核電機(jī)組參與調(diào)峰的雙市場聯(lián)合經(jīng)濟(jì)調(diào)度研究

余加喜，莫若慧，毛李帆，何勇琪，趙燃，賴曉文，殷梓恒

(1. 海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，海南 ?？?70203；2. 北京清能互聯(lián)科技有限公司，北京 100080)

目前我國部分地區(qū)負(fù)荷峰谷差持續(xù)增大，加之核電、風(fēng)電機(jī)組大規(guī)模并網(wǎng)，使得電網(wǎng)調(diào)峰形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)峻[1-3]，長期以來我國電源結(jié)構(gòu)以煤電為主，針對(duì)調(diào)峰問題的研究對(duì)象通常也為火電機(jī)組[4-7]。我國東北、安徽等地區(qū)的核電機(jī)組占比相對(duì)較低，考慮到核電參與調(diào)峰帶來的技術(shù)復(fù)雜難題，通常將核電作為調(diào)峰費(fèi)用的分?jǐn)偡絹硖幚怼ｋS著核電運(yùn)行和控制技術(shù)的進(jìn)步，部分核電機(jī)組也具備優(yōu)越的動(dòng)態(tài)性能，核電參與調(diào)峰運(yùn)行問題逐漸成為研究熱點(diǎn)[8-10]。我國部分省級(jí)電網(wǎng)核電機(jī)組比重不斷提高，核電僅作費(fèi)用分?jǐn)傉卟焕诎l(fā)揮其參與調(diào)峰的主動(dòng)性，加劇系統(tǒng)調(diào)峰壓力，費(fèi)用分?jǐn)倶?biāo)準(zhǔn)也有可能引起部分市場主體的疑慮；因此，核電承擔(dān)基荷任務(wù)的單一角色有條件而且有需求進(jìn)行轉(zhuǎn)變[11-13]。

國外市場化電量的比重較大，不受清潔能源發(fā)電的全額保障性收購政策限制，機(jī)組從零出力開始申報(bào)量價(jià)曲線；因此，市場出清結(jié)果能夠完全確定機(jī)組的發(fā)電計(jì)劃，通過現(xiàn)貨電能量市場的競爭形成時(shí)序電價(jià)來解決調(diào)峰的問題。美國PJM市場在日前和實(shí)時(shí)階段對(duì)電能量、備用、調(diào)頻資源進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化出清，實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)調(diào)度和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。英國電力市場中，發(fā)電計(jì)劃由雙邊市場、場內(nèi)交易所交易和平衡機(jī)制共同決定，其中雙邊合同交易能確定約60%的電量，其余的不平衡量由日前電力交易和平衡機(jī)制解決。國內(nèi)電力市場的實(shí)際情況與國外不盡相同，市場化機(jī)組在現(xiàn)貨市場中，僅對(duì)最小技術(shù)出力至最大技術(shù)出力的部分進(jìn)行報(bào)價(jià)，即現(xiàn)貨電能量市場機(jī)制不能完全決定最小技術(shù)出力以下的調(diào)整結(jié)果。在系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷備用不足、清潔能源消納壓力較大的條件下，仍有必要組織調(diào)峰輔助服務(wù)市場交易，以此決定有償調(diào)峰基準(zhǔn)以下部分的出力如何進(jìn)行調(diào)整。因此，現(xiàn)貨電能量交易和調(diào)峰輔助服務(wù)交易的銜接也是亟待研究解決的問題。

