深度參與電力市場運(yùn)行的典型微電網(wǎng)控制策略研究

劉志豪

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

1 電力市場改革背景和契機(jī)

隨著微電網(wǎng)技術(shù)與分布式能源技術(shù)的不斷發(fā)展，歐美的資本市場已逐漸開始將目光投向微電網(wǎng)，這一極具市場前景的未來電網(wǎng)概念上。在我國，隨著電力市場改革的不斷深化，電力市場有望實(shí)現(xiàn)全面市場化，微電網(wǎng)也必將出現(xiàn)新的發(fā)展動(dòng)力與盈利模式[1]。

《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》以“管住中間、放開兩頭”為導(dǎo)向，隨著電力市場改革穩(wěn)步推進(jìn)，將實(shí)現(xiàn)電力市場開放。以期售電環(huán)節(jié)獨(dú)立，督促形成獨(dú)立的輸配電價(jià)，從而完善存在多元化售電競爭主體的開放電力市場[2]。

在開放的電力市場中，微電網(wǎng)運(yùn)營商(micro-gird operator，MGO)通過興建微電網(wǎng)，組合電源側(cè)及負(fù)荷側(cè)，優(yōu)化能源消費(fèi)方式，提供更加高效、多樣化的能源服務(wù)，從而形成售電主體，參與電力市場批發(fā)與零售等多個(gè)相關(guān)環(huán)節(jié)[3]。

2 微電網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢分析

2.1 加強(qiáng)微電網(wǎng)運(yùn)營商主體

微電網(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)集發(fā)、輸、變、配、用于一體的電力系統(tǒng)。微電網(wǎng)系統(tǒng)中電源種類多樣，新能源占比高，系統(tǒng)配置靈活，設(shè)備可控性強(qiáng)，并且深入了解用戶的用電習(xí)慣，在電力市場中具有很強(qiáng)的技術(shù)競爭力和經(jīng)營優(yōu)勢。

電力市場改革的核心在于競爭，MGO組建的售電主體以提供優(yōu)質(zhì)可靠的能源電力保證為基礎(chǔ)，通過充分開放的市場競爭，可為微電網(wǎng)內(nèi)的電力用戶提供更為優(yōu)質(zhì)、高效的能源電力供給方式，從而降低能源電力供給成本，提高能源電力利用效率，促進(jìn)新能源消費(fèi)滲透率的提高[4]。

2.2 優(yōu)化電源側(cè)及儲(chǔ)能控制方式

微電網(wǎng)具備對(duì)電源系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)等能源電力發(fā)電設(shè)備的強(qiáng)大控制能力[5]。微電網(wǎng)內(nèi)接入的大量新能源發(fā)電系統(tǒng)，均依靠變流器或逆變器等電力電子設(shè)備進(jìn)行可控電能變換，并匯入微電網(wǎng)系統(tǒng)，大量的可控電能變換裝置的應(yīng)用和良好的信息網(wǎng)絡(luò)覆蓋，為微電網(wǎng)內(nèi)的電能的快速、準(zhǔn)確的高效利用提供足夠的能力和技術(shù)支撐。微電網(wǎng)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)多種分布式電源的整合利用，組成統(tǒng)一的可控可調(diào)單元，便于微電網(wǎng)內(nèi)能量資源的靈活配置和調(diào)度管理。

2.3 提升負(fù)荷側(cè)用電管理能力

微電網(wǎng)運(yùn)營商作為公共電網(wǎng)與電力用戶之間的橋梁紐帶，基于對(duì)電力用戶用電習(xí)慣的深入了解和大量歷史數(shù)據(jù)分析，可以通過多種手段培育電力用戶的用電習(xí)慣和方式，引導(dǎo)電力用戶合理用電節(jié)電，激勵(lì)電力用戶大規(guī)模積極參與到負(fù)荷側(cè)用電管理中，對(duì)于負(fù)荷側(cè)用電設(shè)備參與到電力市場之中起到重要引導(dǎo)和培育作用。

