考慮備用共享的區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)出清模型

劉政，雷少鋒，王清亮，李云達(dá)，任惠，盧錦玲

(1.河北電力交易中心有限公司, 石家莊市 050011；2.華北電力大學(xué)(保定)電力工程系，河北省保定市 071003；3.國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司檢修分公司, 石家莊市 050070)

0 引 言

由于風(fēng)電等新能源裝機(jī)容量和用電負(fù)荷的跨越式增長(zhǎng)，以及源荷逆向分布的國(guó)情，能源富集省份“三棄”問(wèn)題嚴(yán)重，電力緊缺省份缺電深度不斷提高，我國(guó)現(xiàn)行跨省區(qū)電力交易存在省間壁壘難以打破、資源配置低效的問(wèn)題[1-2]。2015年國(guó)務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》(中發(fā)〔2015〕9號(hào)文)，文件提出要促使電力富余地區(qū)更好地向缺電地區(qū)輸送電力，充分發(fā)揮市場(chǎng)配置資源、調(diào)劑余缺的作用，促進(jìn)電力資源在更大范圍優(yōu)化配置。為了解決上述問(wèn)題并落實(shí)電改政策，可基于現(xiàn)有區(qū)域電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建設(shè)區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)。

區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)通過(guò)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)、統(tǒng)一出清，可以打破因經(jīng)濟(jì)和體制差異而存在的交易壁壘，促進(jìn)可再生能源跨區(qū)消納，并且解決部分省份的電力短缺問(wèn)題，提高電力富余省份的設(shè)備利用效率，降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本，從而整體上保障系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)區(qū)域電力資源的優(yōu)化配置。同時(shí)電力市場(chǎng)出清結(jié)果是電力市場(chǎng)交易與電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行的基礎(chǔ)，而現(xiàn)貨市場(chǎng)出清模型對(duì)于得到精確合理的市場(chǎng)出清結(jié)果十分重要，因此，現(xiàn)貨市場(chǎng)出清模型是建設(shè)區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的關(guān)鍵。

備用輔助服務(wù)市場(chǎng)作為現(xiàn)貨市場(chǎng)的重要組成部分，具有保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、電能可靠供應(yīng)的重要作用?，F(xiàn)階段我國(guó)備用輔助服務(wù)市場(chǎng)在出清過(guò)程中主要存在兩個(gè)問(wèn)題：第一，電能量市場(chǎng)與備用輔助服務(wù)市場(chǎng)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)緊密銜接，兩者相互獨(dú)立，分步出清，并未考慮電能量與備用的耦合特性，難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與可靠性；第二，大部分地區(qū)均采用分省預(yù)留備用的模式，省間難以實(shí)現(xiàn)備用容量的相互支援，造成備用容量匱乏地區(qū)棄風(fēng)或失負(fù)荷問(wèn)題嚴(yán)重，而備用容量充足地區(qū)存在備用閑置的現(xiàn)象。因此在出清過(guò)程中，一方面需要通過(guò)電能量與備用的聯(lián)合出清實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體效益的最大化，另一方面需要引入備用共享機(jī)制，通過(guò)省間備用的互補(bǔ)互濟(jì)實(shí)現(xiàn)備用資源的優(yōu)化配置。

對(duì)于現(xiàn)貨市場(chǎng)出清模型國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究。文獻(xiàn)[3]分別構(gòu)建了單區(qū)域、多區(qū)域互聯(lián)兩種情況下的電能與備用聯(lián)合優(yōu)化出清的數(shù)學(xué)模型，但并未考慮風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)對(duì)出清模型的影響；文獻(xiàn)[4]分別建立并對(duì)比了電能量交易和備用交易聯(lián)合出清、分別出清的數(shù)學(xué)模型，但所建立的模型僅針對(duì)省內(nèi)市場(chǎng)出清，未從區(qū)域電力市場(chǎng)角度進(jìn)行全面考慮；文獻(xiàn)[5]建立了計(jì)及共享備用容量的區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)備用容量分配模型，制定了系統(tǒng)備用容量分配策略，但未從電力市場(chǎng)出清的角度量化共享備用容量；文獻(xiàn)[6]給出了計(jì)及備用共享的含高比例風(fēng)電的多區(qū)域協(xié)調(diào)調(diào)度模型，但未對(duì)機(jī)組組合情況進(jìn)行分析。

