程 松，周 鑫，任 景，原 博，劉友波，王瀟笛

面向多級(jí)市場(chǎng)出清的負(fù)荷聚合商聯(lián)合交易策略

程 松1，周 鑫1，任 景1，原 博1，劉友波2，王瀟笛2

(1.國(guó)家電網(wǎng)有限公司西北分部，陜西 西安 710048；2.四川大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川 成都 610000)

在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)發(fā)展模式下，電網(wǎng)將面臨靈活性資源嚴(yán)重不足的問(wèn)題，亟需引導(dǎo)用戶側(cè)可調(diào)控資源主動(dòng)參與系統(tǒng)的平衡調(diào)節(jié)服務(wù)。提出一種考慮日前主能量市場(chǎng)、日前備用市場(chǎng)及實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)的多級(jí)市場(chǎng)銜接框架，基于負(fù)荷聚合商引導(dǎo)終端用戶參與至多級(jí)耦合市場(chǎng)的市場(chǎng)化調(diào)度中。在日前主能量市場(chǎng)與備用市場(chǎng)，提出負(fù)荷聚合商可調(diào)節(jié)負(fù)荷狀態(tài)感知模型及日前電能量與備用聯(lián)合市場(chǎng)的競(jìng)價(jià)模型，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)日前主輔能量市場(chǎng)的階段性出清。在實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)，提出負(fù)荷聚合商基于用戶側(cè)富余可調(diào)節(jié)資源的實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)模型，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商基于實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行需求實(shí)現(xiàn)平衡資源的出清與備用資源的調(diào)度。最后基于 IEEE 30 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)驗(yàn)證了所提出市場(chǎng)框架可有效激勵(lì)用戶側(cè)主動(dòng)響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)控需求、降低系統(tǒng)供需不平衡風(fēng)險(xiǎn)。

平衡市場(chǎng)；負(fù)荷聚合商；備用市場(chǎng)；需求側(cè)響應(yīng)

0 引言

在“2030碳達(dá)峰，2060碳中和”雙碳背景下，風(fēng)電、光伏等新能源作為推動(dòng)能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型、建設(shè)新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵一環(huán)。預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)風(fēng)電、光伏總裝機(jī)將達(dá)到12億kW以上[1]，當(dāng)可再生能源在電力系統(tǒng)比例超過(guò)一定閾值時(shí)，電網(wǎng)供需結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行模式將會(huì)發(fā)生深刻變化，呈現(xiàn)出靈活可靠資源稀缺化、供需平衡概率化、潮流雙向化等新形態(tài)特征[2]，系統(tǒng)平衡資源不足的問(wèn)題將成為制約未來(lái)新能源高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。為保障新型電力系統(tǒng)的電力電量可靠供應(yīng)和安全穩(wěn)定運(yùn)行，一是可充分挖掘系統(tǒng)需求側(cè)靈活性資源，引導(dǎo)用戶側(cè)可調(diào)控資源參與至系統(tǒng)調(diào)度，以有效整合供需兩側(cè)的資源配置；二是可完善多層級(jí)市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)，利用合理的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制及激勵(lì)手段引導(dǎo)源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制[3]。

