新配额制下高比例可再生能源消纳优化研究VIP专享VIP免费

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竿辣倉3f博士学位论文新配额制下高比例可再生能源消纳优化研究Researchonhigh-penetrationrenewableenergyaccommodationoptimizationbasedonthenewrenewableportfoliostandard卜银河2021年8月国内图书分类号:F123学校代码:10079国际图书分类号:120204密级:公开博士学位论文新配额制下高比例可再生能源消纳优化研究博士研究生:卜银河导师:张兴平教授申请学位:管理学博士学科:工商管理专业:技术经济及管理所在学院:经济与管理学院答辩日期:2021年8月授予学位单位:华北电力大学CfilassiedIndex:F123UDC..:120204DissertationforthDeoctoraDlegreeinManagementResearchonhigh-penetrationrenewableenergyaccommodationoptimizationbasedonthenewrenewableportfoliostandardYCandidate:inheBuSupervisor:Prof.XingpingZhangAcademicDegreeAppliedfor:DoctoroMfanagementMMajor:TechnologicalEconomicsandanagementDepartment:SchoolofEconomicsandManagementDDAateofefense:ugust2,021Degree-ConferringInstitutionN:orthChinaElectricPowerUniversity华北电力大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明:此处所提交的博士学位论文《新配额制下高比例可再生能源消纳优化研究》,是本人在导师指导下,在华北电力大学攻读博士学位期间独立进行研宄工作所取得的成果。据本人所知,论文中除已注明部分外不包含他人己发表或撰写过的研宄成果。对本文的研宄工作做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名:一¥良巧日期:年2奴/方月上/日}华北电力大学博士学位论文使用授权书《新配额制下高比例可再生能源消纳优化研究》系本人在华北电力大学攻读博士学位期间在导师指导下完成的博士学位论文。本论文的研宄成果归华北电力大学所有,本论文的研宄内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本,允许论、文被查阅和借阅,学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。本人授权华北电力大学,可以釆用影印、缩印或其他复制手段保存论文,可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于(请在以上相应方框内打V“”):保密□,在年解密后适用本授权书不保密H作者签名:日期:勾年?月2?日丨导师签名:日期:如刀年?月习日摘要摘要中国己经宣布了面向2030年碳达峰和2060年碳中和的碳减排目标,这意味着在稳定推进煤电机组清洁化高效利用的同时,必须在未来十年内大幅提高可变可再生能源的装机比例、发电渗透率和消纳比重。2019年5月,中国发布了可再生能源电力消纳保障机制的新配额制,直接考核各省域年度可再生能源和非水可再生能源电力消纳量是否达到按分配消纳责任权重计算的责任消纳量,将作为电力调度机构按经济性最优或碳减排效果最优优化机组开停机计划和发电计划,和电力交易机构按同样的低碳和经济原则实现市场出清的重要约束条件。虽然强制配额政策下可再生能源消纳水平得到了基本保证,但高比例可再生能源的消纳仍需要高电力系统灵活性作为支撑。我国电源侧的不灵活燃煤火电机组占比高、可再生能源富集区的电网侧互联互通水平有限、需求侧响应和抽水蓄能等储能侧灵活性资源规模化效应不明显,源-网-荷-储的灵活性资源不足以支撑含高比例可变可再生能源的电力系统灵活性需求。通过多种灵活消纳措施提高电力系统灵活性已成为目前提高可再生能源并网消纳量的重要基础。(1)高比例可再生能源消纳优化模型构建及应用研宄。以西北地区实际数据和HRP-38数据库为基础,通过提取西北地区电网结构和电源结构的特征,并充分考虑电力系统负荷和非水可再生能源出力的特性,搭建了具有电网节点结构复杂、机组数量多和可再生能源占比高等特点的实际案例场景。基于此,本研究以传统基于安全约束的机组组合(SCUC)和经济调度模型(SCED)为基础开发了适用于高比例可再生能源的消纳优化模型,适用于大规模机组组合、高比例可再生能源并网情景下一日运行优化决策的快速求解。进而构建了四类提升电力系统灵活性的灵活消纳措施情景,电网侧以提高省间输电能力和区外输电容量为代表,需求侧以提高负荷可灵活调节水平的需求侧管理为代表,电源侧以火电机组深度调峰改造为代表,评估了四种灵活消纳措施对西北地区高比例可再生能源消纳的影响。(2)新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型构建。在高比例可再生能源消纳优化模型基础上,引入新配额制消纳责任权重的约束,并对其中非线性部分进行线性化,构建了基于调度运行优化的新配额制下高比例可再生能源经济消纳优化模型、低碳消纳优化模型以及经济与低碳双目标消纳优化模型。首先是以区域整体发电运行成本最小为优化目标、基于省域互联的单目标经济消纳优化模型;随后引入305台机组的碳排放参数,以区域整体总碳排放为目标,构建了基于省域互联的单目标低碳消纳优化模型,接着在约束方面进一步考虑38个节点间的线路传输容量和机组在各节点的分布限制,构建基于网架互联的单目1华北电力大学博士学位论文标低碳消纳优化模型;最后基于区域整体碳排放和系统购电成本最低构建省域互联的经济与低碳双目标消纳优化模型,并对比展开新配额制下高比例可再生能源低碳消纳的案例分析。新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型应用研宄一一以西北地区为例(3)。基于新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型,以西北地区为模型应用场景,首先评估了新配额制对西北地区省域可再生能源经济消纳的影响,以及新配额制下四项灵活消纳措施对高比例可再生能源消纳的促进效果,并将其与新配额制实施前灵活消纳措施的效果作比较。随后分析了新配额制对低碳消纳的影响,并与经济消纳的结果作比较,结果表明当西北地区配额较低时,整体上以经济消纳为目标的优化模型结果具有成本优势且减排效果与低碳消纳接近,但当配额水平较高时,整体上以低碳消纳为目标的优化模型减排效果明显更优而增加的发电成本反而较小,此外还单独分析了区域内网架结构对低碳消纳优化结果的影响。最后对新配额制下经济与低碳双目标消纳优化结果进行了分析,与单目标低碳消纳相比,双目标权衡后,区域碳排放水平接近但消纳指标变劣,并且当风光可以平价上网时将出现较严重的限电情况。(4)新配额制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳模型构建及应用研宄。该部分研宄首先基于确定性成本报价,构建了省域互联的日前电能量市场和日前辅助服务市场联合出清模型,以西北地区为案例,计及各省域间和区域整体主网架约束,讨论电能量和辅助服务市场联合出清对新配额制下促进高比例可再生能源消纳的影响。结果表明,双市场联合出清模型的消纳水平和区域整体发电成本介于经济调度和低碳调度模型之间,不同辅助服务需求规模下各省域弃电量和弃电率指标变化明显,而消纳量和消纳比重指标变化不大。随后进一步构建了考虑火电机组辅助服务市场报价不确定性的双市场鲁棒出清模型,得出了305台机组在五类辅助服务市场和电能量市场的联合出清结果,并分析了报价对区域可再生能源消纳、辅助服务费用和碳排放的影响。本文在以上模型应用研宄的基础上,提出新配额制下高比例可再生能源消纳优化的政策建议,新配额制下含高比例可再生能源的电力调度和交易提供决策支持。关键词:高比例可再生能源消纳;新配额制;机组组合;经济调度;市场出清IIAbstractAbstractChinahasannouncedcarbonreductiontargetstowardspeaklevelby2030andcarbonneutralityby2060,whichmeansthatwhilesteadilypromotingthecleanandefficientuseofcoalpowerunits,theproportionofinstalledvariablerenewableenergy,thepenetrationrateofitspowergenerationandtheshareofitsaccommodationmustbesignificantlyMincreasedinthenextdecade.Inay2019,thenewprovincialrenewableportfoliostandardbasedonrenewableenergypoweraccommodationguaranteemechanismwasreleasedT.henewquotasystemwilldirectlyassesswhethertheannualrenewableenergyandnon-hydrorenewableenergypoweraccommodationineachprovincereachestheresponsibleaccommodationcalculatedaccordingtotheassignedaccommodationresponsibilityweights,andwillserveasanimportantconstraintbothforpowerdispatchingagenciestooptimizeunitstart-upandshutdownplansandpowergenerationplansaccordingtotheoptimaleconomicorcarbonemissionreductioneffects,andforpowertradingagenciestoachievemarketclearingaccordingtothesamelow-carbonandeconomicprinciples.Althoughthelevelofrenewableenergyaccommodationisbasicallyguaranteedunderthemandatoryquotapolicy,theaccommodationofhighproportionofrenewableenergystillrequireshighpowersystemflexibilityassupportC.hina'spowersupplysideofinflexiblecoal-firedthermalpowerunitsaccountedforahighproportion,renewables-richareasofthegridsideinterconnectionlevelislimited,demand-sideresponse,pumpedstorageandotherstoragesideflexibilityresourceshavenoscaleeffecth,tus,source-grid-load-storageflexibilityresourcesarenotenoughtosupporttheflexibilityneedsfromenergypowersystemwithhighproportionofvariablerenewable.Improvingpowersystemflexibilitythroughvariousflexibleaccommodationmeasureshasbecomeanimportantbasisforimprovingrenewableenergyaccommodationatpresent.(1R)esearchontheconstructionandapplicationoftheoptimizationmodelforhigh-penetrationrenewableenergyaccommodationInordertomakethemodelanalysisresultsclosertotheactualpowersystemoperation,thispaperfirstlyintroducesacasescenarioofmodelapplicationwh,ichisbasedontherealHRNCoperationdataofP-38nodesystemandthepowersysteminorthwesthina,withthecharacteristicsofhighproportionofrenewableenergycontaining,largescaleofunitcombinationandcomplexgridnodestructure.Subsequently,thelarge-scaleunitcombinationandeconomicdispatchmodelforflexibleaccommodationofhighproportionin华北电力大学博士学位论文NCofrenewableenergyintheorthwesthinaunderthenewquotasystemisintroduced,andNconstraintssuchastransmissioncapacityamongfiveprovincesintheCorthwesthnai,out-of-areatransmissionvolumerenewableenergyratiointransmissionnnchaesl,,allocationofprovincialaccommodationresponsibilityweights,andinitialoperatingstateofunitsduringtheoptimizationperiodareconsideredanddesigned,andthenonlinearTobectivesandconstraintsinthemarelinearized.jhelinearizationofthenonlinearobectivesandconstraintsisasoperformedtoimprovethespeedofsovinglarge-scalejllproblemsT.heimpactoftheprovincialaccommodationresponsibilityweightsallocationontheeconomicaccommodationindexesofeachprovinceisanalyzed,andtheimpactofthegrid-sideflexibilityenhancementmeasurestoimprovetheinter-provincialtransmissioncapacityandout-of-areatransmissioncapacity,thedemand-sideflexibilityenhancementmeasurestoimprovetheflexibilitylevelofadustableload,andthepower-sideflexibilityjenhancementmeasuresbythedeeppeakingtransformationofthermalpowerunitstopromotetheeconomicaccommodationofmorerenewableenergyintheNorthwestChinaareanalyzedT.heimpactofeconomicaccommodationofrenewableenergyinNorthwestChinaiscompared,andthedifferencesoftheflexibilitymeasuresinpromotingtheaccommodationeffectandtheoveralleconomyandcarbonemissionreductionindexoftheregionarecompared.(2)Researchontheconstructionoftheoptimizationmodelsforhigh-penetrationrenewableenergyaccommodationunderthenewRPS.Asne-obectvelow-carbondspatchmodelforpromotnghhproortonofjigliiiigpirenewableenergyaccommodationinNorthwestChinaunderthenewquotasystem,asingle-objectivelow-carbondispatchmodelthatfurtherconsidersgridinterconnectionandprovincialinterconnection,andadual-objectivelow-carbondispatchmodelthatconsidersoptimalregionalpowerpurchasecostandoptimalregionalcarbonemissionareestablishedhincomparisonwiththeeconomicdispatcmodel,andtheoptimizationresultsinthelow-carbonaccommodationcasesinNorthwestChinaunderthethreemodelsarecompared.Theanalysisfocusesontheimpactoftheweightallocationofprovincialaccommodationresponsibilityonthelow-carbonaccommodationindexofeachprovince,andcomplementstheanalysisoftheimpactofgridconstraintsandfeed-intariffsfornon-hydrorenewableenergyoneachaccommodationindexoftheregionasawhole.Rg(3)esearchontheapplicationofoptimizationmodelforhih-penetrationrenewableRNCenergyaccommodationunderthenewTPS-akingorthwesthinaasanExampleIVAbstractTheincentivemodelfortheresponsiblebodyfortheguaranteedaccommodationofhighproportionofrenewableenergyisestablished.First,basedonthesmall-scaleunitcombinationandeconomicdispatchmodelandexamples,theimpactofthetariffrulesofthedeeppeakingcompensationmechanismontheincentiveforthermalpowerunitstoactivelyconsumerenewableenergythroughflexibilitymodificationandparticipationindeeppeakingauxiliaryservicesisanalyzedTh.esecondoneisbasedonthedualobjectivelow-carbonandeconomicdispatchingmodelwithover-accommodationtradingandNCvoluntarygreencertificatetradingandtheactualcaseinorthwesthina,focusingontheimpactofprovincialaccommodationresponsibilityweightallocationandmarketpriceofdualcertificatetradingonincentivizingprovincialgridenterprisestoguaranteetheaccommodationofhighproportionofrenewableenergy.(4)Researchonconstructionandapplicationofoptimizationmodelforhigh-penetrationrenewableenergyaccommodationbasedonmarkettradingunderthenewRPS.Aprovincialinterconnectionenergyandauxiliaryservicesday-aheadmarketjointclearingmodelbasedondeterministiccostofferanduncertaincostofferofauxiliaryservicesformarket-basedaccommodationofhighproportionofrenewableenergyisNCestablishedrespectively,andbasedontheactualcaseinorthwesthina,thewinningresultsofmultiplesetsofdualmarketbidsd,ualmarketclearingtariffs,auxiliaryservicescostsandgenerationoperationcostsunderdifferentlevelsofauxiliaryservicesdemand,andtheimpactoftheoffermodel,offerlevelandofferuncertaintyonthedualmarketclearing,regionalrenewableenergyaccommodationandoverallregionallowcarboneconomicindicatorsisanalyzed,andthejointdualmarketclearingresultbasedonuncertaincostofferisusedasanexampletohighlighttherichresultsthatcanbeoutput'fromthispapersmodel.Keywords:highproportionofrenewableenergyaccommodation;newprovincialrenewableportfoliostandardu;nitcommitment;economicdispatch;marketclearingv目录目录摘要IABSTRACTIll第1章绪论1研宄背景及意义1.111.1.1研宄背景121.1.问题的引出及研究意义1文献综述21.21.2.1可再生能源消纳影响因素研究2额再源可生能配221..制研究4231..基于系统优化理论的可再生能源消纳研究61.2.4基于多尺度电力市场的可再生能源消纳研究7新1.3主要研宄内容和创点8主要研宄容31.内8.1主要创新点321..10研究技术路线331..11第2章新配额制下高比例可再生能源消纳相关理论基础122.1可再生能源消纳的电力系统灵活性基础122.2基于新配额制的可再生能源消纳优化研宄142.3基于系统优化理论的可再生能源经济消纳优化方法18力系统优化论基础23..1电理18基场清模型223..于SCUC和SCED的市出18性优化方不确定233.法19.问题的2.4基于多尺度电力市场交易体系的可再生能源消纳20本章小结2.522第3章高比例可再生能源消纳优化模型及应用研究253.1高比例可再生能源消纳优化模型253.1.1目标函数25约束条件32.1.27北案例介西3.2地区绍38数据库来源32.38.1结相关参数设电网构223..定38源结构关参数设23.电相定39.3华北电力大学博士学位论文性相关特参243.数设定45.负荷3.3高比例可再生能源灵活消纳措施情景设定463.3.1电网侧灵活消纳措施情景设定463.3.2需求侧灵活消纳措施情景设定483.3.3电源侧灵活消纳措施情景设定483.4高比例可再生能源灵活消纳措施经济效果评估493.4.1电网侧灵活消纳措施效果评估49估3.4.2需求侧灵活消纳措施效果评5143..3电源侧灵活消纳措施效果评估523.5本章小结52第4章新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型544.]新配额制的内涵544.2新配额制下高比例可再生能源经济消纳优化模型54模型构建42.54.1参数设置422..564.3新配额制下高比例可再生能源低碳消纳优化模型6043..1模型构建60参数设置423..624.4新配额制下高比例可再生能源经济与低碳双目标消纳优化模型63模型构建44.63.1参数设置44.642.本章小结4.565第5章新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型的应用研究665.1新配额制下高比例可再生能源经济消纳的量化分析665.].】新配额制对经济消纳的影响665.1.2新配额制下灵活消纳措施效果对比675.1.3新配额制实施前后灵活消纳措施效果对比分析735.2新配额制下高比例可再生能源低碳消纳的量化分析765.3新配额制下高比例可再生能源低碳消纳和经济消纳对比分析785.4新配额制下的经济与低碳双目标消纳的量化分析80本章小结5.582第6章新配额制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳优化模型及应用研究........836.1新配额制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳优化模型836.1.1基于确定性成本报价的电能量和辅助服务市场联合出清模型836.1.2基于不确定成本报价的电能量和辅助服务市场联合出清模型93目录6.2新配额制下西北地区高比例可再生能源市场化消纳结果分析966.2.〗基于确定性成本报价的双市场联合出清结果分析966.2.2基于不确定成本报价的双市场联合出清结果分析1066.2.3市场化消纳优化与经济低碳消纳优化结果对比1086.3本章小结109第7章研究成果与结论1101107.1研究成果7.2结论及政策建议111#教献115随122攻读博士学位期间发表的论文及其它成果145攻读博士学位期间参加的科研工作146舰...147作者简介149ContentsContentsACbstract(Inhinese)IAEbstract(Innglish)HIChapter1Introduction11.1Background11.1.1Backgroundofthestudy11.1.2Researchsignificance1LR1.2iteratureeview212..1Studyonfactorsforrenewableenergyaccommodation21.2.2Studyonrenewableportfoliosstandards4].2.3Studyonaccommodationbasedonpowersystemoptimizationtheory61.2.4Studyonaccommodationbasedonmulti-scaleelectricitymarket7M31.ainresearchcontentsandinnovationpoints8M1.3.1ainresearchcontents8M321..aininnovationpoints10Rfr331..esearchamework11Chapter2Correlativetheoreticalbasis12R2.1enewableenergyaccommodationbasedonpowersystemflexibility122.2RenewableenergyaccommodationbasedonthenewRPS14R2.3enewableenergyaccommodationbasedonpowersystemoptimization182.3.1Powersystemoptimizationtheory18MUCD223..arketclearingmodelbasedonSCCandSE18O233..ptimizationmethodsforuncertaintyproblems192.4Renewableenergyaccommodationbasedonmulti-scaleelectricitymarket202.5ChapterSummary22Chapter3Constructionandapplicationoftheoptimizationmodelforhigh-penetrationrenewableenergyaccommodation25O3.1ptimizationmodelforhighpercentagerenewableenergyaccommodation25MC3.1.1odelonstruction253.1.2ParameterSetting27CNC3.2asepresentationfororthwesthina38华北电力大学博士学位论文D23.uatasorce38.13.2.2ParameterSettingforpowergrid38P23.arameterSettingforpowerplants39.332..4ParameterSettingforpowerload453.3Scenariosettingofflexiblemeasuresforhigh-penetrationrenewableenergy463.3.1Scenariosettingofflexiblegrid-sidemeasures463.3.2Scenariosettingofflexibledemand-sidemeasures483.3.3Scenariosettingofflexiblegenerating-sidemeasures483.4Evaluationofflexiblemeasuresforhigh-penetrationrenewableenergy4934..1Evaluationofflexiblegrid-sidemeasures49E423..valuationofflexibledemand-sidemeasures513.4.3Evalutaionofflexiblegenerating-sidemeasures523.5ChapterSummary52Chapter4Constructionoftheoptimizationmodelsforhigh-penetrationrenewableenergyaccommodationunderthenewRPS544.1TheconceptofthenewRPS544.2Optimizationmodelforeconomicaccommodationohfigh-penetrationofrenewableRenergyunderthenewPS54M42.odelconstruction54.14.2.2Parametersettings564.3Optimizationmodelforlowcarbonaccommodationofhigh-penetrationrenewableRenergyunderthenewPS60M4.3.1odelconstrution604.3.2Parametersettings624.4Optimizationmodelforeconomicandlowcarbonaccommodationofhigh-RpenetrationrenewableenergyundernewPS63M44.odelconstrution63.14.4.2Parametersettings644.5ChapterSummary.65Chapter5Applicationofoptimizationmodelsforhigh-penetrationrenewableenergyRaccommodationunderthenewPS665.1Quantitativeanalysisoftheeconomicaccommodation665.1.1TheimpactohftenewRPSoneconomicaccommodation665.1.2Comparisionohfteeffectofflexibleaccommodationmeasures67Contents5.1.3ComparisionmeasureeffectbeforeandafterimplementingthenewRPS735.2Quantitativeanalysisoflowcarbonaccommodation765.3Comparisonanalysisoflowcarbonandeconomicaccommodation785.4Quantitativeanalysisofdualtargetaccommodation..805.5ChapterSummary82Chapter6Constructionandapplicationofoptimizationmodelforhigh-penetrationRrenewableenergyaccommodationbasedonmarkettradingunderthenewPS83OR6.1ptimizationmodelsbasedonmarkettradingunderthenewPS83D6.1.1ual-marketjointclearingmodelbasedonfixedcostquotation83D62.1.ual-marketjointclearingmodelbasedonunfixedcostquotation936.2Analysisofmarket-basedaccommodationresultsofhigh-penetrationrenewableNCRenergyinorthwesthinaunderthenewPS96Arifi62.unalysisofdmkal-noettcleangresultsbasedonxedcostquotation96......1arjiAri622.ngresultsbasedonunfixedcostquotation106.nalysisofdual-marketjointclea6.2.3Comparisonanalysisomfarket-basedaccommodationmodelsandothers1086.3ChapterSummary109Chapter7ResearchResultsandConclusions110R7.1esearchresults110C7.2onclusionsandpolicyrecommendationsIllReferences115Appendix122Publicationsduringthedoctoralperiod145Researchworkduringthedoctoralperiod146Acknowledgements147Resume149第1章绪论第1章绪论1.1研究背景及意义研究背景1.1.1发展可再生能源是实现我国能源革命战略和中长期“碳达峰、碳中和”目标的重要措施。