作為電力現(xiàn)貨市場背景下系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的重要組成部分，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度、調(diào)峰計(jì)劃優(yōu)化等問題進(jìn)行了深入的研究[14-17]。文獻(xiàn)[14]提出基于火電機(jī)組分級(jí)深度調(diào)峰的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，分析了基于等效替代原則的火電機(jī)組深度調(diào)峰效益；文獻(xiàn)[15]提出將小生境技術(shù)與差分進(jìn)化算法相結(jié)合，利用小生境共享機(jī)制和雙種群進(jìn)化策略增加種群的多樣性，避免了動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)調(diào)度算法的早熟現(xiàn)象；文獻(xiàn)[16]將差分算法融入到縱橫交叉算法中，形成差分縱橫交叉算法來求解電力系統(tǒng)環(huán)境經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題；文獻(xiàn)[17]設(shè)計(jì)了將核電特定安全要求與靈活的調(diào)節(jié)方式有效統(tǒng)一的核電調(diào)峰安全出力模型，通過對(duì)約束的緊湊化和調(diào)峰深度的連續(xù)化，解決了已有模型在普適性、靈活性方面的不足。針對(duì)現(xiàn)貨電能量交易背景下，如何將核電納入調(diào)峰計(jì)劃優(yōu)化，以及核電參與的電能量、調(diào)峰輔助服務(wù)聯(lián)合優(yōu)化問題，已有研究考慮仍相對(duì)較少。

本文從電能量和調(diào)峰輔助服務(wù)市場聯(lián)合出清的角度，設(shè)計(jì)了機(jī)組的分檔方式運(yùn)行模式和“錯(cuò)位相當(dāng)”調(diào)峰檔報(bào)價(jià)機(jī)制，構(gòu)建了含核電機(jī)組的雙市場經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型；針對(duì)調(diào)峰、電能量市場聯(lián)合優(yōu)化引起的目標(biāo)函數(shù)非單調(diào)性問題，提出了引入比例變量和區(qū)間變量的分段線性建模方法，以及結(jié)合價(jià)格和機(jī)組出力共同主導(dǎo)的二次計(jì)算出清方法，實(shí)現(xiàn)了火電、核電機(jī)組的調(diào)峰、電能量聯(lián)合最優(yōu)調(diào)度；最后通過算例驗(yàn)證了模型和方法的有效性。核電和火電在單一電能量市場或者單一深度調(diào)峰市場各自的優(yōu)勢(shì)，可以通過雙市場的聯(lián)合出清來集中優(yōu)化，有助于增強(qiáng)電能資源的優(yōu)化配置效果。

1 不同類型機(jī)組的運(yùn)行模式設(shè)計(jì)

考慮核電的雙市場聯(lián)合經(jīng)濟(jì)調(diào)度意味著核電機(jī)組相比于過往運(yùn)行方式需要有所改變，機(jī)組運(yùn)行安全性的論證以及聯(lián)合市場中的運(yùn)行模式設(shè)計(jì)是雙市場聯(lián)合經(jīng)濟(jì)調(diào)度研究的前提重點(diǎn)。本文的運(yùn)行模式指的是特性不同的機(jī)組在不同市場里的帶有不同功率輸出限制的運(yùn)行方式。雖然核電站在設(shè)計(jì)上考慮了一定的調(diào)節(jié)能力，但由于機(jī)組快速升降負(fù)荷，容易產(chǎn)生堆芯局部熱點(diǎn)，有造成堆芯燒毀的潛在風(fēng)險(xiǎn)，并且頻繁進(jìn)行負(fù)荷跟蹤將產(chǎn)生大量的放射性廢氣和廢液，給環(huán)境帶來很大威脅；因此，為了確保核電的運(yùn)行安全，核電通常相對(duì)穩(wěn)定地帶基本負(fù)荷運(yùn)行，不頻繁參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)日益頻繁，負(fù)荷峰谷差日益增大，給系統(tǒng)調(diào)節(jié)帶來很大壓力[18]；而很多國家核電的比例不斷增加，在負(fù)荷低谷階段，核電機(jī)組也應(yīng)對(duì)系統(tǒng)提供一定量的調(diào)峰支援，以保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

核電機(jī)組調(diào)峰對(duì)常規(guī)島設(shè)備的安全、壽命有負(fù)面影響，對(duì)核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的個(gè)別組件帶來金屬低周疲勞問題，需要對(duì)反應(yīng)堆調(diào)峰的深度與速度有所限制。隨著核電運(yùn)行控制技術(shù)進(jìn)步，美國、法國等對(duì)核電機(jī)組運(yùn)行控制諸問題展開了深入研究；國內(nèi)在建和規(guī)劃核電廠廣泛采用新一代核電機(jī)組AP1000，在整個(gè)堆芯壽期的前90%時(shí)間內(nèi)，可以按“100%-50%-100%”的出力幅度和“15-1-7-1”的運(yùn)行時(shí)限參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行[19]。因此，關(guān)于核電機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)峰的性能和運(yùn)行方式的分析已有充分的論證[20-21]。