目前，東北、華東、南方等區(qū)域電力市場(chǎng)處于電力改革的起步階段，跨省區(qū)電力交易仍是“以中長(zhǎng)期交易為主，現(xiàn)貨交易為補(bǔ)充”的市場(chǎng)模式[7-8]，加上我國(guó)以“省為實(shí)體”的政治經(jīng)濟(jì)體制，使得電力交易的省間壁壘難以打破，區(qū)域內(nèi)省間電力互濟(jì)共享的特性沒(méi)有充分發(fā)揮，且備用市場(chǎng)等輔助市場(chǎng)建設(shè)有待完善。因此，建立區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)出清模型勢(shì)必要綜合考慮電能和備用聯(lián)合優(yōu)化、跨省區(qū)備用共享、省間聯(lián)絡(luò)線參與協(xié)調(diào)調(diào)度等關(guān)鍵問(wèn)題。鑒于此，文章建立考慮備用共享的區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)電能與備用聯(lián)合出清模型，以兩個(gè)互聯(lián)的IEEE 30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)模擬區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易，并驗(yàn)證模型的有效性。

1 區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)出清模型的關(guān)鍵問(wèn)題

建立區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)出清模型之前要解決好如下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：市場(chǎng)模式的選擇、棄風(fēng)和失負(fù)荷問(wèn)題的緩解、聯(lián)絡(luò)線的運(yùn)行方式以及備用共享和跨省購(gòu)電的合理實(shí)現(xiàn)。

市場(chǎng)模式的選擇是建立區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的關(guān)鍵。為了向構(gòu)建“統(tǒng)一開放，競(jìng)爭(zhēng)有序”的全國(guó)統(tǒng)一的電力市場(chǎng)[6]的最終目標(biāo)過(guò)渡，本文中區(qū)域電力市場(chǎng)將采用區(qū)域統(tǒng)一集中式現(xiàn)貨市場(chǎng)模式，并相應(yīng)建立集中式的區(qū)域統(tǒng)一現(xiàn)貨市場(chǎng)出清模型。為此，文章借鑒了美國(guó)賓夕法尼亞-新澤西-馬里蘭(Pennsylvania-New Jersey-Maryland, PJM)區(qū)域電力市場(chǎng)。PJM是一個(gè)典型的整個(gè)區(qū)域統(tǒng)一平衡的集中式市場(chǎng)，現(xiàn)貨交易時(shí)采用全電量集中競(jìng)價(jià)并由市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)統(tǒng)一出清的市場(chǎng)模式。在考慮系統(tǒng)安全約束的基礎(chǔ)上，確定機(jī)組組合和發(fā)電計(jì)劃，資源配置效率極高[9-10]。為了應(yīng)對(duì)緊急狀況，PJM加入了弗吉尼亞-南北卡羅萊納州(Virginia-Carolinas , VACAR)備用共享小組，與南部的弗吉尼亞與南北卡羅萊納州共享備用，3個(gè)區(qū)域系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(regional transmission organization, RTO)可以共同激活部分10 min備用來(lái)緩解系統(tǒng)的壓力。備用共享機(jī)制的應(yīng)用減少了輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商購(gòu)買備用的容量和運(yùn)營(yíng)成本，提高了潛在的可用備用的總?cè)萘浚岣吡讼到y(tǒng)的魯棒性[11]。類似地，當(dāng)我國(guó)不同地區(qū)各方面差異逐步縮小時(shí)，將逐步建成統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一核算、統(tǒng)一管理的以區(qū)域交易中心為交易平臺(tái)的區(qū)域統(tǒng)一集中式現(xiàn)貨電力市場(chǎng)[12]。

含高比例風(fēng)電地區(qū)為應(yīng)對(duì)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)帶來(lái)的不確定性問(wèn)題，需預(yù)留足夠的備用容量，當(dāng)現(xiàn)有負(fù)備用難以滿足風(fēng)電全額消納的需求便會(huì)棄風(fēng)。電力緊缺省份用電高峰期電力不足現(xiàn)象嚴(yán)重，當(dāng)正備用容量短缺時(shí)，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行則被迫限電。區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)協(xié)調(diào)出清能實(shí)現(xiàn)資源互濟(jì)，并在出清模型中引入棄風(fēng)懲罰系數(shù)和失負(fù)荷懲罰系數(shù)來(lái)緩解棄風(fēng)和失負(fù)荷問(wèn)題[13-14]。