從系統(tǒng)靈活性資源挖掘?qū)用鎭?lái)講，僅憑借傳統(tǒng)電源側(cè)火電機(jī)組的靈活調(diào)節(jié)能力已不足以支撐新型電力系統(tǒng)的調(diào)控需求[4]。用戶側(cè)可控資源潛在類型多、調(diào)節(jié)方式靈活、市場(chǎng)參與積極性高，可作為優(yōu)質(zhì)備用容量資源應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)功率不平衡問(wèn)題[5]。信息物理技術(shù)的發(fā)展為電網(wǎng)將負(fù)荷側(cè)多元平衡資源納入市場(chǎng)化調(diào)度體系提供了基礎(chǔ)支撐，但考慮到末端柔性負(fù)荷響應(yīng)行為的分散性及隨機(jī)性，電網(wǎng)難以直接調(diào)控規(guī)?；姆植际接脩簦椰F(xiàn)階段尚未形成較為成熟的需求側(cè)與電網(wǎng)靈活互動(dòng)框架。負(fù)荷聚合商(load aggregator, LA)、虛擬電廠(virtual power plant, VPP)等聚合用戶電能資源的新型市場(chǎng)主體，可為中小用戶提供參與現(xiàn)貨市場(chǎng)及輔助服務(wù)市場(chǎng)的平臺(tái)[6]。文獻(xiàn)[7]提出了LA基于可控負(fù)荷參與主能量市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)的魯棒優(yōu)化策略。文獻(xiàn)[8]建立了面向電網(wǎng)調(diào)頻服務(wù)的多LA市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)及電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。文獻(xiàn)[9]提出了LA面向空調(diào)、熱水器等溫控負(fù)荷的調(diào)控框架及調(diào)控手段。文獻(xiàn)[10]中VPP通過(guò)調(diào)控電動(dòng)汽車與風(fēng)電以參與日前主能量市場(chǎng)與備用市場(chǎng)，并建立了面向多級(jí)市場(chǎng)的聯(lián)合競(jìng)標(biāo)模型以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化競(jìng)價(jià)。文獻(xiàn)[11-12]建立了考慮中長(zhǎng)期市場(chǎng)與日前市場(chǎng)多重價(jià)格不確定性的VPP優(yōu)化競(jìng)標(biāo)模型。但現(xiàn)階段負(fù)荷聚合商如何利用有效評(píng)估并整合分布式用戶的集群響應(yīng)容量，合理安排用戶調(diào)度計(jì)劃，高效參與多級(jí)市場(chǎng)以滿足自身盈利需求是亟待解決的問(wèn)題。

從市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)層面來(lái)講，電力現(xiàn)貨市場(chǎng)按時(shí)間尺度可劃分為日前、日內(nèi)及實(shí)時(shí)市場(chǎng)。為反映系統(tǒng)實(shí)時(shí)供需平衡成本，英國(guó)、北歐和美國(guó)PJM市場(chǎng)在日前或?qū)崟r(shí)市場(chǎng)引入基于實(shí)時(shí)調(diào)度的平衡市場(chǎng)[13]。調(diào)度機(jī)構(gòu)基于實(shí)時(shí)供需缺額，利用平衡市場(chǎng)調(diào)用提前獲取到的靈活性平衡資源，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電力電量平衡與阻塞管理[14]。北歐日前現(xiàn)貨市場(chǎng)通過(guò)引入靈活塊交易的交易品種(小時(shí)交易、塊交易、鏈交易等)，引導(dǎo)市場(chǎng)主體基于實(shí)時(shí)能源需求及自身利益需求在集中平臺(tái)上競(jìng)價(jià)投標(biāo)[15]。美國(guó)加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商[16]與美國(guó)中部電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商[17]設(shè)計(jì)靈活調(diào)節(jié)服務(wù)(flexible ramping products, FRP)的交易品種，通過(guò)為靈活性服務(wù)提供者提供基于機(jī)會(huì)成本的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)，進(jìn)一步利用價(jià)格信號(hào)挖掘市場(chǎng)多元主體的向上/向下靈活調(diào)節(jié)潛力。在我國(guó)電力市場(chǎng)發(fā)展初期，引入實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)可有效銜接分散式的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)制與系統(tǒng)化的集中調(diào)度體系，為實(shí)時(shí)電力交易與輔助服務(wù)定價(jià)提供價(jià)格信號(hào)發(fā)現(xiàn)依據(jù)[18-19]。然而，我國(guó)目前主能量市場(chǎng)仍按照電量交易和偏差考核結(jié)算，缺乏實(shí)時(shí)電力平衡的激勵(lì)機(jī)制及平衡成本分?jǐn)倷C(jī)制[20]。