在技術(shù)層面，核電機(jī)組運(yùn)行過程中，可以通過移動(dòng)控制棒和改變冷卻劑中硼濃度來實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)[22],只不過核電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)受到多個(gè)準(zhǔn)則和限值的限制，其調(diào)節(jié)過程比常規(guī)火電機(jī)組復(fù)雜的多。兼顧核電機(jī)組參與調(diào)峰和運(yùn)行安全的情況下，本文的研究基于核電機(jī)組如下的運(yùn)行模式開展。

以核電機(jī)組90%額定容量為界，界線以上為電能量檔(檔內(nèi)上限為最大技術(shù)出力)，界線以下為調(diào)峰檔(檔內(nèi)下限為最小技術(shù)出力)，如圖1所示。分檔方式輸出為：

a)電能量檔檔內(nèi)出清——恒功率輸出。核電機(jī)組的連續(xù)功率輸出為電能量檔范圍內(nèi)的滿載值。此出力方式的目的是在核電機(jī)組不參與調(diào)峰的情況下盡可能減少其調(diào)節(jié)頻率，保證其安全性和壽命周期。

b)調(diào)峰檔檔內(nèi)出清——定軌跡功率輸出。我國目前多數(shù)在運(yùn)的核電機(jī)組為壓水堆核電機(jī)組，以壓水堆核電機(jī)組為例，考慮到其調(diào)峰的深度和速度限制，可采用“12-3-6-3”的時(shí)間區(qū)間以及最大50%額定容量的調(diào)節(jié)方式來參與電網(wǎng)日調(diào)峰運(yùn)行[8]，即每日12 h滿功率運(yùn)行、3 h降功率，在低功率水平(調(diào)峰深度恒定，深度上限是50%額定容量)連續(xù)運(yùn)行6 h，再以3 h升功率至滿功率穩(wěn)定運(yùn)行。該出力方式比較符合電網(wǎng)負(fù)荷變化趨勢(shì)，核電機(jī)組出力調(diào)節(jié)速度也較小。

火電機(jī)組成熟的調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)決定了無需對(duì)其常規(guī)的運(yùn)行模式進(jìn)行修改，只需要在相關(guān)問題約束下靈活輸出即可[23-24]。

P為功率；Pmax、Pmin分別為功率的最大與最小值；Pe為額定功率;t為時(shí)間。

2 市場報(bào)價(jià)機(jī)制設(shè)計(jì)

不具備調(diào)峰市場化交易的條件下，調(diào)度機(jī)構(gòu)出于系統(tǒng)安全考慮，憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)用部分機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行，并依據(jù)“兩個(gè)細(xì)則”對(duì)被調(diào)機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)一補(bǔ)償；調(diào)峰費(fèi)用的主要來源于機(jī)組的調(diào)試運(yùn)行的差額資金，費(fèi)用的收支未能體現(xiàn)不同機(jī)組對(duì)調(diào)峰緩解的貢獻(xiàn)度和引起調(diào)峰的責(zé)任大小，市場主體的權(quán)責(zé)界限模糊。市場機(jī)制本身具有資源優(yōu)化配置的作用，從發(fā)揮市場機(jī)制效用最大化的角度出發(fā)，應(yīng)賦予買方、賣方市場主體充分的報(bào)價(jià)決定權(quán)。然而，市場交易組織者或系統(tǒng)運(yùn)營機(jī)構(gòu)出于電網(wǎng)運(yùn)行可控性以及市場競爭的有效性考慮，會(huì)對(duì)市場的申報(bào)量價(jià)進(jìn)行一定程度的限制，以利于市場建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)。例如，部分省份調(diào)峰市場采用了分檔限價(jià)、按檔位優(yōu)先出清的市場機(jī)制，兼顧市場競爭的有效性和電網(wǎng)調(diào)控的需求?；谏鲜隹紤]，根據(jù)火電、核電機(jī)組在不同運(yùn)行功率區(qū)間的成本差異，本文設(shè)置了2類機(jī)組的分檔運(yùn)行邊界，并引入了“錯(cuò)位相當(dāng)”的調(diào)峰檔報(bào)價(jià)機(jī)制。

