孫高星，華棟，陳皓勇，張聰，禤培正

(1.華南理工大學(xué) 電力學(xué)院，廣東 廣州 510641；2.湖南大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，湖南 長沙 410082；3.南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510663)

柔性負荷作為一種可調(diào)節(jié)的負荷資源，對于電力經(jīng)濟運行的影響日益凸顯。在供電無法滿足用電需求增長的大城市，柔性負荷的削峰填谷作用對保障電網(wǎng)的安全運行起著關(guān)鍵作用，因此柔性負荷的調(diào)度問題成為近年來研究的熱點。柔性負荷是指在一定時間段內(nèi)靈活可變的負荷，包含具備需求彈性的可調(diào)節(jié)負荷或可轉(zhuǎn)移負荷，具備雙向調(diào)節(jié)能力的電動汽車、儲能、蓄能以及分布式電源、微電網(wǎng)等，其用電行為可對價格信號做出靈活響應(yīng)[1]。我國目前處于電力市場發(fā)展的初級階段，還缺乏完整的市場運營規(guī)則和電價形成機制，尚不能通過經(jīng)濟手段及時有效地調(diào)節(jié)市場供需，負荷調(diào)度更多表現(xiàn)為以分時電價和有序用電為代表的需求側(cè)管理。隨著市場建設(shè)推進，柔性負荷參與現(xiàn)貨市場和輔助服務(wù)市場的條件逐步具備[2-3]，市場逐步向“發(fā)電側(cè)報量報價、用戶側(cè)報量報價”(雙邊報價)模式及電能量和輔助服務(wù)聯(lián)合出清階段過渡[4-5]。電力現(xiàn)貨市場與電網(wǎng)運行聯(lián)系更加緊密，市場組織與決策的難度大大提升[6-8]，柔性負荷參與電力市場的行為也愈加復(fù)雜。柔性負荷參與雙邊報價模式下的電能量和備用輔助服務(wù)(以下簡稱“電能和備用”)聯(lián)合出清問題亟需展開研究。

在不同的調(diào)度場景下，柔性負荷表現(xiàn)出不同的用電特征，因此需將柔性負荷進行分類建模并研究不同的調(diào)控模式。文獻[9]對柔性負荷特性及分類進行了分析研究，提出了一種涵蓋多種類型柔性負荷的日前優(yōu)化調(diào)度技術(shù)；文獻[10]提出了多能源參與的電力現(xiàn)貨和輔助服務(wù)市場的聯(lián)合運行方式，構(gòu)建了電力現(xiàn)貨與輔助服務(wù)市場的聯(lián)合優(yōu)化出清模型；文獻[11]對可中斷負荷的成本、效益和可中斷用戶參與需求側(cè)響應(yīng)進行了分析，建立了考慮可中斷負荷的備用輔助服務(wù)交易模型；文獻[12]在柔性負荷的電力市場交易中考慮新能源的消納，建立了幾種柔性負荷不同方式的調(diào)度模型。以上文獻對柔性負荷的類型考慮不夠全面，且僅考慮單一市場環(huán)境。針對電力市場環(huán)境下電能量和輔助服務(wù)的聯(lián)合出清模型，相關(guān)學(xué)者結(jié)合國外電力市場(如美國PJM電力市場)運行經(jīng)驗，對電能量與調(diào)頻輔助服務(wù)的聯(lián)合出清決策模型[13-15]以及電能和備用聯(lián)合市場[16-19]進行了探索，取得了一定的研究成果。文獻[20]建立了包含常規(guī)機組和風(fēng)力機組的源-荷協(xié)調(diào)兩階段隨機優(yōu)化調(diào)度模型；文獻[21]提出了計及多因素的系統(tǒng)及各分區(qū)的備用需求容量設(shè)置方法，分別構(gòu)建了單區(qū)域、多區(qū)域互聯(lián)2種情形下的電能和備用聯(lián)合優(yōu)化出清數(shù)學(xué)模型；文獻[22]介紹了ISO新英格蘭(ISO-NE)開發(fā)并實施的實時能量備用市場聯(lián)合優(yōu)化出清框架，提出了基于權(quán)變的區(qū)域備用建模與定價方法。綜上所述，現(xiàn)有文獻從不同角度對聯(lián)合優(yōu)化出清模型進行了研究；但未對柔性負荷參與的、基于雙邊報價模式的、電能量和輔助服務(wù)的聯(lián)合市場展開研究，無法完全體現(xiàn)目前電力市場改革的發(fā)展趨勢。