隨著新能源電動(dòng)汽車保有量的持續(xù)不斷的大量增長，電動(dòng)汽車群體逐步積累，運(yùn)用V2G(vehicle to grid)技術(shù)，可使得電動(dòng)車與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)能量雙向交互流動(dòng)，隨著對(duì)電動(dòng)車車群的使用特性和規(guī)律的不斷掌握和深入學(xué)習(xí)，通過建立車群的“群調(diào)群控”平臺(tái)系統(tǒng)，可將微電網(wǎng)內(nèi)的電動(dòng)車轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽康囊苿?dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，納入到微電網(wǎng)能量統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制體系中。這樣，電動(dòng)車擁有者可在保障其電動(dòng)車可靠充電的情況下，一起配合微電網(wǎng)運(yùn)營商參與到電力市場活動(dòng)之中，獲得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。

微電網(wǎng)運(yùn)營商由于深入電力用戶側(cè)，充分了解電力用戶的消費(fèi)習(xí)慣和方式，根據(jù)客戶的不同需求，能夠?yàn)槠涮峁┣袑?shí)有效的、量身定制的能源電力供應(yīng)方案。

微電網(wǎng)運(yùn)營商向電力用戶提供多種能源電力套餐及組合，電力用戶可結(jié)合自身的用電特性和電力需求，選擇適合自身用電習(xí)慣的電力套餐服務(wù)[6]。包括：(1)能源屬性：新能源套餐、化石能源套餐等；(2)時(shí)間維度：短期日度、月度及長期年度套餐等；(3)電價(jià)分級(jí)：分時(shí)電價(jià)套餐、尖峰電價(jià)套餐或?qū)崟r(shí)電價(jià)套餐等。

MGO可與電力用戶簽訂用電負(fù)荷管理合同，內(nèi)容包括：可中斷負(fù)荷、應(yīng)急用戶側(cè)響應(yīng)和直接控制負(fù)荷等，參與直接負(fù)荷控制策略的用戶，可根據(jù)合同約定，獲取相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。微電網(wǎng)運(yùn)營商根據(jù)當(dāng)前的不同的運(yùn)行策略和電力市場需求信息，對(duì)簽訂合同的用戶采用實(shí)時(shí)的相應(yīng)負(fù)荷控制管理，以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的經(jīng)營目標(biāo)和保障微電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的最優(yōu)化控制。

MGO通過實(shí)時(shí)監(jiān)測大電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)、電力市場電價(jià)等信息，綜合分析大電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)靈活性資源的需求，然后通過微電網(wǎng)控制器直接控制調(diào)整用戶側(cè)的用電負(fù)荷，如削減用電負(fù)荷，中斷負(fù)荷供電、分時(shí)輪轉(zhuǎn)負(fù)荷等，充分釋放電力用戶側(cè)靈活調(diào)節(jié)能力，為大電網(wǎng)系統(tǒng)提供可靠的靈活性資源，為電網(wǎng)提供可靠性和靈活性支撐。

綜上所述，在電力市場環(huán)境下，通過建設(shè)微電網(wǎng)形成售電運(yùn)營主體，可以充分利用分布式能源，提供差異化能源電力服務(wù)、冷熱電聯(lián)供、新能源高滲透、能源綜合降耗管理等多樣化的手段來拓展業(yè)務(wù)類型和提供多種能源服務(wù)，提高其競爭力，參與電力市場運(yùn)行。隨著微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和不斷進(jìn)步，在電力市場領(lǐng)域，以微電網(wǎng)運(yùn)營商為主體的能源電力服務(wù)模式可能將取代傳統(tǒng)的電價(jià)銷售模式，成為未來發(fā)展的主流。