不同機(jī)組的報(bào)價(jià)對(duì)整個(gè)聯(lián)合市場的出清結(jié)果有著直接且關(guān)鍵的影響，在火電機(jī)組靈活功率輸出模式以及核電機(jī)組分檔分方式輸出模式的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究其對(duì)應(yīng)的報(bào)價(jià)機(jī)制，以達(dá)到營造一個(gè)公平競價(jià)、合理出清的目標(biāo)。

一般來說，火電機(jī)組邊際發(fā)電成本相對(duì)較高，而核電機(jī)組邊際發(fā)電成本相對(duì)較低，機(jī)組邊際成本的不同容易出現(xiàn)單一市場同類機(jī)組的出清絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，即火電機(jī)組易于在調(diào)峰市場出清，核電機(jī)組易于在電能量市場出清。這種結(jié)果與市場存在的價(jià)值是不一致的，相當(dāng)于如果出現(xiàn)調(diào)峰大需求工況，全部火電機(jī)組優(yōu)先在調(diào)峰市場中標(biāo)，核電機(jī)組作為邊際機(jī)組出清，這與無市場環(huán)境下直接調(diào)動(dòng)核電機(jī)組調(diào)峰無異。

為解決出清絕對(duì)優(yōu)勢(shì)導(dǎo)致的市場結(jié)果不合理問題，本文先從報(bào)價(jià)機(jī)制入手進(jìn)行優(yōu)化。該聯(lián)合市場的火電機(jī)組價(jià)格申報(bào)分為電能量檔和調(diào)峰檔2檔共8段區(qū)間，核電機(jī)組價(jià)格申報(bào)分為電能量檔和調(diào)峰檔2檔共4段區(qū)間，分別如圖2、圖3所示。

圖2 火電機(jī)組的分檔分段示意圖Fig.2 Schematic diagram of thermal power units segmentation

圖3 核電機(jī)組的分檔分段示意圖Fig.3 Schematic diagram of nuclear power units segmentation

對(duì)于火電機(jī)組，調(diào)峰檔與電能量檔以機(jī)組額定容量的50%為界，調(diào)峰檔分為1—3段共3段報(bào)價(jià)區(qū)間，電能量檔分為4—8段共5段報(bào)價(jià)區(qū)間。對(duì)于核電機(jī)組，調(diào)峰檔與電能量檔以機(jī)組額定容量的90%為界，調(diào)峰檔分為1—3段共3段報(bào)價(jià)區(qū)間，電能量檔為第4段共1段報(bào)價(jià)區(qū)間?？紤]到深度調(diào)峰時(shí)火電機(jī)組運(yùn)行并不穩(wěn)定，在多段之間切換易造成機(jī)組跳閘及投油等消耗增大，可以對(duì)性能相對(duì)較差的機(jī)組進(jìn)行降段處理，即3段分區(qū)降為2段分區(qū)。本文重點(diǎn)以調(diào)節(jié)性能良好、調(diào)峰檔分3段報(bào)價(jià)區(qū)間的火電機(jī)組為例進(jìn)行闡述，針對(duì)運(yùn)行受限導(dǎo)致機(jī)組不能頻繁多檔切換的情況，所提的建模方法同樣適用于調(diào)峰檔分2段報(bào)價(jià)區(qū)間的火電機(jī)組。