為有效響應(yīng)高比例新能源電網(wǎng)快速變化的凈負(fù)荷[21]，引導(dǎo)需求側(cè)用戶主動(dòng)參與到電力系統(tǒng)供需平衡調(diào)節(jié)服務(wù)和靈活性服務(wù)中，本文通過(guò)構(gòu)造完善的日前主能量市場(chǎng)、備用市場(chǎng)及實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)多級(jí)市場(chǎng)銜接框架及調(diào)度模型，實(shí)現(xiàn)面向多級(jí)耦合市場(chǎng)的優(yōu)化運(yùn)營(yíng)。通過(guò)建立負(fù)荷聚合商靈活可調(diào)節(jié)負(fù)荷狀態(tài)感知模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)分散式用戶可調(diào)節(jié)資源的實(shí)時(shí)感知與調(diào)控。在日前主能量市場(chǎng)與備用市場(chǎng)，提出負(fù)荷聚合商基于用戶終端可調(diào)節(jié)資源稟賦參與日前電能量與備用市場(chǎng)的競(jìng)價(jià)模型，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商基于市場(chǎng)主體競(jìng)標(biāo)策略實(shí)現(xiàn)日前主輔聯(lián)合市場(chǎng)的市場(chǎng)出清，以制定日前機(jī)組的調(diào)度計(jì)劃。在實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)，統(tǒng)籌考慮日前出清結(jié)果，各負(fù)荷聚合商基于用戶側(cè)富余可調(diào)節(jié)資源參與日內(nèi)實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)的競(jìng)標(biāo)，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商基于實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行需求實(shí)現(xiàn)日內(nèi)平衡資源的出清與備用資源的調(diào)度。最后通過(guò)采用 IEEE 30 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)證分析，仿真結(jié)果表明所提模型框架可實(shí)現(xiàn)日前電能量市場(chǎng)、備用市場(chǎng)與實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)的緊密銜接，有效激勵(lì)用戶側(cè)靈活性資源主動(dòng)響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)控需求，促進(jìn)新能源的消納、降低系統(tǒng)電力電量不平衡風(fēng)險(xiǎn)。

1 市場(chǎng)框架

本文參考較為成熟的北歐電力市場(chǎng)日前市場(chǎng)框架及平衡市場(chǎng)開(kāi)展模式，對(duì)多級(jí)市場(chǎng)的市場(chǎng)參與方式、市場(chǎng)出清模式、市場(chǎng)結(jié)算流程等基本市場(chǎng)規(guī)則約定如下[22]。

1) 市場(chǎng)框架及市場(chǎng)用戶：本文多級(jí)市場(chǎng)包括日前主能量市場(chǎng)、日前備用市場(chǎng)及實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)，市場(chǎng)交易框架及交易流程如圖1所示。市場(chǎng)用戶包括負(fù)荷聚合商、電源側(cè)機(jī)組及系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商。LA與電源側(cè)機(jī)組參與電力庫(kù)集中式的競(jìng)價(jià)交易，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商在主體競(jìng)標(biāo)結(jié)束后進(jìn)行市場(chǎng)出清并制定機(jī)組調(diào)度計(jì)劃。

2) 日前主能量與備用市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)：LA基于日前代理用戶的負(fù)荷資源特性參與日前主能量市場(chǎng)(一天24個(gè)點(diǎn))與備用市場(chǎng)(包括上、下備用)競(jìng)標(biāo)(一天24個(gè)點(diǎn))。其中，日前主能量市場(chǎng)與日前備用市場(chǎng)中標(biāo)電量按市場(chǎng)出清價(jià)格結(jié)算(pay as bid)。日前主能量市場(chǎng)與備用市場(chǎng)由系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商單獨(dú)組織交易、聯(lián)合出清。