傳統(tǒng)的省間聯(lián)絡(luò)線多從電力市場(chǎng)交易出發(fā)采用分段恒功率模式運(yùn)行，與機(jī)組發(fā)電計(jì)劃和新能源消納處于松耦合狀態(tài)，難以真正實(shí)現(xiàn)互聯(lián)電網(wǎng)的資源互濟(jì)。在區(qū)域電力市場(chǎng)中要優(yōu)化聯(lián)絡(luò)線編制，需要實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)線功率與機(jī)組出力的協(xié)調(diào)優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)電力資源在全網(wǎng)的優(yōu)化配置。

通過(guò)省間聯(lián)絡(luò)線實(shí)現(xiàn)備用共享和跨省購(gòu)電，可以增強(qiáng)系統(tǒng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力，減少系統(tǒng)運(yùn)行成本[15-16]。但是，不考慮備用共享的代價(jià)，單純?yōu)闇p小系統(tǒng)備用容量總量而大量共享備用，會(huì)造成提供備用的機(jī)組分布不合理，若聯(lián)絡(luò)線發(fā)生阻塞或故障，備用容量將無(wú)法實(shí)現(xiàn)跨區(qū)調(diào)度；不考慮跨省購(gòu)電的代價(jià)，僅為實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)發(fā)電成本最小化而無(wú)限制跨省調(diào)用低成本機(jī)組，將損害本地區(qū)發(fā)電機(jī)組利益，并帶來(lái)嚴(yán)重的阻塞問(wèn)題。因此，提出的區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的出清模型中引入了備用共享代價(jià)和跨省購(gòu)電代價(jià)，二者源于輸電費(fèi)用、系統(tǒng)損耗、系統(tǒng)安全和調(diào)度管理等產(chǎn)生的成本[17]。

2 區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)電能與備用聯(lián)合出清模型

電力現(xiàn)貨市場(chǎng)出清模型主要包括安全約束機(jī)組組合(security constrained unit commitment, SCUC)模型、安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度(security constrained economic dispatch, SCED)模型和節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)(locational marginal price, LMP)計(jì)算模型三部分[18-20]。LMP主要用于價(jià)格結(jié)算，文中只作簡(jiǎn)單介紹。區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)出清模型是在省級(jí)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)出清模型基礎(chǔ)上進(jìn)行的修改和拓展，二者區(qū)別關(guān)鍵在于區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)中需考慮備用共享機(jī)制和聯(lián)絡(luò)線運(yùn)行方式對(duì)出清結(jié)果的影響。

2.1 安全約束機(jī)組組合模型

2.1.1 目標(biāo)函數(shù)

區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)SCUC模型以區(qū)域系統(tǒng)運(yùn)行成本最小化為目標(biāo)，綜合考慮發(fā)電成本、啟停成本、備用成本、棄風(fēng)懲罰成本和失負(fù)荷懲罰成本，以及備用共享代價(jià)和跨省購(gòu)電代價(jià)。模型如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

2.1.2 約束條件

1)區(qū)域功率平衡約束。

(5)

2)區(qū)域備用容量約束。

在實(shí)行備用共享機(jī)制情況下，省內(nèi)機(jī)組提供備用容量與通過(guò)省間聯(lián)絡(luò)線共享的備用容量之和需滿足該省備用容量需求。

(6)

(7)

3)各省最小當(dāng)?shù)貍溆萌萘考s束。

實(shí)際調(diào)度過(guò)程中，當(dāng)某省發(fā)生緊急情況時(shí)會(huì)優(yōu)先調(diào)用本省的部分備用容量，這部分備用的極限值為最小當(dāng)?shù)貍溆萌萘?。若最小?dāng)?shù)貍溆萌萘咳詿o(wú)法滿足需求，再調(diào)用本省其他備用容量或通過(guò)備用共享機(jī)制調(diào)用其他省份的備用容量。這樣能夠維護(hù)本省機(jī)組利益，有利于電力市場(chǎng)的初期建設(shè)。

(8)

(9)

4)風(fēng)電場(chǎng)出力約束。

(10)

5)失負(fù)荷約束。

(11)

6)機(jī)組出力上下限約束。

(12)

7)備用容量限制約束。

各時(shí)段機(jī)組提供的正、負(fù)備用同時(shí)受機(jī)組調(diào)整速率和機(jī)組出力上下限約束。

(13)