在加强煤电清洁高效灵活利用的基础上,推动清洁能源成为能源增量主体,实现大规模可再生能源并网消纳,构建以新能源为主体的新型电力系统,开启低碳供应新时代,是推动能源革命、实现碳减排目标的必由之路[1]。预计非化石能源占能源消费总量比重在2030和2050年分别达到20%和%50[2]在此背景下,我国可再生能源发展空间,非常广阔。自2015年开始,以风电、太阳能发电为代表的可再生能源发电规模爆发式增长,由于其发电出力的随机性、波动性和间歇性,为传统电力系统带来了一系列冲击和挑战,大规模限电导致的弃风、弃光问题受到了学界和工程界的密切关注,如何更好的消纳可再生能源成为热点研宄问题。2016年至今,国家出台了一系列政策优先保障风电和太阳能发电的并网消纳,截至2020年底,弃风率、弃光率已较2015年有大幅下降,但三北地区个别省份的绝对弃电量仍不可忽视。2030年,国家规划风电和太阳能发电装机规模达到12亿千瓦,如此大规模的可变可再生能源并网发电,必将驱动传统电力系统在调度方式、交易方式上做出调整,以适应高比例可再生能源的消纳。电力系统灵活性是保障高比例可再生能源并网消纳的现实关键基础。高比例可变可再生能源的出力波动对电力系统灵活性形成了新的挑战,现有的电源侧、电网侧、需求侧和储能侧灵活性资源不足以支撑高比例可再生能源并网消纳需求,亟需通过各类灵活消纳激励措施提升电力系统灵活性3][。“具有中国特色的新可再生能源配额制”影响深远。2019年5月,我国发布的以可再生能源电力消纳责任保障机制为基础的新配额制,具有强制考核用户侧多主体责任消纳量、优先鼓励就近消纳等特征,标志着中国特色多主体配额制正式进入考核阶段,也意味着电力调度和电力市场出清必须在低碳性和经济性等传统优化目标基础上,引入可再生能源消纳责任权重的强制约束4]这对于我国发展高比例可再生能源具有积极的保[。障推动作用。1.1.2问题的引出及研究意义西北地区作为全国重要的可再生能源,特别是非水可再生能源的集中大规模开发利用基地,为电力净输出地区,在新配额制下的消纳潜力仍有很大提升空间,促进西北地1华北电力大学博士学位论文区高比例可再生能源消纳优化的方法有望推广到全国,引须各省和其他地区加速消纳策略优化研究、尽早制定因地制宜的消纳实施方案。同时,西北地区各省域灵活性资源分布特点互补性强、协同基础好,在消纳责任权重考核中,西北地区各省域执行不同的消纳责任权重,但各省域灵活性资源可以实现区域内互补,作为区域协同就近消纳的典型,具有实际意义。西北地区既有较为丰富的风电和太阳能发电资源、又有相对紧密的省域互联网架结构和在运行的跨省跨区可再生能源输电通道,既有潜力进一步挖掘区域内本地生产的可再生能源电力充分就近消纳、又有条件对区域外特别是华中和华东地区输出可再生能源电力,高比例可再生能源消纳颇具潜力和挑战性。本文的研究意义在于:1)从西北地区的实际情况出发,充分考虑了该区域的电源机组状况和网架节点特征,从多研究主体、多市场空间、多调度方式、多参数设置、多情景优化等方面展开的新配额制下高比例可再生能源消纳的案例研究具有很强的现实指导意义;2)通过构建常规和新配额制下的高比例可再生能源消纳优化模型体系,对实施新配额制前后的可再生能源消纳情况进行了详细的量化分析与对比,可以直观体现新配额制对促进和改善可再生能源消纳状况的有效性;3)分别对新配额制下高比例可再生能源经济消纳和低碳消纳的单目标、双目标优化方案进行量化分析,并比较不同目标导向下的可再生能源消纳效果,对明确高比例可再生能源消纳目标及配额分配决策具有参考价值;4)基于确定性报价和不确定性报价的新配额制下电能量市场和辅助服务市场联合出清模型,研究辅助服务报价模式、报价水平和报价不确定性对双市场出清及区域整体可再生能源消纳指标的影响,对于完善电力市场竞争机制和提升可再生能源消纳水平具有很高的参考价值。1.2文献综述1.2.1可再生能源消纳影响因素研究(1)可再生能源消纳影响因素和消纳措施的量化评估虽然近年来的两大电网公司组织可再生能源消纳的实践已经摸索出一套适用于我国国情的消纳措施组合,国内的学者仍致力于量化分析和比较不同灵活消纳措施的实施效果和实现成本。研究重点是消纳影响因素贡献度测算和消纳能力评估,研究思路一般是基于各类消纳影响因素贡献度分析,通过模拟仿真现实电力系统,分析不同政策情景下消纳能力的演变,从而评估系统消纳能力。文献11根据消纳空间理论,即用电负[]荷越高、电网平衡调节能力越强、电网输送容量和配置范围越大,可再生能源理论消纳空间越多,总结可再生能源消纳电源侧、电网侧和负荷侧的影响因素,提出不同影响因素对可再生能源消纳贡献度的分析方法,利用时序生产与模拟仿真比较分析电力系统供给侧-电网侧-需求侧三类影响因素对可再生能源消纳的贡献度,分析了不同消纳措施对2第丨章绪论减少弃风、弃光的影响。此类研究旨在探索消纳贡献最多的影响因素,为后续有针对性的选择消纳策略做好准备。针对近年来关注度较高的火电机组灵活性改造问题,研宄人员致力于缓解高比例可再生能源并网消纳与不灵活火电机组的低效率运行之间的矛盾【|2,13】;提出了一系列灵活性改造方案,改造参数主要涉及最小技术出力、爬坡率和启停时间[?5];分析了火电机组可否通过灵活性改造,以更低的最小技术出力、更快的爬坡速率和更短的启停时间提供满足系统需要的灵活性水平[?7]。与投资燃气电站和抽水蓄能电站等各类灵活性措施相比,灵活性改造改造周期短、投资成本低证明了火电机组灵活性改造是短期内增加中国电力系统灵活性最可行方法。(2)提升电力系统灵活性的配套机制设计在电力市场过渡时期,促进高比例可再生能源就近消纳是落实基于消纳责任权重分配的新配额制的关键。由电源结构和电源调节性能决定的电力系统调节能力,是就近消纳的关键制约因素。在短时间内改变不灵活的电源结构是很困难的。不灵活的燃煤发电在当前及未来较长时间范围内在发电结构中仍将占据核心地位。因此,利用和提高火电机组,特别是燃煤发电机组的调峰性能,己经成为当前最可行的促进高比例可再生能源就近消纳的方法。在通过改进火电机组调峰性能破除电力系统物理消纳壁垒的同时,与之相配套的市场化运营机制也亟待完善。其中,自备电厂与非水可再生能源发电机组的发电权交易是西北地区比较有代表性的方式,它促使火电机组在现有电力系统调峰能力的基础上为可再生能源发电让渡发电空间,从而在责任消纳量的基础上,实现超额消纳[21]与该研究评估就近消纳潜力的方法不同,其他研宄机构也对类似的情景,即增加燃。煤机组调峰能力和增加自备电厂与可再生能源机组的发电权替换交易,所带来的消纳增量进行测算,结果更贴近于实际电力系统的运行,以其中最有代表性的有两种测算研究为例,说明其主要研宄思路和重点结论对火电机组进行灵活性国家电网能源研宄所(SGERI)开发的第一种测算方法中,改造,使其最小技术输出功率可以达到额定装机容量的30%和40%[221。整个省级电力系统案例的总改造计划涵盖了4至16GW的发电机组。由于增加的可再生能源消纳量等于减少的可再生能源限电量,相关的数据可以根据本文作者设定的相同改造规模计算出来。同样地,对于可以根据自备电厂发电权替换交易和可再生能源弃电率之间的关系来计算对应交易规模下的新增消纳量。中国电力科学研宄院(CEPRI)开发的第二种方法说明了增加的替代量和减少的可再生能源弃电率之间的关系[23]。因此,对于发电权转让交易的测算结果也可以相同的转让规模,通过趋势扩展来计算。所有这些结果都是基于类似的条件和相同的典型年份(从2015年到2016年)的数据计算出来的,和文献21][估算的就近消纳潜力结果一起,在表卜1中进行了汇编整理,以便于相互比较。文献21的研究中对可再生能源消纳水平的估算是假设在目前条件下,只要立即采[]用第一种方法,省级电力系统理论上可以消纳的最高可再生能源电量,比SGERI的估计更乐观。拥有大量自备火电机组的省份对第发电权替换方法更加敏感,新疆的所有3华北电力大学博士学位论文估算值是甘肃和宁夏的数倍。考虑到目前可再生能源的利用水平相对较高,当计算回溯到2015年和2016年时,2016年至2019年实际增加的可再生能源消费量可以间接反映出未来可再生能源消纳量增加的潜力上升。可再生能源的实际增加的可再生能源消耗量远远低于从三种方法获得的最大估计值。表-三种典型消纳措施评估方法的结果对比11Table1-1Typicalestimationresultsforaccommodationmessures不同灵活措施增加的消纳量(TWh)2016-2019年灵活消纳措施实际计增加的消纳量.累献又2丨SGER间(77,CEPR231丨1[丨I省,域W(Th)^调峰^又深'=1周又调替换^峰替换峰黑龙江4054.-.辽宁<6.45.7-21-.1吉林335.-.1甘肃5.59.95.37.95.36.9宁夏<6.0621.5.44.33.10031.4.5新疆9.539.65.043.0881.28.9深度调峰辅助服务市场为燃煤机组积极开展灵活性改造提供了经济激励[24],火电机组降低到对应负荷率区间的出力水平可以享受对应的激励计划。这部分收入可以用来抵消火电机组因利用小时数降低而造成的收入损失P5,26]。火近年来火电机组的利用小时数持续下降,部分机组没有足够的动力参与实施灵活性改造和深度调峰,不仅是由于补偿力度不足、改造资金不足,对这一激励政策的长期稳定执行预期没有信心,存在增加安全和经济运行的风险,也是重要的制约因素。因此,许多研究进一步改进这种金融工具的市场设计,以便能够实施更多的灵活性改造[27]。当前研究的热点是设计各利益主体协调一致、区域间深度合作的可再生能源协同消纳策略和机制,其重点研究内容一般包括三方面主要内容,对各类可再生能源影响因素的深度分析,对其解除约束后可释放的可再生能源消纳潜力及其综合效益进行评估,二是在考虑区域整体经济性、环境效益和消纳责任的基础上,探讨区域可再生能源消纳策略的优化;三是综合权衡多利益主体的利益互补及让利空间,以及多区域在时、空、量及源、网、荷、储的互补需求,构建多主体、多区域、多时段、多市场空间的协同消纳模型。1.2.2可再生能源配额制研究可再生能源配额制(RPS)是突破高比例可再生能源消纳难题的重要政策工具,国外学者的研究集中在政策的演进及对部分国家和地区配额制实施状态和效益的评价。文献28分析了美国可再生能源配额制二十年的政策演变,并定量评估配额实施的严格程[]4第1章绪论度对可再生能源发展的影响。文献29使用综合控制方法对美国德州进行了案例比较研[]究,通过统计测试表明配额制不是德州电价上涨的主因。当RPS与TGC—起被实际采用时,中国的电力供应结构、碳排放减少、电价、可再生能源投资决策、社会福利和政府支出等方面将发生巨大变化_31]。在2018年年底发布需求侧为考核主体的配额制政策以前,中国出台的配额制政策在配额考核主体上与国际通行的可再生能源配额制一样,同可再生能源消纳没有直接影响关系,而是通过影响电力供应中可再生能源发电的比例,间接提高了可再生能源的被动式消纳。这一阶段的国内研宄主要集中在可再生能源配额分配等顶层设计机理和引入中国的预计政策效果评价。其中文献[32]将经济能力、发展潜力、配额责任和基础设施建设等原则引入到可再生能源配额制的配额分配中,并从市场主体参与意愿的角度构建了配额制下地方政府、电网企业和发电企业的博弈决策模型,从经济学角度分析了配额制与上网固定电价、碳排放交易和市场机制的衔接问题。文献33结合系统动力学和演[]化博弈论两种方法分析了中国以配额制和绿证交易逐渐替代可再生能源补贴政策的演化过程中可以减少的弃电量。2018年开始,配额制在中国的考核主体主要从发电侧转移到供售电公司和电力用户,许多学者分析了新配额制的预期推行效果,文献[34]等利用动态可计算一般均衡分析了新配额制促进消纳的效果及其在中国的实施前景。研宂了配额制对电力零售市场的必然影响【35]。文献[36]从可再生能源供应和需求的角度分析了新配额制的可行性,并发现可再生能源的弃电率因RPS而减少。基于这一研究,文献[37]有必要从省级层面对中国的新配额制进行进一步的前景分析,重点关注配额的完成情况和与之相适应的消纳措施。作为可再生能源配额制的补充,中国还提出了绿色电力证书交易体系。国内学者对绿证交易的研究主要集中在市场主体的交易策略和效益分析,多采用各类多目标优化模型,或对交易的博弈过程进行建模。其中,文献38梳理了全球绿色电力市场有关证书[]流动性的政策机制。文献39分析了我国绿色电力证书价格的形成机理及影响因素,并[]提出了我国绿色电力证书价格机制实施方案。文献40使用多元向量自回归方法分析绿[]证交易市场、碳排放市场和电力市场中价格之间的关系,实证检验了瑞典和挪威联合的绿色证书交易系统中的绿色证书价格、欧盟碳排放交易系统中的谈价格和北欧联营电力市场的电价之间的相互作用。文献41通过整合两阶段随机规划和随机鲁棒规划等优化][技术,提出了一种可以快速求解的绿色证书模糊随机鲁棒优化模型并评估了绿色电力证书可以实现的减排效果。为了检验配额制和绿色证书交易的实施效果,许多学者对可再生能源配额制和可再生能源消纳优化进行了卓有成效的研宄[42]。我国最近出台的可再生能源消纳保障机制将于2020年开始执行,这个具有中国特色的可再生能源配额制将对我国可再生能源的发展产生深远的影响。在此背景下,以下三个方面问题有待更深入的研究。U)基于最新可再生能源配额制政策框架的可再生能源电力消纳华北电力大学博士学位论文中国自2007年引入发电侧配额制后,截至2019年5月最新版配额制文件出台,陆续己经发布了八版政策文件,最新发布的可再生能源电力消纳保障机制及消纳责任权重考核办法相对传统意义上的可再生能源配额制有了大幅度变化。因此,作为中国可再生能源消纳的强力支撑政策,未来可再生能源消纳策略的优化不能脱离这一基本政策框架,基于最新配额制规定的可再生能源消纳优化急需深入研究。电力用户-供/售电公司-电(2)不同市场主体利益博弈的协同消纳优化针对可再生能源消纳相关市场主体利益博弈的研究较少,网企业-发电企业-地方政府-中央政府承担消纳的职责、完成消纳的动机不同,特别是相关市场主体的决策偏好与政府部门的统筹方向有很大差异,因此有必要综合考虑各利益主体的诉求,探索异质利益主体协同消纳可再生能源的策略。(3)可再生能源区域协同消纳机制针对区域协同消纳机制的研究较少,不同区域在可再生能源分布与消纳、调度与交易、电网互联互通等方面可能存在很强的互补性,如能通过恰当的机制设计使地区间紧密协作,互惠共赢,将会极大提高可再生能源消纳空间,因此有必要对区域间协同效应进行深入分析,构建多区域协同消纳机制并验证其实施效果。1.2.3基于系统优化理论的可再生能源消纳研究近年来系统优化理论在电力系统代表性实际应用,是电力系统随机生产模拟、电力系统随机规划方法以及电力系统机组组合与经济调度的研究[43_53]。一般是从电力系统的运行和调度以及可再生能源的规模和布局出发,研究我国可再生能源消纳难题的成因,大多基于实际电力系统运行参数的远期或近期模拟仿真平台,以及庞大的电力系统数据库,提供利于执行的系统运行和调度优化建议;在政策研究领域最具代表性的应用,一般涵盖了于可再生能源消纳优化模型的提出、政策措施的作用机理分析和情景模拟、算例仿真或案例分析等内容,大多更关注优化模型以及求解算法的创新,根据模型的复杂程度选择IEEE标准节点测试系统为简单算例,论证模型的合理性和有效性。可再生能源消纳方面的系统优化类研究,主要可以分为以下两类。(1)可再生能源消纳潜力优化研究在满足供电可靠性和安全性的基础上,提升某地区可再生能源电力消纳潜力是类研究要解决的首要问题。一方面是前文中介绍的基于消纳空间理论的可再生能源消纳影响因素及其贡献度分析,另一方面是释放消纳潜力策略的作用机制及技术-环境-经济综合表现评估。供给侧-电网侧-需求侧三类因素又可以分为决定性因素和制约性因素,这些因素释放消纳潜力的作用机制不同,在技术条件约束、环境指标约束和经济性约束下释放消纳潜力的表现各异。在此情况下,此类研究旨在提出一种计算消纳潜力的方法,同时以例如合成变量控制法模拟释潜策略的实行对可再生能源消纳潜力的影响,得到现有技术条6第1章绪论件和电网安全容许的消纳空间上限。引入环境约束、经济性约束,考虑投资成本、改造成本和时间成本,进一步计算释潜上限的收缩情况。在此基础上考虑未来电力供应和需求形势、可再生能源机组在增量电力消费市场的预期表现,进一步分析整个地区在增量情景下提高消纳比重的潜力。(2)可再生能源消纳策略及协同优化研宄在可再生能源消纳保障机制的政策框架下,消纳策略的选择是否得当直接关系着区域内各类市场主体承担消纳责任的积极性。消纳责任权重考核办法以直接考核各类主体实际消纳量为主,实际消纳量达不到目标消纳量的市场主体,可以通过超额消纳量交易和自愿绿证交易两种市场化的手段辅助完成消纳责任。各市场主体的实际消纳量共同构成了区域就近消纳量和跨省跨区消纳量。对省级能源主管部门而言,消纳策略可以按照促进就近消纳和跨省跨区消纳的原则细分。不同消纳策略受交易机制、政策补贴、市场竞争、输配价格等影响,收益和成本情况大有差异。此外,消纳量从属权转让交易和自愿绿证交易的经济性也需要酌情考虑,因此,此类研究主要包括以下两部分研究内容。一是分别从就近消纳和跨省跨区消纳论述省级行政区域消纳责任权重实现策略,并考虑不同市场条件下实施策略的作用机理、不同策略的效果和实施成本。二是从区域整体的角度出发,综合考虑经济性、环境效益和消纳责任,在能耗双控考核基本满足要求、实际消纳权重达到最低消纳责任权重的约束下,建立分层优化模型进行消纳策略的优化研究,探索适用于该地区的最优消纳策略组合。1.2.4基于多尺度电力市场的可再生能源消纳研究(1)区域可再生能源消纳的协同机制及政策研宄可再生能源电力的大规模消纳,微观上离不开“电力用户-供/售电公司-电网企业-发电企业-地方政府-中央政府”多异质利益主体的共同协作,宏观上也离不开“资源稟赋-消纳能力-电网设施-发电结构”优势互补的多省级行政区域之间的深度协同。不仅是在电网互联互通、调峰能力共享、跨省跨区风光水火联合调度等技术或物理层面,这种协同还体现在电力市场、碳交易市场和消纳量辅助交易市场的深度耦合,更体现在指令性和市场激励性政策目标的高度统一。因此此类研究内容多集中分析多主体和多区域协同下不同种类消纳策略的耦合效应,探析协同消纳机制及政策。一是多异质利益主体协同机制研宄。“电力用户-供/售电公司-电网企业-发电企业-地方政府-中央政府”构成了可再生能源消纳的异质利益主体和责任链条。该利益责任链条中,其起点又是大量的异质电力用户。由于实际中行为的随机性、信息的不对称、有限理性约束、交易成本约束和机会主义的存在,利益责任链中的主体之间形成的契约约束往往是不完全契约。在这种情况下,各主体对消纳策略的决策偏差难以受到契约的界定及规避,而使得可再生能源消纳方向发生偏移。因此不同主体及不同环节之间是否形成一种协同机制,从而坚定链条的稳定性是此类研宄的最终归宿。7华北电力大学博士学位论文二是多区域协同机制研宄。“资源禀赋-消纳能力-电网设施-发电结构”的优势互补、区位互补、互惠共生和合作共赢是多区域协同的基础。长期以来,我国电力按省域平衡,发用电计划由地方政府主导制定,对电能实行统一分配,计划管理体制根深蒂固。市场交易计划的刚性执行,降低了系统的调节灵活性,制约了可再生能源消纳。区域协同消纳机制在市场过渡期的首要任务一方面是模拟未来市场运作,改变省内原有的火电发电计划机制,充分挖掘本地消纳空间;另一方面是统筹协调利益关系,形成可再生能源受入省和输出省补偿机制,打破省间壁垒,提高跨省外送可再生能源电量。长期内区域协同消纳机制旨在加快构建全国电力市场,形成中长期交易为主、临时交易为补充的交易体系和市场规则完备的可再生能源交易机制,放开电力用户跨省跨区购买可再生能源的选择权,推进跨区跨省现货市场。(2)新配额制下的电力市场机制设计新配额制下提出了基于固定电价制与配额制并行的电力市场均衡模型,在提升绿色电力强制配额上网环境下总效益的同时,平衡利润和电价波动所带来的风险。设计了适应可再生能源配额制的电力市场体系,包括可再生能源中长期市场、可再生能源日前市场、分时竞价的日前电力交易市场、实时电力交易市场、消纳量二级交易市场和绿证申购交易市场等[54_62]。其中研宄人员特别关注的使需求侧资源引入辅助服务市场后的机制设计,对于三类辅助服务市场和电力现货市场试点地区所采取的基本设计思路不同。对尚未建立两种市场的地区,需求侧资源以参与削峰填谷为主,根据实际响应电量和合约价格补偿机制获得经济补偿。初期可采用固定价格补偿方式,适当提高固定价格水平激励各类灵活性资源参与辅助服务市场,加快培育市场意识;对试点辅助服务市场的地区,以参与调峰辅助服务为主,需求响应交易主体向市场运营机构申报容量和价格,集中优化出清、安全校核,按价格补偿机制结算。过渡期可逐步降低固定价格水平,将部分辅助服务成本收益合理分摊。优化调整报价及分摊机制,激励各类资源提升灵活性能力,做好与现货市场设计衔接。对试点电力现货市场的地区,以电量交易为主,削峰响应主体作为正电源在竞价中标时段削减电力负荷,填谷响应主体作为负电源(用户)在竞价中标时段增加电力负荷。成熟期:按照“谁提供、谁受益,谁使用、谁承担”的原则,向参与市场交易的电力用户、新能源发电企业和未履行调峰义务的火电机组按照电量比例分摊。研究高比例新能源参与的电能量和辅助服务双市场联合报价报量优化出清模型,公平反映灵活性机组的调节效益,实现社会福利最大化和新能源消纳。1.3主要研究内容和创新点1.3.1主要研究内容(1)高比例可再生能源消纳优化模型构建及应用研宄首先在基于安全约束的机组组合和经济调度模型基础上,进一步细化大规模机组组8第丨章绪论合和经济调度的模型约束和目标函数,特别引入省域互联约束和区外输电容量约束等,并对其中非线性化的约束或目标函数进行线性化处理,以提高模型的求解速度;随后详细介绍了面向西北地区高比例可再生消纳的案例,重点说明了其含高比例可再生能源、电网结构复杂、机组组合规模较大等特点,为后文构建的模型提供复杂而接近实际的应用场景,使模型分析结果更具合理性。最终建立可持续运行、初始运行结果合理、约束精细的面向西北地区高比例可再生能源灵活消纳的高比例可再生能源经济消纳优化模型。适用于大规模机组组合、高比例可再生能源并网情景下一日运行优化决策的快速求解。随后基于西北地区案例,评估电源侧、电网侧和需求侧四类灵活消纳措施促进高比例可再生能源消纳的效果和经济效果。(2)新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型构建设定了经济与低碳两个消纳目标,意图通过对两个单目标及双目标下可再生能源消纳优化模型优化结果的对比,明确新配额制下高比例可再生能源消纳的决策目标。首先是在高比例可再生能源消纳优化模型基础上,考虑新配额制下省域可再生能源消纳责任权重分配的设定,引入省域消纳责任权重约束和可再生能源输送配比约束,并对相关非线性约束做线性化处理,对案例中己知的305台火电机组的成本和技术参数、风电和太阳能发电机组出力的8760时点序列、用电负荷的8760时点序列等参数,及未知的机组优化期初始阶段运行状态、初始分配的省域消纳责任权重、各省域和各网络节点间输电容量、区外输电容量、可再生能源输送配比等做模型测试和参数校验,一方面找到机组相对合理的初始状态,便于对模型优化结果进行评估和比较,另一方面验证模型对不同初始状态的适应性,以增加模型的可运行空间和调节裕度,最终建立新配额制下高比例可再生能源经济消纳优化模型;在此基础上,引入区域整体碳排放的目标函数和复杂节点系统中各节点间输电容量的限制约束,分别建立基于省域互联和网架互联的低碳消纳优化模型;随后考虑区域整体的碳减排和区域整体购电费用的均衡,将风电和太阳能发电的购电费用引入到目标函数中,建立双目标低碳经济调度模型并介绍帕累托最优的求解方法。(3)新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型应用及比较研究基于新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型和西北地区案例,分析省域消纳责任权重分配对西北五省域和区域整体完成经济消纳的相关成本指标、碳排放指标和消纳指标的优劣,进一步评估新配额制下西北地区电源侧、电网侧和需求侧四类灵活消纳措施促进高比例可再生能源消纳的效果,比较提高省间输电容量、提高区外输电容量、提高可调节负荷灵活性水平、提高火电机组的调峰深度四种情景下,区域整体经济性和减排效果的差异,得出新配额制下西北地区高比例可再生能源经济消纳的最优省域消纳责任权重分配方案和灵活性提升方案。接着对比新配额制实施前后的经济消纳优化结果,分析新配额制对灵活消纳措施效果的影响。随后基于高比例可再生能源低碳消纳优化模型,分析新配额制及网架结构对低碳消纳的影响,对比分析经济消纳与低碳消纳的优化结果差异。最后仍以西北地区作案例研究,基于双目标优化模型,对比双目标与单目标9华北电力大学博士学位论文优化结果的差异,分析省域消纳责任权重分配和非水可再生能源是否平价上网对区域整体和省域个体的碳减排、购电费用、发电成本及消纳指标的影响。(4)新配额制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳优化模型构建及应用研究详细引入了西北地区上调频市场、下调频市场、上旋备市场、下旋备市场和深度调峰辅助服务市场五种辅助服务市场,与日前电能量市场形成联合出清,设计相关市场约束、机组提供电能量和辅助服务的容量耦合约束和爬坡能力约束等,首先基于辅助服务确定性报价,在两种辅助服务需求水平下,分别求出中标结果和对应时段的市场出清电价,分析得出不同辅助服务需求水平对区域整体和省域个体消纳指标、经济性和减排效果的综合影响;随后在考虑辅助服务市场报价不确定性的基础上,建立鲁棒联合出清模型,求出并列示该组中标结果,分析辅助服务报价模式、报价水平和报价不确定性对区域整体消纳指标、经济性指标和碳排放指标的影响。321..主要创新点本研究的创新性主要体现在以下四个方面:(1)构建了面向高比例可再生能源消纳优化模型。该模型充分考虑可变可再生能源的出力特性,以基于安全约束的机组组合和经济调度模型为基础,细化了模型约束和目标函数,特别引入了省域互联约束和区外输电容量约束等,使模型适用于大规模机组组合、高比例可再生能源并网情景下一日跨省联合运行优化决策的快速求解。(2)构建了基于不同目标导向的新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型。在高比例可再生能源消纳优化模型基础上,分别以区域整体发电成本最小、区域整体碳排放最小、区域整体购电成本与区域整体碳排放最小为目标,引入了省域消纳责任权重约束、可再生能源输送配比约束等建立适用于新配额制下含高比例可再生能源电力系统运行优化的经济消纳优化模型、低碳消纳优化模型和经济与低碳双目标消纳优化模型。(3)构建了基于市场交易的新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型。该模型计及含五种辅助服务品种的日前辅助服务市场和日前电能量市场,分别基于确定性成本报价和不确定成本报价,构建了地区级省域互联的日前电能量市场和日前辅助服务市场联合出清模型,考虑了高比例可再生能源的并网消纳和新配额制下省域消纳责任权重的要求,使模型适用于电力交易机构设计面向新配额制下高比例可再生能源消纳的市场出清引擎,通过组织联合出清提高市场配置效率。