本文重點(diǎn)對(duì)調(diào)峰檔的報(bào)價(jià)機(jī)制進(jìn)行設(shè)置，調(diào)峰檔和電能量檔之間的耦合關(guān)系自然能影響電能量檔的出清結(jié)果。對(duì)于出清絕對(duì)優(yōu)勢(shì)導(dǎo)致的市場結(jié)果不合理問題，從以下2個(gè)角度進(jìn)行優(yōu)化：

a)分析火電機(jī)組1段的性質(zhì)。因?yàn)榛痣姍C(jī)組1段區(qū)間的出力情況其實(shí)對(duì)應(yīng)于火電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性最差的運(yùn)行方式，此時(shí)電網(wǎng)的調(diào)峰需求既可以讓火電機(jī)組滿足也可以讓核電機(jī)組滿足，優(yōu)化決策不應(yīng)該出現(xiàn)核電機(jī)組作為調(diào)峰檔邊際機(jī)組出清的絕對(duì)結(jié)果,而可以通過合理設(shè)置火電機(jī)組和核電機(jī)組每段的報(bào)價(jià)上下限來實(shí)現(xiàn)。一般來說火電機(jī)組在調(diào)峰市場報(bào)價(jià)比核電機(jī)組低，但是通過分段報(bào)價(jià)的方式可以實(shí)現(xiàn)“錯(cuò)位相當(dāng)”。比如：火電1段報(bào)價(jià)比核電1段報(bào)價(jià)低、火電2段報(bào)價(jià)比核電2段報(bào)價(jià)低、火電3段報(bào)價(jià)比核電3段報(bào)價(jià)低，但是火電2段報(bào)價(jià)可以與核電3段報(bào)價(jià)相當(dāng)，火電1段報(bào)價(jià)可以與核電2段報(bào)價(jià)相當(dāng)，甚至火電1段報(bào)價(jià)可以與核電3段報(bào)價(jià)相當(dāng)。也就是說，在不考慮補(bǔ)貼的情況下，火電機(jī)組和核電機(jī)組在不同分段區(qū)間的調(diào)峰容量可以同臺(tái)競價(jià)。

b)分析特殊工況的自適應(yīng)性。正常來說，在不存在合理報(bào)價(jià)機(jī)制的情況下，如果出現(xiàn)長時(shí)間的深度調(diào)峰需求，核電機(jī)組作為調(diào)峰檔的邊際機(jī)組出清是大概率事件。但是，如果只是出現(xiàn)1～2 h這種短時(shí)間的深度調(diào)峰需求，核電機(jī)組定軌跡功率輸出方式下的優(yōu)化機(jī)制就會(huì)起作用；因?yàn)楹穗姍C(jī)組參與調(diào)峰必須是長時(shí)間周期的，那么其余時(shí)間就會(huì)壓縮火電機(jī)組的調(diào)峰率，會(huì)使得火電調(diào)峰費(fèi)用降低，核電調(diào)峰費(fèi)用增加，最后決策是火電機(jī)組1段調(diào)峰還是核電機(jī)組調(diào)峰完全取決于優(yōu)化計(jì)算自適應(yīng)過程。

本文具體對(duì)調(diào)峰檔檔內(nèi)各段區(qū)間設(shè)置了可申報(bào)價(jià)格的上下限，見表1。需要說明的是，調(diào)峰檔與電能量檔的界限值、分段區(qū)間范圍值、報(bào)價(jià)上限值等是市場規(guī)則中的重要可變參數(shù)，在實(shí)際市場運(yùn)行中，可根據(jù)市場長期運(yùn)行結(jié)果分析調(diào)整。

表1 機(jī)組調(diào)峰檔價(jià)格申報(bào)限制Tab.1 Price declaration limit of power units peak regulation

3 雙市場聯(lián)合出清模型及其線性化處理方法

假設(shè)系統(tǒng)有N臺(tái)機(jī)組，其中M臺(tái)核電機(jī)組和N-M臺(tái)火電機(jī)組。本文考慮核電機(jī)組在內(nèi)的雙市場聯(lián)合經(jīng)濟(jì)調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)f1為電能量與調(diào)峰輔助服務(wù)購買成本最小化，即

(1)

式中：T為所考慮的總時(shí)段數(shù)；Pi,t為機(jī)組i在t時(shí)段的出力；Ci,t(Pi,t)為機(jī)組i在時(shí)段t的運(yùn)行費(fèi)用。