(14)

8)機(jī)組爬坡約束。

(15)

(16)

9)機(jī)組最小連續(xù)開停時(shí)間約束。

(17)

(18)

(19)

(20)

10)省內(nèi)支路潮流約束。

(21)

11)省間聯(lián)絡(luò)線約束。

PT,z,max,?z,?t

(22)

式中：PT,z,max為省間聯(lián)絡(luò)線z的傳輸功率極限；NG、NW、ND分別為系統(tǒng)火電機(jī)組、風(fēng)電場(chǎng)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的總數(shù)；NH為區(qū)域外聯(lián)絡(luò)線總數(shù)；Gz-i為火電機(jī)組i所在節(jié)點(diǎn)對(duì)省間聯(lián)絡(luò)線z的發(fā)電機(jī)輸出功率轉(zhuǎn)移分布因子；Gz-j為風(fēng)電場(chǎng)j所在節(jié)點(diǎn)對(duì)省間聯(lián)絡(luò)線z的發(fā)電機(jī)輸出功率轉(zhuǎn)移分布因子；Gz-h為區(qū)域外聯(lián)絡(luò)線h所在節(jié)點(diǎn)對(duì)省間聯(lián)絡(luò)線z的發(fā)電機(jī)輸出功率轉(zhuǎn)移分布因子；PT,h,t為區(qū)域外聯(lián)絡(luò)線h的傳輸功率；Gz-n為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)n對(duì)省間聯(lián)絡(luò)線z的發(fā)電機(jī)輸出功率轉(zhuǎn)移分布因子。

2.2 安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型

2.2.1 目標(biāo)函數(shù)

區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)SCED模型是在SCUC模型已確定的機(jī)組組合計(jì)劃基礎(chǔ)上編制的更精細(xì)化的發(fā)電調(diào)度計(jì)劃。因此，SCED模型的目標(biāo)函數(shù)相較于SCUC模型的目標(biāo)函數(shù)不考慮機(jī)組啟停成本。

(23)

2.2.2 約束條件

SCED模型的約束條件不考慮機(jī)組最小連續(xù)開停機(jī)時(shí)間，且機(jī)組爬坡約束要修改，其他約束同SCUC模型。機(jī)組爬坡約束可描述為：

(24)

(25)

根據(jù)上述安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件構(gòu)造拉格朗日函數(shù)，并對(duì)各節(jié)點(diǎn)處的負(fù)荷求偏導(dǎo)，并根據(jù)Karush-Kuhn-Tucker(KKT)條件求解即可求得節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)。

3 算例分析

3.1 仿真參數(shù)

基于兩個(gè)互聯(lián)的IEEE 30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，設(shè)兩個(gè)系統(tǒng)分別為A省和B省，二者構(gòu)成區(qū)域電力市場(chǎng)?；痣姍C(jī)組詳細(xì)參數(shù)見附錄表A1，機(jī)組1—6屬于A省，機(jī)組7—12屬于B省，風(fēng)電場(chǎng)位于A省節(jié)點(diǎn)20處，出清周期T為24 h。棄風(fēng)懲罰成本系數(shù)取100 美元/(MW·h)，失負(fù)荷懲罰成本系數(shù)取100美元/(MW·h)，共享備用代價(jià)系數(shù)取10美元/(MW·h)，跨省購(gòu)電代價(jià)系數(shù)取40美元/(MW·h)。風(fēng)電功率和負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線如圖1所示。在MATLAB環(huán)境下使用專業(yè)建模軟件Yalmip進(jìn)行建模，并調(diào)用CPLEX求解器對(duì)模型進(jìn)行求解。

表A1 火電機(jī)組參數(shù)Table A1 Parameters of thermal units

圖1 風(fēng)電功率和負(fù)荷預(yù)測(cè)值Fig.1 Prediction of wind power output and loads

下面設(shè)置3種場(chǎng)景進(jìn)行分析：場(chǎng)景一，區(qū)域內(nèi)省間聯(lián)絡(luò)線傳輸計(jì)劃固定且不計(jì)備用共享，各省級(jí)電力市場(chǎng)獨(dú)立出清；場(chǎng)景二，區(qū)域內(nèi)省間聯(lián)絡(luò)線協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度，不計(jì)備用共享區(qū)域電力市場(chǎng)協(xié)調(diào)出清；場(chǎng)景三為本文所提模型，區(qū)域內(nèi)省間聯(lián)絡(luò)線協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度，計(jì)及備用共享區(qū)域電力市場(chǎng)協(xié)調(diào)出清。