為了讓柔性負荷調(diào)度適應(yīng)當前電力改革的需求，本文提出了考慮柔性負荷的電能和備用聯(lián)合市場出清模型。針對柔性負荷參與聯(lián)合市場的情況，首先研究不同類型的柔性負荷特性，對3種類型柔性負荷(可轉(zhuǎn)移負荷、可中斷負荷以及可平移負荷)在聯(lián)合電力市場環(huán)境下的模型進行分析研究。根據(jù)廣東省電力市場出清規(guī)則，以社會福利最大化為目標，在雙邊報價模式下，建立考慮柔性負荷參與電能和備用聯(lián)合市場出清模型。最后基于CPLEX平臺進行實例仿真，利用上述模型對柔性負荷參與電能和備用聯(lián)合市場的2種場景進行仿真分析對比，得到這2種場景下柔性負荷的收益、系統(tǒng)負荷峰谷差、社會福利等參數(shù)的變化，驗證所提模型的有效性。

1 考慮柔性負荷的電能和備用日前聯(lián)合出清規(guī)則

根據(jù)廣東省電力市場出清規(guī)則[5]，考慮柔性負荷參與的雙邊報價模式，電力聯(lián)合市場具體出清流程如圖1所示。

在電能和備用市場聯(lián)合優(yōu)化的模式下，交易品種主要包括電能量、一級正備用，其中一級正備用是指可在10 min以內(nèi)響應(yīng)增加出力或減少負荷的備用。

該模型中含有機組啟停變量，該變量為整數(shù)變量；因此，所建立的聯(lián)合出清模型是一個混合線性整數(shù)規(guī)劃(mixed integer linear programming，MILP)模型，在理論上可以采用分枝定界法、割平面法等算法進行求解。本文采用CPLEX求解器進行求解，通過技術(shù)支持系統(tǒng)，基于市場主體申報信息以及運行日的電網(wǎng)運行邊界條件，采用SCUC、SCED算法進行優(yōu)化計算，出清得到日前市場交易結(jié)果[23-24]。

SCUC—安全約束機組組合，security constrained unit commitment的縮寫；SCED—安全約束經(jīng)濟調(diào)度，security constrained economic dispatch的縮寫。

圖1 聯(lián)合出清流程
Fig.1 Joint clearance flow chart

2 聯(lián)合電力市場下的柔性負荷建模

根據(jù)上述出清流程，在電力聯(lián)合市場環(huán)境下考慮柔性負荷的影響，從用戶對電價的響應(yīng)及用電特性方面，可將柔性負荷分為3種類型：①可中斷負荷——根據(jù)需要對用電量進行削減；②可轉(zhuǎn)移負荷----1個調(diào)度周期內(nèi)的用電量不變，各個時段的用電量可以靈活調(diào)節(jié)；③可平移負荷——只能將用電曲線在不同時間內(nèi)平移。負荷集成商是將某些具備需求響應(yīng)能力的電力負荷集中在一起，作為整體參與市場優(yōu)化響應(yīng)，并代理申報及相關(guān)事宜的服務(wù)機構(gòu)[25]。

2.1 可中斷負荷

對于可中斷負荷建模，主要考慮其負荷和中標備用容量上下限約束和中斷次數(shù)約束，表達式如下：

P1,i(t)=(1-I1,i(t))P1,i,max；

(1)

P1,i(t)+R1,i(t)≤P1,i,max；

(2)

(3)

式(1)—(3)中：P1,i(t)為第i個可中斷負荷在時段t的用電功率；R1,i(t)為第i個可中斷負荷在時段t的中標備用容量；i=1，2，…，I，I為可中斷負荷和可中斷負荷集成商個數(shù)；t=1，2，…，T，T為調(diào)度周期；P1,i,max為第i個可中斷負荷的最大值；I1,i(t)為第i個可中斷負荷在時段t的狀態(tài)變量；Ni為調(diào)度周期內(nèi)第i個可中斷負荷的最高中斷次數(shù)。