圖1 多級(jí)市場(chǎng)交易框架及交易流程

3) 實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)：考慮到北歐的平衡服務(wù)品種較少，部分平衡調(diào)節(jié)資源可通過(guò)實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)獲得。實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)提前1 h開(kāi)展，市場(chǎng)成員基于日前市場(chǎng)出清結(jié)果，結(jié)合自身發(fā)電曲線或用電曲線在實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)中申報(bào)上、下電能調(diào)節(jié)量組合，競(jìng)標(biāo)內(nèi)容包括市場(chǎng)參與時(shí)段、上調(diào)量、下調(diào)量等信息。

4) 市場(chǎng)結(jié)算方式：采用北歐“主能量市場(chǎng)+備用市場(chǎng)+平衡市場(chǎng)”多級(jí)市場(chǎng)多類交易品種分開(kāi)結(jié)算的模式，暫不考慮其他輔助服務(wù)品種交易[23]。

5) 負(fù)荷調(diào)控及偏差考核：LA基于多級(jí)市場(chǎng)出清結(jié)果及系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商調(diào)度結(jié)果，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)分布式可控設(shè)備的滾動(dòng)優(yōu)化，避免市場(chǎng)偏差考核。

2 負(fù)荷聚合商負(fù)荷感知方法及其競(jìng)標(biāo)策略

2.1 負(fù)荷聚合商靈活可調(diào)節(jié)負(fù)荷狀態(tài)感知

1) 負(fù)荷聚合商面向簽約用戶的最優(yōu)調(diào)控策略

2) 簽約用戶的初始用能負(fù)荷感知

3) 簽約用戶的可響應(yīng)負(fù)荷評(píng)估

2.2 負(fù)荷聚合商面向日前主能量市場(chǎng)及備用市場(chǎng)的競(jìng)價(jià)模型

設(shè)該競(jìng)價(jià)曲線包括段 ，其中 , 。對(duì)應(yīng)場(chǎng)景，最終獲得的市場(chǎng)出清價(jià)格將在區(qū)間內(nèi)，如圖2所示。

2.3 負(fù)荷聚合商面向日內(nèi)平衡市場(chǎng)的競(jìng)價(jià)模型

3 現(xiàn)貨市場(chǎng)模型

3.1 日前主能量市場(chǎng)與備用市場(chǎng)出清

各市場(chǎng)主體在日前現(xiàn)貨市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)完畢后，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商以最小化系統(tǒng)運(yùn)行成本(含機(jī)組發(fā)電總成本及系統(tǒng)備用成本)為優(yōu)化目標(biāo)實(shí)現(xiàn)日前主能量市場(chǎng)與備用市場(chǎng)的聯(lián)合出清，以制定日前機(jī)組調(diào)度計(jì)劃。

1) 節(jié)點(diǎn)平衡約束

2) 機(jī)組約束

3) 備用約束

4) 系統(tǒng)運(yùn)行約束

基于DC-OPF求解，暫不考慮系統(tǒng)無(wú)功約束，系統(tǒng)運(yùn)行安全約束涵蓋節(jié)點(diǎn)電壓約束(29)，線路容量約束(30)。

3.2 實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)出清

s.t. 式(28)—式(30)

(32)

負(fù)荷聚合商與系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商在日前日內(nèi)多級(jí)市場(chǎng)的競(jìng)標(biāo)出清流程如圖3所示。

圖3 日前日內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)出清流程

4 算例分析

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

在算例分析中，考慮以下兩個(gè)場(chǎng)景：場(chǎng)景1為在日內(nèi)新能源大發(fā)，如圖5(a)所示；場(chǎng)景2為在日內(nèi)尖峰負(fù)荷突增，如圖5(b)所示。

圖4 系統(tǒng)日前預(yù)測(cè)凈負(fù)荷及日前/實(shí)時(shí)電力價(jià)格

表1 系統(tǒng)基本價(jià)格參數(shù)