3 參與電力市場活動(dòng)分析

3.1 電量市場

電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要任是保持發(fā)電和用電的實(shí)時(shí)平衡，電量市場是維持電力供需平衡的制度安排，通常由電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)運(yùn)行。為保證系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)供需平衡，調(diào)度部門仍按照傳統(tǒng)調(diào)度模式安排機(jī)組出力計(jì)劃和調(diào)整機(jī)組實(shí)際出力情況，同時(shí)為了提高整體系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，并反映電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)電力供需情況和功率平衡成本，基于實(shí)時(shí)調(diào)度的市場化的平衡管理機(jī)制，電量平衡市場，被引入到電力市場的概念中。

建立電力交易的現(xiàn)貨市場和有效的市場化電量平衡機(jī)制，電網(wǎng)公司提供電量實(shí)時(shí)價(jià)格信號(hào)，以解決實(shí)際運(yùn)行功率與長期運(yùn)行出現(xiàn)偏差時(shí)差額電量問題，電網(wǎng)公司采用合理的溢價(jià)機(jī)制和合約機(jī)制，建立有效的、充滿競爭的、無歧視的現(xiàn)貨交易機(jī)制，形成周期內(nèi)的發(fā)電曲線和結(jié)算價(jià)格。

MGO以提供電量平衡資源的市場成員身份，參與電量平衡市場運(yùn)行和市場結(jié)算。MGO可有效地整合其能源電力調(diào)整能力,構(gòu)建全新的能源電力技術(shù)競爭優(yōu)勢，MGO可通過實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)公司及電力交易中心的電力平衡曲線及電量電價(jià)曲線，并基于MGO系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)，根據(jù)微電網(wǎng)自身電源發(fā)電能力水平、儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行工況、負(fù)荷需求及可控狀態(tài)、系統(tǒng)內(nèi)負(fù)荷預(yù)測和平衡計(jì)劃和V2G車聯(lián)網(wǎng)控制等海量信息，通過微電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)(micro-grid control center，MGCC)控制本系統(tǒng)內(nèi)的各發(fā)電設(shè)備，綜合利用整合新能源資源，操作儲(chǔ)能系統(tǒng)，協(xié)調(diào)負(fù)荷側(cè)用戶，實(shí)現(xiàn)不同模式下的電量市場參與。

MGO還可以完善電量批發(fā)和零售業(yè)務(wù)相結(jié)合經(jīng)營策略，并實(shí)時(shí)結(jié)算電量費(fèi)用，最后獲取相應(yīng)報(bào)酬。

3.2 容量市場

電力系統(tǒng)是在設(shè)備檢修、事故、調(diào)頻、高峰等情況下仍能保證電力市場需求而需要增設(shè)的電力系統(tǒng)發(fā)電容量。容量市場是一種經(jīng)濟(jì)激勵(lì)機(jī)制，使得可靠的發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)面對(duì)高峰負(fù)荷或突發(fā)容量缺失時(shí)，可以充分發(fā)揮容量冗余，并在不確定性較高的能量市場中獲得穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)收入。

容量市場中，MGO需要在微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行中保留相應(yīng)的安全容量供電網(wǎng)公司調(diào)度，即使不被調(diào)用，也可依據(jù)容量市場中簽訂的容量市場合同，根據(jù)出清價(jià)格，獲取相應(yīng)的報(bào)酬。該容量被調(diào)用后產(chǎn)生的電量也可在電量市場進(jìn)行出清結(jié)算。

除了安全容量可以調(diào)用，MGO還可以通過整合所運(yùn)行管轄系統(tǒng)內(nèi)的各電能資源利用情況，協(xié)調(diào)用戶側(cè)電能消費(fèi)計(jì)劃，調(diào)動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)為電網(wǎng)公司提供更多的容量服務(wù)，參與到容量市場之中。同樣電網(wǎng)公司和交易中心實(shí)時(shí)發(fā)布容量需求曲線和容量保價(jià)信息，MGO由于深入了解用戶側(cè)用電消費(fèi)習(xí)慣，并可綜合控制調(diào)度自身系統(tǒng)內(nèi)的能源資源，可以更深層次的參與到容量市場經(jīng)營中，以提供電力系統(tǒng)所需的各項(xiàng)容量服務(wù)，獲取增益。