(4)构建了面向西北地区高比例可再生消纳的案例系统。该案例系统以面向2030年西北地区输电网规划的HRP-38节点系统及其庞大数据库为基础,根据西北地区电网结构、电源结构和负荷特性的实际特点,调整并补充了大量参数,构建了含305台火电机组、132台水电机组、2208台风电机组和3571台太阳能发电机组的机组组合场景,并以脱敏数据形成的西北主网拓扑结构和206条输电线路容量数据充分计及西北区域内省域互联。将本文构建的全部优化模型均以西北地区案例为应用场景,比较分析不同10第1章绪论模型的优化结果,并以此为基础提出政策建议。1.3.3研究技术路线新配额制下高比例可再生能源消纳相关理论屯力系统灵话电力系统优化可再生能源消苳尺度电力市||||||性基础理论纳理论场槪述||||中国#色可再生能源电力配额制|高比例可再生能源消纳优化研宄灵活消纳基于安全约束的|电网结|机组组合高比例措施评估|||||构设置|圍s再生两北地f可|计丁i八的的^的—1—:i纳优化需求侧构逑>土适敁高比例可再生能源特征改迸电源结电源测|!I||■:构设置!|丨||新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型新配额制¥约纳束责新配额模咿构建和参数设置|租制— 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̄""■_—"_I比例经济消纳优化m门cI口T7-E域发电成本M小丨比土叫刈化丨丨I]j丨丨消化換:!_源消‘低碳消纳优化?区域碳排放较小|[)|、型低碳和经济优化双标优化H|域购^成鉍小x1丨:本nuJ11:—i|丨丨丨新配额制下高比例可再生能源消纳优化分析…-^^新配额制下经济消纳的最化分析r7■新配额制下低碳m纳的睽化分析y响JL和&|新配额制影纳指标|1丨舰_狼丨利|m^笑活消纳招施效果对比丨^域^诽放|-■:^个h%结构的影响额实施后对h新配前比i|1Hw紅l新配额制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳优化研究新k额制卜基于i】场4易的高比生源纳化t激讓W驗m>f/丨r||丨例可再能消优樓艰们??定作报价的校盟构珐基十确定忭报价的出潘结果m射膽0拙離tj基于不确定报价的模型构违1政策建议图1-1论文研宄整体思路Fig.1-R1esearchframeworkinthisstudy11华北电力大学博士学位论文第2章新配额制下高比例可再生能源消纳相关理论基础本章总结了我国电力系统灵活性资源利用情况、可再生能源配额制演变历程和新配额制特点、多尺度电力市场交易体系建设现状,以及基于电力系统优化理论的可再生能源消纳优化方法,为后文对新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型的进一步研究奠定理论基础。2.1可再生能源消纳的电力系统灵活性基础可再生能源发电的随机性和波动性特征,对电力系统灵活性提出很高的要求。电力系统对发电出力或用电负荷大幅波动快速响应的能力即为系统灵活性,广义的灵活性资源分布在电源侧、电网侧、储能侧和用户侧,具备为系统提供额外功率(上调节)或削减多余功率(下调节)的灵活调节能力。常见的电力系统灵活性资源主要有:可调节式水电站、燃煤发电机组、燃气发电机组等电源侧资源;电网互联互济等电网侧资源;约束型和激励型需求侧管理等需求侧资源;电池储能、抽水蓄能等储能侧资源。其调节方向多为双向调节,响应方式一般为机组启停或增减出力,燃气发电机组和抽水蓄能由于调节能力较强、响应速度较快、响应方式多样成为北欧等地区最受欢迎的灵活调节资源。(1)发电侧灵活性资源利用情况表2-1我国西北地区与典型国家灵活性电源比重对比Table2-1PowerstructurecomparisonbetweenNorthwestChinaandtypica]countries区域/国家西北地区西班牙德国美国葡萄牙灵活电源装机占比08.34.3751.48.734.0%()燃煤火电装机占比56.8711.31.103.19.5%()一是火电机组的灵活性改造。燃气发电等灵活调节电源较少,从2016年开始我国如表2-1,由于我国抽水蓄能、西北、华北和东北几个燃煤发电占比较高的地区,主要通过燃煤火电机组的灵活性改造,提高火电机组的调节性能,并严格执行火电最小运行方式,为非水可再生能源电力让渡更多发电空间。2016年累计通过火电机组灵活性改造增加了63.7亿千瓦时的非水而可再生能源消纳量;2017年共有26台机组完成灵活性改造,额外消纳了9.3亿千瓦时的非水电可再生能源电力;2019年由火电灵活性改造驱动的消纳量达到了189亿千瓦时2【]截至2019年底全国己完成的煤电机组灵活性改造容量己达到5775万千瓦,其中东。北地区由于补偿政策执行较早,火电企业参与灵活性改造的积极性较高,己完成改造规模3378万千瓦,而华北和西北地区改造进度较慢,改造容量规模为1468万千瓦和92912第2章新配额制下高比例可再生能源消纳相关理论基础万千瓦[63]。根据电力规划设计总院的测算,未来三年我国煤电灵活性改造主要集中在三北地区,改造需求将达到8000万千瓦左右2】火电机组灵活性改造有多种技术路线,按[。目前的技术水平,国内纯凝火电机组最小技术出力一般在左右%50,爬坡率在每分钟1%额定容量左右,改造后可以实现纯凝火电机组最小技术出力达到30% ̄40%额定容量,热电联产机组最小技术出力可以达到40?50%额定容量,爬坡率达到每分钟3%额定容量15]其中,对热电联产机组,通过装备储热罐、安装电热锅炉等方式实现供暖季供热需[。求和供电需求的解耦,并严格控制其按照最小运行模式输出功率,可以大幅提高电源侧灵活性水平。二是自备电厂的发电权替换。在新疆、山东等自备电厂占比较高的省域,通过可再生能源发电商与火电自备电厂之间的发电权替换,也可以有效提高电源侧的灵活性,增加消纳量。在2015年出现严重的太阳能发电和风电限电情况后,2016年陕西、甘肃、青海、宁夏和新疆通过发电权替换,增发非水可再生能源电量分别3.9亿千瓦时、18.9亿千瓦时、5.4亿千瓦时、12.2_亿千瓦时和79亿千瓦时。(2)电网侧灵活性资源利用情况电网侧的灵活性主要体现在电网的互联互通水平和大电网平衡调节能力,主要受三方面影响。一是省域内非水可再生能源并网配套工程。由于电网项目的审批通常滞后于非水电可再生能源项目的审批,在2015至2016年,部分远离电网负荷中心的光伏或风电项目,由于缺乏配套的电网项目,无法及时接入电网,出现了比较严重的窝电情况。近年来,以西北五省为代表的风电、光伏装机大省,己经基本解决了风力和太阳能资源丰富地区因配套并网工程建设滞后而造成的断面限制问题,省级电网的结构得以完善,电网侧灵活性增强。二是省际背靠背联络线和输电通道由于同一地区内相邻省域之间的联系比跨区域的联系更加紧密,扩大省际输电能力成为非水可再生能源电力大范围配置的重要方式,有助于整合区域电网内各省的区位优势,实现区内灵活调节资源的跨省互补,提高区域整体的电力系统灵活性水平。近年来,新建500-7501kv省际联络线容量不断提升,2017年“三北”地区通过累计利用该灵活性资源增加了61.9亿千瓦时的非水可再生能源消纳量。三是跨省跨区远距离特高压输电线路中国己经在全国范围内建设了8条特高压交流输电线路和13条特高压直流输电线路,其分布情况如图2-1。自建成以来主要用于跨省跨区远距离输电,也有一部分可再生能源电力得以实现远距离输送,以2016年为例,全部特高压线路中非水可再生能源输送配比最高的为%29,虽然专门输送非水可再生能源的特高压线路较少且在技术上存在限制,特高压输电通道的建设仍可以增加电网在更大范围内配置电力的能力,进一步提闻电力系统电网侧的灵活性。13华北电力大学博士学位论文\—\、。_5,厂rV?/6\,o.lSNo.ij^No.21..N〇.3?.(J±8狐V直流n?、、/?//p—f、.T]\??rA換流站r- ̄::^^s水电站y.:..0^1(丨(丨交流1变电^7?站■■■■(.?;图2-1特高压线路分布图DFig.2-1istributionmapofextra-highvoltagelinesI丨南海诸岛(3)需求侧和储能测灵活性以需求侧响应和可中断负荷控制为代表的需求侧灵活性资源引入国内较晚,尚处于起步发展阶段。储能侧资源由于投资成本较高,目前小规模试点电化学储能项目较多,大规模应较少商业用项目[64_69]抽水蓄能的建设条件受当地自然环境的制约大、建设周;期较长,短时间内能投入运行的容量有限【7?75】。截至2020年,西北地区仅陕西、宁夏和新疆有在建抽水蓄能电站容量520万千瓦,无在运容量。目前我国在运抽水蓄能电站装机规模3179万千瓦,在建规模5463万千瓦,预期年到2025,在运装机总规模将达到6200万千瓦[76]。2.2基于新配额制的可再生能源消纳优化研究(1)演变历程可再生能源配额制的引入和演变可以分为两个阶段。从2007年开始对电力供应商的可再生能源装机容量和发电量占比进行评估,即通常意义上的发电侧配额。2012年和2014年对多主体配额制的政策框架进行了更新,明确了政府承担实施发电侧配额过程中的行政责任,而电网公司和发电企业则分别履行配合执行和合作的义务。这一阶段的发电侧配额政策激发了大规模的风力和光伏电站建设热潮,但并没有前瞻性地考虑到装机规划与消纳能力相匹配,对2015-2017年集中出现的大规模风电和太阳能发电限电问14第2章新配额制下高比例可再生能源消纳相关理论基础题,并没有给出理想的解决方案。随后,在2018年3月23日发布的第一次配额制政策修订方案中,将配额考核的评估对象和指标从发电侧转为需求侧|77强调配额的考核评],估完全以强制性可交易绿色电力证书为媒介进行。2018年11月9日国家发改委正式发布《可再生能源电力配额及考核办法》,与该年度第一次政策修订相比,第二次修订方案在绿色电力证书的交易规则上更加具体〖78]。这一版修订方案一定程度上代表了中国官方发布的最接近国际通行可再生能源配额制的政策文件。2018年年底,以《关于试行可再生能源配额制的通知》形式发布的第三次配额修订方案公布[791。相较于强力的第二版方案,配额考核不再坚持实行强制性绿色电力证书交易,而是以实际物理消纳量(列入实际电力电量平衡的消纳量)为主,自愿绿证交易为辅的评估方式,强制绿证再次搁浅。随后在2019年5月,最新修订的《可再生能源电力消纳保障机制》正式公布4[]延续了直接考核消纳量的方法,自愿绿证交易和超额消,纳量直接交易可以作为补充方式,辅助责任主体完成消纳责任权重,虽然形式上已经颇具中国特色,但政策原理仍与国外普遍实行的可再生能源配额制类似,因此本文将可再生能源电力消纳保障机制及其包含的消纳责任权重分配和考核方法,称为新配额制。(2)基于可再生能源电力消纳保障机制的新配额制由各省负责根据新配额制规定,各省级行政区域的消纳责任权重将每年分配一次,组织实施和评估。省域消纳责任权重,可通过预测省内发电、省内用电的可再生能源电力并网发电量,省外发电、省内用电的净输入可再生能源电力电量,及省内电力负荷水平和年用电量提前一年滚动计算。省域内参与配额考核评估的责任主体有两类:一类是各种售电公司,包括不拥有配电网经营权的独立供电公司、隶属于省级电网企业并直接向终端用户供电的供电公司,第二类是通过电力批发市场购电的电力用户以及拥有自备电厂的高耗能企业。鼓励各类责任主体,在其电力需求或供应总量中相应购买或出售与所在省域分配的省级消纳责任权重相同比例的可再生能源电力。按照己经发布的2019年至2020年各省最低消纳责任权重指标和激励性消纳责任权重指标,新配额制已经正式开始运行和考核,这标志着中国的可再生能源配额制的考核重点由发电侧转移到需求侧。新配额制有以下三个主要特征:一是优先鼓励就近消纳。新配额制明确鼓励电力净输出省份应优先考虑最大限度地就近消纳,其他电力净流入省份应优先考虑充分消纳附近的可再生能源,然后最大限度地跨省或跨区域消纳。新配额制引导所有责任主体深入开发就近消纳潜力的背景。中国的能源资源和需求逆向分布的特点决定了华北、东北和西北地区可再生能源资源大规模、集中式的开发利用模式,由于资源富集区一般远离负荷中心区,过剩的电力供应需要通过电网在更大范围内配置[80?。然而,长期以来一直由各省组织电力电量平衡,发电计划是在地方政府的领导下制定的,在以计划为主的模式下,省级经济利益驱动的行政干预阻碍了电力的跨省交流。虽然中国正在积极推进发用电计划的有序放开,但计划电量占基准小时的比例仍高居不下。火力发电计划和交易合约计划的刚性执行降低了电力供15华北电力大学博士学位论文.求实现实时动态平衡的灵活性,限制了可再生能源的电力输出。此外,“三北”地区可再生能源的物理输电能力不足,仅占可再生能源装机容量的%22,并且还常被燃煤发电基地的输电任务所占据。虽然中国正在加快电力行业的机制改革,但全国统一的电力市场还没有完全建立。有利于打破省际壁垒,促进跨地区、跨省区用电的市场机制尚未形成,在这个市场过渡阶段,大范围的跨省跨区消纳容易被技术和市场等条件制约,就近消纳反而比较可行。二是以直接考核物理消纳量,取代强制性绿证交易。国际通行的配额制通常是和强制性绿色证书交易机制绑定,特别是在美国加州和英国那些拥有成熟电力市场的地区或国家。其运行机制一般是用强制性绿色证书代替实物测量,用证书的数量来反映承担配额主体的完成业绩[33]。电力公司将承担配额义务带来的实现成本通过终端销售电价传导出去;如果电力公司未能达到配额目标,应支付高于购买可再生能源或证书成本的罚款。然而在中国特色的新配额制中,RPS和TGC之间的联系被削弱,优先鼓励各省在省级电网公司的组织和技术支持下,在省级能源局的统一管理下,通过实物电量平衡完成责任消纳量。就近消纳和积极的跨省或跨地区消纳都有助于提高实物消纳电量。新配额制为责任主体设计了两种辅助完成责任消纳量的市场化措施,一种是直接向超额完成责任消纳量的市场主体购买超额消纳量。另一种是与陆上风电和光伏发电等绿色发电企业进行自愿绿证交易,购买的绿色证书所折算的等额消纳量也被记入责任消纳完成量。各省域内市场主体购入超额消纳量或绿证折算的消纳量之和计入一个省的市场化总消纳量,超额完成本省域责任消纳量的省域内市场主体可以向省外责任主体售出超额消纳量凭证,这比全国范围内的强制性绿证更具独立性,也便于直接考核计算。其中,消纳责任权重分配和高比例可再生能源消纳的关系如式(2-1)至式(2-6)。CA+RP+TGComJ=fSJT-wf(2-1)rlTComfCIndi=(22'){f-wf)A+EJ=LTJ(23-)GCTAf=arff(24-)REE+Uf^ff(25-)TREfiratiO=26-()式中Com[—省域i在时段T的总消纳完成量;Af—省域i在时段r的总实物消纳量或物理消纳量;Lf—省域i在时段r的输入可再生能源电量;El—省域i在时段T的本地发本地用可再生能源电量;RPSf—省域〗在时段T净购入的总超额消纳量凭证折算电量;16第2章新配额制下高比例可再生能源消纳相关理论基础TGCI—省域i在时段r净购入的总绿色电力证书折算电量;wr—省域i在时段r的免考核社会公益电量;GAJ—省域i在时段r的目标消纳量或责任消纳量;Tarf—省域i在时段T分配的消纳责任权重;C!—省域i在时段T的用电量;^—省域i在时段T的外送可再生能源电量;Indf—省域i在时段T的消纳比重;ratiof—省域i在时段r的可再生能源渗透率。高比例可再生能源消纳中的“比例”可以是装机容量占比、发电量占比,还可以是累计时段内发电量占用电量的平均占比,也就是通常定义的可再生能源渗透率,本文研宄涉及的“高比例”即为高可再生能源渗透率。新配额制分配的省域消纳责任权重水平、省域实际完成的消纳比重以及同一时段内可再生能源渗透率是三个互相制约又彼此促进的比例参数。通常高可再生能源渗透率意味着高消纳比重和高配额完成水平,高消纳责任权重水平又激励各责任主体高消纳比重完成责任消纳量,也有可能带来可再生能源渗透率的提升。绿色证书及超额消纳量交易和高比例可再生能源消纳的关系如式(2-7)至式(2-8)。5+¥+5丑m丁tco=—w—27-;)(1)j().moc]mj—+T(l-r)u;(28')jBT(Tj5-j)式中comj主体j在时段Z的总消纳完成量;B)—主体j在时段i购入的可再生能源电量;S]主体在时段i售出的可再生能源电量;BRPS]—主体j在时段i净购入的总超额消纳量凭证折算电量;BTGCI—主体j在时段;t净购入的总绿色电力证书折算电量;w)—主体j在时段t的免考核社会公益电量;—主体j在时段f的自发自用可再生能源电量;TB主体j在时段i的总购入电量;]TS)—主体j在时段i的总售出电量;丁—主体j的类别。其中,T取值为〇时代表售电公司等第一类责任主体,取值为1时代表电力用户等第二类责任主体。消纳责任权重按省域分配后,各省按照本省域特点制定省域可再生能源消纳保障实17华北电力大学博士学位论文施方案,将消纳责任权重直接以不低于省域消纳责任权重水平均等分配或按照各类市场主体消纳能力、贡献率进一步差异性分配,督促省域内市场主体可再生能源消纳量的完成和交易。根据2021年北京电力交易中心发布的可再生能源电力超额消纳量交易规则,原则上超额消纳量和绿色证书的交易更多由市场主体来实现,且交易频率不低于消纳责任权重一年一次的考核频率,初期全国交易只开展年度交易,省内交易周期酌情确定但需要与全国交易保持衔接[82]。超额消纳量交易和自愿绿色证书交易是新配额制中用于辅助物理消纳的一种市场化手段,既可以调节高配额水平下省域和对应市场主体的消纳压力,又可以通过正向激励促进更多有能力的主体主动消纳更多可再生能源。三是新配额制以省级电网企业为组织核心。省级电网企业不仅要承担组织实施新配额制的责任,还要作为技术支持方协助能源主管部门滚动制定消纳责任权重的分配计划,同时其供电公司必须承担与责任消纳量相对应的可再生能源购电量。作为强有力的执行组织者和经验丰富的技术支持者,省级电网企业借助其集中的管理模式、全面的数据支持和成熟的技术积累,必将成为强力配额政策的核心。2.3基于系统优化理论的可再生能源经济消纳优化方法2.3.1电力系统优化理论基础基于安全约束的机组组合模型(SCUC)和经济调度模型(SCED)是以系统发电成本最小化或社会福利最大化等为优化目标,在满足机组约束、系统平衡约束以及网络约束等电力系统安全性约束的条件下,制定多时段的机组开停机计划。由于包含机组启停状态等0-1变量,SCUC多基于混合整数线性(MILP)规划求解[83,84]。SCED多与SCUC成嵌套形式,形成多时段的机组发电计划和开停机计划,以满足系统的电力需求和旋转备用的要求[8586]。许多研究为SCUC和SCED在大规模求解问题上的应用奠定了基础,比较有代表性的一是2006年开发的MILP-UC的建模框架对其中的非线性部分做了线性化出力,在此基础上文献23进一步考虑了中国的实际政策背景,并对约束条件进[]行细化。2.3.2基于SCUC和SCED的市场出清模型按提前决策的周期可以分为长周期(未来7天或多天)、日前(次日)、日内(未来15分钟至多小时)和实时市场(未来15分钟至1小时),均可以应用嵌入SCUC和SCED程序的市场出清引擎,提前制定机组开停机组合并在此基础上滚动形成市场出清结果。18第2章新配额制下高比例可再生能源消纳相关理论基础2.3.3不确定性问题的优化方法本小节通过实际问题解释处理不同种类不确定性所适用的优化方法。考虑面向2030年碳达峰的西北地区碳减排问题,理想情况下,区域整体发电量由当地经济发展水平决定,不论是可再生能源机组还是火电机组,不论其机组组合的总发电量多少,只要区域整体度电发电碳排放不断减小,或者维持在一个较低的水平,就可以保证碳达峰目标的早日实现。因此如何减少区域整体和度电碳排放成为当前热门的研究话题。减少度电发电碳排放的主流思路就是让碳排放高的火电机组少发电、让没有碳排放的可再生能源机组多发电。如果从长周期的电量空间来看,火电机组总体出力水平的降低,甚至一直保持最小运行方式,确实可以为可再生能源机组腾出更多发电空间。但是电力系统的电力电量平衡,不仅是一段周期内电量的平衡,更是每一个瞬时状态功率的平衡,而非水可再生能源机组出力的间歇性、随机性、波动性对于机组快速响应能力的需求是分钟级甚至是秒级的,而火电机组将出力压到最小技术出力运行,虽然可以保证充足的可调节范围,但如果爬坡率跟不上响应时长的需求,仍然不能保证火电机组在系统最需要时为风光机组让渡足够的发电空间。仅最小技术出力参数满足深度调节需求而爬坡达不到一定水平响应速度,并不能保证系统短时灵活爬坡需求和机组灵活调节能力的匹配,不能保证风光发电出力波动性的平衡需求。据此,如果选取风光出力变化幅度较大、波动频率较高的一个典型日,按照确定性系统优化方法,如前述SCUC和SCED,可以获得该典型日下满足净负荷波动需求的机组组合出力序列。如果需要通过改进火电机组爬坡速率,实现区域未来一段时间内均可以获得较为稳妥的调度出力序列,仅需对比净负荷波动最劣情形下的优化结果并选取其中的最高灵活度改造水平,即可实现在全部负荷波动情形下保证电力系统灵活调节需求,该临界解相较最优解过于保守,称之为鲁棒解,对应的求解思路即为鲁棒规划模型的基本逻辑I891。火电机组的性能参数决定了,火电机组低负荷率运行的单位发电煤耗远高于满负荷运行的单位发电煤耗,度电发电碳排放也是相同的变化趋势,如果计入火电机组低出力运行为可再生能源让渡出的电量空间,发电侧整体的综合单位发电碳排放会随着火电机组出力的减少而降低。假设容量为W的火电机组满负荷发电时的度电碳排放为心当机组负荷率为时机组发电的度电碳排放为仏若系统中仅包含火电和可再生能源机组,且满负荷发电的火电机组恰好能满足该系统电力负荷需求,则满负荷时的系统度电碳排放为a,机组出力为尤和少乘积值时的系统度电碳排放为;c和6的乘积值。因此,若机组任意出力水平下都满足系统度电碳排放小于山要实现发电侧整体的度电碳排放最低,只需要尽可能保持所有火电机组都时刻以最小技术出力运行,让更多可再生能源机组并网发电,否则有可能出现系统综合度电碳排放的临界点。如果己知这些性能参数,并对改造性能的程度做敏感性分析,即可得到对应某种参数调整水平的区域整体度电碳排放水平,这种后验性的评估不确定性方法与鲁棒规划的事前计入不确定性的方法得到的结19华北电力大学博士学位论文果类似,但思路完全相反火电机组的最小技术出力降低以及火电机组全部按最小技术出力运行,并不严格对应系统度电碳排放的减小,前者只能保证后者实现的可能性提高,但能不能落实还要依靠一定时间颗粒度内机组的快速调节和响应能力。简单假设一个不包含水电、核电的小规模电力系统,如果用电负荷年均每分钟不可预测波动水平在0.5%左右,非水可再生能源出力的每分钟不可预测波动水平在3%左右,那么当非水可再生能源渗透率达到30%,只有火电机组每分钟的平均调节速率高于总投运容量的2%以上,才能实现该系统净负荷的迅速响应和调节;当非水可再生能源渗透率达到50%,只有火电机组每分钟的平均调节速率高于总投运容量的4%以上,才能实现该系统净负荷的迅速响应和调节。目前我国的燃煤发电机组,其爬坡率普遍在0.6-1%/min左右,较少灵活的燃煤发电机组,爬坡率可以达到1-2%/min,更灵活的燃气机组,爬坡率可以达到6%/min,但专门用于系统调峰的燃气调峰电站极少。长期占据电源结构主体地位的煤电机组仅有如此低灵活度的调节速率,即便对于单机容量1000MW的机组而言,按目前最高的爬坡率计算,每分钟可调节的绝对出力范围也仅有20MW,尽管机组最小技术出力可以通过灵活性改造降低到30%甚至更低,机组的调峰深度可以达到MW700-800,在风光出力短时大幅度波动时,依然应对乏力,每分钟的实际可调节范围仅为最高调峰深度的2.5%。从这个理想化的假设推论,改造爬坡率相对改造调峰深度,更迫在眉睫,也更切实可行。如果机组爬坡率在改造后可以达到国际先进水平的每分钟8%额定容量,每分钟可调节的绝对出力范围能达到80MW,即最高调峰深度的10%、机组发电容量的8%。然而,实际电力系统运行过程中,净负荷的不可预测波动,远高于假定的理想数值。如果用大量风光出力或净负荷的实际运行数据做拟合,可以得到一定时间颗粒度内,风光出力服从某一种概率分布的概率,也可以得到单位时间颗粒度内,风光出力波动水平的概率分布,这种己知概率分布的不确定性问题可以用随机规划方法解决。以正态分布为例,若用标准差来评价风光出力单位时间内实际波动水平的偏差值,所有可能概率分布出现的概率乘以对应概率分布所反映的出力波动水平的标准差就可以得到全部历史出力理论上的加权不可预测波动水平。那么鲁棒规划模型或分布式鲁棒规划模型可以确定出一个能应对最大出力波动不可预测水平的最优爬坡率改造方案,这种改造方案不一定是经济最优或碳排放最优的,但一定是最能稳健应对风光出力不可预测波动的[89-99】。2.4基于多尺度电力市场交易体系的可再生能源消纳(1)电能量市场按时间尺度和空间尺度可以将电能量市场分为跨省区中长期市场交易和电力现货交易、省内中长期交易和电力现货交易,目前仍以省间中长期、省内中长期和省间点对点交易为主,交易模式以双边交易和集中交易为主,一般采用节点电价或分区电价结算。目前已试点电力现货市场的机制设计重点主要集中在阻塞管理、阻塞盈余和不平衡资金20第2章新配额制下高比例可再生能源消纳相关理论基础的处理等方面。多尺度电能量市场交易体系如表2-2所示。(2)辅助服务市场辅助服务市场的发展分为两个阶段,第一阶段以“两个细则”+火电机组深度调峰辅助服务补偿机制为核心,旨在通过“计划调用+事后补偿的模式鼓励火电机组参与深度调峰。第二阶段始于2016年东北地区的调峰辅助服务市场试点,建立了区域级电力辅助服务市场的样板。目前的己有多个省区出台了本省域或区域辅助服务市场运营规则,未来的发展方向是进一步引入需求侧资源参与到辅助服务市场。(3)可再生能源参与多尺度电力市场交易情况1)补贴退坡和可再生能源参与电力市场的价格竞争力。可再生能源基金补贴退坡机制对原有的风电、太阳能发电标杆上网电价影响较大,补贴政策调整重点是各类装机的补贴退坡时间表、补贴资金的计算标准以及结算机制,具体可以分为以下几点。一是变资源区标杆电价为指导电价,下调指导电价并设置电价补贴退坡时间,新增集中式陆上风电y海上风电、集中式光伏电站、工商业分布式项目,其上网电价均通过竞争方式确定,且不得超过指导价。二是对于按照上网电价给予补助的可再生能源发电量,补助标准由“可再生能源标杆上网电价和脱硫燃煤机组标杆上网电价的差值”改为“电网企业收购电价和燃煤发电上网基准价的差值”;对于按照定额补贴的可再生能源发电项目,补贴标准仍按定额补贴标准计算。三是各省组织的竞争配置项目后续还要通过电价修正参加全国统一竞价排序,将申报上网电价作为重要竞争条件。四是体现价补分离趋势,按照合理利用小时数核定单个项目补贴额度,达到该项目年度补贴额度上限后该年度不再享受国家补贴,改由电网企业确定和发布补助项目清单。五是凡合规存量项目均纳入补贴清单,保证可再生能源发电项目具有稳定收益。本文将风电和太阳能发电各类项目按电量是否属于全额保障性收购、是否需要国家补贴、是否参与竞争配置、是否需要补贴竞价以及是否参与市场化交易进行归纳总结,如表2-3所示。2)可再生能源直接参与电力市场交易可再生能源机组原则上可以通过跨区现货交易机制、可再生能源发电与大用户直接交易机制、可再生能源发电与火电发电权交易机制、可再生能源跨省区中长期交易机制等直接参与电力市场交易。其中省内现货市场的主要报价方式有两种,一是报量报价,需要非水可再生能源机组降低出力预测误差,二是报量不报价,适用于优先保障可再生能源全额消纳的情况。2019年新能源市场化交易电量达到145〗亿千瓦时,占新能源发电量比重为28.4%,正呈现逐年提高的趋势。(4)其他配套机制其他促进高比例可再生能源消纳的市场化配套激励机制主要有以下几类。21华北电力大学博士学位论文一是考虑到我国省间市场中长期合约物理执行,且正实现由电量向电力转变的现状和趋势,为提高新能源电量在省间外送交易电量中的比例,鼓励新能源与火电打捆互补,主动减小出力波动和偏差的利益共享机制。二是激励可再生能源企业进一步提升其出力预测精度并主动降低系统运行压力的偏差处理机制。三是考虑到相比常规机组适度宽松的新能源发电机组出力预测偏差考核可以鼓励新能源参与电力市场交易,研究制定奖惩只在新能源企业内部收取和分配、不影响新能源整体利益的前提下的偏差考核及奖惩机制。四是大区域和市场范围内优化配置的跨省跨区交易,考虑到我国能源资源与负荷中心分布不均衡的禀赋决定了电力资源需要在大范围进行优化,建设全国统一电力市场、支撑省间电力交易发展己成为大势所趋。五是考虑新能源出力预测精度随预测提前时间减小而提高的特性,在省内优先购电保量保价收购基础上,新能源发电商除了可在中长期市场进行省内双边直接交易并在交割日前留有协商调整合同曲线空间,还能依靠低发电边际成本在现货市场(日前和实时)实现优先消纳。六是灵活性电源投资/改造保障机制。七是引导新能源发电机组主动参与调峰/根据市场供需自主调节发电量、降低系统平衡成本的市场机制。如新能源减出力奖励,即电力供应过剩时风电机组可以主动减少系统出力从电力市场获得奖励,足以覆盖其不减出力的市场获利。2.5本章小结本章从四个方面梳理了与本文研宄内容相关的理论基础,即可再生能源消纳的电力系统灵活性基础、基于新配额制的可再生能源消纳优化研究、基于系统优化理论的可再生能源经济消纳优化方法和基于多尺度电力市场交易体系的可再生能源消纳,其中,电力系统灵活性是可再生能源消纳的现实关键基础,新配额制会激励灵活性资源部署和可再生能源消纳,而基于系统优化理论的高比例可再生能源消纳优化方法则作为主要的研究工具,为后文面向低碳和经济双目标与面向电力市场交易的新配额制下高比例可再生能源消纳优化研究和分析奠定基础。22一5?扫旺^l?ltfi^iss4e<旺K"LB-KSl.^I:lI澉I^M,l1l^友tfII¥钿^¥EJ变ll?1^ns—弈T抽?v^rrK1:雒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̄/Pi^-^V\2Y,hyGusFCPr+Pr++n:t(.i^,k(n)=c[baui()ti}lt23.1),()式中FCit(n)—省域n的机组i在时段i的线性化发电运行成本(万元);本TC—区域发电运行成万元();K折线逼近线性化的分段数;线性化度APk—t力长出区间;pi—每个分段的机组实际出力MW)(;PM—机组i在时段i的总实际出力MW();%分段优化力界!—区间的出下MW)(;ti分段优化的力上界P—MW)(;tfin区间出分段优化的成本下界元C—fmi,区间(万);分段优化的成本上界元Clfin区间(万);分段优化斜率ksz—区间的。条件32.1.约束(1)机组开停机持续过程典型机组组合模型一般默认机组从最小技术出力开始开机或开始停机,机组在开机持续过程和停机持续过程中,出力低于最小技术出力的部分则被忽略,三种状态之间的切换可以用对应的0-1状态变量%」、2/M和表示如式至个状态三3335)--),,(1(1变量取值对应的机组状态如表3-2。=uitiVzui3-3),,1—(titit,:+(43-1)27华北电力大学博士学位论文^ViJ)0{,1}(3-15)表3-2典型机组组合的状态变量取值和机组状态Table3-2Statevariablevaluesandunitstatesoftypicalunitcommitment时段机组状态机组出力yZUtiti.tit,,完成关机指令二〇0101完成开机指令=〇1〇1〇处于停机状态=〇0000稳行状定运态户多:伽0011实际上,开机和停机是两个持续过程而不是一个瞬时动作,这个过程中机组仍有较低出力要参与系统实时电力平衡,从而造成系统可调用机组容量减少,制约可再生能源的消纳。因此,对开停机过程中低于最小技术出力的出力部分进行建模,首先需要对机组状态变量设定新的逻辑关系。本文仍考虑火电机组在停机状态、开机持续过程、稳定运行过程、停机持续过程四个状态或过程中连续切换。