3.2 出清結(jié)果及分析

省級(jí)電力市場(chǎng)和區(qū)域電力市場(chǎng)出清的機(jī)組組合情況如圖2所示。B省機(jī)組8—12始終處于啟動(dòng)狀態(tài)，圖中不再顯示。通過(guò)對(duì)比可知，區(qū)域電力市場(chǎng)協(xié)調(diào)出清相較于省級(jí)電力市場(chǎng)獨(dú)立出清，A省部分低價(jià)機(jī)組開機(jī)時(shí)段增多，特別是時(shí)段19—24，B省機(jī)組7開機(jī)時(shí)段減少。這是由于區(qū)域電力市場(chǎng)協(xié)調(diào)出清使得A省的大量風(fēng)電資源通過(guò)聯(lián)絡(luò)線送往B省，為滿足A省的負(fù)荷需求，原本為了促進(jìn)風(fēng)電消納而出力較小或關(guān)停的常規(guī)機(jī)組出力增加或開機(jī)運(yùn)行。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，B省為滿足負(fù)荷需求，將優(yōu)先調(diào)用運(yùn)行成本相對(duì)較低的A省機(jī)組。

圖2 省級(jí)電力市場(chǎng)和區(qū)域電力市場(chǎng)的機(jī)組組合Fig.2 Unit commitment of provincial and regionalelectricity market

省級(jí)電力市場(chǎng)和考慮備用共享的區(qū)域電力市場(chǎng)的安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果分別如圖3和圖4所示。場(chǎng)景一中A省在時(shí)段21—24存在棄風(fēng)現(xiàn)象，B省在時(shí)段18—22存在失負(fù)荷現(xiàn)象，棄風(fēng)和失負(fù)荷的具體情況如表1和表2所示。這是因?yàn)?，在時(shí)段21—24，為實(shí)現(xiàn)風(fēng)電的充分消納，A省火電機(jī)組出力較低，受最小出力和調(diào)節(jié)速率的影響，可提供的負(fù)備用容量無(wú)法滿足省級(jí)系統(tǒng)的負(fù)備用需求，此時(shí)通過(guò)棄風(fēng)可減少這部分風(fēng)電對(duì)應(yīng)的負(fù)備用需求，火電機(jī)組的備用能力才能滿足規(guī)定可靠性水平下的要求。在時(shí)段18—22，B省負(fù)荷需求量大，火電機(jī)組接近甚至處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，受最大出力和調(diào)節(jié)速率的影響，可提供的正備用容量無(wú)法滿足省級(jí)系統(tǒng)正備用需求，此時(shí)切除引起正備用需求的部分負(fù)荷可緩解正備用供給緊張問(wèn)題。場(chǎng)景三中A省的棄風(fēng)情況得到緩解，B省無(wú)失負(fù)荷現(xiàn)象，棄風(fēng)的具體情況如表3所示。原因是基于備用共享和聯(lián)絡(luò)線協(xié)調(diào)優(yōu)化的機(jī)制，區(qū)域電力市場(chǎng)中不同省份可通過(guò)資源互濟(jì)在滿足負(fù)荷需求的情況下實(shí)現(xiàn)風(fēng)電的充分消納。

表1 省級(jí)電力市場(chǎng)獨(dú)立出清A省棄風(fēng)情況Table 1 Wind curtailment in province A under the independent clearing of provincial electricity market MW

表2 省級(jí)電力市場(chǎng)獨(dú)立出清B省失負(fù)荷情況Table 2 Loss of load in province B under the independent clearing of provincial electricity market MW

圖3 省級(jí)電力市場(chǎng)的安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度Fig.3 SCED of provincial electricity market

圖4 考慮備用共享的區(qū)域電力市場(chǎng)的安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度Fig.4 SCED of regional electricity market considering reserve sharing

表3 考慮備用共享的區(qū)域電力市場(chǎng)協(xié)調(diào)出清A省棄風(fēng)情況Table 3 Wind curtailment in province A under the coordinated clearing of regional electricity market considering reserve sharing MW