本文采用比例變量建模的方式解除目標(biāo)函數(shù)的復(fù)合分段化性質(zhì)，構(gòu)造出線性約束下的規(guī)劃模型，模型變量示意如圖4所示。

圖4 模型變量示意說明Fig.4 Schematic description of model variables

將機(jī)組出力轉(zhuǎn)化為檔內(nèi)報(bào)價(jià)區(qū)間端點(diǎn)比例變量的線性組合，即

(2)

式中：zi,d為機(jī)組i檔內(nèi)報(bào)價(jià)區(qū)間的第d個(gè)端點(diǎn)出力；xi,t,d為與zi,d相關(guān)的比例變量(屬于0至1之間的連續(xù)變量)；Di為機(jī)組i檔內(nèi)報(bào)價(jià)區(qū)間的端點(diǎn)數(shù)總和。

目標(biāo)函數(shù)可具體轉(zhuǎn)化為

(3)

式中:yi,t,m為機(jī)組i在t時(shí)段的中標(biāo)第m段的出清結(jié)果(為0、1變量)；ci,t,m為機(jī)組i在t時(shí)段的第m段報(bào)價(jià)；Mi為機(jī)組i檔內(nèi)分段數(shù)總和。其中目標(biāo)函數(shù)包括了機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行檔位的調(diào)峰成本、機(jī)組電能量運(yùn)行檔位的電能量成本和機(jī)組在調(diào)峰運(yùn)行檔位的電能量成本(發(fā)電運(yùn)行成本按照電能量檔位的最低報(bào)價(jià)結(jié)算)。

因?yàn)橐肓诵碌淖兞?，除了?fù)荷平衡、機(jī)組出力爬坡限制、電網(wǎng)備用容量要求等傳統(tǒng)約束，還需要添加新的約束：

0≤xi,t,d≤1,d=1,2,…,Di-1,Di.

(4)

0≤xi,t,d≤yi,t,d,d=1,Di.

(5)

0≤xi,t,d≤yi,t,d-1+yi,t,d,d=2,…,Di-1.

(6)

(7)

(8)

(9)

其中，式(4)—(8)為中標(biāo)段唯一性約束條件，式(9)為核電機(jī)組電能量檔恒功率輸出約束條件。

無論是經(jīng)濟(jì)調(diào)度環(huán)節(jié)還是機(jī)組組合環(huán)節(jié)，目標(biāo)函數(shù)中關(guān)于電能量與調(diào)峰輔助服務(wù)購買成本的部分均可以采用比例變量建模的方式解除復(fù)合分段化性質(zhì)，而機(jī)組組合環(huán)節(jié)相對(duì)于經(jīng)濟(jì)調(diào)度環(huán)節(jié)增加的部分(如啟停成本)本身就是線性表達(dá)式，無需處理。負(fù)荷平衡、機(jī)組出力爬坡限制、電網(wǎng)備用容量要求等傳統(tǒng)約束條件的線性性質(zhì)并未受到影響，無論是在經(jīng)濟(jì)調(diào)度環(huán)節(jié)還是在機(jī)組組合環(huán)節(jié)增加深調(diào)錯(cuò)檔報(bào)價(jià)機(jī)制以及采用比例變量方式建模，均是在傳統(tǒng)線性約束條件的基礎(chǔ)上添加新的線性約束，如式(4)—(9)；所以，在經(jīng)濟(jì)調(diào)度環(huán)節(jié)增加的調(diào)峰錯(cuò)位報(bào)價(jià)機(jī)制和比例變量建模方式對(duì)機(jī)組組合環(huán)節(jié)也適用。