其中,将机组以不低于最小技术出力运行的过程定义为稳定运行状态,最小技术出力设定为锅炉不投油稳定燃烧时的机组出力。每个状态和过程中,火电机组汽轮机转子转速状态、机组带负荷状态和可调用旋转备用容量不同。仍沿用典型机组组合模型中三个0-1状态变量的定义,即和分别表示机组“是否处于在运行状态”、“是否处于开机持续过程”和“是否处于停机持续过程”(取值为“”〇表示“否”,取值为“1”表示“是”)。其中,在运行状态时机组出力不为零,包括稳定运行状态和开停机持续过程;开机持续过程指机组从接到启动指令开始到机组出力爬升到最小技术出力的过程,停机持续过程指机组从出力降至最小技术出力开始到汽轮机转速降为零的过程。特别的,机组接到调控中心停机指令之后从稳定运行状态到进入停机过程需要一个响应时间,这段响应时间内,机组仍记为处于稳定运行状态机组接到调;控中心开机指令之后,从不同启动工况下调整进入有出力的开机持续过程,也需要一个响应时间,这段响应时间也计入开机过程持续时间。将机组开机过程持续时间(开机启动时间)记为犯1,停机过程持续时间记为^乃,则考虑两个持续过程后,应将三个状态变量的关系调整如式(3-16)至(3-19)。SUT1^Y2yVi,—Uij—Uu-k=tyl,63-t(1),k=128第3章高比例可再生能源消纳优化模型及应用研究VitZi^UiSDTX—yZ=l73-,i.t?kht1),ur.t(k=l+^Vit,zlA183-(1)V^^^〇it”93-1,^it)it{,(),,机在机持—ytt,式中组i时段z是否处于开续过程;ZM—机组i在时段i是否处于关机持续过程;机在段机状态组时是否处于开运行Ui—iit;,机开机过程持续UST—,组i的时间h();机关机过持续STD组i的程时间(h)。i表3-3本文机组组合的状态变量取值和机组状态TTable3-3hevalueofstatevariableandunitstateofunitcommitmentinthispaperVTb‘SDT1-1,机状机<时段组态^Ukk组出力ziAUi.tuhtyMi—.tk=lk=l处于关机过程<prin〇ii2-[,5^1-]严处于开机过程<尸UT11]-〇iS0[,,处于停机状态=〇ooo--稳定运行状态彡Pmhx00--1开机过程持续时间内,只能记为完成一次开机,停机过程持续时间SDT;内,只能记为完成一次停机,但是两个持续过程中分别有个状态变量1和^7;:个状态变量取值为1。因此,如果仍沿用之前的目标函数形式,一次完整开机过程内的开机成本和一次完整停机过程内的停机成本都会分别被重复计算Srf/次和次,需要将,考虑开停机持续过程的目标函数调整为式(3-20)。MinTC"=X2++MD;(203-)SUCSUTVi-t1SDCzST+FXC1](?)^(n)l4htulAlA(n)];nit,假定机组开停机持续过程中任意两个连续时点之间的爬坡速率保持不变,则机组开停机过程的爬坡速率,又可以表示为机组最小技术出力和开停机过程持续时间的比值,29华北电力大学博士学位论文机组在时段t的实际出力则由式(3-8)调整为式(3-24)。UPrUTS='S123-u:(1)SDPrSDT'1J=223--,,)(^p^^P〇uyiyz)ik=l:K(3-23)—itit(LIit:pi1=pruym(——i.ti,tpitkSUT,423-DTS+1.()+jSUy:(J2[Pr^UDrS-— ̄-f1 ̄〉)i^iUTSj++2^+j23=1=2j式且时机组稳定运行状态时的力表达式仍与2中当%i〇34-出1y===(),,,,(,,式相同;当==i且时〇二机组开机持续过程中第个单位时段初的机组出,力,可以用机组开机过程中的上爬坡速率和该时刻所处开机过程中的时段数来表示;同理,机组持续关机过程中的每个时段的机组出力,也可以用机组关机过程中的下爬坡速率和该时刻所处关机过程中的时段数来表示。考虑以式(3-25)至(3-29)的形式,对机组开关机持续过程中和机组稳定运行过程中单位时间内机组出力的爬升和下降行为进行描述。P^P^Pt,L3-25u()^inP^Puhi)zu+1.f+SD+Prz,i+1]263-[?t.(,(),PPit+RUV+SUy13-27—Z-—it)i.tij,)-(jiitii,P^Pf,.tmt)u(ilVi.,z23-8i):i(P^PitRD一(u.tz一—SDiZit1iL,/ii)it293-:i.t^,()机大式中P—组i在时段i的最可调出力MW)(;、t机在最Pu组i时段i的小运行力出MW();机组的最大技术力Pmax出MW)(;i2机组的最小技术力prin—〗出mw)(;组i在开机持续过程中的上爬速率(MW/h);机坡SU—,机SD—组i在关机持续过程中的下爬坡速率(MW/h);,30第3章高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄机RU—组i在稳定运行过程中的上爬坡速率(MW/h);,RD,—机组i在稳定运行过程中的下爬坡速率(MW/h)。机组开机过程中的上爬坡速率和关机过程中的下爬坡速率(又可以分别定义为启、停速率),将其与稳定运行状态下的上爬坡速率和下爬坡速率区分开,以表示机组开停机持续过程中出力升降行为特征。设定爬坡率时段单位是小时,则式(3-25)至(3-29)成立的几个假设如下。机组稳定运行过程中的出力不高于机组容量、不低于机组最小技术出力;若下一时段机组处于停机持续过程,则当前时段机组最高运行出力不高于停机过程下爬坡速率与机组最小技术出力的和;若机组上一时段为停机状态并且在当前时段处于开机持续过程,则当前时段的运行出力不高于开机过程上爬坡速率。机组开机持续过程又可以按照机组启动工况,即机组开机前已停机时间,分为冷态启动、温态启动和热态启动,以山东省电力现货市场交易规则中的市场参数设置为例,三种启动方式的开机启动时间如表3-4。表3-4启动工况和开机启动时间上限Table3-4Startingconditionandupperlimiotfstartingtime启动工况(h)启动方式开机启动时间上限(h)>72冷态启动20彡10且彡72温态启动12<10热态启动6据此可将式(3.21)调整为式(3-30),在模型参数设置过程中,可以参照对应的启动工况对开机持续过程中的上爬坡速率进行调整。^1sraidPrnUTSt,^2zum>72m=1Smu3SUPUT^<—7n¥72jf01^:Zij3-30),^(in=1hot-1s<i〇prsuT,^7U—1若同时考虑三种启动工况下的开机启动时间,则需要把式中的分段函数,以线性化形式模型束线性化过程如式的至引入到约中,(3-31)(3-34)。++〇>!e{0V},5=1:3(3-3〇;2=1,11)31华北电力大学博士学位论文hot-1waj'm1cold-JUTPfUT+PrUT+PfUTS=nSutnSiu2,iSicu3(3-32)[1s¥IO+cji72t〇2+Mu)^3-33〉:()m=1sE?>i+10a;272c^3(43-3)m=l性辅量;式中分数线化助变%—段函0-1组i时间h();机线性化动SUTl的启hotms\—机组i热态启动时间h();wannms\—机组i温态启动时间h)(;cold机组i冷态启动时间h)(;SUT]——机组i在时段〖前饥小时是否处于关机持续过程;M任意大的数。各容量等级类型机组在三种启动工况下的启动费用也不同,如表3-5。表3-5不同容量机组不同启动方式下的启动费用上限Table3-5Upperlimitofstart-upcostfordifferentcapacityunitsunderdifferentstart-upmodes ̄jl组单机容量(MW)启动方式启动费用上限(万元/台次)1000冷态启动2001000温态启动1601000热态启动120600冷态启动120600温态启动100600热态启动80300冷态启动80300温态启动70300热态启动60据此可将目标函数中的启动成本参数进一步调整为式(3-35)32第3章高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄/cold5YSUC^2^'>72,m=1SUCfb一彡72(3-35)m=1hotsZ^<10SUC?^<m=\同理,在模型求解过程中,可以参照对应的启动工况对单台次启动费用进行调整,若需要将分段的启动成本参数一并引入模型中,则线性化过程如式(3-36)至式(3-39)。++^e〇;23〇1=0{1\/5=13-36);3},:,(,hot1warm-1cold1CSCUC+ueSUi=Ui3-37SsiUJ2,UJ;()?s^l〇^;+72^+Muj^3-38m=1()s^知W+_?,>l〇72u^9(3-3)m=1式中UJ:—分段函数线性化辅助变量;SUCI机组i线性化的开机成本(万元/台次);hotUCS机组i热态启动成本万元台次(/);i机态动成本次SUCi组i温启万元台(/);coldUCS机组i冷态启动成本万元台次/)(;i(2)机组最小连续开机运行时间和停机时间约束线性化火电机组最小连续开机运行时间可以根据电网运行实际按照机组类型统一调整,当前的上限一般设置为单机100万千瓦级机组为10天、60万千瓦级机组为5-7天、30万千瓦及以下机组为3天。未来随着高比例可再生能源并网,火电机组的最小连续开机运行时间将大幅缩减,但限于火电机组的性能,机组组合模型中仍必须要考虑带有0-1整数变量的最小开机运行时间和最小停机时间非线性约束,其一般形式如式(3-40)和式(3-41)。UT)U—j)=0(403-)iDT04(_i))(u,m—=3-t1(),33华北电力大学博士学位论文式中%<表示机组在时段t己经连续开机或停机的时间。当上一时段己连续停机或开机运行时间不足最小停机或开机时间要求时,当前时段仍要继续保持停机或开机;只有己连续停机或开机运行时间不低于最小连续停机或开机运行时间时,才能接受相反的调度指令进入开机或停机过程。为实现大规模机组组合的快速求解,有必要提前将其线性化本文参考文献和文献将其线性化结果表达如式式000。111](3-42)至(3-49)。[][L‘J^l—=043-2)((k^UTrl左i+=l…r—C/Ti+l(3-43),t=k?彡[7T改-,2T^VTUT+uuV ̄T…^2,A=—2i,443-.k;i,()t=k^rmUnXmnil,-u^o)3-4w、5)(^U〇=463-it(),/.=1+DTk ̄l1—^DTyF+TDT+Z^kl1=—43-(ki,,i(7)itk=^TUkTDT+2—…,T(3-48)t=b—=一jti,^Frmn-li,4j-y)(式中im—机组〗最小连续开机运行时间a);U?—机组i在优化期初始阶段己连续开机运行时间(h);—机组i在优化期初始阶段的在运行状态;机组最小连续停机时间DT.?h)(;,—zs?—机组《在优化期初始阶段己连续停机时间(h);Fz最小连续停机时间的线性化参数;L.—最小连续开机运行时间的线性化参数。,(3)计及省际传输容量约束的电力实时平衡东北、华北等资源富集区,但往往本我国高比例非水可再生能源主要集中在西北、地消纳能力有限,需要安排区域内跨省消纳和跨区消纳。本文在不考虑系统潮流分布的34第3章高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄情况下考虑区域间联络线传输容量和区域外联络线传输容量约束(设定输入时输送功,率为负值而输出时输送功率为正值),其中省域间输电通道的输送可以是双向的,且区域内外送省域和输入省域的外送和输入功率绝对值相等。省域《在每一时段(的电力实时平衡可以表达为式(3-52)。水电机组、风电机组和光伏发电机组的约束分别如式(3-50)至式(3-58)。^^u,5hcxnnload、P+P+P+P+PPP+^^Tnn+Tnnnnfnn-lt='n;(i(),(),()t(),(),()m(t,)).ti'035-1=nml=l=()VeGVmeTneni)i(7ei(),T^n ̄'T'(n)^f'(n)53-{)(1)T7彡T'彡T:'\/meTie(n)(3-52)nnm,t(,、M'M'yTf=STmt{nn)^nnm,(,\(3-53)^2^),/m=1m=1Lt彡pi(3_54):h°hP^P<、nt(=〇tt(3-55)),A+A++A“r¥S(n)63-5n,+1(…n)Z\(n)())i+P+PPnt(753.nt()=:(n)())P+PP〇nt(*58))t(n)=n<()式中r(n)—省域n最大区外送电容量MW();—省域n区内联络线最大输电容量(MW);段域实外功T'nt()—在时i省n际区送电率MW)(;A在时段域联络线外省域功率Tm'—t省n区内m送'的MW)(nn)n;,Tie(n)—省域n所有区内联络线的集合;—省n所有火电组的合;域机集Gen{n)—在时段f省域n全部风力发电组的总出力(MW);机Pnt()机Pnt()—在时段i省域n全部光伏发电组的总出力(MW);35华北电力大学博士学位论文机Pnt{)—在时段i省域《全部水力发电组的总出力(MW);Pitn)—在时段i省域n全部抽水蓄能发电机组的总出力(MW);nuPnt(—在时段i省域n全部核电机组的总出力MW());loadPt(n)—在时段i省域n用电负荷MW)(;wcPnt(—在时段i省域n风电限电功率MW();)k(n)—在时段t省域n发电太阳能发电限电功率(MW);段域发功率P:(n)—在时t省n风电理论可MW)(;s在时段i省域n太阳能发电理论可发功率MW();Pi(n)—在时段省域水机组最大技术力P'——0i?I电〇的出MW)(;—在时段丨省域水电机组〇的最大技术出力(MW);E(n)—一定周期内省域n的全部水电机组发电量上限(MWh)。(4)基于净负荷的备用约束在可变可再生能源较少的系统中,火电机组预留的上、下旋转备用容量主要是为应对用电负荷陡升或陡降,调度控制中心可以根据实际运行情况即时调用。因为处于旋转备用状态的机组汽轮机转子还在转动,并没有进入停机状态,可以快速响应负荷变化,迅速拉升或压低机组出力。每个时段机组预留的旋转备用容量一般表示为该时段负荷与一定比率的乘积,根据系统运行情况调整。此外,为应对机组的突发故障,一般还会预留一部分机组容量作为事故备用,预留容量不低于可能的最大故障容量。因此,机组组合模型中还会将旋转备用容量和事故备用容量纳入约束,如式(3-59)至式(3-61)。Ru+R^^Pu-Pu3-59()^+loadY2RVit,n(),ie(7(n)63-0)(iPy^^G>i%tG'(n)63-1)i(gifi=='式中R—机组i在时段f预留的正旋转备用(MW);u组i在时段*留的负旋备用MW)(;机预转R—u36第3章高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄i省域n基于用电负荷的正旋转备用率(%);/组i在段i预留的急故备用(MW);机时紧事R,j故机机域能障在时段省可突发组的组力PV—ri)出MWi)(;—省域n可能突发故障的机组集合。当高比例可变可再生能源并网后,由于其出力的间歇性、波动性和随机性,常规机组不仅要响应负荷的变化,还要时刻跟随可变可再生能源出力的变化调整出力,以实现系统实时平衡。目前的预测工具己经可以根据历史数据和天气条件较为准确地预测可变可再生能源的理论发电出力,本文将这一部分出力纳入火电机组旋转备用容量约束,且进一步将旋转备用容量分为正备用和负备用,可以在长周期和日前制定机组启停计划阶段,减少火电机组开机数量,最大限度消纳可变可再生能源。调整后的系统旋转备用容量约束如式(3-62)至式(3-65)。Ahiq+R(3-62).+^■rioadswPPPV*eG(n)(3-63)nt()—t(n)—n(),iiL.-(643-)^—rioad ̄sw^PPPV7eG(n)(3-65)nnn;(—t(—t(),i))L-i式中Ru—机组i在时段i预留的负旋转备用(MW);9一省域n基于净负荷的正旋转备用率(%);7—省域n基于净负荷的负旋转备用率(%);基于净负荷的两个旋转备用约束,就可以为高比例可再生能源消纳预留充裕的消纳空间,而且将机组的旋转备用容量单独列示出来也有助于研宄每个时段机组旋转备用容量资源的调用情况,或机组在旋转备用市场投标和中标的情况。综上所述,无省域内网络约束,但考虑省域间联络线传输容量限制和区外传输容量限制的跨省协同机组组合和经济调度的基础模型己经构建完成。该模型己经将含二次项、0-1变量和分段函数形式的目标函数和约束条件进行了线性化处理,便于对大规模机组组合问题快速求解。还设计了基于预测净负荷的旋转备用容量约束,以充分应对高比例可再生能源并网消纳的场景。37华北电力大学博士学位论文3.2西北地区案例介绍3.2.1数据库来源我国西北地区可再生能源资源禀赋富集,长期以来都是集中式大规模开发利用可再生能源的重点地区,有独特的电源结构、负荷特性以及电网结构。为了得到更切合西北地区实际电力系统运行的模拟场景,在引入本文模型前,首先介绍贯穿本文研宄内容的研究对象,即面向西北地区2030年高比例可再生能源消纳的案例。本文案例是基于含高比例可再生能源的标准测试系统HRP-3建立的1G21Q3:LHRP-,8[()38(HighRenewablePenetration)是由清华大学电机系开发的含高比例可再生能源的38节点标准测试系统,该系统非水可再生能源容量占比47.2%、电量渗透率高达30%,给出了面向我国西北五省地区未来10年输电网拓展规划的现有网架拓扑结构和交直流待选线路。系统提供了2030年我国西北地区高比例可再生能源渗透的预测场景下全年8760时点的负荷和风光出力序列,相比于广泛使用的IEEE标准测试系统,无需额外添加风光机组且更贴近中国电力系统调度运行实际和西北地区电源、电网和电力负荷特征。该系统节点结构及非水可再生能源装机分布如图3-1。本文采用该系统提供的西北五省750kv电网主网拓扑结构脱敏数据,在不改变系统节点结构和机组容量的基础上,对部分节点对应的火电机组单机机组容量进行了调整,火电机组数量由原来的297台调整为305台。根据其他文献资料和实际电厂调研获取的数据,按容量拟合了多组火电机组不同负荷率下发电运行成本与发电出力、度电发电运行碳排放与发电出力之间的二次函数关系,将其作为模型输入的重要参数。采用算例中对2030年365天典型日的聚类结果,按筛选出的24个典型日对应的出现概率,加权计算一天24时点的出力和负荷序列,并按5个省级区域和38个节点分别汇总时序数据,在不考虑潮流约束的假设下,分别基于省域间联络线输电容量限制和节点间传输线路容量要求,引入按区域和节点实现电力平衡的约束,从而测试多地区联合的大规模机组组合及经济调度模型。3.2.2电网结构相关参数设定电网的拓扑结构如图3-1所示,共有D1至D5五个省域,其中D1的电网结构对应新疆,D2对应甘肃省,D3对应青海省,D4对应陕西省,D5对应宁夏;共有38个网络节点。每个节点所对应的负荷和发电均在节点旁有标识,节点B1和B22不与主网连接,自发实现发用电平衡;除B3、B8、B21以外全部与主网连接的节点,既有发电出力又有用电负荷,其中:节点B21只有发电出力没有用电负荷,节点B8只有用电负荷没有发电出力,节点B3既没有用电负荷又没有发电出力。案例中考虑了各省域间跨省输电通道的互联,38个节点网状连接形成的206条线路中,共有跨省线路(起止节点不在同一省域)24条,其容量参数和起止省域如表3-6。38第3章高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄该网络拓扑结构的输电线路电压等级为750kv,高于此电压等级的输电线路未在拓扑结构中展示,但在本文案例中将这类线路归为区外输电容量,作为参数引入模型中;此外,本文案例不考虑省域内或区域内低于750kv的电网结构。表3-6跨省域输电线路容量参数和起止省域TCable3-6apacityparametersoftrans-provincialtransmissionlinesandstartingandendingprovinces线路名称起止节点线路常规容量(MW)线路紧急容量(MW)起止省域L10B5B925004000DID2Lll25004000DID2B5B9L50B7B825004000DID2L51B7B825004000DID2L28B3B1625004000DID3L29B3B1625004000DID3L14B14B2725004000D2D3L15B14B2725004000D2D3L81B14B2725004000D2D3L82B14B2725004000D2D3L4B14B2825004000D2D4L5B14B2825004000D2D4L38B14B2925004000D2D4L39B14B2925004000D2D4L83BI4B2925004000D2D4L84B14B2925004000D2D4L97B14B2825004000D2D4L98B14B2825004000D2D4L30B15B3525004000D2D5L31B15B3525004000D2D5L52B17B825004000D3D2L53B17B825004000D3D2L58B25B1325004000D3D2L59B25B1325004000D3D23.2.3电源结构相关参数设定原HRP-38系统电源结构中,低容量火电机组较少,有单机容量1000MW煤电机组213台、500MW煤电机组4台、600MW煤电机组1台,共计煤电机组218台;有单机容量600MW气电机组66台、500MW气电机组12台、400MW气电机组1台,共计气电机组79台。保持系统各节点火电机组装机容量不变,将对应节点的火电机组数量、单机容量和类型调整后,本文应用的案例中有火电机组305台,其中单机容量1000MW煤电机组209台、600MW煤电机组5台、300MW煤电机组12台,气电机组保持不变。除火电机组外,调整前后系统所含水电机组、风电机组和太阳能发电机组对应的节点位39华北电力大学博士学位论文置、装机容量和机组数量均保持不变,其中水电机组132台(常规水电站12座,不含抽水蓄能)、风电机组2208台(风电场34座)、太阳能发电机组3571台(太阳能发电站52座)。案例中各省域/区域电源结构和尖峰负荷如表3-7,2019年西北地区省域和区域实际电源结构和尖峰负荷如表3-8。表3-7案例中各省域/区域电源结构和尖峰负荷Table3-7Provincialorregionalpowerstructureandpeakloadinthecase有』1^'义 ̄ilWlWm¥WmT(Dl)(D2)(D3)(D4)(D5)地区电装机KX(GW)8116067123l火电装机(GW)140.522.51549.634261.6-煤电装机(GW)1250515..1142.626215.6煤机组数量-电11822628114326-气电装机(GW)25247846气机数量-电组4247121479风电装机WG()52.832.154.622.222.2183.9太阳能装机WG(4836.66)910.8110.4总计装机(GW)259.3103.21066.86.867622.9尖峰负荷GWl5277239300jj()]表3-82019年各省域/区域实际电源结构和尖峰负荷TAable3-8ctualpowerstructureandpeakloadofprovincesorregionsin2019ZZZWZ有』必桃ilWmm¥W(Dl)(D2)(D3)(D4)(D5)地区 ̄水电装机(GW)941L93^9043Z8火电装机(GW)59.620.738.42.131157.1-煤电装机(GW)58.7220.623751155.47.42.0730.3-气电装机(GW)0.830.080.00011.63.0.71风电装机(GW)196.143.65.311.253.7太阳能装机(GW)298.21.10.19.49.249.8总计装机(GW)9752.737.162.453296.8尖峰负荷(GW)33.695.25913551.3.1各类型装机在系统内的分布如图3-1,其中特别注明了风电和太阳能发电机组的节点位置;本案例高非水可再生能源装机占比、高非水可再生能源并网发电量占比的特征,如表3-9,系统各省域可再生能源并网比例较高,与2030年全国风电、太阳能发电装机容量要达到12亿千瓦的规划目标非常契合。其中,青海省非水可再生能源渗透率己达到58%,风电和太阳能发电装机最少的陕西,非水可再生能源渗透率也己达15%,远高于2019年的实际水平,如表3-10。40第3章高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄^±J9”1B1SD1|!_B4[tI宁^±B3B5一-个B6_nr1 ̄s!〇2—,辛二一03ej〒-it^e-!i^s[ESe!eB22sim811sr-x;—^^^J^s5si—B27I[D4厂b3〇-<0—D5^」31^5L6!__4B3B3S图3-1案例中西北地区电网节点结构及非水可再生能源装机分布图Fig.3-1Nodestructureandnon-hydrorenewableenergyinstalledcapacitydistributionmapofNorthwestpowergndinthecase表3-9案例含高比例非水可再生能源的特征Table3-9Characteristicsofhighproportionofnon-hydrorenewableenergyinthecaseHWMX^irii^地t(Dl)(D2)(D3)(D4)(D5)区风年发电量电W(T11880122022252h)风电年利用小时h()245221891995216820742280风电渗透率(%)172575814太能年发量阳电(TWh)8253943637302太阳能年利用小时(h)154516661718164216471642太能发渗透率阳12电%(1751101316)非再生源装机容量水可能10】69613133294WG()非水可再生能源发量电W(T1991341065659554h)非水可再生能源利用小时h()197719451745179417871881非水可再生能源渗透率(%)29415815223041华北电力大学博士学位论文表3-102019年西北地区各省域非水可再生能源运行消纳情况TONCable3-10perationandaccommodationofnon-waterrenewableenergyinorthwesthinain2019 ̄ ̄ii?ii域域ii地西北雀/区_区D(l)D(2)(D3)D(4)D(5)总装机容量(GW)9752.7731.62.453296.8风电装机容量(GW)19.6134.6531.1.253.7风电年发电量(TWh)413.22.86.6831.8.697.6风电年利用小时(h)210717151435156616611818风电渗透率(%)431.7.79.21114.917.2.7太阳能装机容量(GW)10.89.212.19.49.249.8太阳能年发电量W(Th)311.811.15.891.511.61.3太阳能发电年利用小时(h)12131283141196812501231太阳能发电渗透率(%)4.59.1225.410.68非水可再生能源装机容量(GW)30.422.215.814.720.4103.5非水可再生能源发电量(TWh)54.434.622.417.430.1158.9非水可再生能源利用小时(h)178915591418118414751535非水可再生能源渗透率(%)18.826.831.210.327.720.7基于电厂调研获得的在运机组真实参数,如表3-11,经过调整后,全系统226台燃煤火电机组的发电运行成本随发电出力变化的二次成本曲线系数,单台次开停机成本,固定成本,机组发电碳排放二次曲线系数等成本和碳排放参数均在表3-12中提供;稳定运行状态爬坡速率,最小连续开机运行和停机时间,关机和开机过程中的爬坡速率(停机速率和开机速率),机组最大最小技术出力等技术参数均在表3-13中提供,全系统79台燃气火电机组的成本和碳排放参数、技术参数分别如表3-14和表3-15。其中,发电煤耗成本和气耗成本按热值法换算,取1千克标准煤的热值为7000大卡(0.028mmbtu)、1标立方天然气的热值为8500大卡(0.034mmbtu),取单位热值发电燃煤价格为0.5CNY/mmbtu、发电燃气价格为60CNY/mmbtu,换算后得燃煤发电单位标煤耗成本煤0.57CNY/kg,燃气发电单位气耗成本2.02CNY/Nm3。机组供电耗和发电煤耗换算时,取单机容量为或机组厂率为1000MW、600MW和300MW电厂()的用电%/93.°25.53。、和%753.。表3-11各类型火电机组的技术参数取值范围参考基准TRable3-11eferencestandardoftechnicalparameterrangeforvarioustypesofthermalpowerunits ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄机组机组容量最小技术运行爬坡率启停爬坡率最小停机时间最小连续运类型(MW)出力(%)(%/min)%(/min)(h)行时间(h)燃煤%%%1000>45>1<240>06>07..燃煤%%%600>30>06>06>1<120..燃煤%%%300>55>1<72>06>09..燃气%%%300-500>302>17.1<6^^42第3章高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宂表3-12226台燃煤机组的发电成本和碳排放参数Table3-12Generationcostandcarbonemissionparametersof226coal-firedunits发电运行成本系数发电碳排放系数固定成本启停成本报价参考基准/(元/MWh)万万次台三c兀兀e一二h/bad(/)//)(1 ̄60.02686.2472050638-1060.22.51092052563471.17?2300.1118.128543-0.38611060.22.49517322631436?4100.1118.128543-0.38611060.22.39316922130742?470.02686.247205-0.386】1060.22.511020625634848?530128543-.38611060.2702223090.01118.2.395154?590.02686.2472050638-.11060.22.510519424333060-650.01118.128543-0.38611060.224.9717522831766?710.02686.247205-0.38611060.22.510519625134972-830.02686.247205-0.38611060.22.510619824833684?890.02686.247205-0.38611060.22.410118523933290-950.02686.247205-0.38611060.22.4103190244340106?11100.1811.1285430638-.11060.22.392165217301112?1170.02686.247205-0.38611060.22.4101185233317118-12300.1118.128543-0.38611060.22.393167218304134?1410.02686.247205-0.38611060.22.5109204260361142-1490.02686.24720506-1060.22.499.381184233315150?1560.01118.128543-0,38611060.22.4961752223031570.009129.812450-0.2342877.131.458175254387158-1600.046132.964659405-.1956.20.729175218291166-1680.02686.247205-0.38611060.242.102190244338169-1720.02686.247205-0.38611060.22.51082042543447325.534283.56520428843810.04911-0.2342877.1174?76455785941956.20.832204250332110.046110-.77?1801060.27822530810.01118.28543-0.386112.49911810.009143.88661-0.2342877.1341.59178257394182-1840.046132.96465-0.5941956.20.730178221296185-1880.02686.2472050863-.