I1,i(t)為0-1變量：當I1,i(t)=1時，表示中斷第i個負荷，則P1,i(t)=0；當I1,i(t)=0時，表示不中斷該負荷，則P1,i(t)=P1,i,max。

2.2 可轉(zhuǎn)移負荷

可轉(zhuǎn)移負荷在一個調(diào)度周期內(nèi)的總負荷不變，因此主要考慮負荷和中標備用容量上下限約束和可轉(zhuǎn)移電量約束，表達式如下：

P2,j,min≤P2,j(t)≤P2,j,max；

(4)

P2,j,min≤P2,j(t)+R2,j(t)≤P2,j,max；

(5)

(6)

式(4)—(6)中：P2,j(t)為第j個可轉(zhuǎn)移負荷在時段t的用電功率，用下標min、max表示參數(shù)變量的最小、最大值，下同；R2,j(t)為第j個可轉(zhuǎn)移負荷在時段t的中標備用容量；j=1，2，…，J，J為可轉(zhuǎn)移負荷或可轉(zhuǎn)移負荷集成商個數(shù)；t=1，2，…，T；W2,j為第j個可轉(zhuǎn)移負荷在調(diào)度周期下總的電量需求。

2.3 可平移負荷

可平移負荷只能將用電曲線在不同時間內(nèi)平移?？紤]的約束如下：

P3,k(t)=P3,k,old(t+t′)；

(7)

tmin≤t′≤tmax.

(8)

式(7)、(8)中：P3,k(t)為第k個可平移負荷在時段t平移后的負荷值；P3,k,old(t)為第k個可平移負荷在時段t平移前的負荷值；k=1，2，…，K，K為可平移負荷和可平移負荷集成商個數(shù)；t=1，2，…，T；t′為負荷整體平移時間段，t′>0表示負荷曲線整體往更早時間平移t′個時間段，t′<0表示負荷曲線整體往更晚時間平移t′個時間段；tmax≥0，tmin≤0，tmax和tmin分別為用電負荷曲線向更早及更晚平移的最大時間段。

3 考慮柔性負荷的聯(lián)合市場下機組組合模型

在柔性負荷參與聯(lián)合電力市場的背景下，為建立考慮柔性負荷的聯(lián)合市場下機組組合模型，除引入上述柔性負荷的模型之外，還需考慮聯(lián)合出清機組組合模型的目標函數(shù)和約束條件。其中：目標函數(shù)包括負荷用電效益、發(fā)電成本、開機成本及備用調(diào)度成本等；約束條件包括考慮中標備用容量后的機組上下限約束、機組啟停時間約束、機組出力約束和機組爬坡速率約束等。

3.1 目標函數(shù)

建立的數(shù)學(xué)模型以聯(lián)合市場社會福利最大化為目標函數(shù)，考慮電網(wǎng)運行安全約束。定義發(fā)電機組集合，機組數(shù)量為E，包括：水電機組集合，機組數(shù)量為H；煤電機組集合，機組數(shù)量為C；氣電機組集合，機組數(shù)量為G；核電機組集合，機組數(shù)量為N；風(fēng)電機組集合，風(fēng)電場數(shù)量為W。用以上正體小寫字母表示相應(yīng)的機組類型，用以上斜體小寫字母表示相應(yīng)類型機組中的某一機組，例如用下標“c，c”表示煤電機組的第c臺。可平移負荷、固定負荷和風(fēng)電機組不參與備用市場，氣電、風(fēng)電、核電、水電機組的啟動成本忽略不計。具體數(shù)學(xué)模型為

(9)

式中：F1,i(t)為第i個可中斷負荷或可中斷負荷集成商的用電效益報價函數(shù)，F(xiàn)2,j(t)、F3,k(t)的含義與之類似；Fe,e(t)為第e個發(fā)電機組在時段t的發(fā)電成本報價函數(shù)；Le,e為發(fā)電機組在備用市場中的報價函數(shù)；L1,i、L2,j分別為柔性負荷中的可中斷負荷、可轉(zhuǎn)移負荷在備用市場中的報價函數(shù)；Sc(t)為第c臺煤電機組的啟動成本。

a)對于發(fā)電機組的發(fā)電成本、啟動成本及備用調(diào)度成本，以煤電機組為例，發(fā)電成本Fcoal和啟動成本Scoal報價函數(shù)分別為：

(10)

Scoal(c,t)=Sc(t)Ic,c(t)(1-Ic,c(t-1)).