基于核電機(jī)組運(yùn)行模式的特殊性，本文采用二次計(jì)算的方式對(duì)模型進(jìn)行求解，求解過程如下：

a)第一次計(jì)算。設(shè)核電機(jī)組和火電機(jī)組一樣，其調(diào)峰模式和電能量模式的切換不與時(shí)間耦合，求得第一次的出清結(jié)果。

b)邏輯判斷。如果某一時(shí)段優(yōu)化結(jié)果為某一核電機(jī)組不滿發(fā)，首先判斷該時(shí)段與最近一次該核電機(jī)組參與調(diào)峰的谷功率初始時(shí)間點(diǎn)是否相差24 h及以上;若滿足，接著根據(jù)該時(shí)段之后1至5個(gè)時(shí)段該核電機(jī)組不滿發(fā)的時(shí)段數(shù)目來決策核電運(yùn)行方式，并開始第二次計(jì)算。

c)核電機(jī)組運(yùn)行方式?jīng)Q策轉(zhuǎn)換為將新增的核電機(jī)組已知出力曲線約束條件加入至原模型里面，進(jìn)行第二次計(jì)算，此次的計(jì)算結(jié)果為本文研究的聯(lián)合市場經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題的最終出清結(jié)果。

4 算例分析

本文以IEEE 39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)造算例。由于該聯(lián)合市場經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題已經(jīng)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的線性規(guī)劃模型，可采用成熟的數(shù)學(xué)求解軟件CPLEX對(duì)模型進(jìn)行求解，并對(duì)建立的出清模型進(jìn)行驗(yàn)證分析。算例基本數(shù)據(jù)見表2，機(jī)組7、機(jī)組8為核電機(jī)組，其電能量檔的報(bào)價(jià)比其余火電機(jī)組的報(bào)價(jià)相對(duì)較低，調(diào)峰檔的報(bào)價(jià)與其余火電機(jī)組“錯(cuò)位相當(dāng)”，并且機(jī)組7的調(diào)峰檔報(bào)價(jià)整體上比機(jī)組8的調(diào)峰檔報(bào)價(jià)略高。

采用二次計(jì)算的方式對(duì)該模型進(jìn)行求解后，發(fā)現(xiàn)機(jī)組1、3、7、8前后2次計(jì)算的出力結(jié)果產(chǎn)生了修正，而其余機(jī)組的出力結(jié)果基本無變化。在深調(diào)峰需求的工況下，核電機(jī)組7的調(diào)峰檔報(bào)價(jià)整體上比核電機(jī)組8的調(diào)峰檔報(bào)價(jià)略高，第一次計(jì)算結(jié)果顯示優(yōu)先決策核電機(jī)組8參與調(diào)峰，而且是價(jià)格在起主導(dǎo)作用的優(yōu)化結(jié)果。

由圖5—圖8第一次計(jì)算結(jié)果與第二次計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知：調(diào)峰檔檔內(nèi)出清、定軌跡功率輸出的方式使得核電機(jī)組7擴(kuò)大了調(diào)峰量和核電機(jī)組8減小了調(diào)峰量，由于核電機(jī)組出力的修正，相應(yīng)地整體調(diào)峰報(bào)價(jià)最高的火電機(jī)組1減小了調(diào)峰量，整體調(diào)峰報(bào)價(jià)最低的火電機(jī)組3擴(kuò)大了調(diào)峰量。第二次計(jì)算結(jié)果是價(jià)格和核電機(jī)組運(yùn)行模式共同主導(dǎo)的優(yōu)化結(jié)果，該結(jié)果驗(yàn)證了本文提出的綜合考慮報(bào)價(jià)機(jī)制和二次計(jì)算的雙市場聯(lián)合經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的合理性，避免了單一市場同類機(jī)組的出清絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