圖5 系統(tǒng)實(shí)時(shí)多場(chǎng)景

4.2 市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)結(jié)果

4.2.1日前市場(chǎng)中標(biāo)結(jié)果

各負(fù)荷聚合商及傳統(tǒng)機(jī)組在日前主能量市場(chǎng)和備用市場(chǎng)出清后的中標(biāo)結(jié)果如圖6所示。

在日前備用市場(chǎng)中，由于負(fù)荷高峰集中在下午至晚間時(shí)段，且該時(shí)段日前主能量市場(chǎng)歷史出清價(jià)格偏高，因此該時(shí)段間內(nèi)負(fù)荷價(jià)格敏感性較高、可響應(yīng)的負(fù)荷量較大，負(fù)荷聚合商可有效聚合較多可調(diào)節(jié)資源參與備用市場(chǎng)，如圖6(b)所示。

4.2.2各市場(chǎng)主體日內(nèi)市場(chǎng)中標(biāo)結(jié)果

在傳統(tǒng)機(jī)組日前調(diào)度計(jì)劃既定的情況下，在部分極端場(chǎng)景下(如：系統(tǒng)供需缺額較大，超過(guò)系統(tǒng)日前備用容量)，需進(jìn)一步基于實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)挖掘各負(fù)荷聚合商的富余可調(diào)控平衡資源以維持系統(tǒng)電力電量平衡。

系統(tǒng)在不同場(chǎng)景下具有差異化的調(diào)節(jié)需求，如在日內(nèi)新能源大發(fā)場(chǎng)景下(即場(chǎng)景1)，新能源日內(nèi)實(shí)際出力較日前預(yù)測(cè)出力偏差較大且出力較多。系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商通過(guò)調(diào)用負(fù)荷聚合商在平衡市場(chǎng)中的上調(diào)平衡資源、在備用市場(chǎng)的上調(diào)備用容量以及傳統(tǒng)機(jī)組在備用市場(chǎng)的下調(diào)備用容量，促進(jìn)新能源的全面消納，如圖7所示。因此，各負(fù)荷聚合商在平衡市場(chǎng)內(nèi)僅有中標(biāo)的上調(diào)平衡資源，無(wú)中標(biāo)的下調(diào)平衡資源，以最大化消納新能源，如圖7(a)所示。

在日內(nèi)負(fù)荷突增場(chǎng)景下(即場(chǎng)景2)，系統(tǒng)剛性負(fù)荷日內(nèi)實(shí)際需求較日前預(yù)測(cè)需求突增，系統(tǒng)電量缺額較大。系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商通過(guò)調(diào)用負(fù)荷聚合商在平衡市場(chǎng)中的下調(diào)平衡資源、在備用市場(chǎng)的下調(diào)備用容量傳統(tǒng)機(jī)組在備用市場(chǎng)的上調(diào)備用容量，以保障電力系統(tǒng)的供需平衡，如圖8所示。因此，各負(fù)荷聚合商在平衡市場(chǎng)內(nèi)僅有中標(biāo)的下調(diào)平衡資源，無(wú)中標(biāo)的上調(diào)平衡資源，以避免系統(tǒng)削減剛性負(fù)荷，如圖8(a)所示。

4.3 市場(chǎng)主體收益對(duì)比

3位負(fù)荷聚合商及其簽約用戶的收益如表2所示。由表2可得，各負(fù)荷聚合商聚合其簽約用戶參與多級(jí)市場(chǎng)后的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益顯著提升，在場(chǎng)景1下3位負(fù)荷聚合商參與日前及平衡市場(chǎng)收益分別提升3.0%、6.5%及11.9%，各負(fù)荷聚合商簽約用戶的用能成本分別降低10.6%、2.6%、4.7%；在場(chǎng)景2下3位負(fù)荷聚合商參與日前及平衡市場(chǎng)收益分別提升16.5%、13.4%、25.1%，其簽約用戶的用能成本分別降低12.7%、4.5%、7.6%。當(dāng)日系統(tǒng)總運(yùn)行結(jié)果如表3所示，開(kāi)展實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)可有效聚合負(fù)荷聚合商的富余可調(diào)節(jié)平衡資源參與市場(chǎng)調(diào)控，有助于大幅減少系統(tǒng)新能源棄電量/削負(fù)荷量以及系統(tǒng)運(yùn)行成本。其中，場(chǎng)景1下在開(kāi)展平衡市場(chǎng)情況下新能源棄電量降低15.3%、系統(tǒng)運(yùn)行成本降低6.2%；場(chǎng)景2下在開(kāi)展平衡市場(chǎng)情況下負(fù)荷削減量降低11.0%、系統(tǒng)運(yùn)行成本降低19.3%。