(11)

式(10)、(11)中：Pc,c(t)為煤電機組c在時段t的發(fā)電功率；a、b、d分別為能量市場報價系數(shù)(用下標區(qū)分機組的不同)，通過實際運行或試驗獲得；Ic,c(t)為煤電機組c在時段t的啟停狀態(tài)，其值“1”表示開機，“0”表示停機。

備用調(diào)度成本報價函數(shù)為

(12)

式中：l、m、r分別為備用市場報價系數(shù)(用下標區(qū)分機組的不同)，通過實際運行或試驗獲得；Rc,c(t)為煤電機組c在時段t提供的中標備用容量。

其他能源類型發(fā)電機組的表達式與式(10)—(12)類似。

b)對于柔性負荷的用電效益及備用調(diào)度成本，以可中斷負荷為例，可中斷負荷在電能量市場和備用市場中的報價函數(shù)均為二次函數(shù)形式，分別為：

(13)

(14)

式(13)、(14)中系數(shù)a1,i、b1,i、d1,i、l1,i、m1,i、r1,i通過實際運行經(jīng)驗獲得。

3.2 約束條件

a)系統(tǒng)源-荷平衡約束為

(15)

式中：Pe,e(t)為第e個發(fā)電機組在時段t的出力；P(t)為時段t的總負荷；P4(t)為t時段的固定負荷。

b)備用容量約束為

(16)

式中：R(t)為時段t的總備用需求；Re,e(t)、R1,i(t)、R2,j(t)分別為發(fā)電機組、可中斷負荷、可轉(zhuǎn)移負荷在時段t的中標備用容量。

c)考慮備用市場后機組出力上下限約束。對于除風(fēng)電外的發(fā)電機組，需考慮以下約束：

Pe,e,min≤Pe,e(t)+Re,e(t)≤Pe,e,max；

(17)

Pe,e,minUe,e(t)≤Pe,e(t)≤Pe,e,maxUe,e(t)；

(18)

Re,e,minAe,e(t)≤Re,e(t)≤Re,e,maxAe,e(t).

(19)

式(17)—(19)中：Ue,e(t)及Ae,e(t)均為0-1變量，Ue,e(t)=1代表中標能量市場，Ue,e(t)=0代表未中標能量市場；Ae,e(t)=1代表中標備用容量市場，Ae,e(t)=0代表未中標備用容量市場。對于發(fā)電機組來說，Ae,e(t)=1的必要條件為Ue,e(t)=1。

對于風(fēng)電，只需考慮其機組的上下限約束

0≤Pw,w(t)≤Pw,w,s(t)，

(20)

式中Pw,w,s(t)為風(fēng)電場w在時段t下的預(yù)測出力。

d)爬坡率約束為

-Ve,e,DUe,e(t)≤Pe,e(t)-Pe,e(t-1)≤

Ve,e,UUe,e(t)，

(21)

式中Ve,e,U、Ve,e,D分別為第e個發(fā)電機組的向上、向下爬坡速率。

e)最小開、停機時間約束分別為：

(22)

(23)

式中Te,U、Te,D分別為第e個機組的最小連續(xù)開機時間和最小連續(xù)停機時間。

f)線路潮流約束為

(24)

式中：Pt,l,max為線路l的潮流傳輸功率極限；Gc,l、Gg,l、Gh,l、Gn,l、Gw,l分別為煤電機組、氣電機組、水電機組、核電機組、風(fēng)電場所在節(jié)點對線路l的功率轉(zhuǎn)移因子；Gp,l為節(jié)點p對線路l的功率轉(zhuǎn)移因子；Pp,p(t)為節(jié)點p在時段t的負荷大小，為所有固定負荷和柔性負荷之和。

g)除此之外，水電日發(fā)電量存在上限，因此還需考慮水電的日發(fā)電量約束

(25)