〗0602丨.42.丨0丨丨902383231890.025127.614355-0.2342877.131.561190271412190?1920.0394138.61650954-.1956.207.30190234311】93?1960.02686.247205086-1060.2107.312.5203259358197?20000.1118.128543-03.8611060.22.393168220306208-21000.1811.128543-0.38610160.22.392165211288226?1110.02686.247205-0.38611060.242.104192246342229?23100.118.128543086-]060.22.3911.311642102862320.024122.610033-0.2342877.1341.55164241367233?23800.1118.128543-0.38611060.22.390161207282239?2440.02686.247205-0.38610062丨.2.506丨203259357245-2530.01118.128543086-1060.22.395.31171218297254?2590.01811.128543-0.38611060.22.392166217302260-2650.02686.24720506-1060.242.99.381183231313266-27000.1811.128543-0.38611060.22.393170222308271-27600.1811.12854386-0.311060.22.392166212288277?2810.02686.247205086-1060.242.101.31186235319282?2860.01118.128543086-1060.22.390.31162213296287?29118.1991792854306-1060.22.40.011.38122730943华北电力大学博士学位论文表3-13226台燃煤机组的技术参数Table3-13Technicalparametersof226coalfiredunits,a最小技术最大技术最小开机最小停机时停机速率开机速率爬坡速率//miMWMWMW/(/h)n/h/h(/)(出力/MW出力/MW时间/h/)卜650010007542644636017-2345010007142644636036-4145010007I42644636042?4750010007242644636048?5345010007142644636054?5950010007242644636060?6545010007542644636066-7145010007142644636072?8350010007142644636084?8945010007142644636090-95450100071426446360106?111450100071426446360112?117500100071426446360118-123450100071426446360134?141450100071426446360142?149500100071426446360150-15650010007142644636015718060061213223200158?1604991653001160180166-16845010007】426446360169?17250010007I42644636017318060061213223200174?1761653004116018099177-1805001000714264463601811806006I213223200182?1841653004116018099185-18850010007142644636018918060061213223200190-1921653004116018099193-1%450100071426446360197?20045010007丨426446360208?210360500100071426446卜21216450100071426446360229?23】50010007142644636023218060064213223200233?238500100071426446360239?244450100071426446360245?253500100071426446360254?259450100071426446360260?265500]00071426446360266-270450100071426446360271-276500100071426446360277?28丨50010007丨426446360282?286450100071426446360287-29150010007]42644636044第3章高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄表3-]479台燃气机组的发电成本和碳排放参数TGfable3-14enerationcostandcarbonemissionparametersof79gas-iredunits发电运行成本系数发电碳排放系数固定#本启丨f成本/(万报机组—万元元次/(/h)cbade台7一二三) ̄ ̄ ̄ ̄M7Tfl5.64U60.3688049-0.059432L84L22034345624?334380.368115.648049-0.0594321.8421.1932739534?350.3685611.48049-0.0594321.841.01632739543896?1054380.3685611.48049-0.0594321.8421.19327395124?1330.368115.648049-0.0594321.841.220343411456664?4451110.3685611.48049-0_0594321.841.016336400201-2060.368115.648049-0.0594321.8421.193273954382070.3685611.48049-0.0594321.840.812327395438217?2260.3685611.48049-0.0594321.841.220352419465227-2280.3685611.48049-0.0594321.841.017352419465292?3010.3685611.48049-0.0594321.8421.20348416462302?3053484164620.3685611.48049-0.0594L32841.016表3-1579台燃气机组的技术参数TTable3-15echnicalparametersof79gas-firedunits最小开最小停机停机速率开机速率爬坡速率/机时时¥W间间MWM/MW/h/hMWh//h)W(/h)(/M//)(7?161806001160062060024?331806001160062060034-35150500]】50052050096?10518060011600620600124?1336001806001160062016?164150500115005205001201?2061806001160062060020712040040042040011217-22618060011600620600227-22815050011500520500292?30118060011600620600302-305150500115005205003.2.4负荷特性相关参数设定考虑按省域实现电力电量平衡时,需按照HRP-38系统中2030年全年365天24时点的出力和负荷序列聚类的多个典型日,计算五省域对应24时段的用电负荷、太阳能发电出力和风电出力,如表3-16。同理,若考虑按节点实现电力电量平衡时,需按照数据库中提供的节点负荷占节点所在区域负荷的一定比重计算得出该节点的24时段用电负荷序列,而风电和太阳能发电机组需按照节点汇总,得到该节点对应典型日的24时段风电和太阳能发电出力序列,本文不作列示。由于本文将数据库中提供的风电和太阳能发电出力序列作为预测理想值输入模型中,对应的限电率或弃电率可直接用实际优化出力和实际限制出力计算,用电负荷直接作为参数引入模型中,无特殊说明不可调节。45华北电力大学博士学位论文表3-16各省域净负荷相关参数设定TRfiable3-16eferencestandardofnetloadforveprovincesD];争负荷/MWD2;争负荷/MWD3净负荷/MWD4净负荷/MWD5;争负荷(MW时段货荷太m能风电负荷太阳能风电负荷太阳能风电负荷太阳能风电负荷太阳能风电]81163011238340410790120093012762942202040303930237827427601331633716078232004301268283740173530393020193692400】44763292608]37195970123】275020148230306017754674920155483264708347195720115326454012243021901634515406471701617534413085681964601025272400】2〇130132066183901613436272093072051509602950901037303500140676276421609236923288572056448793544420294730698123丨4348646147141575]367831529912421185213489039022241686431270202214919702685119丨63043836359438985214339460884473145889780314845436141010738651298915956387821150384972210318974859491468858752315839235117611772572155415335388281602379962148227468715510661133189931438123131139128198628198413183845619122832522078335596664775012873106830959144361235138568632029124313636521035806]21780364366994469513466125730916I508I1508418589233088116263710920415754721606367169264504412705169631046143251788519821丨312421242237248丨831271882103632617102044608105381609310462511121691680855258711185537155145597272202672634612984478274812131312209253261271817801806090117385499233760220763丨73741513487973962212631656485030481881061982711951400833924809521830747516495220194919603296114223374H198178032809361142221678895422549631705564782211232657335692086303117】20524129]288052237621821556050203232570036672)926761119344045509180222760182754121019003274403713229164801042339339010009221520177948710017443252603287238938609116837155099762054001660405060144032091027872487433012164356220974719944Q1559327380137430611025843.3高比例可再生能源灵活消纳措施情景设定3.3.1电网侧灵活消纳措施情景设定(1)提高省间输电能力表3-17西北地区各省域电网侧灵活消纳情景设置:省间输电能力TmNrtCable3-17Scenariosettingofflexibleaccomodationonthegridsideofprovincesinowhhaestni:interprovincialtransmissioncapacity" ̄ ̄省域/区域¥i¥S青海宁夏(Dl)(D2)(D3)(D4)(D5)2019年西北地区省间输电能力(MW)300021300430070007000情景1(P丨)240008800040000320008000景奶少门a々卜主青[2(P2)228008360038000304007600电能力(MW)情景3(P3)205207524034200273606840情景4(P4)174426395429070232565814情景5(P5)139545116323256186054651电网的大范围配置能力是电力系统电网侧灵活性的体现。对西北地区而言,省域间联络线容量会限制区域内省间输电能力,进而影响可再生能源电力的跨省域就近消纳,46第3章高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄艮3:可再生能源机组有条件超额并网发电的省域,由于省内用电负荷水平较低,本可以[通过省域间联络线外送计划实现异地消纳的那部分超发电量,因为输电容量的限制不得不少发或欠发;可再生能源发电条件较差且用电空间相对充裕的省域,由于省内用电负荷水平较高本可以通过省域间联络线计划额外消纳的那部分外省可再生能源发电量,因为输电容量的限制不能完全输入。提高区域整体消纳水平,有必要拓展以对西北地区而言,加强区域内的就近消纳,甘肃电网为中心的坚强750kv主网架,减小省间断面输电能力限制,提高省域间互联水平。表3-17提供了本文根据HRP-38算例系统中的线路信息设置的五种省间输电情景,以及2019年西北地区省间主要断面情况和输电能力的实际数据,表中数据表示该省可对外西北地区内其他省域外送或从其他省域输入的最高输电容量。表3-18以情景P1为例,说明案例中五省域省间断面输电能力的具体设置方法,其中:每个单元格中的数值表示两个省域间所有联络线的输电容量之和,从行到列表示跨省输出、从列到行表示跨省输入,每个省域的省间输电能力按跨省输出计入电力平衡(正值表示输出、负值表示输入),输电方向为双向。全部线路容量数据均整理自HRP-38数据库。为统一评估不同灵活消纳措施的效果,均采用按2020年最低消纳责任权重分配的情景,分析新配额制下西北地区各省域消纳指标随省间输电能力提升的变化结果。表3-18情景P]:案例中各省域间输电能力设置方法TmPmable3-18ScenarioI:theethodofsettingtransissioncapacityamongprovincesinthecase-D1D2D3D4DS总输出D101600080000024000D21600003200032000800088000D380003200000040000D403200000032000D5080000008000总输入240008800040000320008000-(2)区外输电容量对西北地区而言,区外输区外输电容量,主要是跨区远距离输电通道的输电容量。电容量一般用于安排外送电能计划,少有调入电能计划,因此并不会对西北地区本地的可再生能源消纳水平产生直接影响。但是,电力调度机构借助跨区远距离输电通道,一方面可以通过跨区的资源配置实现西北地区更高比例的可再生能源机组并网发电,提高受入省域或区域可再生能源消纳水平;另一方面可以通过本地区可再生能源电力和火电的打捆外送,释放西北地区的可再生能源消纳空间,间接提高本地区可再生能源消纳水平。各情景设置的各省区外输电容量如表391-设定依据是2019年西北地区区外输电,线路总容量以及2019年西北地区特高压线路实际外送电量。47华北电力大学博士学位论文表3-19西北地区各省域电网侧灵活消纳情景设置:区外输电容量TriNable3-19ScenariosettingofflexibleaccommodationonthegdsideofeachprovinceinorthwestChina:regionaltransmissioncapacity ̄ ̄i5?^(Dl)(D2)(D3)(D4)(D5)2019年跨区输电线路总容量MW()44710年特高压线路实际输电量2019(TWh)56.217.9041.591.1情景1(W1)75007500750072507500情景2(W2)80008000800077508000情景々卜主旦.公?沾3(W3)8500850085008250850090009000900087509000各情电景容设量置的区外输情情景景(MW)950095009500925095004(W4)5(W5、)情景6(W6)100001000010000975010000情景7(W7)10500105001050010250105003.3.2需求侧灵活消纳措施情景设定为描述系统需求侧灵活性资源参与电力系统调峰的行为,本文在机组组合模型中以可调节负荷替代了不可调节负荷i^(n),以可调节负荷的向下调节水平和向上调节水平a表示可调节负荷的灵活性水平,约束表达式如式(3-66)至式(3-67)。PMn^An^+aPn13-663-(/)()()(1)()it(),TT^ADt23p=n)63-7)i(t=lt=l需求侧灵活性资源主要是具备一定规模、可调节量达到10%额定负荷及以上的用户或负荷集成商。用户侧灵活性资源的调节方向可以是单向的也可以是双向的,S卩:部分资源仅可以通过主动削减甚至中断负荷,助力整体负荷曲线“削峰”;部分资源既可以“削峰”,又可以通过控制负荷水平“填谷”。负荷的灵活调节能力,一般可以用负荷控制水平表示,上下调节的控制水平越高,越能适应高比例可再生能源并网消纳需求。设置西北各省域负荷具有上下调节能力,假设各省负荷上下可调节灵活性水平相同,按可调节负荷灵活性水平为〇%、3%、6%、9%、12%、15%和18%分别设置情景F1?F7。3.3.3电源侧灵活消纳措施情景设定电源侧的灵活性主要体现在发电机组的调节性能,以北欧为代表的区域电力系统,由于抽水蓄能、气电和油电等灵活电源比例较高,电力系统灵活性较高,然而我国“富煤、贫油、少气”的资源禀赋特点决定了低灵活性的燃煤火电机组长期以来以及未来较长时间都占据电源结构的主体地位。2019年我国火电装机占比59.2%,火电发电量占比48第3章高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄68.9%,西北地区新增火电更是占到了全国新增火电装机的31.2%。煤电机组受制于其最小运行方式、短时爬坡能力和启停时间,灵活调节水平较低,目前国内最灵活的煤电机组,其最小稳定运行出力可以达到额定容量的40-50%、最高爬坡速率可以达到额定容量的1-2%/分钟、最小热态启动时间需要5-6小时。如此不灵活的煤电装机,一方面要密切跟踪用电负荷变化,另一方面要及时平抑高比例可变可再生能源并网出力的随机波动,保证电力系统安全稳定地实现电力电量平衡。因此,要实现更大规模的可再生能源装机并网发电、保障更高比例的可再生能源充分消纳,亟需对煤电机组进行灵活性改造。目前国际最先进的燃煤机组最小稳定出力可以达到20-30%额定容量,爬坡速率可以达到3-6%额定容量/分钟,热态启动时间可缩短至1.5小时,本文据此设置火电机组灵活性改造的情景。以案例中设定的305台机组初始最小技术出力(不高于50%)为基最准情景按浮动和设定情景向上%%%%Z(以劣情景Z5为1),5、20、3060ZZ2?5,例,全部机组的最小技术出力参数中,最小值高达47.8%,最高值可达额定容量的87.7%,其他情景的设置方法类似,具体情景设置水平如表3-20。表3-20西北地区电源侧灵活消纳情景设置:火电深度调峰改造情景TNCable3-20Scenariosettingofflexiblepoweraccommodationinorthwesthina:thermalpowerdeeppeakregulationreconstructionscenario机组类型单机容量情景Z1情景Z2情景Z3情景Z4情景Z5燃煤1000MW>45%>47.3%>52.0%>59.8%>71.7%燃煤600MW>30%>31.5%>34.7%>39.8%>47.8%燃煤300MW>55%>57.8%>63.5%>73.1%>87.7%燃气M%%%300-500W>30%>31.5%>34.7>398>47.8.除火电机组的调峰深度改造外,爬坡率的改造也可以提高机组灵活性,二者适用范围不同。调峰深度改造通常适用于应对大调节幅度、长时间周期和低频次的负荷波动调节或者太阳能发电每日昼夜交替过程的出力波动调节;运行过程爬坡速率的改造,适用于应对小调节幅度、短时间周期、高频次的瞬时风光随机出力波动调节;而启停过程爬坡速率或启停时间的改造诉求是应对中等或大调节幅度、短时紧急、低频次的紧急投切负荷或机组波动,这些波动都是预留正负旋转备用容量和事故备用容量等无法满足的不可预测波动。由于本文案例中305台火电机组的爬坡参数可调节范围不大,模型测试过程中也对不同爬坡速率改造方案进行模拟验证,但差异并不明显,未来可对一小时内更细时间颗粒度的机组连续运行状态进行更为精细的建模,并用于调峰深度和爬坡率改造方案的改造效果比较,得出更为经济或低碳的火电机组灵活性改造方案。3.4高比例可再生能源灵活消纳措施经济效果评估3.4.1电网侧灵活消纳措施效果评估(1)提高省间输电能力49华北电力大学博士学位论文随着省间输电能力逐渐降低(P1-P5),以一日运行结果为依据计算的关键性消纳指标变化趋势不同,每降低5%省间输电容量,弃风率从0.7%、1.1%升高至5%并保持不变而弃光率从12%、11.1%降至8.4%并保持不变,消纳比重变化不大,变化幅度在0.1%以内,维持在26.8%左右的水平;发电运行成本保持不变,区域整体单位发电碳排放先降低至429.9kg/MWh,后恢复至430.2kg/MWh,如表3-21所示。可见在高比例可再生能源并网情形下,提高省间输电能力可以使区域整体弃风率降低而弃光率提高,消纳比重和渗透率水平基本保持不变。表3-21西北地区电网侧灵活消纳情景结果:省间输电能力TRNCable3-21esultsofgridsideflexibleaccommodationscenarioinorthwesthina:inter-provincialtransmissioncapacity省间输电能力情景PIP2P3P4P5发电运行成本103164103384103931103931103931风电限电量43547135322273222732227太阳能限电量9643589734679556795567955消纳量13481951352115134880213488021348802弃风率0.71.15.05.05.0弃光率201.11.18.448.8.4消纳比重26.826.826.926.826.8单位发电碳排放430.2429.9430.2430.2430.2渗透率2262826.8^£^^828综上所述,省间输电能力的提升,对改善风电限电情况有明显效果,而对区域整体太阳能限电情况反而有相反作用,这是因为西北区域各省域间都有大面积的集中式光伏电站分布,且资源条件都占优,而风电资源主要集中分布在河西走廊到新疆一带,不如太阳能资源分布均衡,因此虽然区域内省域间调峰资源互联互济的能力提高,但对各省都过剩的太阳能发电来说促进消纳的效果并不明显。此外,提高省间输电能力并不会增加区域整体发电运行成本和度电碳排放,可见在案例设定的约束范围内,P1至P5的输电能力设置并不会大幅改变发电量结构。(2)提高区外输电容量随着区外输电容量逐渐提高(W1-W7),以一日运行结果为依据计算的关键性消纳指标变化趋势不同,每提高500MW区外输电容量,弃风率从0.7%升高至2.5%后逐步率降低到0.6%,弃光纳从降至消12%比重从26.8%升高至27.8%发电运行成%57.,;本从亿元升高至亿元单位发碳排放从低10.3电至410.2kg/MWh,071.,430.2kg/MWh降如表3-22所示。可见在高比例可再生能源并网情形下,提高区外输电能力可以使区域整体弃电率降低、消纳比重提高,可以降低区域整体度电碳排放但发电运行成本提高。综上所述,区外输电容量提升后,区域内风电和太阳能发电的限电情况明显改善,虽然二者的发电量大幅提升,但为了保证系统安全稳定运行和大量非水可再生能源电力的区外输送,与区外输电通道相配套的火电机组打捆输送电量也大幅提高,相应的火电50第3章高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄机组发电量也大幅提高,发电成本对应提升,因此,提高区外输电能力虽然以牺牲经济性为代价,但实现了区域整体消纳指标的改善并达到了区域整体的减排效果,非常适用于未来西北地区高比例可再生能源并网消纳和大规模外送的情景。表3-22西北地区电网侧灵活消纳情景结果:区外输电容量Table3-22ResultsofflexibleaccommodationscenarioinNorthwestChina:transmissioncapacityoutsidetheregion区外输电情景W1W2W3W4W5W6W7发电运行成本103164103310103606104068104738105610106726风电限电量4354160261507213513H45088994021太阳能限电量96435708626391764673598645081546J31消纳量1348195136209613699951370798137767013892701398832弃风率0.72.52.32.118.1.40.6弃光率12.08.87.980.74.63.5.7消纳比重26.827.127.227.227.427.627.8单位发电碳排放430.2420.2428.4426.3424.04451.410.2渗透率26.827.127.227.227.427.627.83.4.2需求侧灵活消纳措施效果评估随着需求侧灵活性水平逐渐提高FF(7),以一日运行结果为依据计算的关键性消-1纳指标变化趋势不同,每提高3%可调节负荷灵活性水平,弃风率从0.6%升高至2%后逐步降低到0,弃光率从11.7%逐步降至0,消纳比重从26.8%升高至28.8%;发电运行成本从031.亿元逐步降低至01.1亿元,区域整体单位发电碳排放从430kg/MWh逐步提高至430.5kg/MWh,如表3-23所示。表3-23西北地区需求侧灵活消纳情景结果:可调节负荷灵活性水平TDNCable3-23emandsideflexibleaccommodationscenarioresultsinorthwesthina:adjustableloadflexibilitylevel需求侧灵活性情景FIF2F3F4F5F6F7发电运行成本103164102513102115101738101507101380101335风电限电量4113607013143766053700太阳能限电量94177622592175012626175100消纳量1350694138065514140911428698144669614489841448984弃风率0.60.92.021.0.10.00.0弃光率7丨1.7.72.71.60.20.00.0消纳比重26.827.428.128.428.728.828.8单位发电碳排放430.0430.2429.6430.5430.2430.5430.5渗透率26.827.428.128.428.728.828.8可见在高比例可再生能源并网情形下,提高需求侧灵活性水平可以使区域整体弃电率降低、消纳比重提高,同时可以在度电碳排放基本保持变情况下实现发电运行成本的5!华北电力大学博士学位论文降低。综上所述,需求侧灵活性水平提升可以使需求侧灵活性资源以更高的调节性能参与到电力电量平衡中,及时跟踪可变可再生能源出力的波动并实现负荷曲线的调整,从而使更高比例的可变可再生能源机组并网发电,从而实现区域整体发电成本的削减,是一种成本较低的灵活消纳措施,在需求侧响应机制引入时机成熟后,可以适用于西北地区高比例可再生能源消纳。3.4.3电源侧灵活消纳措施效果评估随着火电机组最小技术出力逐步增加、调峰深度逐步降低、灵活性水平逐渐降低ZZ(5),以一日运行结果为依据计算的关键性消纳指标变化趋势不同,每提高5%?60%-1最小技术出力水平,弃风率从0升高至45.1%,弃光率从0逐步升高至43.2%,消纳比重从28.8%降低至17.8%;发电运行成本从10.1亿元逐步降低至9亿元,区域整体单位发电碳排放从430.5kg/MWh逐步提高至419.9kg/MWh,如表3-24所示。可见在高比例可再生能源并网情形下,提高火电机组调峰深度水平可以使区域整体弃电率明显降低、消纳比重明显提高,但是区域整体的发电成本和度电碳琲放均大幅提高。表3-24西北地区电源侧灵活消纳情景结果:火电深度调峰改造情景TRNCable3-24esuloftsflexiblepoweraccommodationscenariosinorthwesthinad:eeppeakregulationreconstructionscenarioohftermalpowerplant火电深度调峰改造情景Z1Z2Z3Z4Z5发电成本10133599595961909185689628单位发电碳排放430.5430.5430.2429.7419.9消纳量1448984144898414334931311282811059消纳比重28.828.828.526.217.8风电弃电量00125744638289975弃风率000.26.945.1太阳能弃电量001423493064347951弃光率0064281.11.3.