表2 市場(chǎng)主體參與收益

表3 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

由表2與表3可得，所提出的日前日內(nèi)多級(jí)市場(chǎng)框架可為負(fù)荷聚合商、終端用戶與系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商提供一個(gè)多方共贏的市場(chǎng)平臺(tái)，保障各市場(chǎng)主體的經(jīng)濟(jì)收益及電力系統(tǒng)低成本運(yùn)行。

4.4 負(fù)荷聚合商調(diào)度結(jié)果

在即場(chǎng)景2下，各負(fù)荷聚合商典型簽約用戶的設(shè)備調(diào)控曲線如圖9所示。由于系統(tǒng)電力供應(yīng)缺額較大，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商通過(guò)調(diào)用負(fù)荷聚合商在平衡市場(chǎng)與備用市場(chǎng)中的下調(diào)資源，以避免削減系統(tǒng)剛性負(fù)荷。由圖6可知，負(fù)荷聚合商在日前備用市場(chǎng)中標(biāo)種類基本為上備用，無(wú)法為系統(tǒng)提供下備用；負(fù)荷聚合商在實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)中標(biāo)的下調(diào)電能集中在下午至夜間。因此各負(fù)荷聚合商為響應(yīng)系統(tǒng)調(diào)控需求，基于可調(diào)控用戶設(shè)備的用能屬性，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶設(shè)備的調(diào)度，如圖9所示。

圖9 用戶側(cè)設(shè)備調(diào)控模式

其中典型用戶可調(diào)控設(shè)備1為洗衣機(jī)等可實(shí)現(xiàn)離散用能的家庭設(shè)備；可調(diào)控設(shè)備2為電動(dòng)汽車等需在固定時(shí)間段內(nèi)連續(xù)用能的設(shè)備。由圖9可知，用戶可控設(shè)備皆盡量避開(kāi)下午與傍晚用電高峰，選擇其余時(shí)段用能，積極參與至負(fù)荷聚合商的調(diào)控中。

5 結(jié)論

為深度挖掘用戶側(cè)靈活可響應(yīng)調(diào)節(jié)資源，保障電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)供需平衡。本文通過(guò)構(gòu)造完善的日前主能量市場(chǎng)、備用市場(chǎng)及實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)的多級(jí)市場(chǎng)銜接框架，從負(fù)荷聚合商面向多級(jí)市場(chǎng)的市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)策略出發(fā)，提出了多級(jí)耦合市場(chǎng)的市場(chǎng)出清方法及調(diào)度模型。算例進(jìn)一步驗(yàn)證了所構(gòu)建的市場(chǎng)框架有效性。

1) 通過(guò)建立面向負(fù)荷聚合商的用戶可調(diào)控負(fù)荷感知模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式用戶平衡資源的實(shí)時(shí)感知與精準(zhǔn)調(diào)控，并進(jìn)一步提出基于聚合資源參與多級(jí)市場(chǎng)的競(jìng)價(jià)模型，輔助負(fù)荷聚合商高效參與現(xiàn)貨市場(chǎng)。

2) 通過(guò)構(gòu)建實(shí)時(shí)平衡市場(chǎng)，可基于負(fù)荷聚合商有效聚合用戶側(cè)靈活平衡資源，激勵(lì)用戶側(cè)調(diào)整可控設(shè)備的用能計(jì)劃以響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)控需求，在新能源富余時(shí)為新能源消納提供更多的上調(diào)空間，在系統(tǒng)缺電時(shí)為系統(tǒng)提供更多的下調(diào)空間。