式中Wh,h為水電機組h的日發(fā)電量限制。

4 考慮柔性負荷的聯(lián)合市場下安全經(jīng)濟調(diào)度模型

在已知發(fā)電機組啟停方案的基礎(chǔ)上，進行電力市場安全經(jīng)濟調(diào)度的計算。本文建立的電力市場安全經(jīng)濟調(diào)度模型的目標函數(shù)為社會福利最大化，不考慮機組啟動費用；約束條件與上節(jié)中的SCUC模型類似，不同之處在于SCED模型不考慮機組的最小開停機時間約束[12]。安全經(jīng)濟調(diào)度模型的優(yōu)化目標和約束條件為

(26)

式中柔性負荷調(diào)度模型由式(1)—(8)評估計算，機組的啟停決策變量由聯(lián)合市場中機組組合模型出清結(jié)果確定。

通過計算SCED模型，獲得各約束條件的對偶乘子后，出清形成電能和備用市場每小時的節(jié)點邊際電價，分別為：

(27)

Lt,p,2=λt,2.

(28)

式(27)、(28)中：Lt,p,1、Lt,p,2分別為節(jié)點p在時段t的節(jié)點電價、備用電能量節(jié)點電價；λt,1、λt,2分別為負荷平衡約束、備用需求約束的對偶乘子；ξt,l、σt,l為線路安全約束的對偶乘子。

求解的軟件環(huán)境為Window 10，硬件為四核2.3 GHz CPU、8 GB內(nèi)存的個人計算機。在商業(yè)數(shù)學(xué)優(yōu)化軟件CPLEX Enterprise Server(64 bit)-12.4.3環(huán)境下編寫聯(lián)合市場下的優(yōu)化出清程序，并調(diào)用CPLEX求解器求解模型。

5 考慮柔性負荷的聯(lián)合出清模型經(jīng)濟效益分析

5.1 實例概況

為驗證所提模型的有效性，采用某地區(qū)電網(wǎng)進行測算。該區(qū)域電網(wǎng)包含9臺煤電機組、3臺水電機組、4臺氣電機組、2臺核電機組、3座風(fēng)電場、2個可中斷負荷集成商、3個可轉(zhuǎn)移負荷集成商和2個可平移負荷集成商。該地區(qū)電源容量總計5 871.6 MW，各類型電源容量比例見表1，某日的總負荷預(yù)測曲線如圖2所示，柔性負荷占比為10.2%。機組及負荷的詳細數(shù)據(jù)見附表A1—A4。

表1 算例系統(tǒng)的各類型電源容量比例Tab.1 Ratio of each type of power capacity of the study system

圖2 總負荷曲線Fig.2 Total load curve

5.2 出清結(jié)果及系統(tǒng)經(jīng)濟效益分析

主要考慮柔性負荷是否參與聯(lián)合市場2種場景。

5.2.1 發(fā)電機組啟停策略對比

柔性負荷參與聯(lián)合市場前后機組的啟停情況見表2，表中采用24個0-1代碼組成的字符串表示機組啟停狀態(tài)，“0”代表停機狀態(tài)，“1”代表開啟狀態(tài)。由表2可以看出：柔性負荷參與聯(lián)合市場后，由于柔性負荷的削峰填谷作用，部分邊際成本較低的煤電機組在負荷低谷時期進入市場(多開啟了2臺機組)；部分邊際成本較高的煤電機組及氣電機組在負荷高峰時期退出市場(少開啟了2臺機組)。這降低了電能生產(chǎn)成本。

5.2.2 發(fā)電機組在聯(lián)合市場下中標情況

由表2可知，柔性負荷參與聯(lián)合電力市場前后，火電機組的啟停狀態(tài)改變程度在所有發(fā)電商類型中最大，因此主要以火電機組為例分析聯(lián)合市場內(nèi)中標變化情況。圖3為火電機組在柔性負荷參與聯(lián)合市場前后在電能量市場中標情況、備用市場中標情況以及剩余容量情況。