渗透率28.828.828.526.016.1综上所述,火电机组调峰深度的提高,扩大了火电机组发电出力的灵活调节范围,从而使火电机组可以及时跟踪可变可再生能源出力的波动实现自身出力的调整,因此可以大幅改善区域整体电力系统灵活性,实现更高比例的可再生能源并网消纳,虽然促进消纳的效果明显,但考虑到其经济性和度电减排效果较差,面向2030年碳达峰背景下,应酌情酌量选用该项灵活消纳措施并确定合理的灵活性改造程度。3.5本章小结本章首先以传统基于安全约束的机组组合(SCUC)和经济调度模型(SCED)为基52第3章高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄础,对目标函数、约束条件做调整使其适用于大规模机组组合、高比例可再生能源并网情景下一日运行优化决策的快速求解,构建了高比例可再生能源消纳优化模型。随后介绍了以西北地区实际数据和HRP-38数据库为基础的研究案例,该案例提取了西北地区电网结构和电源结构特征,考虑了负荷和可再生能源出力的特性,有电网节点结构复杂、机组数量多和可再生能源占比高的特点。以该案例为应用场景,基于高比例可再生能源消纳优化模型,设定了电网侧、需求侧和电源侧四种灵活消纳措施情景,评估了其促进高比例可再生能源消纳的效果,还分析了其降低区域整体发电成本和碳排放方面的效果。53华北电力大学博士学位论文第4章新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型新配额制背景下,各省可再生能源和非水可再生能源消纳量在用电量中的占比必须达到或超过按省级行政区域分配的可再生能源消纳责任权重,这一方面督促了以省级电网公司为代表的供(售)电侧主体优先组织可再生能源消纳,另一方面也对电力系统的调度运行提出了更高的要求。以SCUC和SCED为基础的调度模型需要进一步引入新配额制的相关约束,因此,本章以第三章优化模型为基础,加入了可再生能源消纳责任权重约束,建立了三种新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型,分别是以区域总发电成本最低为目标的经济消纳优化模型、以区域总碳排放最小为目标的低碳消纳优化模型和以区域购电成本及区域碳排放最小为目标的经济与低碳双目标优化模型,并介绍了各模型参数的设置方法。4.1新配额制的内涵新配额制的考核机制主要包括消纳责任权重的强制考核,是以各省域分配的消纳责任权重为基准,考核各省年度社会用电量中非水可再生能源电力和可再生能源电力消纳量所占比重。以非水可再生能源电力为例,各省实际电力电量平衡中省内发电、省内消纳的非水可再生能源电量,与省域内自发自用非水可再生能源电量,以及省外发电、省内消纳的非水可再生能源输入电量之和,即为该省域实际消纳的总非水可再生能源电量。本文不考虑其中的省域内自发自用非水可再生能源电量,如户用光伏电站发电量、孤岛运行的微网非水可再生能源发电量等。4.2新配额制下高比例可再生能源经济消纳优化模型4.2.1模型构建若不考虑省域内网架结构,在对火电机组优化期初始状态(已停机、己开机时间以及机组在运行状态)、区外输电通道和区内省域间联络线容量限制及其输送功率的可调节能力、输电通道和联络线中非水可再生能源输送配比,以及省域非水可再生能源消纳责任权重等七个模型重要参数进行校验设置后,输出的优化周期为一天的运行测试结果证明,大规模机组组合和经济调度模型需要再引入两个约束,才能适用于新配额制下高比例可再生能源运行消纳。一是新增区外输电功率调节能力约束如式(4-1)和式(4-2),二是新增省域消纳责任权重约束如式(4-3)。m(n)¥TUn;()(4-1)54第4章新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型TT'n'<TD'{n)t^)t(n)-t{(42-)J,J!L1^Pri(n)(4-3)P+Pt(n)T-9n;(^2TmJ(n)^n-t())c>(t=lm=l=^1_式中TUKn)—省域n的区外送电功率单位时间上调能力(MW/h);TDM'—省域《的区外送电功率单位时间下调能力MWh)/(;e—省域n的区外输电通道中非水可再生能源实际输送配比%();>—省域7!的区内省际联络线中非水可再生能源实际输送配比%();dK,—省域n的非水可再生能源消纳责任权重(%)。由于消纳责任权重约束中含有非线性的连续变量乘积,需要进一步线性化处理。Tr(n)^Tmax(n)(44-)etMMTvnnq=maxTmt45-(),MZt()(>^2()fml=rn=1M?(46-)m=lM?(47-)m=l^qtin)Xt(n)(48-)+nbqt()Xt(n)(49-)^XQt(n)n40-1t()()十Xw6X?(几)i()G{〇(4-11),ncqt{++V^qt{n)b=1ncf()0as=bc42-1)?qt{n)),,,,(P+PTr^Pt(n)4-t(n)-n((n)/Cu(n)1-(3))Lt=i」='iNX^(n)=044-1)71二1(55华北电力大学博士学位论文式中Tr(n)—省域n向区外送出的非水可再生能源电力(MW);nr(n)—省域n向区内其他省域送出的非水可再生能源电力(MW):t;emax—区外输电通道中非水可再生能源最高输送配比(%);riax—区内省际联络线中非水可再生能源最高输送配比%)(;qtin)—分段线性化的非负连续辅助变量;X!(n)—分段线性化的非负0-]辅助变量。基于以上内容,新配额制下面向高比例可再生能源消纳的大规模机组组合和经济调度基础模型,己经校验完成,可以根据校验结果,设置合理的模型输入参数和政策情景。422..参数设置模型在新改进的算例系统下正式运行前需要做参数校验,首先对不考虑省域内网络约束的基础模型进行优化期初始阶段输入参数的校验并测试模型可行性、合理性,并根据测试和校验结果对模型进行修正。由于优化期初的机组状态是不确定的,全系统可调用机组优化期初的在运行状态、己连续停机时间和己连续开机运行时间是确定优化期内机组启停和发电计划的三个重要参数。因此一方面需要通过校验参数,找到机组相对合理的初始状态,以对模型优化结果进行评估和比较;另一方面需要验证模型对不同初始状态的适应性,以增加模型的可运行空间和调节裕度。在不考虑省域间输电和(1)初始状态校验:独立省份的省域内自平衡测试。首先分别选择一个省份(D1-D5)的机组数据做独立测试,区外输电、不考虑区域内网架约束的情况下,设置优化周期为一天、机组初始状态为全部在运行。运行结果显示:只有省域D1和D5可以独立完成区域内电力电量平衡,省域D2、D3、D4在现有源荷结构下无法自发实现用电平衡。D1和D5可以实现零弃风、弃光、弃水,实现可再生能源全额消纳,两省域机组发电成本分别为2.96亿元和1.64亿元。若设置机组初始状态为全部不在运行,模型没有运行结果,说明不依靠火电机组很难实现省域内自平衡。(2)初始状态校验:西北地区五省联合测试。选择五省域的机组数据做联合测试,考虑区外输电和省域间输电容量限制、不考虑省域内网架结构,设置优化周期为一天,以随机设定的机组初始状态、迭代测试。发现在50种初始状态设定方案中,仅一种可求解^该状态有以下两个特点:一是机组优化周期开始时的已停机时间高于最小停机时间;二是机组优化周期初始阶段的几个时段,特别是第一个时段,部分节点的火电机组初始运行状态必须设置为在运行。可用于模型测试的初始状态参数设置如附表8。初始状态的参数校验过程证明,对于初始时段不在运行状态的机组,其最小停机时间如果设定过长,则该机组短时间内不能开机参与电力56第4章新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型负荷平衡,导致优化周期的开始几个时段内出现平衡缺额。为保证机组在第一个时段就可以被调用,机组初始状态的己停机时间要达到最小停机时间要求,应将该类机组初始状态的已停机时间设置为不低于最小停机时间,或对最小停机时间进行合理缩减。对于某些节点,优化周期开始的几个时段内可再生能源机组出力较小,若无火电开机运行很难实现负荷平衡,对应的火电机组,在优化期初始阶段必须设置为开机状态,才能确保运行结果满足平衡约束。综上所述,初始状态参数设置要遵循两个原则:一是对第一时段仅依靠可再生能源机组难以实现电力负荷平衡的节点,应设置火电机组初始状态为在运行;二是对第一时段虽然可以实现电力平衡,但优化周期的前几个时段内负荷平衡仍对火电机组有较强依赖,则机组的初始已停运时间应设置为不低于最小停运时间,以保证机组随时可以被调用。该可行初始状态下,运行优化结果显示:在区外输电容量充裕的情况下,区域内各省域间的联络线仍全部满负荷运行,各省域在运行火电机组都以最小技术出力运行,日内新开机火电机组148台次,且全部集中第个段无机划域体在时一,停计整发运行成本为亿元地日内,区电区1:00-18:007.5。D1全弃剩余段满发太能发全弃剩余时段满发地风电,时区阳电0000781-D2;3001-,::,:14:00也发生风光全弃;其余省域风光实现全时段满发。若对风电和太阳能发电的弃电率进行限制,当设定值从1%到10%调整时,区域整体发电运行成本并未改变,即机组启停和发电计划并无调整(仍按最小技术出力运行,日内新开火电机组148台次、无日内停机计划),但区外输电计划有调整。即在不考虑区外输电经济性的情况下,机组可以通过调整区外输电线路的输入或输出功率,来平衡区域内不同弃电率要求下的风光发电出力变化。只要不对区外输电的经济性和调节性能设置约束,模型始终有最优解,与实际运行状态不符,仍需进一步改进模型设置。(3)区外输电容量校验:西北区域五省联合测试。实际上西北地区跟区外联通的输电线路容量是非常有限的,模型试运行前除了对机组初始状态进行合理性校验外,还需要校验和预测该区域电能量外送(或输入)计划,以保证模型运行结果符合传输容量的约束。若进一步考虑区外输电容量限制,对输电容量设置约束,当每个省域外送容量限制在10000MW以内,在%1的弃风、弃光率限制条件下,模型仍然可解,区域整体发电运行成本增加为7.8亿元,区域内机组需要承担更多的负荷平衡任务。机组不再全部以最小技术出力运行,日内新开火电机组148台次、无曰内停机计划,增加的发电成本主要是变动成本。通过反复测试输电容量对运行结果的影响,就可以确定区外输电容量在一定弃电率水平和一定初始状态下的下限。在1%弃电率要求下,每个区域区外输电容量下限设置为1000MW,模型无解,即:在当前机组开关机计划下,在区外输电容量达到一定临界点之前,无法实现1%弃电率要求下的区域内自平衡。通过敏感性分析,可以对比区外57华北电力大学博士学位论文输容量从变化电时MWMW1000-10000,模型的运行结果,从而得到在一定弃电率下区外输电容量临界点的取值范围,如1%弃电率下,每个省域的区外输电容量应设置为7500MW-8000MW左右。据此可以设置一定弃电率下的合理区域外送计划,作为模型的初始参数输入。(4)区外输电功率可调节能力校验:西北区域五省联合测试。实际运行中,跨区的输电计划都是西北网调协调各省调度中心,提前根据系统运行情况制定,每个时段的输电功率的方向和可调节能力是受限制的。若把这一部分参与当地电力电量平衡的功率假想为某台带调节性能机组的出力,则这种联络线功率的调节能力,类似于机组的爬坡功率,是有一定灵活性限制的。若在定义模型参数的过程中,对这一部分功率也假定一个爬坡率的约束,即单位时间内输电功率可调节能力约束,则可以更准确的描述区外输电的特征,输出更贴合实际的运行结果。假设五个省域区外输电的最大“爬坡率”都设置为每分钟1%(即该区域区外输电线路每分钟可向上或向下调节1%输电容量的输送功率),则在各省域7500MW区外输电容量以及弃电率不高于1%的情况下,运行结果为:该区域发电成本提高至8亿元,区外输电计划在连续时段内相对较为稳定,日内开停机计划仍没有变化,部分机组部分时段的发电出力上调。而在相同条件下,不考虑输电功率的调节能力限制,区域发电成本为亿7.9元,且区域外送功率在连续时段内变化幅度较大,不符合区外输电的实际情况。因此,对区外输电容量及区外输电功率可调节能力两个模型初始参数的校验,证明了区外来电或送电可以作为一种电网侧的灵活性资源参与本地区电力电量平衡,但其灵活性取决于输电容量和单位时间可调节功率。(5)区外来电惩罚成本和区外送电调节系数校验:西北区域五省联合测试。为了保证调度运行模拟的合理性,还有必要对区外来电设定成本调节参数,避免该区域电力系统优先调用区外来电实现本地区电力电量平衡。如果不设置区外来电的成本,基于最优机组组合发电运行成本的目标会使模型优化方向趋向于本地区火电机组组合少发甚至不发,而在区外输电通道容量范围内无限制扩大区外调电。然而实际运行过程中,电力电量按省域平衡,各省调度一般仍会优先保障本地区发电容量的调用,在此基础上再考虑区外的调电。即便考虑到西北地区高比例可再生能源的并网发电需求,从全国统筹消纳可再生能源的角度出发需要采用跨区配置,也应该优先挖掘省内灵活性资源的调用潜力和区域内省域间的互济和协同,优先鼓励和保障区域内的就近消纳,在此基础上仍有消纳余力再考虑从区外调用可再生能源电力。因此,在模型中还应该设置一个区外来电的调节系数,使运行结果优先保障区内的发用电自平衡。这种调节系数的设置方法一般是以成本系数的形式设置为目标函数的一部分,即将区外来电的价格作为本地区区外调电的惩罚成本,而区外来电的度电价格一般为双边协商的输入省落地价格,该价格理论上不高于该跨区输电线路配套电源类型对应的输出省当地上网电价,与远距离58第4章新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型跨区输电价格之和。理想情况下,如果设置区外来电的度电价格不高于输入省当地的火电机组平均上网电价,则按经济性最优会优先调用外来电;若外来电价格较高,则本地区仍倾向于通过本地区的火电机组实现发用电平衡。因此,模型测试过程中,本文尝试参照本地区火电机组的平均上网电价设定外来电成本系数,假设区外来电的主要类型为火电,按2019年全国燃煤电厂和燃气电厂的平均上网电价〇.5元/kwh考虑,设置区外来电的平均度电价格初始值为0.5元。也需要进一步设置调节系数进行校验。特别是可同时,区外送电也不是无限制的,再生能源电力电量的跨区外送,需要考虑本地区的消纳责任权重,即本地区可再生能源机组的并网发电量应该在满足本地区可再生能源责任消纳量的基础上再考虑外送,其中责任消纳量一般表示为当地用电量和责任消纳权重的乘积=由于跨区输电线路的电压等级一般较高,其技术特性决定了通道中可输送可变可再生能源发电功率的最高占比。以目前1000千伏特高压交流线路为例,输电通道中常规火电机组或水电机组与可变可再生能源发电功率的输送配比上限为7:3。因此,要实现本地区高比例可再生能源并网发电,当输电通道中的可变可再生能源功率按最大占比输送时,区域内剩余的可变可再生能源的并网发电量应不低于本地区责任消纳量。此因,可以对一定周期内区外送电量与非水可再生能源输电占比的乘积和本地区最大可外送非水可再生能源电量的差值设置惩罚系数。其中本地区最大可外送非水可再生能源电量为本地区非水可再生能源的并网发电量与本地区最低非水可再生能源责任消纳量的差值。理想情况下,可以对区外送电和外送输电通道中可再生能源的输出电量占比形成一个合理的约束,而且对区域内火电机组的区外送电计划不会有较大影响。这是然而实际测试过程发现,区外来电的成本函数容易使区外送电量趋于最大值,因为本文参数校验过程中,已默认将区外送电电能计划视为内生变量;对超额外送本地区非水可再生能源电量设置惩罚系数,又增加了模型中非线性的分段函数,使模型求解难度大幅提升。因此,有必要新增一个可以取代区外来电成本系数和超额外送惩罚系数功能的模型约束。西北区域五(6)非水可再生能源消纳责任权重和非水可再生能源输送占比校验:省联合测试。就本文模型而言,直接将非水可再生能源消纳责任权重和输电通道非水可再生能源输送配比,引入到模型中,以强制的约束,替代惩罚函数和成本系数的调节作用。运行结果显示,当外送输电容量设置为7500MW,若仅统一设置各省消纳责任权重为10-15%,不设置惩罚系数和外来电成本,则即便按照最大的非水可再生能源输电配比(区外30%、省间40%)向区外或省外送出非水可再生能源电力,本省域剩余的非水可再生能源并网发电量仍不低于本省最低非水可再生能源责任消纳量,此时区域整体的发电运行成本为7.8亿元。若各省消纳责任权重统一设置为25%,发电运行成本为8.3亿元。消纳责任权重从高到低设置时,达到15%左右的临界点会使消纳责任权重的约束59华北电力大学博士学位论文失效,和不添加消纳责任权重约束前的运行结果相同;达到25%左右的临界点,运行结果对消纳责任权重的设置非常敏感,每0.1%的消纳责任权重变化,都容易使模型丧失可行解,当消纳责任权重统一设置为25.1%时,运行模拟结果为发电运行成本提高至8.4亿元,而提高到25.2%时,模型无解,其中发电成本的变化主要是机组组合发电计划和区外、省域间输电计划共同调整的结果。因此,各省消纳责任权重约束、省域间联络线和区外输电线路中非水可再生能源输送配比约束,同样保证了各省域区外送电计划、省域间联络线计划在合理范围内变化,而不需要额外引入区外来电的成本参数和超额外送的惩罚系数。4.3新配额制下高比例可再生能源低碳消纳优化模型模型构建43..1(1)计及省域互联的单目标低碳消纳优化模型在以发电运行成本最小为目标函数的机组组合和经济调度模型中,与火电机组发电运行过程中发电运行成本相似,碳排放总量(不考虑开停机持续过程中的碳排放)和运行过程中的机组出力呈现二次函数关系,对应的发电碳排放与火电机组出力的曲线是一个开口向下、对称轴对应横坐标值远高于机组最大发电出力的二次函数曲线的一部分,该部分曲线经过原点,当机组出力从零增加到最大技术出力时,机组发电产生的总碳排放随着出力的增加单调递增,但递增的速率逐步降低。为了提高模型的求解速度,本章引入线性化的碳排放目标函数,如式(4-15)至式(4-22),线性化方法与第四章相同。EMP'mm+Pf+fuy+^2nyGpgn^tn=d,(z)--u()[)eii](itss-i()itit,t5ti)k^P^yK〇uuVZ—k=1\46-—ti.(i.iit)1),(57maxpmin-AP卜K' ̄4-7)1(PAP^Prlk{!lim^ ̄48-1))(P^P+Pt=i49-fintini1()EMP+f—2^dini^itinii(402-)iEM+Pj2fijind—CiijinH42-1j()60第4章新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型EMEMk—sstfinni^pil^ ̄i= ̄422-k()式中EM“(n)省域n的机组i在时段i的线性化碳排放(kg);分段优化的碳排放下界EM—lini区间(kg);分优化碳排放段EMtSm—上界(kg);区间的sst—分段优化区间的斜率。将第四章中提出的经济消纳优化模型的目标函数改为区域碳排放最小即可得到计及省域互联的单目标低碳消纳优化模型。(2)计及网架互联的单目标低碳消纳优化模型计及省域互联的低碳消纳优化模型已经可以实现按省域实现电力电量平衡,并考虑到省域间的输电容量限制和区外输电容量限制,但为描述不同省域内和整体区域内更为复杂的网络约束,需要引入更细化的区域和省域电网结构信息。本章仍以第四章中介绍的案例为例,以系统中面向我国西北地区750kv输电网拓展规划的电网拓扑结构为基础,按其中的38个网络节点设计电力电量平衡约束,以区域整体碳排放最小为优化目标,重新构建模型。除负荷平衡约束和输电功率约束外,其他全部约束均与第四章中的基础模型相同。亡⑻⑻⑻7f尸+A;.,r&?,',(〇++>十A+,=(6)42-3),(mj,111(424-)T^T^VT<-'me6mKt(bb)ie(b)425-,()ATM"EUb1)於(426-)m1=1川,=1在实率式中T;(b)—时段i节点6际区外送电功MW)(;'路输—在与之电功率MW)(;Tm、tb(b)时段i节点6节点'间线的6,Tie(b)—节点6所有区内连接线路的集合。除了省域间的联络线容量和区外输电通道的输电容量约束外,计及网架互联的模型进一步考虑各节点的机组分布以及节点间传输线路的输电容量限制。模型虽然不考虑网架内复杂的潮流分布,仍可在一定程度上还原网络约束对高比例可再生能源消纳的影响,使优化结果更贴近实际电力系统运行。省域互联和网架互联的各类约束存在较大数量差异,如表4-1所示。各节点间传输线路容量如附表1。61华北电力大学博士学位论文表4^省域互联模型和网架互联模型的各类约束数量比较Table4-C1omparisonofconstraintsbetweenprovincialinterconnectionmodelandgridinterconnection"model负荷平衡约束火电机组组合模型省际输电约束省内网络约束区外输电约束省域200551-18互联11架网14064 ̄44联互,38384.3.2参数设置仍采用第四章中介绍的西北地区案例,根据HRP-38数据库中各类机组度电碳排放的数据和文献中各类机组碳排放因子随机组出力的变化趋势,拟合四类火电机组发电碳排放和机组出力的二次曲线,其中燃煤发电度电碳排放平均取值范围为燃气发度碳排放平均取值范为各类机组碳0.68?0.86kg/kWh,电电围0.29?0.31kg/kWh,排放二次曲线系数如表4-2。表4-2机组发电排放与机组出力二次曲线系数Table4-2Quadraticcurvecoefficientofunitemissionandunitoutput机类机容量组型组MWd/(),e,,:煤电10006038-.11060.20煤电600-0.2342877.10煤电300956.209405-.1^400-600-0.0594321.80_对计及网架互联的单目标低碳消纳优化模型,展开进一步的参数校验和模型测试。(1)初始状态参数校验。将与前述案例完全相同的机组初始状态输入到计及网络约束的拓展模型中,选择同一典型日的负荷和可再生能源出力数据,保持机组参数不变,模型无解。说明在计及网架互联的模型中,由于省域内各节点发电机组和负荷之间的瞬时匹配受制于节点在网架中位置,在相同机组初始状态下无法实现平衡,在应用模型分析前,需要对输入的机组初始状态参数进行合理修正。经测试,本文拟采用的机组优化期初的在运行状态、己停机时间和已开机运行时间三个初始状态参数如附表8。(2)区外输电容量和输电功率调节能力参数校验。直接在计及网架互联的模型中加入区外输电容量约束和输电功率调节能力约束,调节两个输入参数,使优化周期内各省域每个节点上的净输出功率之和为正,即西北地区各省域区外送电量远高于区外调入量,且跨区输电通道输电功率单位时间内变化幅度控制在输电容量的50%以内,则视为备选输入参数。(3)非水可再生能源消纳责任权重和非水可再生能源输送占比参数校验。62第4章新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型仍采用相同的非水可再生能源输送占比,计及网架互联的模型运行结果对非水可再生能源消纳责任权重的变化更为敏感,输入2020年西北五省的最低消纳责任权重,在基础模型中可以实现而在拓展模型中无运行结果,因此,需要对拓展模型的初始消纳责任权重进行调整。经过参数合理性校验,对比网架互联和省域互联低碳消纳结果时拟采用的参数取值如表4-3所示。表4-3网架互联低碳消纳模型参数校验Table4-3Parameterverificationofgridinterconnectionlowcarbonaccommodationmodel省域新疆甘肃青海陕西宁夏外送容量/MW75007500750072507500外送功率可调节能/MWh45004500450045004500外送通道中非水可再生能源最2020202020—八送似配输比,,/%咼联最络线杨送水再能省间中非可生源A?—八、配…4040404040咼比,,%/消纳责任权重分配/°/。5.5051.10.5051.10.54.4新配额制下高比例可再生能源经济与低碳双目标消纳优化模型型构建44..1彳吴(1)双目标函数本章构建的经济消纳优化模型中,经济性目标是以区域整体发电成本最小为表征的,而低碳消纳优化模型中,低碳性目标是以区域整体碳排放最小为表征的。以电力调度为核心的计划调用模式下,若不考虑风电和太阳能发电机组的补贴成本,则区域整体碳排放或者系统碳排放就是全部火电机组组合的碳排放,区域整体发电成本就是火电机组的发电成本(包括固定成本和运行成本),而火电机组的发电运行成本和发电碳排放都是随发电计划增加而增加的,二者优化方向一致,不存在双目标优化的帕累托最优。如果以区域整体购买电能量的成本为经济性的优化指标,将可再生能源补贴也计入购电成本,由于风电和太阳能发电尚不能全部实现平价上网,部分计入补贴的上网电价或电网企业收购价仍远高于燃煤发电基准价,区域整体购电成本不再随着火电机组发电计划增加而增加,反而随着煤电购电量占比增加而减少,而区域整体碳排放随着煤电购电量增加而增加,存在双目标优化的帕累托最优问题。因此,本小节考虑区域整体碳排放最小和系统购电成本最小两个目标函数,将风电和太阳能发电的购电成本也引入目标函数中,如式(4-27)和式(4-28)。63华北电力大学博士学位论文MMMTEEin{n)=[t24-7)(nit,CC^^\+^+KPMinT=nPnt{)A9^(n)P(n)nt(^t(n)428-){i)t():nLi<gtht_,,,式中PUn)—省域ri太阳能发电机组/i的并网出力MW)(;域—省n太阳能发电机组九的并网出力(MW);省域机组并力PZt{n)—《风电5的网出MW();省域太能发机价Knt(—n阳电组/i的上网电元MW(h);)/KtM—省域ri风电机组5的上网电价元MW(/h);Kt(n)—省域n火电机组i在i时段的上网电价(元/MWh)。(2)帕累托最优求解思路首先求出每一个区域碳排放和购电成本两个目标函数的最值并保存,将区域碳排放按式引入购电成本单目标优化的约束中(或将购电成本引入区域碳排放单目标优化的约束中),如式(4-29)。EM^Te(429-)e的取值介于T£M的最大值和最小值之间,随后再对含碳排放约束的购电成本目标函数求最小值。设定隶属度函数如式(4-30),表示该可行解实现目标函数最优(此处代表使总购电成本最小)的成功率。〇a-w^urjinax](l—」 ̄严)—IffXk(c)(403-)ffminfmaxJkrfI^^J7\uiax—*c)kI5A:JminJh>J^最终的帕累托最优解筛选方法为:对所有可行解,求出并比较使区域碳排放和购电成本最小的成功率,二者相比选出其中较小的成功率,最后在全部较小成功率中选取值最大对应解为托最优解如式所示的^x‘()帕累43-/,,(1)。Max(mn/,x())i//43-1)(c=l:n\A:=12:/4.4.2参数设置除新增的购电成本相关参数外,均与前述单目标模型参数设置相同。其中,按201964第4章新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型年陆上风电和光伏发电项目、燃煤和燃气电厂的实际上网电价水平,设置本案例中风电和太阳能发电的上网电价情景,电网企业按照上网电价收购对应上网电量。煤电机组的上网电价参数如表3-12和表3-14。4.5本章小结本章首先在第三章的高比例可再生能源消纳优化模型基础上,引入了新配额制消纳责任权重的约束,并对其中非线性部分进行线性化,构建了基于调度运行优化的新配额制下高比例可再生能源消纳经济消纳优化模型、低碳消纳优化模型以及经济和低碳双目标消纳优化模型。首先是以区域整体发电运行成本最小为优化目标、基于省域互联的单目标经济消纳优化模型随后引入305台机组的碳排放参数,以区域整体总碳排放量最;小为目标,构建了基于省域互联的单目标低碳消纳优化模型,接着进一步考虑案例中西北地区电网结构特点,将各节点间的线路输电容量一并纳入模型约束,构建基于网架互联的单目标低碳消纳优化模型;最后进一步构建了以区域购电费用最小和区域整体碳排放最小为优化目标,基于省域互联的双目标经济和低碳消纳优化模型,并分别对模型参数进行设置。65华北电力大学博士学位论文第5章新配额制下高比例可再生能源消纳模型的应用研究5.1新配额制下高比例可再生能源经济消纳的量化分析5.1.1新配额制对经济消纳的影响本文根据2020年西北地区五省域分配的最低消纳责任权重和激励消纳责任权重和2019年实际完成的非水可再生能源消纳责任权重设置权重分配的情景,如表5-1所示,西北地区消纳责任权重分配对各省域经济消纳的影响如图5-1所示。表5-1西北地区各省域非水可再生能源消纳责任权重分配情景设置及参照标准Table5-1Scenariosettingandreferencestandardofnon-hydrorenewableenergyaccommodationNCresponsibilityweightallocationinorthwesthina—省^区域新疆甘肃青海陕西宁夏年最低纳任权重2020消责10.5%16.5%25%12%20%年激励性消纳责任权重2020%%%%%611.821.27.5213.22年最低纳任权重2019消责12%17%23%10.5%18%年实际完成消纳责任权重2019%%%%%11.1691.19.711.7231.权重分配情景%%%%%1(S1)051.16.5251220权重分配情景%%%%%2(S2)111725.5251.20.5权重分配情景%%%%%3(S3)511.17.5261321权重分配情景%%%%%4(S4)121826.513.5251.权重分配情景%%%5(S5)251.%851.271422%权重分配情景%%%%6(S6)%131927.541.522.5权重分配情景7(S7)13.5%19.5%28%15%23%当权重分配由2020年最低消纳责任权重不断接近并超过激励性权重时,前六种分配方案下的系统发电运行成本并无变化,说明该权重水平对系统经济消纳优化没有约束作用,即区域整体实现该水平下的消纳责任权重指标较为轻松,第七种分配方案下,系统发电运行成本明显提高,说明系统需要为实现该水平下的消纳责任权重安排配套的火电机组,为实现更高比例非水可再生能源并网消纳的目标提供调峰保障服务。从第六种分配方案开始,区域整体度电碳排放开始降低,说明在经济消纳的模式下,高水平的消纳责任权重约束,可以实现区域整体度电碳排放的调节。区域整体的弃光率有明显下降,其他指标改善程度有限,除新疆和甘肃外的各省域,青海、陕西和宁夏弃风率和弃光率明显降低,同时消纳比重和渗透率大幅提升。这说明通过各省域消纳责任权重分配水平的调节,可以在区域整体各项指标保持稳定的情况下,实现区域内省域间经济消纳的再66第5章新配额制下高比例可再生能源消纳模型的应用研宄统筹,鼓励各省通过区域内就近消纳实现更高比例可再生能源并网消纳。潘边率――及电行成各纳比通fii替达牟成运率及电运厅l冬?Ktbt%纳比消—^4it1奸)t/f.1i104200455335045「1m4040-104000wwoMHAmM?I^sr4s:;|;IIIIII—I-I|ffil〇0IlIIILJLJIII:I;:::IIII8I]lIIIII^:"SSIS7S2S3S4S5S6SIS2S3S4S5S6纳纾Mh济分It6案a<)[:?Uff新糴b:消JHf)4tit1纳Hd介Hfi纳屯ill——叹电运tiMi水itfiV介.f…?…It.¥>31.9390「606550「80119380£^"6500'0>'I:I49350|_|■?50!■?30^竺6350孕6300^9340I■20i??40在■393f■I'Iti11111。“mm丨I;11:SISIS2S3S4S5S6S2S3SAS5S6S7纳经,11S仔权t济计KV案纳纾消k讣击丨fV案相c)It:d>权,每:t齐?反电成K?ifit4+ifiiMwa*义七嘁本丨i纳年ifl各4.5<1fjirA?t參?衫j5ifitrfflllffi60122000「13900135「2180013800■I■■^2,600V,|Im?