3) 為負(fù)荷聚合商、終端用戶及系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商提供一個(gè)互利共贏的市場(chǎng)交易平臺(tái)，可有效協(xié)調(diào)多元主體市場(chǎng)化的利益關(guān)系，保障電力市場(chǎng)健康發(fā)展。

然而，本文暫未考慮系統(tǒng)無(wú)功約束對(duì)市場(chǎng)出清模型的影響，未來(lái)將進(jìn)一步探索更多種類的無(wú)功補(bǔ)償服務(wù)及其價(jià)格機(jī)制，以完善本文所提出的市場(chǎng)框架。

附錄A

圖A1 改進(jìn)的IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)及接入節(jié)點(diǎn)

Fig. A1 Modified IEEE30 bus system and access nodes

表A1 負(fù)荷聚合商參數(shù)設(shè)置及接入節(jié)點(diǎn)

Table A1 Parameter setting of load aggregators and access nodes

市場(chǎng)主體LA1LA2LA3 /%304025 [30, 50, 70, 90][25, 50, 75, 100][35, 50, 65, 80] 接入節(jié)點(diǎn)71224

表A2 火電機(jī)組參數(shù)設(shè)置及接入節(jié)點(diǎn)

Table A2 Parameter setting of thermal units and access nodes

市場(chǎng)主體G1G2G3 Pmax/MW12012075 接入節(jié)點(diǎn)1222

表A3 新能源機(jī)組參數(shù)設(shè)置及接入節(jié)點(diǎn)

Table A3 Parameter setting of wind turbine and access nodes

市場(chǎng)主體WT1WT2WT3 Pmax/MW1208080 接入節(jié)點(diǎn)101528

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Bidding strategy for load aggregators in a multi-stage electricity market

CHENG Song1, ZHOU Xin1, REN Jing1, YUAN Bo1, LIU Youbo2, WANG Xiaodi2

(1. Northwest Branch of State Grid Corporation of China, Xi’an 710048, China; 2. College of Electrical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610000, China)

As the power system develops towards one with high penetration of renewable energy, the system flexible resources are seriously insufficient. It is urgent to guide the controllable resources of end-users to actively participate in the balance regulation service. This paper proposes a multi-stage electricity market clearing framework for day-ahead energy market, day-ahead reserve market and real-time balanced market, where load aggregators can aggregate end-users to join in the multi-stage coupled markets. In the day-ahead energy market and reserve market, the state perception model for flexible sources of load aggregators is established. Also, the bidding model of load aggregator and the market clearing model of system operator for the day-ahead energy and reserve market are put forward. In the real-time balanced market, a bidding model of load aggregator based on the surplus flexible resources of end-users is proposed. The system operator clears the real-time balance market and dispatches the collected flexible resources based on the actual system supply-demand demand. A modified IEEE 30 bus system is used to test the proposed market framework. The simulation results show that the proposed framework can effectively stimulate end-users to actively respond to the system operation demand, and to reduce the risk of system supply and demand imbalance.

balance market; load aggregator; reserve market; demand response

10.19783/j.cnki.pspc.220034

國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目資助(SGNWO000DKJS 2100269)；國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目資助(U2066209)

This work is supported by the Science and Technology of State Grid Corporation of China (No. SGNWO000DKJ S2100269).

2022-01-08；

2022-05-06

程 松(1983—)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)調(diào)度、電力通信調(diào)度運(yùn)行及檢修管理；E-mail: 2399212921@ qq.com

劉友波(1983—)，男，通信作者，博士，副教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)數(shù)據(jù)科學(xué)與人工智能技術(shù)，售電市場(chǎng)與能效。E-mail: liuyoubo@scu.edu.cn

(編輯 周金梅)