由表3可看出，在基于性價(jià)比的AGC服務(wù)優(yōu)化中，以AGC服務(wù)優(yōu)先時(shí)，系統(tǒng)電量和AGC服務(wù)總費(fèi)用最大，對(duì)于上調(diào)優(yōu)化電量?jī)r(jià)格較低的非AGC機(jī)組T直到所有AGC機(jī)組被調(diào)用后才被調(diào)用，下調(diào)優(yōu)化只有負(fù)荷不小于5 300 MW時(shí)電量?jī)r(jià)格較低的非AGC機(jī)組T才會(huì)被調(diào)用。而以電量?jī)?yōu)先和兩者協(xié)調(diào)優(yōu)化時(shí)，兩者總費(fèi)用相差不多，但前者不能保證有足夠的調(diào)節(jié)能力來保證系統(tǒng)安全性，如當(dāng)系統(tǒng)需要S＝2 890 MW，S＋＝210 MW時(shí)，以電量?jī)?yōu)先的交易模式只選擇性能和價(jià)格均不占優(yōu)勢(shì)的D、E機(jī)組作為AGC服務(wù)，而以兩者協(xié)調(diào)優(yōu)化時(shí)優(yōu)先選擇了AGC服務(wù)性價(jià)比較高的A、B、C機(jī)組確保了系統(tǒng)安全和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)從表3還可看出，在系統(tǒng)容量不足時(shí)，無論上調(diào)還是下調(diào)服務(wù)采用3種優(yōu)化模式均無法有效提高系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的效率。

表2 非AGC機(jī)組經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)Tab.2Parameters of non-AGC units

表3 不同優(yōu)化模式費(fèi)用的比較Tab.3Comparision of cost with different optimization models

4 結(jié)語

本文結(jié)合某電網(wǎng)AGC服務(wù)管理實(shí)際，在基于性價(jià)比的AGC服務(wù)優(yōu)化中，分別對(duì)電量和AGC服務(wù)優(yōu)先以及兩者協(xié)調(diào)優(yōu)化3種模式下系統(tǒng)總費(fèi)用情況進(jìn)行了研究，算例分析表明，采用電量和AGC服務(wù)兩者協(xié)調(diào)優(yōu)化模式，不但能夠保證電力系統(tǒng)的安全性，而且還能夠提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，較之單純以電量或AGC服務(wù)優(yōu)先更具優(yōu)越性。

[1]Eric H，Brendan K.Costs for electric-power ancillary services[J].TheElectricityJouroal，1996，9（10）：26-30.

[2]路軼，肖嵐（Lu Yi，Xiao Lan）.CPS標(biāo)準(zhǔn)下的AGC機(jī)組輔助服務(wù)定量評(píng)估（AGC quantitative assessment of unit ancillary service under control performance standard）[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)（Proceedings of the CSU-EPSA），2009，21（3）：102-105.

[3]Kumar J，Kah-Hoe Ng，Sheble G.AGC simulator for price-based operation.I.A model[J].IEEE Trans on Power Systems，1997，12（2）：527-532.

[4]林萬菁，劉嬈，李衛(wèi)東，等（Lin Wanjing，Liu Rao，Li Weidong，et al）.發(fā)電側(cè)電力市場(chǎng)下的AGC容量確定與機(jī)組選擇（AGC requirement determination and unit selection in the generation market）[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化（Automation of Electric Power Systems），2004，28（19）：17-21. [5]李端超，江山立，陳嘉庚，等（Li Duanchao，Jiang Shanli，Chen Jiageng，et al）.AGC機(jī)組調(diào)節(jié)效能定量評(píng)估與補(bǔ)償方式研究（Quantitative evaluation of regulation efficiency of generating sets with AGC and study on the compensation modes）[J].電網(wǎng)技術(shù)（Power System Technology），2001，25（8）：15-19，44.

[6]肖寶玲，趙慶波，童光明，等（Xiao Baoling，Zhao Qingbo，Tong Guangming，et al）.我國(guó)電力AGC輔助服務(wù)市場(chǎng)的競(jìng)價(jià)交易模式探討（Discussion on the pattern of competitive trade in the AGC ancillary service market）[J].現(xiàn)代電力（Modern Electric Power），2004，21（2）：81-86.

[7]吳集光，劉俊勇，宋衛(wèi)平，等（Wu Jiguang，Liu Junyong，Song Weiping，et al）.市場(chǎng)環(huán)境下評(píng)估AGC機(jī)組參與輔助服務(wù)方法研究（Research on assessing methods of AGC generators in ancillary service under market environment）[J].中國(guó)電力（Electric Power），2006，39（3）：40-44.

[8]李衛(wèi)東，吳海波，武亞光，等（Li Weidong，Wu Haibo，Wu Yaguang，et al）.電力市場(chǎng)下AGC機(jī)組調(diào)配的遺傳算法（Application of genetic algorithm to AGC service dispatch in a deregulated power system）[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化（Automation of Electric Power Systems），2003，27（15）：20-24.

Optimization Method for AGC Service Based on Performance-price Ratio

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

To promote the development of automatic generation control（AGC）service transaction，combining with a grid AGC service management，the system cost is investigated based on the priority of power AGC service and coordination between them respectively.The allotment of AGC service is carried on according to its performance-price ratio，based on analytic hierarchy process（AHP），the performance，capacity price，energy price and position of AGC service are considered，and the up adjustment and the down adjustment of AGC service are separated to ensure the efficacy of the method.Finally，a case study indicates that using the coordination between power and AGC service optimization model has more advantages comparing with the priority of power or AGC service.It can not only guarantee the safety of electric power system，but also improve the efficiency of the power system..

cost；AGC service；analytic hierarchy process（AHP）；allotment；performance-price ratio

TM773

A

1003-8930（2014）02-0077-04

姚鵬（1978—），男，碩士，工程師，從事電網(wǎng)運(yùn)行管理與電力市場(chǎng)領(lǐng)域工作。Email：xyzyaopeng@126.com

2011-12-20；

2012-04-12

楊軼雷（1975—），男，碩士，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化等方面工作。Email：491870594@qq.com

韋立（1983—)，男，碩士，工程師，從事電網(wǎng)運(yùn)行管理工作。Email：17750885@qq.com