表2 算例基本數(shù)據(jù)表Tab.2 Example basic data

圖5 機(jī)組1計(jì)算結(jié)果Fig.5 Calculation result of unit 1

圖6 機(jī)組3計(jì)算結(jié)果Fig.6 Calculation result of unit 3

圖7 機(jī)組7計(jì)算結(jié)果Fig.7 Calculation result of unit 7

在沒有合理價(jià)格機(jī)制保障的情況下，本文研究的雙市場聯(lián)合經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型理論上隨著電網(wǎng)負(fù)荷的降低，會(huì)依次出現(xiàn)4種情況：①核電機(jī)組滿載，火電機(jī)組不滿載；②火電機(jī)組調(diào)峰，核電機(jī)組滿載；③火電機(jī)組全員深調(diào)峰，核電機(jī)組淺調(diào)峰；④火電機(jī)組全員深調(diào)峰，核電機(jī)組全員深調(diào)峰。為了研究報(bào)價(jià)機(jī)制變化對(duì)于雙市場聯(lián)合經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題出清結(jié)果的影響和重要性，在基礎(chǔ)算例的基礎(chǔ)上收窄核電機(jī)組和火電機(jī)組的調(diào)峰檔報(bào)價(jià)差距(見表3)，從“錯(cuò)位相當(dāng)”進(jìn)一步設(shè)置為“錯(cuò)位交集”，即：①火電2段和核電3段報(bào)價(jià)范圍有交集；②火電1段和核電2段報(bào)價(jià)范圍有交集。

圖8 機(jī)組8計(jì)算結(jié)果Fig.8 Calculation result of unit 8

表3 不同報(bào)價(jià)機(jī)制下核電機(jī)組具體報(bào)價(jià)對(duì)比表Tab.3 Unit price declaration comparison under different bidding mechanisms

圖9為火電機(jī)組3、5與核電機(jī)組7的第一次計(jì)算結(jié)果。由圖9可得出：在電網(wǎng)負(fù)載曲線的谷時(shí)段，核電機(jī)組7淺調(diào)峰，火電機(jī)組3淺調(diào)峰/沒參與調(diào)峰；也就是說，并沒有出現(xiàn)火電機(jī)組全員深調(diào)峰的同時(shí)個(gè)別核電機(jī)組淺調(diào)峰的情況，這說明單一市場同類機(jī)組的出清絕對(duì)優(yōu)勢(shì)得到了更好的控制，“錯(cuò)位相當(dāng)”報(bào)價(jià)機(jī)制本來在一定程度上削弱了單一市場同類機(jī)組的出清絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而“錯(cuò)位交集”使得市場出清結(jié)果達(dá)到了更為均衡的效果。

圖9 “錯(cuò)位交集”報(bào)價(jià)機(jī)制下的結(jié)果Fig.9 Result under the “dislocation intersection”bidding mechanism

5 結(jié)束語

隨著核電和新能源裝機(jī)比重不斷加大，針對(duì)嚴(yán)重棄風(fēng)、棄光形勢(shì)和系統(tǒng)調(diào)峰壓力日益嚴(yán)峻的困局，本文研究了將核電機(jī)組和火電機(jī)組2種機(jī)組對(duì)象、電能量市場和調(diào)峰市場統(tǒng)一起來，提出了聯(lián)合優(yōu)化出清的方法，建立了含高度分段復(fù)雜目標(biāo)函數(shù)的雙市場聯(lián)合優(yōu)化經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型；采用比例變量建模的方式解除目標(biāo)函數(shù)的分段化性質(zhì)，構(gòu)造出標(biāo)準(zhǔn)化的線性規(guī)劃模型；設(shè)計(jì)了核電機(jī)組分檔分方式輸出的運(yùn)行模式、“錯(cuò)位相當(dāng)”調(diào)峰檔報(bào)價(jià)機(jī)制，提出了價(jià)格和機(jī)組出力共同主導(dǎo)的二次計(jì)算出清方法，通過火電機(jī)組和核電機(jī)組之間的競價(jià)博弈，使核電機(jī)組選擇最優(yōu)的出力模式，激勵(lì)火電機(jī)組出讓自身部分發(fā)電收益，以補(bǔ)償核電機(jī)組調(diào)峰所損失的機(jī)會(huì)成本以及增加的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了火電核電協(xié)同服務(wù)的理想出清結(jié)果。

算例驗(yàn)證了本文所提出的綜合考慮報(bào)價(jià)機(jī)制和二次計(jì)算的雙市場聯(lián)合經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的合理性，避免了單一市場同類機(jī)組的出清絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。研究成果可以作為機(jī)組調(diào)峰計(jì)劃從“傳統(tǒng)模式”向“市場化模式”過渡的參考。