上海虛擬電廠運營市場出清的研究與實現

應志瑋，余 濤，黃宇鵬，龍?zhí)K巖，承 林，豆威朋

(1.國網上海市電力公司，上海 200120；2.中國電力科學研究院有限公司，北京 100192； 3.上海科馭信息科技有限公司，上海 201721)

0 引言

當前，根據電網發(fā)展的需要，應提高對清潔能源和可在再生資源的利用[1,2]，優(yōu)化市場交易的配置，構建統(tǒng)一電力市場體系，實現電力市場建成多樣化、多時效并發(fā)進行的交易系統(tǒng)。上海電力公司開展前瞻性研究，結合當前國家電網公司要求和上海電力公司實際情況設計了上海虛擬電廠運營體系[3]。

虛擬電廠運營體系是以虛擬電廠為基本單位，而虛擬電廠是聚合優(yōu)化“源網荷儲”清潔發(fā)展的新一代智能控制技術和互動商業(yè)模式，實現電源側的多能互補、負荷側的靈活互動，對電網提供調峰、調頻、備用等輔助服務。虛擬電廠運營體系的市場出清規(guī)則是確保市場穩(wěn)定秩序的前提條件[4]，出清規(guī)則的目的首先是規(guī)范市場交易方式，比如交易公開化、交易規(guī)則化；其次是規(guī)范交易行為，要形成自愿的、非強制的、平等的交易，使電力交易雙方進行互惠互利的交易活動；再次是規(guī)范交易價格，形成交易約束，為雙方的規(guī)范交易創(chuàng)造良好的環(huán)境條件。綜上所述，當前的上海虛擬電廠運營體系需要合理的市場出清規(guī)則作為支撐，應用互聯網行業(yè)的最新技術，對上海虛擬電廠運營系統(tǒng)進行建設，以支撐大規(guī)模電力市場交易為目的，通過先進的 IT 技術應用，更好地支持電力交易的日常正常進行[5]。

基于此，為促進電力市場交易的常態(tài)化進行，本研究為了實現上海虛擬電廠運營的市場出清，提出了一種高效、靈活、可靠且符合市場情況的市場出清規(guī)則[6]。

1 規(guī)則概述

上海虛擬電廠運營體系的基本成員包括電力公司交易中心、調度中心、運管平臺以及虛擬電廠四方構成，他們都是參與電力市場交易的市場成員[7]。

交易平臺立足于為虛擬電廠提供公平、透明的市場化交易服務，負責引導市場主體入市注冊，建立虛擬電廠和用戶側資源的綁定關系，及時發(fā)布市場交易信息，組織開展市場化交易，并支持市場出清、結算[8]。

調度控制平臺負責根據電網運行情況提出市場需求[9]，具備向虛擬電廠下達控制指令的能力。

運營管理平臺作為上海市所有虛擬電廠的管理平臺，負責建立維護虛擬電廠的有關檔案、全流程管控虛擬電廠接入電網系統(tǒng)工程，審核虛擬電廠市場主體資格，歸口管理虛擬電廠的響應基線，記錄并認定交易執(zhí)行結果。

虛擬電廠運行控制平臺對內以模擬常規(guī)電廠外特性為目標，實現對虛擬電廠內部資源的優(yōu)化聚合、協(xié)同控制，管理與內部資源之間的代理協(xié)議；對外代替所屬資源向交易平臺和管理平臺完成入市、注冊等相關管理流程，并作為一個市場主體參與市場交易[10]。

在當前上海虛擬電廠運營體系中，根據虛擬電廠不同的響應能力，從中長期和短期兩個時間維度共設計了4種不同收益水平的交易品種[11]，包括中長期和短期需求響應交易、中長期備用交易、短期替代調峰交易等。