由圖3可以看出，柔性負荷參與聯(lián)合市場后擠占了火電機組在備用市場中的中標容量，使得火電機組在備用市場中的中標電量為0。原因是柔性負荷的備用邊際成本低于火電機組。同時，柔性負荷參與聯(lián)合市場后，由于削峰填谷作用，火電機組方面：在11：00—23：00用電高峰期間(時段11—23)內(nèi)電能量中標電量減少，剩余出力增多；在01：00—10：00用電低谷期間(時段1—10)電能量中標電量增多，剩余出力減少。

表2 柔性負荷參與聯(lián)合市場前后機組啟停策略Tab.2 Start-stop strategy of units before and after flexible load participating in joint market

5.2.3 出清電價對比

柔性負荷參與電能和備用聯(lián)合市場前后，各時段電能量、備用容量出清電價如圖4、圖5所示。

由圖4可知，柔性負荷參與聯(lián)合市場后，平均電能量出清電價由780.6元/MW降到了758.2元/MW，降低電能量出清電價，同時降低電能量出清電價波動程度，有助于市場主體完善決策能力和風(fēng)險管控能力。由圖5可知，由于柔性負荷的備用調(diào)度成本較低，在參與聯(lián)合市場后，柔性負荷可以顯著降低備用容量出清電價。

柔性負荷參與電能和備用聯(lián)合市場后，不同類型柔性負荷用電功率及電能量出清電價變化曲線如圖6所示。

由圖6可知，柔性負荷參與聯(lián)合市場后，根據(jù)實時電價調(diào)整自身用電行為，部分可轉(zhuǎn)移負荷及可平移負荷從電價高峰時段轉(zhuǎn)移至了電價較低時段，可中斷負荷在23：00電價最高時段中斷了部分負荷，柔性負荷對電價的響應(yīng)行為降低了電價的波動程度。

圖3 柔性負荷參與聯(lián)合市場前后火電機組市場中標情況Fig.3 Bidding situation of the thermal power unit market before and after flexible load participating in joint market

圖4 柔性負荷參與聯(lián)合市場前后電能量價格曲線Fig.4 Power energy price curves before and after flexible load participating in joint market

圖5 柔性負荷參與聯(lián)合市場前后備用容量價格曲線Fig.5 Spare capacity price curves before and after flexible load participating in joint market

圖6 不同類型柔性負荷用電功率及出清電價變化曲線Fig.6 Electricity power curves of different types of flexible loads and clearance price curves

5.2.4 負荷峰谷差對比

柔性負荷參與電能和備用聯(lián)合市場前后系統(tǒng)高峰、低谷、峰谷差及平均負荷相關(guān)情況見表3，柔性負荷參與電能和備用聯(lián)合市場前后總負荷曲線如圖7所示。

由表3和圖7可知，柔性負荷參與聯(lián)合市場后，在負荷高峰期中斷用電，負荷低谷期增加用電，減少系統(tǒng)的峰谷差(降低了20.7%)，總負荷峰值降低了2.1%，緩解了系統(tǒng)的調(diào)峰壓力。

圖7 柔性負荷參與聯(lián)合市場前后總負荷曲線Fig.7 Total load curves before and after flexible load participating in joint market

5.2.5 成本收益對比情況

柔性負荷參與電能和備用聯(lián)合市場前后系統(tǒng)總成本及收益變化情況見表4。不同類型柔性負荷參與電能和備用聯(lián)合市場前后收益和成本變化情況見表5。

由表4可知：柔性負荷的削峰填谷作用，使得在負荷高峰時部分本該開機的、邊際成本較高的機組不開機即可滿足負荷需求，因此柔性負荷參與聯(lián)合市場可以降低系統(tǒng)的電能生產(chǎn)成本；同時由于柔性負荷的備用邊際成本低于常規(guī)能源機組備用邊際成本，因此柔性負荷參與聯(lián)合市場后大幅降低了系統(tǒng)的備用調(diào)度成本；柔性負荷參與聯(lián)合市場可以提高社會福利(社會福利增加約177.1萬元)。