*星|--?-0?300=???…??…??IV1?2,400?0036*?'25-I\14EI!Ei:■1??III:|zJ^ii°:IIIIII!IIIIII1,lI:H=1illliI?[IIIII〇S3S4S5S6SIS2S3S4S5S6S7SIS2S7陕纳线配案纳U经沔任权敗分C)费,齐6〇济叟分案贞fi?:;fj:;fiffi图5-1西北地区消纳责任权重分配对各省域经济消纳的影响1TheinflNCuenceof'ationresponsibilityweightdistributiononprovinciFig5.-orthwestalhinasaccommodeconomicaccommodation5.1.2新配额制下灵活消纳措施效果对比为了进一步验证新配额制下电力系统灵活性和高比例可再生能源消纳的关系,本文基于西北地区的实际案例,考虑新配额制,重新评估电网侧、电源侧和需求侧的灵活消纳措施对促进高比例可再生能源并网消纳的影响。(1)电网侧灵活消纳措施1)提高省间输电能力单位发电碳排放仍在P2情景下达到最低值,而发电成本随省间输电能力提升而不断增加。各项消纳指标中,消纳比重在P2升高至最高值27.2%,随后降低;弃电率在P4达到最低值,随后略有上浮;弃光率随省间输电能力提高而不断降低。67华北电力大学博士学位论文电远丨f成+VfKf.H1L考屯运行成K纳dwtpit率*4h3■发冬介率介允华—,fl比疽?>a年Iii10500030「53500351Hj104500m-2553000M30y■^104000'20^上■_■_■騰■■■含Z103500.20』i^52000.15芒,,£__^.m-■|■■■■I■■M3103000?^I■■\B/I■■■M系M500?5^10S5.000.^.>0|..^^■3. 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̄*>410050115202526272829g)火电深嗖凋峄改造:痒电率%()to火电深度调峰改造:纳消比t%()图5-6西北地区灵活消纳措施促进经济消纳的效果Fig.T5-6heeffectofflexibleaccommodationmeasurestopromoteeconomicaccommodationinNorthwestChina(4)灵活消纳措施的比较从电网侧、电源侧和需求侧提高电力系统灵活性都可以促进高比例可再生能源并网消纳。以本章案例中采用的四种灵活消纳措施为例,如图5-6所示,相同条件下,火电深度调峰改造降低非水可再生能源弃电率的效果最为明显,需求侧负荷可调节次之,随后是提高省域间输电能力和区外输电容量从提高消纳比重或渗透率的效果来看,深度;调峰改造和需求侧负荷可调节最为显著,提高区外输电容量变化不明显,但是提高省域72第5章新配额制下高比例可再牛能源消纳模型的应用研宄间输电能力,系统消纳比重先提高后降低。同一弃电率水平下(以10%为例),四种灵活消纳措施中,系统总发电运行成本由低到高依次为火电机组深度调峰改造、提高区外输电容量、提高负荷灵活性水平和提高省间输电能力;系统平均度电碳排放由低到高依次为提高区外输电容量、提高省间输电能力、提高负荷灵活性水平和火电机组深度调峰改造。同一消纳比重水平下(以27%为例),四种灵活消纳措施中,系统平均度电碳排放由低到高依次为提高区外输电容量、提高负荷灵活性水平(提高省间输电能力,二者效果接近)和火电机组深度调峰改造。5.1.3新配额制实施前后灵活消纳措施效果对比分析新配额制对不同灵活消纳措施促进区域整体高比例可再生能源消纳的效果不同、促进区域整体碳减排的效果也不同。(1)新配额制对电网侧灵活消纳措施效果的影响对于第一种电网侧灵活消纳措施,即提高省间输电能力,当没有配额考核要求时额(S0)、配为2020年最低消纳责任权重要求时(S1)以及配额为较高水平时(S7),采取该措施不同程度(P1?P5)后,基于经济消纳的重点优化结果如图5-7所示。HS0QS丨ES”SSOQS1E3S7?130527.44300■1IRb圍3II3:_圓_=JI同I295.n圓In:nMAAii::;:ni__關=lil,iJl.B丨目nsPIP2P3P4P5PIP2P3P4P5*aSO0S1BS7BSOQS10S?6.014.0H5°?-OB1c0?1|■aimBHrinFlneI1I(Ir§3〇°ni圓.nsjn:iniirInin"r|=壓画::Jn1PIP2P3PAP5PIP2P3P4P5图5-7新配额制对电网侧灵活消纳措施效果影响:提高省间输电能力Fig.5T-7heimpactofthenewRPSonflexiblegrid-sideaccommodationmessurea:rsinginter-provincialtransmissioncapacity在无配额情景下,区域度电碳排放在P2方案达到最低,其他方案基本保持不变,S]情景下,区域度电碳排放仍在P2方案达到最低,但各方案间变化幅度较大,S7情景下,区域度电碳排放随着省间输电能力降低而大幅降低,在P3方案后达到稳定无配;额情景下,消纳比重在P2方案达到最高,但与其他方案差别不大,S1情景下,消纳比重仍在P2达到最高,且大幅超出其他方案,S7情景下,消纳比重随省间输电能力降低73华北电力大学博士学位论文而大幅提高,同样在P3方案后达到稳定;无配额情景和S7情景下,弃风率都随省间输电能力降低而大幅提高,且在P3方案后达到稳定,而在S1情景下,弃风率在省间输电能力降低至P2时达到最低,后随着省间输电能力降低又开始提高;无配额情景和S7情景下,弃光率都随着省间输电能力降低而降低,在S1情景下,弃光率在省间输电能力降至P4后达到最低,随后开始提高。当配额水平较高时,引入配额制将加强该措施对区域碳减排和各项消纳指标的影响,当配额水平较低时,引入配额制后该措施效果在P2方案和P5方案出现临界点,因此可根据消纳责任权重分配的水平以及各消纳指标、碳排放指标的优先级,确定最合适的该措施实施方案。对于第二种电网侧灵活消纳措施,即提高区外输电容量,三种配额水平下,采取该措施不同程度(W1?W7)方案后,基于经济消纳的重点优化结果如图5-8。对于区域度电碳排放,新配额制的引入并未显著改变提高区外输电容量对单位发电碳排放的削减作用,在同一区外输电容量水平下也未对度电碳排放有明显影响;对于消纳比重,新配额制的引入加强了该措施提高消纳比重的效果,但在同一区外输电容量水平下,高配额水平并不意味着高消纳比重,在Wl、W4和W7方案下的高配额情景消纳比重水平甚至低于无配额或低配额情景;对于弃风率,引入配额制后在W3方案该措施实现了最低弃风率,但改变了自W2方案开始,弃风率水平随区外输电容量提高而降低的变化趋势对于弃光率,引入配额制后基本没有改变弃风率随区外输电容量提高而降;低的变化趋势,但在方案W4和W5仍出现了引入新配额制后弃光率高于无配额情景的情况。aasoasoaSiakS7siejS7435028.0lIlllMliiillilMlIllW1W2W3\V4W5W6W7\V1\V2W3W4\V5W6W”aSOOSi0S7SSODS10S73014025m12.0?sm,〇.IIgm100■ml丨:JJ丨ll|::丨::immIibiijjmjhiiin:;iiLBiiW1W2W3W4W5\V6\V7W1W2W3W4W5W6W7图5-8新配额制对电网侧灵活消纳措施效果影响:提高区外输电容量r5-T8heimpactofthenewRPSonflexibegrid-sdeaccommodationmessure:rasngtrans-regionafig.liiltransmissioncapacity(2)新配额制对需求侧灵活消纳措施效果的影响74第5章新配额制下高比例可再生能源消纳模型的应用研宄当需求侧灵活性水平较低时(F]?F2),引入新配额制可以降低区域整体度电碳排放,而当需求侧灵活性水平较高时(F3?F5),引入新配额制则会不同程度上提高度电碳排放或与未实施新配额制前保持相同度电碳排放,当需求侧水平很高时(F6?F7),引入新配额制对区域整体度电碳减排没有影响,如图5-9所示。□SO〇¥10S7SSOOS10S7430S29.0FIF2F?F4K5F6F7FlF2F3F4F5F6F7目SOE3S10S7SSOE3S10S74.01403-5-12.0p]50■iI001.^1■If8.011:il1;llL::liriri?FlF2F3F4F5F6厂FlF2F3F4F5F6F?图5-9新配额制对需求侧灵活消纳措施效果影响:提高可调负荷灵活性Fig.5T-9heimpactofthenewRPSonflexibledemand-sideaccommodationmessure:rasingregulationperformanceofpowerusers引入新配额制并未对消纳比重和弃光率指标的变化趋势产生较大影响,仍在方案F5达到消纳比重的最高水平,但当配额水平较高时,方案F2-F4的高配额情景弃光率高于低配额或无配额情景的弃光率;引入配额制后,在低配额水平下,弃风率明显随可调负荷灵活性水平提高而降低,明确改变了无配额情景下弃风率随负荷灵活性水平提高先提高后降低的变化规律,在方案F3达到峰值,而高配额水平下,弃风率则提前在方案F2达到峰值。(3)新配额制对电源侧灵活消纳措施效果的影响只有在火电机组灵活性严重不足的Z5情景下,高配额的引入才使区域度电碳排放明显降低,其他情况下无明显影响;新配额制的引入对消纳比重随火电机组灵活性增强而提高的变化趋势无明显影响,但在火电机组不够灵活的Z3?Z5情景下,新配额制的引入明显降低了弃风率和弃光率,且配额水平较高时降低幅度更大,但也同时减小了弃风、弃光率随火电机组调峰深度提升而降低的幅度,如图5-10所示。75华北电力大学博士学位论文SSOOS!SS7SSOQS〗435.0350卢300-Cl1I11IS||I::11〇Sl!s:fin§I-PS;i:Z3Z4Z5Z1Z1Z2Z2Z3Z4Z5SSOE3S10S7BSODS1?S75050?15-m4S■B10■40|_li:si1siI;|1::lii1111_IllIslZl12Z3ZAZ5Zl7.2Z374.75图5-10新配额制对电源侧灵活消纳措施效果影响.?提高火电机组调峰深度Fig.5-1T0heimpactofthenewRPSonflexiblegeneration-sideaccommodationmessure:rasingpeak-regulationdepthofthermalpowerunits综上所述,新配额制实施后,在消纳责任权重分配没有达到较高水平前(如S5?S7),对西北地区区域整体及省域个体的各项消纳指标和经济性指标影响并不明显;新配额制对源-网-荷灵活消纳措施实施效果的影响也不尽相同,根据各省域分配的消纳责任权重水平,以及实施各项措施时,对区域整体度电碳排放、消纳比重、弃电率等指标确立的优先级,选择最合适的措施实施方案,使灵活消纳措施在新配额制下促进高比例可再生能源消纳的效果得到加强。5.2新配额制下高比例可再生能源低碳消纳的量化分析(1)新配额制对低碳消纳的影响省域互联的低碳消纳优化,各省域在不同消纳责任权重分配方案下的消纳指标如图5-11。区域整体消纳比重随消纳责任权重水平提高而升高,但弃电率水平出现螺旋式下降,发电运行成本不断上升,超过S6水平后大幅下降。各省域低碳消纳优化结果中,相较于经济消纳优化结果,对消纳责任权重水平的提升更为敏感,陕西和宁夏两省域的弃光率和弃风率降幅最为明显,甘肃的弃电率波动较大,而新疆和青海弃电率变化不明显。这种变化趋势的差异与各省域的电源结构特点密切相关,陕西作为煤电装机大省,本身风电和太阳能发电的并网发电量占比不高,当消纳责任权重水平较高时,只有尽可能降低本省域内弃电率,实现更多可再生能源发电并网,才可以避免因无法完成责任消纳量而付出额外的成本。在以低碳为目标导向的优化模型中,这一趋势得以加强。76第5章新配额制下高比例可再生能源消纳模型的应用研宄及电运成介叭率????**?介吣4納比;fjS本发电k成i1f】4、—Hft年纳率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̄?...J〇1S6SIS2S3S4S5S7SIS2S3S4S5S6S7纳陕西c)也低碳分配6案i肖纳t任碳分配//案:消图5-11西北地区消纳责任权重分配对各省域低碳消纳的影响TNCy1heimpactofFig.5-1orthwest'weightdistnbutiononprovincialhinasaccommodationresponsibilitlowcarbonaccommodation(2)网架互联和省域互联对低碳消纳的影响网架互联的低碳消纳优化结果对比如表65-在消纳指标方面明显劣于省域互联的,低碳消纳优化结果,这是因为引入网架约束后,非水可再生能源的出力波动受制于节点分布,可调用的用于平抑净负荷波动,实现瞬时功率平衡的灵活性资源有限,当净负荷波动水平超出该节点调节能力时,对应节点的太阳能发电和风电机组就会出现大规模限电。考虑网架互联后,区域整体的碳排放虽然没有变化但是总发电成本提高,因为按节点实现各时段电力电量平衡的约束,限制了部分低成本机组的调用优先级,当部分节点不能随意调用省域内其他节点分布的机组满足负荷需求时,不得不调用成本更高的机组。77华北电力大学博士学位论文表5-6省域互联和网架互联区域整体低碳消纳的比较(不含固定成本)TCriable5-6omparisonofoveralllowcarbonaccommodationbetweenprovincialinterconnectionandgdinterconnection(excludingfixedcost)模型网架互联单目标低碳消纳省域互联单目标低碳消纳发成本亿元电/6.9536.836总发电碳排放/kt2101.52101.5单位发碳排放电/kg/MWh418.2418.2消纳量W/Gh759.7842.6消纳比重%5/16.81.1量风电限电W/Gh82.70弃风率/%38.70太量阳能限电W/Gh224.40弃光率/%〇0渗透率/%mi6B_5.3新配额制下高比例可再生能源低碳消纳和经济消纳对比分析(1)区域整体各项指标的对比对比省域互联的单目标经济消纳和低碳消纳优化结果,如表5-7和表5-8所示,与经济消纳结果相比,低碳消纳结果中:高配额情景下的区域整体单位发电碳排放明显较低,比经济消纳的度电碳排放低2.1kg,而低配额情景下与经济消纳的度电碳排放相同;各情景下区域整体发电成本均远高于经济消纳结果;同一配额水平下,各项消纳指标均劣于经济消纳的结果^表5-7西北地区省域消纳责任权重分配对区域整体经济消纳的影响Table5-7TheimpactofRPSdistributiononeconomicaccommodationinNorthwestChina权重分配情景SIS2S3S4S5S6S7发电成本亿元0000004303333/1131111..1.....单位发电碳排放MW/kg/430.5h430.5430.5430.5430.0427.4426.8消纳量GW/h1890.21890.21890.21890.21895.31906.21933.5消纳比重%/37.537.537.537.537.637.938.4风电限电量W/Gh10.010.0001.10.010.04.71.7弃风率%070555553/11111.......太阳能限电量W/Gh94.594.594.594.588.161.068.7弃光率%7706779785/111111111.......渗透率%/26.726.726.726.726.827.527.4以区域总体碳排放最小为优化目标的减排效果有限,究其原因,区域送电量和能效较高的大容量火电机组发电量增加,但风电和太阳能发电实际发电量也在降低(如表5-9和5-10),且送电量中有较高比例来自增发的火电发电量,因此区域总体发电碳排放降幅并不明显,但总发电成本却大幅增加。78第5章新配额制下高比例可再生能源消纳模型的应用研宂表5-8西北地区消纳责任权重分配对区域整体低碳消纳的影响Table5-8TheimpacotfRPSdistributiononlowcarbonaccommodationiNCnorthwesthina权重分配情景SIS2S3S4S5S6S7发电成本/亿元191.1.9121.121.122221.1.11.9单位发电碳排放/kg/MWh430.5430.5430.2430.4429.74289.424.7消纳量GW/h1706.25811.141513.1565.21555.61600.61598.6消纳比重%2/30.30.131.130.931.831.833.9风电限电量W/G196.7h250.2253.2278.2257.3267.8297.2弃风率%/38.939.343.240.041.646.230.6太阳能限电量W/Gh222.4223.8179.01904.416.87152.121.0弃光率%/27.627.822.223.620.521.715.0渗透率%4497229939909225/1.1.1.1..1..表5-9经济消纳下西北地区消纳责任权重分配对区域整体发电量结构的影响TTRable5-9heimpactofPSdistributionongenerationstructurebasedoneconomicaccommodation权重分配情景SIS2S3S4S5S6S7火电发电量/GWh3841384138413841384138413853风电发电量/GWh634634634634634639642太阳能发电量/GWh7117117117177447377丨1区外送电量/GWh179179179179185218224发电量/GWh5214521452145214522052525259表5-10低碳消纳下西北地区消纳责任权重分配对区域整体发电量结构的影响TTRable5-10heimpactofPSdistributionongenerationstructurebasedonlowcarbonaccommodation权重分配情景SIS2S3S4S5S6S7火电发电量/GWh4209421441984186417942294126风电发电量/GWh393390365386376346447太阳能发电量/GWh583582626615641630684区外送电量/GWh179179183181189198250发电量/GWh5214521452185216522452335285分省域看,如表5-11所示,多数配额情景下,以区域总体碳排放最小为优化目标的发电成本更高,且火电装机较多的新疆、陕西和宁夏三省域两种消纳优化的发电成本结果差额更大,而单位发电碳排放各省域变化不同,除新疆和甘肃两省外,低碳消纳的省域度电发电成本更低;与低配额情景相比,高配额场景下两种消纳优化结果差别更大,以新疆(D1)为例,在S1配额情景下的经济消纳发电成本结果比低碳消纳低6502万元,而在S6情景下为8325万元,相应的度电碳排放差额也从10kg/MWh升高到12kg/MWh。省域间消纳责任权重分配促进了区域内省域间通过互联互济实现区域整体度电碳排放和发电成本的调整,低碳消纳和经济消纳两种优化目标下各省域的调整结果迥异。在本文案例中,当西北地区各省域消纳责任权重分配水平较低时,整体综上所述,79华北电力大学博士学位论文上以经济消纳为目标的优化模型经济效果占优而减排效果与低碳消纳接近,但当消纳责任权重达到较高水平(S7)时,整体上以低碳消纳为目标的优化模型减排效果明显更优而增加的发电成本反而减小,届时选择以低碳消纳为优化目标的模型更适用于在保证一定经济性的前提下实现区域整体的碳减排。表5-1]不同消纳责任权重分配方案下西北地区低碳消纳和经济消纳的优化结果对比Table5-11ComparisonofoptimizationresultsoflowcarbonaccommodationandeconomicNCRaccommodationinorthwesthinaunderdifferentPSdistributionz雨示:区域总碳排放最小目标:区域总发电运行成本最小5排方案发电成本单位发电碳排放发电成本单位发电碳放万元W万元W(^)(kg/kh)()(kg/kh)D1598270.497533250.487D2102340.40993230.287D513865109.1562680.235D4230220.473204800.499D5177060.367137680.435D1598470.497533250.487D2103160.40693230.28752D3866209.1562680.235D4230500.475204800.499D5175880.368137690.435D1623070.493533250.487D298100.42193220_287D53383840.19962680.235D4230300.469204800.499D5176920.367137690.435D15982700.51533250.487D2102340.41293220.287D543865109.1862680.235D4230220.466204800.499D5177060.358137680.435D1623490.496533250.487D298540.42093220.28755D383560.20262670.235D4234380.465204820.498D5179460.35713768043.1D1616500.499533250.487D298830.46093220.287D56383390.20462670.247D4239500.438204830.480D5183000.350137660.417D1634740.481531760.489D2116890.29393840.289D57390040.19264910.262D4201450.527217300.440D5147610.439132320.4395.4新配额制下的经济与低碳双目标消纳的量化分析本章前文所述的经济性指标是以区域整体发电成本体现的,为了进一步说明区域整体经济性和碳减排效果的平衡关系,本小节引入并分析以区域整体购买电能量的成本为表征的经济性,与区域整体碳排放双目标的均衡,并将双目标优化结果与以区域性整体80第5章新配额制下高比例可再生能源消纳模型的应用研宄碳排放最小为单目标的低碳消纳优化结果作对比,进一步得出新配额制下经济和低碳双目标消纳的量化分析结果。风电和太阳能发电的四种上网电价情景设置如表5-12,其中:情景Q1假设风电不能平价上网,太阳能发电平价上网,按对应项目实际上网电价区间的平均水平设定上网电价参数,情景Q2假设风电实现平价上网,太阳能发电不能平价上网,情景Q3假设二者仍按照补贴电价上网,情景Q4假设二者都可以实现平价上网。四种情景下,火电机组的上网电价和电网企业收购价保持不变,假设同一类机组所有时段的收购价相同,并按照统一标准结算收购电量。表5-】2风电和太阳能发电上网电价情景设置Triable5-12Scenaosettingofwindpowerandsolarpowerongridprice风电和太阳能上网电价情景Q1Q2Q3Q4年陆上补贴项上价元2019风电网电WM目h)340520/[,](年陆上平价项上价元2019风电目网电(/MWh)[256,450]年光伏补贴项上价元2019电目网MW(/h)400550][,2019年光伏平价项目上网电价(元/MWh)256450[,]年燃煤电厂上网电价元2019MW/h)[256450](,年燃气厂上网电价元20丨9电MW(/h)J543020][陆上风电平均上网电价(元/MWh)400350430350太阳能发电平均上网电价(元/MWh)350425425350(1)与单目标低碳消纳优化结果对比分析双目标以S1消纳责任权重分配水平下的单目标省域互联低碳消纳结果对比为例,省域互联经济和低碳消纳优化结果中,因为涉及到区域碳排放和区域整体购电费用的综合权衡,区域总碳排放由2244.7kt变为2244.5kt而区域度电碳排放仍保持在430.5纳重下非水可再生能源渗透率降消比降至kg/MWh,至由%30.3%471.,由19.4%下47%1.,同时总发电成本由11.9亿元降为11.2亿元,各项消纳指标也明显变劣。(2)风电和太阳能发电平价上网对双目标优化结果的影响分析风电和太阳能发电能否平价上网,对双目标省域互联的低碳消纳的弃电率和限电量影响较为明显,当风电或太阳能发电有一方不能实现平价时,对应的弃风率或弃光率极大,当二者上网电价较为均衡,如均按照补贴电价上网,弃风率依然居高不下,弃光率也保持在不低的水平,如都按照平价上网,则弃风率和弃光率也比较均衡,都维持在50%左右的水平,如表5-13所示。可见要实现区域碳减排和区域购电费用最优的双重目标,必然要牺牲一部分消纳指标,由于消纳比重直接跟分配的消纳责任权重强约束相关,双目标优化的结果仍然可以满足设定责任权重的考核,但是以大量的弃风弃光为代价实现的。81华北电力大学博士学位论文表5-13西北地区风电和太阳能发电上网电价对区域整体低碳消纳的影响Table5-13ImpactowfindpowerandsolarpowerongridpriceonregionallowcarbonaccommodationinNCorthwesthina上网电价情景Q1Q2Q3Q4发电成本/亿元121.112.11.211.2购电成本亿元4548543/1111...1.总发电碳排放/kt2244.52244.52244.52244.5单位发电碳排放/kg/MWh4305.430.5430.5430.5消纳量/GWh742.4271.1742.1742.1消纳比重%44474777/1.1.1.1.风电限电量W/Gh635.1345.90.0578.7弃风率%/98.70.089.953.7太阳能限电量W/G781h.706.9281.1361.0弃光率%47499/8.8.815..8渗透率%44747477/1.1.1.1.5.5本章小结以西北地区案例作为本文第四章提出模型的应用场景,首先评估了省域可再生能源消纳权重分配对经济消纳的影响,结果表明在考虑西北区域省域互联后,各省域可以轻松实现已分配的2020年最低消纳责任权重,当权重水平达到或超过激励性权重时,西北地区各项消纳指标明显变优。构建了四类提升电力系统灵活性的灵活消纳措施情景,电网侧以提高省间输电能力和区外输电容量为代表,需求侧以提高负荷可灵活调节水平的需求侧管理为代表,电源侧以火电机组深度调峰改造为代表,评估了四项灵活消纳措施在新配额制下促进高比例可再生能源消纳的效果,并与新配额制实施前灵活消纳措施的效果作比较。随后分析了省域可再生能源消纳责任权重分配对低碳消纳的影响,并与经济消纳的结果作比较,结果表明当西北地区各省域消纳责任权重分配水平较低时,整体上以经济消纳为目标的优化模型经济效果占优而减排效果与低碳消纳接近,但当消纳责任权重达到较高水平(S7)时,整体上以低碳消纳为目标的优化模型减排效果明显更优而增加的发电成本反而减小,届时选择以低碳消纳为优化目标的模型更适用于在保证一定经济性的前提下实现区域整体的碳减排,此外还单独分析了区域内网架结构对低碳消纳优化结果的影响。最后比较分析了单目标低碳消纳与区域购电成本和区域碳排放双目标消纳优化模型的结果,双目标权衡后,区域碳排放水平接近但消纳指标变劣,还评估了风电和太阳能发电平价上网对区域高比例可再生能源消纳的影响,结果表明在双目标优化模式下,当风光可以平价上网时将出现较严重的限电情况。82第6章新配额制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄第6章新配额制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳优化模型及应用研究为充分激励各主体主动提高电力系统灵活性、消纳高比例可再生能源,我国电力系统的辅助服务资源和电能量资源正在由传统的计划调用模式转变为市场配置模式,新配额制下分配的各省消纳责任权重也为省级能源主管部门和电网企业通过组织市场化消纳提供了动力。我国独有的深度调峰辅助服务品种和其他几类辅助服务品种一起,构成了中国特色的有偿辅助服务组合。由于提供辅助服务的机组容量和提供电能量的机组容量之间存在较强的容量耦合关系,将电能量和辅助服务市场联合出清将大幅提高容量资源的市场配置效率。现阶段虽然风电、太阳能发电机组暂不直接参与电力现货市场的竞价交易,但常规机组,特别是火电机组参与电力现货市场和辅助服务市场,其出清过程必须考虑高比例可再生能源并网消纳的需求,同时双市场出清的结果必须满足各省域分配的消纳责任权重要求。由于日前市场设计是当前中国电力市场改革亟待落地的重点,本章仍以西北地区为案例,计及西北地区省域间和区域整体主网架约束,以日前电能量和辅助服务市场联合出清模型为基础,讨论电能量和辅助服务市场联合出清对新配额制下促进高比例可再生能源消纳的影响。6.1新配额制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳优化模型6.1.1基于确定性成本报价的电能量和辅助服务市场联合出清模型(1)目标函数假设机组采用成本性报价策略且各类型机组报价为确定性参数,以系统购买电能量和辅助服务费用(提供电能量和辅助服务的总成本)之和最小为优化目标,如式(6-1)。MCn+n+n+n+TCdinostual=RegSRSRSSR"6-1)((2)约束1)调频辅助服务高比例可变可再生能源并网后,由于净负荷的高频次、大幅度以及短周期的各类波动,对电力系统频率的稳定提出了新的挑战。当系统频率因净负荷波动发生变化后,火电机组的汽轮机可以通过调速系统以秒级的响应特性自发调整机组出力,即一次调频。这种一次调频是非人为的,虽然能缓和系统频率的改变程度,保证频率不至于变化太大而造成严重后果,但仍不足以恢复系统频率。因此,需要人为控制的二次调频以分钟级的响应特性迅速接力一次调频,通过调频器增减机组出力,精确地恢复系统频率。这种83华北电力大学博士学位论文二次调频的实现方式有两种,一是由调度控制中心将调节出力的指令下达到各发电厂站,二是通过预安装的自动发电控制装置(AGC)实现无人工指令的机组出力自动调整。截至2020年,我国西北区域多数发电场站,包括新能源发电场站,都安装了AGC装置,可以通过AGC充分参与调频辅助服务市场。根据2019年实行的《西北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》以及2020年发布的《甘肃省电力辅助服务市场运营规则》和《云南调频辅助服务市场运营规则》,调频辅助服务指发电单元(指一套AGC装置所控制的所有机组的总称)通过自动发电控制(AGC)装置自动跟踪调度控制指令。发电单元二次调频备用容量,是指发电单元旋转备用容量中能够通过AGC在5分钟内自动调出的有功备用容量,分为上调调频备用容量和下调调频备用容量。中标发电单元的调频容量不得超过其标准调频容量限制,即可自动调频的向上或向下最大调节范围,其中火电机组的标准调频容量限制为15分钟内额容最高调出定量的%51.。本文仅考虑火电机组AGC单机模式下按调频容量补偿,报价区间设定为4-5元/兆瓦时。若定义调频市场交易标的为机组以当前时刻为运行基点,在15min内可以完全调用的超短时爬坡计划,即机组可以在15min内完成的出力爬升值或出力下降值。在原来的计划调用模式下,系统中的调频机组一般相对固定,引入市场后,也是有限度的竞争,必要时仍由调度机构根据系统频率稳定性要求调整市场出清结果。