根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的周期特點(diǎn)，可以在日前市場結(jié)束后開啟交易，至實(shí)時(shí)運(yùn)行前結(jié)束,平衡電能以電量為交易標(biāo)的，按運(yùn)行中實(shí)際被調(diào)用的電量進(jìn)行結(jié)算。也可以簽署長期容量市場合同，為電網(wǎng)公司提供合同期內(nèi)約定的容量調(diào)度，以便MGO合理輪轉(zhuǎn)設(shè)備運(yùn)行，安排設(shè)備投運(yùn)、檢修計(jì)劃，優(yōu)化能源資源的利用水平，提高電網(wǎng)整體的安全性和經(jīng)濟(jì)性，提供更好的容量服務(wù)。

3.3 輔助服務(wù)市場

電力市場輔助服務(wù)是指為維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證電能質(zhì)量，除正常電能生產(chǎn)、輸送、使用外，由發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)和電力用戶提供的服務(wù)。包括一次調(diào)頻、自動(dòng)發(fā)電控制、調(diào)峰、無功調(diào)節(jié)、備用、黑啟動(dòng)等。

在實(shí)時(shí)運(yùn)行期間，電網(wǎng)公司通過頻率響應(yīng)、調(diào)頻等進(jìn)行快速功率平衡，維持頻率穩(wěn)定，當(dāng)通過超短期負(fù)荷預(yù)測發(fā)現(xiàn)潛在的能量不平衡時(shí)，電網(wǎng)公司則會(huì)主動(dòng)調(diào)整、調(diào)用相關(guān)的輔助服務(wù)功能。

MGO是在實(shí)際運(yùn)行中根據(jù)系統(tǒng)頻率變化或調(diào)度指令改變自身出力，通過用戶側(cè)負(fù)荷響應(yīng)及儲(chǔ)能技術(shù)，提供輔助服務(wù)，以幫助系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。根據(jù)市場需求變化，MGO可及時(shí)做出響應(yīng)，提供快速、準(zhǔn)確的輔助服務(wù)，按調(diào)度下發(fā)的參數(shù)及曲線運(yùn)行。在運(yùn)行結(jié)束后，MGO從電力交易機(jī)構(gòu)或電網(wǎng)調(diào)度獲取交易信息和調(diào)度信息，從電網(wǎng)公司獲取計(jì)量信息和輔助服務(wù)的調(diào)用信息。

為適用市場競爭機(jī)制，MGO根據(jù)自己的運(yùn)行情況，在日前市場，通過競價(jià)的方式提供各類輔助服務(wù)資源，同時(shí)MGO依據(jù)自身的特性，上報(bào)輔助服務(wù)報(bào)價(jià)曲線，參與到不同類型的輔助服務(wù)投標(biāo)中。MGO可以實(shí)現(xiàn)靈活性資源的優(yōu)化配置、降低電力系統(tǒng)的輔助服務(wù)成本，按市場出清的編輯價(jià)格計(jì)算輔助服務(wù)費(fèi)用，增加自身收益。

4 結(jié)論

綜上所述，在電力市場改革背景下，隨著現(xiàn)代電力市場的逐步形成和完善，微電網(wǎng)依靠自身強(qiáng)大的能源整合能力和負(fù)荷側(cè)管理能力，依托控制技術(shù)優(yōu)勢，實(shí)時(shí)跟蹤電力市場的電價(jià)變化和服務(wù)差異，不斷發(fā)現(xiàn)并利用各種盈利機(jī)會(huì)，具備全新的技術(shù)優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展空間，形成微電網(wǎng)運(yùn)營主體或虛擬能源電力服務(wù)商，充分參與到電力市場競爭，為市場競爭增添動(dòng)力和活力，成為電力市場的有力競爭主體。