圖5為場(chǎng)景二和場(chǎng)景三區(qū)域電力市場(chǎng)協(xié)調(diào)出清的跨省購(gòu)電情況，聯(lián)絡(luò)線傳輸功率方向以流入B省為正。時(shí)段1—10跨省購(gòu)電代價(jià)大于跨省調(diào)用省外機(jī)組帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性，省間聯(lián)絡(luò)線傳輸功率為0，時(shí)段11—24跨省購(gòu)電代價(jià)小于跨省調(diào)用省外機(jī)組帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性，省間聯(lián)絡(luò)線存在功率交換，且時(shí)段18—22省間聯(lián)絡(luò)線傳輸功率較多，這是由于在A省原本棄風(fēng)的時(shí)段，B省通過(guò)省間聯(lián)絡(luò)線從A省購(gòu)得大量風(fēng)電，緩解了B省在相應(yīng)時(shí)段的失負(fù)荷問(wèn)題。在部分時(shí)段，場(chǎng)景三相較于場(chǎng)景二聯(lián)絡(luò)線傳輸功率較多，這是因?yàn)閭溆霉蚕頇C(jī)制使得預(yù)留備用總?cè)萘拷档?，A省低價(jià)機(jī)組出力空間增大，可以向B省提供更多的電力援助。

圖5 區(qū)域電力市場(chǎng)的跨省購(gòu)電情況Fig.5 Cross-provincial electricity purchasing of regional electricity market

圖6為場(chǎng)景三區(qū)域電力市場(chǎng)協(xié)調(diào)出清的備用共享情況。時(shí)段18—24備用共享尤為頻繁，對(duì)應(yīng)A省備用不足的時(shí)段21—24的棄風(fēng)時(shí)段，B省備用不足的時(shí)段18—22的失負(fù)荷時(shí)段。其他時(shí)段的備用共享結(jié)果是為了滿足系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。因此，區(qū)域電力市場(chǎng)中不同省份通過(guò)聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行備用容量的相互支援能夠有效緩解各自備用需求不足的問(wèn)題。

圖6 區(qū)域電力市場(chǎng)的備用共享情況Fig.6 Reserve sharing of regional electricity market

對(duì)比分析表4中不同出清模式的優(yōu)化結(jié)果可以看出，考慮備用共享的區(qū)域電力市場(chǎng)協(xié)調(diào)出清時(shí)，全系統(tǒng)全天的機(jī)組發(fā)電成本與懲罰成本較場(chǎng)景一和場(chǎng)景二均有所減少。場(chǎng)景三提供備用總?cè)萘亢统杀据^場(chǎng)景一分別提升了1.1%和4.07%，這是因?yàn)榕c獨(dú)立出清時(shí)比較，隨著風(fēng)電的充分消納和負(fù)荷的全部滿足，備用容量需求將有所增加，但場(chǎng)景三相較于場(chǎng)景二提供備用總?cè)萘坑兴鶞p少，這是因?yàn)閭溆霉蚕頇C(jī)制使得兩個(gè)省份在遇到突發(fā)狀況時(shí)可以互相提供備用支援。場(chǎng)景三全系統(tǒng)全天的總成本是所有出清模式中最少的。

表4 不同出清模式的優(yōu)化結(jié)果對(duì)比Table 2 Comparison of optimization results of different clearing modes

4 結(jié) 論

本文針對(duì)部分地區(qū)存在的電力緊缺或“三棄”問(wèn)題，綜合考慮跨省區(qū)備用共享和省間聯(lián)絡(luò)線參與協(xié)調(diào)調(diào)度等機(jī)制，提出考慮備用共享的區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)電能與備用聯(lián)合出清模型。通過(guò)算例分析，得出以下結(jié)論：

1)區(qū)域電力市場(chǎng)協(xié)調(diào)出清能夠優(yōu)化機(jī)組組合情況，使低成本機(jī)組得到充分利用；

2)區(qū)域電力市場(chǎng)出清過(guò)程中，通過(guò)省間電能和備用資源的互補(bǔ)互濟(jì)，能夠緩解部分省份的棄風(fēng)或失負(fù)荷問(wèn)題，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；

3)考慮備用共享的區(qū)域電力市場(chǎng)協(xié)調(diào)出清，能夠降低系統(tǒng)的總運(yùn)行成本。

接下來(lái)的研究將把柔性負(fù)荷等其他類型能源納入出清范疇，推動(dòng)區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的發(fā)展。