中長期備用交易為了滿足市場用電的需要，根據發(fā)布的電力調度指令，要求虛擬電廠提供的預留發(fā)電容量或負荷響應必須在10 min內完成調用。按月度組織交易，由電力調度機構綜合考慮負荷預測、機組運行計劃、需求預測誤差等情況確定次月的備用需求[12]，交易中心根據備用需求組織開展月度交易，由有意愿提供備用服務的虛擬電廠參與交易。

2 實現流程

2.1 流程設計

圖1 實現流程圖Fig.1 Implementation flow chart

上海虛擬電廠運營體系始于調控中心，通過運管平臺根據電網運行情況提出虛擬電廠響應需求，再由交易中心在交易平臺收到響應需求后，便可向全部市場成員發(fā)布市場交易信息。交易信息應以調度中心發(fā)布的響應需求為準。

交易中心根據具體的需求，結合各個虛擬電廠的響應能力，可賦予一部分虛擬電廠申報資格，交易中心對此次交易配置電力規(guī)模限額和電價限額，在申報開始的時段開啟申報，具有此次交易申報資格的虛擬電廠按照一定的限額規(guī)范進行申報。

交易中心虛擬電廠運營商在交易平臺申報響應容量以及對應價格后，交易平臺組織虛擬電廠開展交易，并將出清結果通知調度控制平臺和管理平臺。

在交易當天，管理平臺需記錄虛擬電廠的響應相關信息，并進行結果認定。

交易平臺根據響應結果進行結算，并將結算結果發(fā)送管理平臺、電網財務系統(tǒng)、虛擬電廠運營管理平臺。由財務部門與虛擬電廠運營商進行資金結算。虛擬電廠根據結算結果，完成與終端用戶的結算，最后交易結束[13]，具體如圖1所示。

在市場出清之前，先由虛擬電廠提出報價，規(guī)定最多可三段報價，單位為kW，數值精確至個位。申報價格單位為元/(kW·h)，數值精確至小數點后兩位[14]。再根據歷史調用情況，修正虛擬電廠的報價系數，具體公式為：

ηbjxz=(0.9+0.1×K1)×[1-0.1×min(1.2,K2)]×

[1-0.1×min(1.2,K3)]×(1-0.1×K4) .

式中，ηbjxz為報價修正系數；K1為響應速度因數，K1=備用響應指令時間÷備用響應指令時間標準，備用響應指令時間標準暫定為10 min；K2為調節(jié)速率因數，K2=單位時間內備用上調量÷備用上調速率標準，備用上調速率標準暫定為1 MW/min；K3為備用可持續(xù)時間因數，K3=備用可持續(xù)時間÷備用可持續(xù)時間標準，備用可持續(xù)時間標準暫定為1 h；K4為備用執(zhí)行度因數，K4=備用執(zhí)行次數÷調度下達執(zhí)行上調備用指令的次數。

當交易中心收到虛擬電廠的報價后，由下公式計算虛擬電廠排序價格：

Ppxjg=Pbj×ηbjxz.

式中，Ppxjg為虛擬電廠排序價格，Pbj為虛擬電廠報價。

依據上式的計算結果，將虛擬電廠的價格由低到高，申報時間由前到后的規(guī)則進行排序，按其優(yōu)先順序依次出清[15]，計算各虛擬電廠的中標量。

2.2 出清模型

在市場出清實現過程中，先是建立了虛擬電廠報價模型，如表1所示。報價模型中關聯虛擬電廠與交易序列，以每條交易作為主線來分別記錄各個虛擬電廠的申報時間、申報段數以及申報電量和電價等。

表1 報價模型

Tab.1 Quotation model

字段類型中文注釋JYDY_IDJYDY_ID虛擬電廠IDTRADESEQ_IDTRADESEQ_ID交易序列IDINTERVALINTERVAL輪次TRADE_ROLETRADE_ROLE申報角色PARA_NUMPARA_NUM段號PWDPWD電力NUMNUM份數ENERGYENERGY電量PRICEPRICE電價UPDATE_TIMEUPDATE_TIME報價時間BID_PERSONBID_PERSON報價人PRICE_KPRICE_K乘系數之后的價格