由表5可知：柔性負荷參與聯(lián)合市場后，電能生產(chǎn)成本降低，系統(tǒng)平均出清電價降低，因此柔性負荷用電成本減少(可中斷、可轉(zhuǎn)移、可平移負荷分別降低了5.8%、8.8%、24.8%的用電成本)；可中斷、可轉(zhuǎn)移及可平移負荷參與聯(lián)合市場后，自身總收益都得到了提升，柔性負荷總收益增加了68.9%。

可中斷負荷降低了部分用電，導(dǎo)致自身用電收益減少，但損失的用電收益低于備用及降低用電成本后帶來的收益。合計總收益增加(增加184.7%)，主要收益來源為用電成本降低收益及備用收益。

對于可轉(zhuǎn)移負荷：因自身總用電負荷不變，其用電收益在參與聯(lián)合市場前后并未產(chǎn)生變化；因參與備用市場，自身獲得了額外的備用收益；此外，用電成本降低也帶來了部分收益。合計可轉(zhuǎn)移負荷總收益增加(增加81%)，主要收益來源為用電成本降低帶來的收益。

可平移負荷與可轉(zhuǎn)移負荷類似，因自身總用電負荷不變，其用電收益在參與聯(lián)合市場前后并未產(chǎn)生變化，但其用電成本降低帶來了收益。合計可平移負荷總收益增加(增加29.3%)，主要收益來源為用電成本降低帶來的收益。

綜上所述，考慮了柔性負荷的電能和備用聯(lián)合市場能降低系統(tǒng)總成本，提高柔性負荷自身收益，極大激勵了柔性負荷積極參與電能和備用聯(lián)合市場，發(fā)揮了市場對資源的配置作用，促進電網(wǎng)經(jīng)濟運行，提高社會效益。

表3 總負荷情況Tab.3 Load situation MW

表4 整體成本及收益對比Tab.4 Overall cost and benefit comparison 萬元

表5 柔性負荷成本及收益對比Tab.5 Comparison of costs and benefits of flexible loads 萬元

6 結(jié)論

本文建立了考慮柔性負荷的電能量市場和備用輔助服務(wù)市場聯(lián)合出清模型，對“發(fā)電側(cè)報量報價、用戶側(cè)報量報價”模式下柔性負荷參與電能和備用聯(lián)合市場前后的不同場景進行了研究，通過實例仿真，研究了2種場景下柔性負荷的收益、系統(tǒng)負荷峰谷差等參數(shù)的變化。柔性負荷參與電能和備用聯(lián)合市場的作用如下：

a)由于柔性負荷的削峰填谷作用，部分邊際成本較低的機組在負荷低谷時期進入市場，部分邊際成本較高的機組在負荷高峰時期退出市場，降低電能生產(chǎn)成本。

b)可以降低電能量和備用容量出清電價及其波動程度，有助于市場主體完善決策能力和風(fēng)險管控能力。

c)可以降低系統(tǒng)峰谷差，緩解電網(wǎng)調(diào)峰壓力，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性；降低電網(wǎng)的電能生產(chǎn)成本及備用調(diào)度成本；提高整體社會效益。

d)可以提高柔性負荷自身收益，極大地激勵柔性負荷積極參與電能和備用聯(lián)合市場，主要收益來源為用電成本降低帶來的收益。不同類型柔性負荷的收益變化情況有所區(qū)別。

本文的研究結(jié)論驗證了所提雙邊報價模式下柔性負荷參與電能量市場和備用輔助服務(wù)市場聯(lián)合出清模型的有效性。在市場化的條件下合理地確定柔性負荷的響應(yīng)行為，用市場經(jīng)濟的手段來運營負荷側(cè)，使其既能滿足系統(tǒng)的可靠性，又能在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)最優(yōu)的經(jīng)濟性，以及滿足用戶的需求，是現(xiàn)貨市場下的重要研究內(nèi)容。需要指出的是，在柔性負荷的建模分析中，對參與市場的消費者心理和用戶滿意度的量化標準還需進行更詳細的研究。