建立出清模型，關聯虛擬電廠與交易序列，從系統(tǒng)獲取以往的響應系數，對虛擬電廠的價格由低到高，申報時間由前到后的優(yōu)先順序，通過程序和算法計算出各個虛擬電廠的出清電量和出清電價，如表2所示。

表2 出清模型

圖2 市場出清實現流程Fig.2 Realization process of market clearing

通過以上數據模型，可以將每次交易虛擬電廠報價與出清做記錄，并分析市場趨勢，利用合理的激勵手段，鼓勵更多的虛擬電廠參與到交易中。

2.3 代碼實現

基于已設定的市場出清規(guī)則，在實現過程中，先將各個虛擬電廠的報價收集過來，結合以往的響應系數，把虛擬電廠所報價格由低到高進行排序。若是有報價相同的虛擬電廠，就按照報價時間的先后進行排位，通過結合交易中心所需電量，對排序好的虛擬電廠申報電量逐次取值。若全部虛擬電廠的申報電量小于或等于交易需求電量，則盡數納入；若全部虛擬電廠的申報電量大于交易需求電量[16]，則根據排序順序納入所需電量為止，如圖2市場出清實現流程所示。

3 算例驗證

本文市場出清的驗證環(huán)境是由交易中心發(fā)布交易公告，再由虛擬電廠進行多點報價，報價完成后交易中心再統(tǒng)一出清[17]的完整交易流程組成。

在此算例中，交易中心發(fā)布的公告為6 000 kW的需求電量，允許虛擬電廠最大報價段數為3段，每一段報價的電量不重合，是在上一段報價電量基礎上累加的結果；報價電量的單位為kW，報價電價的單位為元/(kW·h)，并且有3家符合條件的虛擬電廠參與此次交易報價[18]。將虛擬電廠分別編號為01，02和03，三家虛擬電廠均為3段報價，如表3 虛擬電廠報價所示。

表3 虛擬電廠報價

在此算例中，每家虛擬電廠的報價修正系數均為1，交易需求電量為6 000 kW，對所有虛擬電廠的報價由價格進行排序，價格最低的優(yōu)先納入，價格相同則以申報時間優(yōu)先納入。在算例驗證中，若虛擬電廠申報電量總和大于需求電量，則依照排序后的順序先后納入，當取到某一虛擬電廠的某一段數的電量與已納入電量之和大于需求電量時，需求電量差多少補多少，且不將此段數的申報電量全部納入[19]。運用交易平臺系統(tǒng)對申報電量進行市場出清，得出結果如表4所示。

表4 市場出清

從表4結果可以得出，01號虛擬電廠在此次交易中納入一、二段全部電量；納入02號虛擬電廠第一段申報電量和第二段申報電量的其中500 kW；納入03號虛擬電廠第一段申報電量的全部，并且總體納入的市場出清電量符合6 000 kW的電量需求，并以價格最優(yōu)優(yōu)先納入，說明此次驗證的市場出清具有一定的準確性與科學性[20]。

綜上所述，本文研究的上海虛擬電廠運營市場出清規(guī)則，可支撐上海電力市場的日常交易，促使虛擬電廠和電力公司在電力交易方面的利益最大化，對上海電力交易市場的運行與發(fā)展有一定的推進作用。

4 結束語

本文提供了上海虛擬電廠交易運營市場出清結算規(guī)則，根據技術參數差異化設置收益激勵，該規(guī)則充分發(fā)揮虛擬電廠在電力交易和輔助服務等方面的靈活性調節(jié)功能，通過市場機制及價格信號鼓勵和引導虛擬電廠發(fā)展，可緩解上海電網調峰壓力，促進清潔能源消納，為電力市場能源交易創(chuàng)造良好的環(huán)境。