为了提高调频市场的资源配置^[率,本文对上调频和下调频市场分别设定供需平衡约束,并对单台机组的申报调频容量设定限制,避免市场交易出现超调或拒调情况(市场主体不愿或不能按市场出清结果时提供调频服务),影响系统安全稳定运行。上调频和下调频辅助服务市场区域总体调频补偿费用(或区域内中标调频市场机组总调频收益)和调频服务容量的供需平衡分别可以用式(6-2)至(6-4)表达。设定火电机组AGC单机模式下投标调频市场的投标量(或申报量)不高于调频容量需求值的50%,如式(6-5)。n^=f2R+R)^e9tteaeg762-_()\/n^1\GG/=1i^n().n()?eR^Deg^tfeg{n)63.()nRe9^2R^D9eitt()64_,()Gien{)+RRegtjeg^D+DVG0fnnGn5fe3e96(-5)t.()()],i()[式中Regt—机组i在交易时段Z中标的向上调频容量MW();组i机在交段标量Reg:t—易时Z中的向下调频容MW)(;84第6章新配额制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳优化模型及应用研究严D(n)一省域w电力系统在交易时段(的向上调频需求(MW);D『es(n)—省域n电力系统在交易时段Z的向下调频需求(MW);交时段调频市场清价格元XReg—t易i的出MW(/h);—一定交易时段内区域总体调频补偿费用(元);G{n)—省域n火电机组的集合;交时段数m易—;N—区域内省域数量。2)旋转备用西北地区尚没有将旋转备用根据《西北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》,列入辅助服务市场运营规则中的有偿调峰辅助服务品种,仍采用“计划调用+事后补偿”的电力辅助服务补偿机制。其中,火电机组向上旋转备用供应量被定义为:因电力系统需要,当发电机组实际出力低于最大可调出力且高于50%额定出力时,最大可调出力减去机组实际出力的差值在该时段内的积分电量。本文引入西北地区旋转备用市场,定义上旋转备用市场交易标的为机组以当前时刻为运行基点,在30min中内可以完全调用的短时上爬坡计划。按机组负荷率实行分段报价出清,设定若机组负荷率在50%?70%,则该交易时段机组的报价上限为,若机组负荷率在70%?100%,则该交易时段机组的报价上限为,即单台机组向上旋转备用市场的结+算收益vrg为机组该交易时段出清价格和中标短时爬坡计划的函数(假定机组都按上旋备服务成本报价),分段标准为机组实际出力(或负荷率),表示为式。将其线性化后,表示为式。假设机组可提供的上调频容量未被完全调用或未中标,可以转换参与到上旋备市场中,上旋备辅助服务市场区域总体补偿费用(或区域内中标上旋备市场机组的总旋备收益)和上旋备服务的供需平衡分别可以用式(6-6)和(6-7)表达。(66-)1G=lnt\i£n()/__R(n)f(n)R+R[+D^]eg:tS:t67-()Gien()式中SRt—机组i在交易时段f中标的向上旋备容量MW();体nSR—一定交易时段内区域总旋备偿元补费用();DR—省域n电力系统在交易时段Z的向上旋备需求(MW);nt()xr—交易时段《的上旋备市场出清价格(元/Mwh)。3)向下旋转备用西北区域并未对其进行明确界定,为了体现模型的适用向下旋转备用又称负备用,85华北电力大学博士学位论文性,本文将火电机组向下旋转备用市场交易标的定义为:因电力系统需要,当发电机组实际出力高于50%额定出力时,机组以当前时刻为运行基点,在30min内可以完全调用的短时下爬坡计划。负备用和向下调频、深度调峰一样属于向下调节辅助服务,其供需平衡约束如式。下旋备辅助服务市场区域总体补偿费用(或区域内中标下旋备市场机组的总旋备收益)和下旋备服务的供需平衡分别如式(6-8)和式(6-9)。产仰W68-()n=lt=lDRf(n)+R+R^+SiaSS^}(n)69.()式中SR:机组i在交易时段《中标向下旋备市场的容量(MW)t;组i在交易时段;t中标深调峰市场的容量(MW);机度RSS^tDSR—省域n电力系统在交易时段Z的向下旋备需求(MW)t(n);DSR省域《电力系统在交易时段f的深度调峰需求(MW);f(n)XR—交易时段〖的下旋备市场出清价格(元/MWh)。f4)深度调峰深度调峰辅助服务交易是在运行火电机组通过调减出力,使火电机组平均负荷率(机组实际出力与机组额定出力的比值)小于有偿调峰基准时提供服务的交易。西北地区有偿调峰基准一般定为50%。文件中仅规定了火电机组提供深度调峰服务时要按照一定调节速率的要求,平滑稳定地调整机组出力,并没有明确深调服务的完全调用时间(或响应时间),但说明了深调市场交易量按15min为单位统计周期。因此,本文将火电机组深度调峰供应电量定义为:当电力系统负备用不足或不启动深调市场将造成大量非水可再生能源限电,需要火电机组在15min内将实际出力进一步降至50%额定出力以下时,50%额定出力减去机组实际出力的差值在该时段内的积分电量(或欠发电量)。以西北五省初步运营的深调市场为例,一般按机组负荷率区间考虑两档深调市场出清,并对应设置两档报价区间上限,即火电负荷率介于40%和50%之间时,机组深度调峰辅助服务市场报价上限为400元/MWh,负荷率低于40%时,报价上限为1000元/MWh。火电机组根据自身调节性能和96时点发电曲线,+选择在两档深调市场中报价报量,每档的机组报价不高于对应区间的价格上限。由电力交易机构集中组织市场出清,在日前确定次日每个交易时段的深调辅助服务市场配置情况,在次日对应时段由电力调度中心结合系统实际运行情况,优先按机组中标量调用深调服务电量,并按对应时段的出清价格结算。因系统安全约束导致的实际调用与市场出清电量的差额,由调度中心备案说明后,对调用未中标机组进行深调产生的费用,进行事后补偿和分摊。本文假设机组提供深调服务不按负荷率区间分段报价,而是根据自身15min内调节性能和成本自主报价,报价86第6章新配额制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄不超过1000元/MWh、不低于400元/MWh。深调相关约束如式(6-10)和(6-11)\G11(60-1)n=ien(}_1i)_SRf(n)X^D-R;SS,H6.()Gn()式中jjssr一一定交易时段内区域总体向下旋备和深调补偿费用(元);DsSR'{n)—省域n电力系统在交易时段t的深调需求(MW)t;交场清价格元\SRt易时段t的深调市出MW(h);/5)机组提供电能量和辅助服务的容量耦合关系第三章中构建的模型认为机组出力按每个时间段与负荷的块状匹配形成输出结果,输出的出力曲线是阶梯状的,对lh内更细时间颗粒度下机组出力的连续变化缺少描述。本文在研究的基础上,进一步考虑深度调峰辅助服务,仍保持24时点交易时段不变,设定lh内30min和15min的双市场机组(预留)容量或机组出力约束,虽然无法实时模拟实际电力市场96时点交易频段的市场出清,实现连续的发用电曲线匹配,但仍可应用于模拟评估双市场联合出清的效果。模型考虑的三种辅助服务市场本质上都是一种对预留容量的交易,或者是一种对爬坡计划的交易,而电能量市场实际上也是一种需要调用机组一部分容量进行发电的交易,所以同一机组参与两类市场的调用容量存在耦合关系,即机组参与电力平衡的瞬时出力计划和机组在同一时刻提供的爬坡计划,应该符合机组的容量约束。线性化的出力分段仍为式应献交时段细化时颗粒度想至用文中易内间的思626404h-(1)(-)。1l。1[]对于60min以内的爬坡计划,应该满足的容量约束是:机组当前交易时段中标调频市场并实际提供的上爬坡计划,加上中标上旋备市场并实际提供的上爬坡计划,加上机组在电能量市场中中标并实际提供的参与到电力负荷平衡的出力计划,不能超过其最大可调出力;机组在当前交易时段中标电能量市场并实际提供的参与到电力负荷平衡的出力计划,减去当前交易时段中标调频市场并实际提供的下爬坡计划、中标深调市场并实际提供的下爬坡计划,再减去机组在下旋备市场中标的短时下爬坡计划,不能低于其最小技术出力。60min以内的容量稱合关系如式(6-15)和(6-16)。对于30min以内的短时爬坡计划,应该满足的容量约束是:机组当前交易时段中标调频市场并实际提供的上爬坡计划,加上中标上旋备市场并实际提供的上爬坡计划,加上机组在电能量市场中中标并实际提供的参与到电力负荷平衡的出力计划的一半,不能超过其最大可调出力;机组在当前交易时段中标电能量市场并实际提供的参与到电力负荷平衡的出力计划的一半,减去当前交易时段中标调频市场并实际提供的下爬坡计划、中标深调市场并实际提供的下爬坡计划,再减去机组在下旋备市场中标的短时下爬坡计划,不能低于其最小技术出力。30min以内的容量耦合关系如式(6-17)和(6-18)。87华北电力大学博士学位论文对于15min以内的超短时爬坡计划,应该满足的容量约束是:机组当前交易时段中标调频市场并实际提供的上爬坡计划,加上机组在上旋备市场中标的30min短时上爬坡计划的一半,再加上机组在电能量市场中中标并实际提供的参与到电力负荷平衡的出力计划的四分之一,不能超过其最大可调出力(通常可以用机组最大技术出力代替)机组;在当前交易时段在电能量市场中中标并实际提供的参与到电力负荷平衡的出力计划的分之四一减去当前交易时段中标调频市场并实际提供的下爬坡计划、中标深调市场并,实际提供的下爬坡计划,再减去机组在下旋备市场中标的30min短时下爬坡计划的一半,不能低于其最小技术出力。15min以内的容量耦合关系如式(6-19)和(6-20)。ppmaxinin^(62-1K)〇P^PKS'u—_fc=1:i.tiiityit63-(1)64-1)(+R+SR^pgteit65-,tt1()VRSRSSR^i. ̄0eg^t——t^t^t66-1()T3^Pmn+"+R+^Pil^Pme9it(67-1)PL,2+RRRXeg[t—S[t—SS[t)68-1()max ̄mt, ̄e^++R^PPpitgtT:69-(1)p+Pit—RSR^gS—0^^i1^eitji6-20),(式中X一折线逼近线性化的分段数;APt—线性化出力区间长度;每个分段机实pl,—的组际力出MW)(;Pi—机组i稳定运行过程中高于最小技术出力的出力值(MW);6)机组提供电能量和辅助服务的爬坡能力约束典型机组组合模型将机组稳定运行时的爬坡速率解释为相邻两个时点出力的平均变化值,一般以单位^以1/11或%/1^11表达。由于多数机组组合模型的优化时间步长都设88第6章新配颔制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄定为lh,对相邻两个时点内更短时间段内,如15min、30min,机组的爬坡行为缺少进一步描述,难以适配高比例可变可再生能源出力高频次、大幅度、短周期的波动,文献[104]提出了在不改变以小时为优化步长的前提下分离出更短时间间隔的方法,本文在此基础上进一步考虑深度调峰和跨省联合网络约束,可以将机组15min和30min的爬坡过程表达如式。各类机组15min内和30min内的平均爬坡速率按1小时爬坡速率和一定比例系数折算。细时间颗粒度的爬坡行为补齐了典型机组组合模型在日内和实时调度、日内和实时电力现货市场,以及短时辅助服务市场中应用地短板,也可以通过在日前降低发电出力计划和实际净负荷需求的偏差,更好的适应高比例可再生能源并网消纳情景下的调度运行和市场出清。同样,应用文献[104]中对不同辅助服务交易标的区分爬坡能力的思想,对不同响应时段内的爬坡计划,其爬坡性能约束也不相同。。对于15min以内的超短时爬坡计划,应该满足的爬坡能力约束是:中标调频市场并实际执行的超短时上爬坡计划,加上机组稳定运行过程中15min内的正常出力爬升,以及机组中标上旋备市场或按上旋备计划等待调用的旋备上爬坡计划的一半(假定机组30min内均勾提供旋备计划),应小于机组依据自身性能在15min内所能爬升的最大值,如式;同理,中标调频市场并实际执行的超短时下爬坡计划,加上机组稳定运行过程中15min内的正常出力下降,再加上机组中标下旋备市场(负备用市场)并实际执行的旋备下爬坡计划的一半,以及机组中标深度调峰辅助服务市场并实际执行的15min内向下爬坡计划,应不超过机组依自身性能在15min内所能下降的最大值。15min内的超短时爬坡能力约束如式(6-21)和(6-22)。对于30min以内的短时爬坡计划,应该满足的爬坡能力约束是:机组稳定运行过程中30min内的正常出力爬升,加上机组中标上旋备市场或按上旋备计划等待调用的旋备上爬坡计划,应小于机组依据自身性能在30min内所能爬升的最大值,如式;同理,机组稳定运行过程中30min内的正常出力下降,再加上机组中标下旋备市场并实际执行的旋备下爬坡计划,应不超过机组依自身性能在30min内所能下降的最大值。30min内的超短时爬坡能力约束如式(6-23)和(6-24)。对于60min以内的爬坡计划,应满足的爬坡能力约束和正常稳定运行的爬坡约束相无需修改同,。-s5ll+R+Rt^RUpl,\\\pittegl^62-1)(111max+RSRR¥RDl15pilSJLtr ̄— ̄ ̄S ̄ ̄egi15622-pt^\iA\t()^^,SwttSO+R^RU ̄ ̄(623-)89华北电力大学博士学位论文5U5+丑¥RDpSSO—pLt〔t30(246-)一1式中£530机组在最大下爬坡速率—MWmn(/i);i30min内机组在最大下爬坡速率RU30—i30min内MWmn(/i);机组在最大下爬坡速率RD15—MWnm(/i);i15min内max机组i在15min内最大上爬坡速率(MW/min)。RU15—7)机组参与辅助服务市场和电能量市场的时序关系通过日前机组组合确定开机计划的全部在运行机组,可以根据自身爬坡性能和容量约束在日前申报次日同一交易时段调频、旋转备用、深度调峰和电能量市场。由电力交易机构在日前集中组织撮合出清,确定出清机组的顺序为:优先保证调频市场出清,调频市场未中标的机组或己中标调频市场机组的剩余容量,可以继续与其他容量资源一起参加旋转备用市场的出清。其中,当向下旋转备用市场出清并实际执行的向下旋转备用计划己经可以满足净负荷调节需求时,无需再安排深调市场的集中交易;根据日前负荷预测和电力平衡预测,预计向下旋转备用市场的中标容量所能提供的最大下爬坡计划无法满足高比例可再生能源并网消纳的需求时,即如果不启动深调将导致可再生能源弃电、或转送外省、或购买外省负备用辅助服务的交易时段,可启动深调交易,未中标向下旋转备用市场的机组可以参加深调市场的集中交易。根据日前调频市场和备用市场(深调市场本质上也是一种备用市场)的出清结果,剩余未中标机组或己中标机组的剩余可调用容量(剩余竞价空间)可参加日前电能量市场的集中交易。在出清交易时段日内或接近出清交易时段时,结合系统实际运行情况、超短期负荷和电力平衡预测,安排辅助服务和电能量的日内或实时市场,平衡日前市场的出清结果与实时净负荷的偏差。调度机构优先按照市场出清结果调用容量,执行辅助服务计划,如所有报价机组容量均己调用仍不能满足电网灵活调峰需求,可根据电力系统安全运行需要,强制调用未报价机组容量或己报价机组的剩余容量,由调控中心备案后按已报价机组同负荷率区间报价的最小值结算。本文建模仅考虑五种辅助服务,即日前向上调频(二次调频)、向下调频,日前上旋转备用、下旋转备用和深度调峰,交易时段仍按小时计算,但在交易时段内以15min和30min为界,进一步区分机组提供五种辅助服务的爬坡能力和容量需求;仅考虑日前电能量市场、不考虑日内和实时市场;假设日前辅助服务市场和日前电能量市场可以在15min为单位的时段实现交易同步,不改变日前市场以小时为单位的交易时段,并按对应负荷率区间的出清价格对该时段各类机组的中标爬坡计划和电能量计划进行结算,结算服务时长都按lh计算,每小时的平均结算价格为该时段内4个15min形成的对应市场出清价格均值。其中,优先完成调频辅助服务的出清,上下调频按容量统一结算,调90第6章新配额制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄频余量可以继续参与旋转备用市场,下旋备优先于深调市场出清,当下旋备调用完毕仍不能满足系统需求时,开启深度调峰市场。下旋备市场和深度调峰市场之间的选择关系见式(6-25)至式(6-30)。SR^MS ̄26-telit(5t)R^SSm^t6-26ke,t()^MSe6-27l()ittDMS-Ue,t(6-28)SSRrMS^T——6-29t,l(eliti>t)>()SRMS^S—^tl(e)l(6-30)iti式中—辅助连续变量;Sel—辅助变量01-i;t>较大正数本文取M—000(1);较小正数本文取m—0000(.1)。(3)参数设置表6-1需求情景一:模型输入的辅助服务预留容量需求预测值TDriable6-1emandscenayho1:forecastvalueofreservecapacityofancillarservicesinputbytemodel ̄ ̄省域ia¥iiiii(Dl)(D2)(D3)(D4)(D5)参考备率基准用%()1715161518辅助服务总容量需求%(5.2255.925)4.7705.0504.875上调频容量需求(%)0.2500.2500.2500.2500.250下调频容量需求%(0.250)0.2500.2500.2500.250上旋备容量需求(%)2.4502.1001.9251.7502.275下旋备容量需求(%)1.2250.8750.9101.0501.260深度调峰容量需求(%)1.0501.29571.151.5751.890仍基于第四章介绍的HRP-38标准测试系统,以西北地区为案例,考虑两种辅助服务需求情景。第一种根据各省运行日负荷预测水平以及国家能源局发布的“年煤电2023规划建设风险预警通知”中给出的各省电力系统参考备用率区间,综合考虑装机冗余度,以绿色区间上限为基准分省域设定HRP-38算例系统备用率水平;第二种结合HRP数据库中各省域最高统调负荷、新能源预测出力以及机组强制停机率等数据,综合考虑省91华北电力大学博士学位论文域间备用容量的协调,以合理备用率为基准设定算例系统中各省域备用率。两种辅助服务需求情景都以各省域电力负荷预测值的一定比例估算,各省域辅助服务需求预测值如表6-1和表6-2,假设各时段各省域辅助服务需求占电力负荷的比例相同。两种需求情景下,各省域辅助服务总容量需求平均设置水平分别为5.2%和3.3%。特别的,由于调频服务的特殊性,假设两种情景下调频服务的需求相同。另外,假设两种情景下初始输入的负荷需求和可变可再生能源出力预测值相同,如图6-1所示。表6-2需求情景二:模型输入的辅助服务预留容量需求预测值TDyable6-2ervicesinputbythememandscenario2:forecastvalueofreservecapacityofancillarsodel ̄ ̄ ̄i省域ii¥wmisti(Dl)(D2)(D3)(D4)(D5)参考备用率基准(%)1513131315辅助服务总容量需求%(3.5253.700)2351.3.1003.150上调频容量需求(%)0.2500.2500.2500.2500.250下调频容量需求%(0.250)0.2500.2500.2500.250上旋备容量需求%()0051.0051.7351.21.501.625下旋备容量需求%(0.750)0.6250.6500.6000.900深度调峰容量需求(%)0.7750.5000.5750.8000.675■■■■DlD2hbbD3DJD5VRE出力DlD2D3D4D5负荷预测100r-15090--4580--40¥窆70-■35^§,60-W-30,^3〇乂丁:r、- ̄—15j_rTrr爸|^\j....1..[i..l^Jl.!.j...I.ii,i,l[...,,Q,123456789101112131415161718192021222324时段图6-1模型输入的西北地区五省域净负荷预测值NNrtCFig.6-1etloadforecastoffiveprovincesinhohwestinainputbythemodel仅考虑305台火电机组典型日内24个交易时段的集中报价,实行日前电能量市场和辅助服务市场的联合出清,按统一边际出清价(最后一台中标机组的报价)结算。假设305台机组按成本报价,其中:辅助服务市场共设三种报价情景,如表6-3所示,如无特殊说明,模型结果均按照第一种报价场景计算;电能量市场直接以成本参数代表报价水平。此外,本章算例仅考虑火电机组有偿调峰,暂不考虑火电机组启停调峰、水电机组有偿调峰、虚拟储能调峰(大型自备企业通过调整机组出力或负荷,进行清洁能源92第6章新配额制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄电能的储存和支取)、储能调峰、用户侧调峰(可调节量达10%额定负荷及以上的用户或负荷集成商)等其他类型辅助服务品种。305台机组lh内的爬坡速率以表中lh的爬坡速率为基准计算,仍假设上下爬坡速为坡率相等,其中:30min内平均上、下爬坡速率lh爬速率倍平均的021.内mn5;1i上、下爬坡速率为lh爬坡速率的1.08倍,其他技术参数均与前述案例相同。表6-3火电机组辅助服务市场报价情景设置Table6-3Scenariosettingofauxiliaryservicemarketquotationforthermalpowerunits报价机组容量机组调频报价上旋备报价下旋备报价深调报价情景类数元元元元型台/MWMW//h)MW//h)MW//h)MW//h)((((100010053535800煤电一100010953535500600554040700—3001254444-6006642020400气电5001242525400400143030400100020943932400煤电60053.825206003001232015400_ ̄6006611814600气电5004001251.1613400311.5647400100020945[3949][32424001000,][,][,],煤电600543.88.2540[20356001000[,][,],][],_40000013001243[[20,35][0531,],][,]—6006625126814216001000[[,.[,]2,][,]]气电50012521.2461[32114001000,[,][],][,]400113.18.5.66.447554001000[],[,][,][,]6.1.2基于不确定成本报价的电能量和辅助服务市场联合出清模型(1)基于对偶理论的模型等价性转化基于确定性成本报价的双市场联合出清模型中,各类型机组报价为确定值,若机组报价为区间,在不确定机组报价的情况下,考虑双市场出清,则需要引入不确定情景集。假设交易价格的概率分布未知,但是取值区间的上下界己知。令2产5、3严\2严\表示不确定参数、A严、AfSfi的下界,对应着辅助服务价格的“最好情况”(价格最低^f、<1表示各类价格作取值区间的长度。所以辅助服务价格的所有可能情景的集合见式(6-31)。93华北电力大学博士学位论文^^+rGrXfeaRef>XPe3d\ien()Xtr+^^xXR-GRn(If)d!\iGru_Gig63'=,(\+^^\SRR1df)|(n)¥^+^XfSRXSSMSRSReGin(df,Xf),V按照鲁棒解的定义,在辅助服务价格不确定情景集的任意情景下,都保持省域互联电能量和辅助服务日前市场联合出清可行的最优解。但是,如果将所有不确定参数都取到最坏情况,会使得解过于保守。因此,本文通过引入“不确定性预算”的概念,缩减不确定情景集的范围,重新定义最好最坏情景。用表与其最好情景偏程度£^知^£055+如式(6-32)至式(6-35)。,?,-/;不的罔,,入fep一ereg=^,i^G(n)26(-3)XxVSJ—SIV%(n)Qsr*=dsR—Gje(6-33)XfR-R,、XfJeG二463-Qsr-sr-2(rz)(),SRdJGf,、=essr(n)Qssr6-35()i,M燃l,QRcg,QSR、QSRG,QSSR01[,]用尸表示辅助服务市场报价的不确定性预算,如式(6-36)。[#,严+(泛+乂彡尸紐5+)(6-36)Gi^(n)特别地,当且仅当r取零时,所有的不确定报价都等于其最坏情景的取值,当且仅当r取1220时,所有的不确定报价都等于其最好情景的取值。因此,通过改变不确定性预算的值,决策者能够依据风险偏好调节不确定情景集的大小,并实现最优性和鲁棒性的权衡。在本文中,r的值越大,不确定情景集的范围越小,决策者的决策风格越激进(乐观)。因此,考虑报价鲁棒性的省域互联电能量和辅助服务日前市场联合出清模型,其目标数转化部分式函中的待,如(6-37)。94第6章新配额制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄SJi^+R++\Rte9 ̄RS^t1{egtegt)RS^t[MnSSSfYssn^^^n+Reu^r6_37+KR2SS,)-s()eft^++\GCnnl_=i()_为便于求解,本文将模型转换成等价混合整数线性规划模型,具体转换过程如下:由于机组的报价仅被包含在目标函数里,因此对于一组确定的双市场中标结果,机组报价取值使双市场总购买成本最高的情景即为“最坏情景”。而我们希望找到一个最优双市场中标结果,使得最坏情景下的成本最小化。基于以上分析,将偏离度引入目标函数考虑线性规划题如式和式中,问(6-38)(6-39)。“严爲严“()聊卩」s.t^NE1>严+^+泛严〇+¥reGn—\*n()Qta^l<r^I(693-)q!R^lgfSR^lgfsR^〇、,Qf显然,该问题是一个线性优化问题,强对偶理论成立。原问题与对偶问题可以取到相同的目标函数值。因此,基于强对偶理论,我们可以将模型转化成以下等价性模型,如式(6-40)和式(6-41)。Minzr+j^Yl+y^SR^>46_0)(^Gn=1in()S.t.95华北电力大学博士学位论文Xm+^^R+RZ1^drQReg!1egt.egTt)y!{t.t=\nf^SRyz--\tt^Y^"64_1)+zesRdRSr(,yft/=1m+WzSR側SSR&t=lRRSR5cz,yf\yf,yf,yf0<其中,严,yfM是对偶问题中的对偶变量。(2)目标函数(提供电能量和辅助服务的总成本)之和仍以系统购买电能量和辅助服务总费用最小为优化目标,将鲁棒优化模型转化成混合整数规划模型,可以进行直接求解。转化后,考虑报价鲁棒性的省域互联电能量和辅助服务日前市场联合出清模型的目标函数如式(6-42)。S+^^^R+R+RfXS\t^ggReeea-r(YYYW严L+=tt)tMinCostduarL哪2G」N46-2)(+^r+EE^Re9+"R++++TC"SR"yy)—n=lzeG^n)(3)约束除7.2.7中的全部约束外,还需要引入鲁棒优化的相关约束,如式(6-41),从而构建出计及价格不确定性的省域互联电能量和辅助服务日前市场联合出清模型。(4)参数设置除报价参数不同外,其他全部输入参数与基于确定性成本报价的双市场联合出清模型中一致。表6-3按照西北辅助服务市场运营实际情况和305台火电机组的技术和成本参数,给出了辅助服务市场报价的不确定性区间,以区间下界和区间长度两个参数表示,并作为报价参数引入模型中。6.2新配额制下西北地区高比例可再生能源市场化消纳结果分析62..1基于确定性成本报价的双市场联合出清结果分析(1)不同辅助服务需求水平下的双市场中标情况(按类型)。在两种典型需求预测情景下,从西北地区总体来看,除个别时段风电机组和太阳能发电机组的出力略有不同,区域整体各类机组的模拟中标出力情况相近但各类辅助服务中标容量差异明显,如图6-2和图6-3。分省双市场中标情况如图6-4和图6-5所示。96第6章新配额制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳优化模型及应用研究轴火屯发MOB■丨iOBiil9t■■卜__UUUOBIB/kH陡中Ii._卜故年哎蠲”公木阳隈夂lUK?W^?*__蚁丨走剛川々C'II.I总向卜MVi黑水仿街l<Vfj^lll*00CVjoW:tffrrnTFT^r1III!fill:trrTi摘?'mi5.50fl*?<_£iki|£jXXI?)LMl-<N)4(l,-12<?>■?lu皿里ii?‘.鳳囂mu匿?‘4i〇■>1<MM0ft06<'I?'〇25**7?>lII1131415If*17IHl>22122224I234K>1It121314151(li?l??24?2347*时ft图6-2需求情景一西北地区总体双市场中标情况(按类型)?.DriNCpFig.6-2emandscenao1〇:\erallbidwinningintwomarketsinorthwesthina(byt>e)K\屯韌iff__|Ke备■■卜14私!^■火丨社太推HiaMau■Hi;IH幽备总竭汰求么屮K出乃卜Sc舱tSl《,4出—爷《=aiM〇1丨—HiUl<心|:j|!|?求调必?卜爷莳f外<丨ii?丨!!/iK<>o「「:IIIIr7nn^::……i:TIWifKI8BhN■nV1516*'v2<UI<l7N>>l6ft704ou5?I4<8??>347X11屋2131418|2t>2122?11IIl;I1II1时代吋图6-3需求情景二:西北地区总体双市场中标情况(按类型)Fig.6-3Demandscenario2:overallbidwinningintwomarketsinNorthwestChina(byt\pe)分省来看,第一种辅助服务需求水平下,辅助服务的预留容量需求水平较高,西北地区五省域各类辅助服务市场全部启动,且各省域各时段各类辅助服务品种中标容量差异明显。各省一日累计辅助服务待补偿或结算费用中,除相对稳定的调频费用外,其他三类辅助服务费用差异较大,其中,上旋备费用仅新疆需单独列示结算,其他各省上调频容量余量即可满足上旋备需求,负备用(下旋备)和深度调峰费用相近。第二种辅助服务需求水平下,辅助服务的预留容量需求水平较低,除上旋备辅助服务市场外,西北地区五省域其他各类辅助服务市场全部启动。各省一日累计辅助服务待补偿或结算费用中,深度调峰占比大幅提高,成为最主要的结算项目。两种辅助服务需求水平下,由于参与双市场的机组存在提供电能量和辅助服务的容量耦合和爬坡限制关系,因此各省域各类机组的出力也有明显变化,辅助服务需求较低时,各省省域间联络线计划有较大调整,风光限制出力减少、实际出力增大。说明不同省域机组为消纳高比例非水可再生能源预留的辅助服务容量,通过调整省域间联络线功率在区域范围内实现了协调配置。97华北电力大学博士学位论文MKMMDKCk__tOB)卜'B=a<ifcII).iI兑OW明出tWCM卜承iM'Uu丨U 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服务市场报价的鲁棒性,并可以通过调整不确定预算尸的取值(介于0和1220之间),平抑报价不确定性对出清结果的影响,从而可以得到介于最保守出清和最优出清之间的优化结果,该结果对一定区间内的机组报价具有普适性,从而可以在一定程度上减小出清引擎的重复工作。本文附表中详细列出了不确定预算值为610时的鲁棒出清结果,包含六组辅助服务市场和一组电能量市场的24交易时段中标机组及其中标容量或出力;需要安排开机的机组都集中在第一时段,机组组合结果如附表6。表6-4不考虑价格不确定性的常规出清结果:报价情景一TCriyable6-4onventionalcleakngresultswithouttaingpriceuncertaintintoaccount:scenarioone ̄区域/省域西北地区新疆甘肃青海陕西宁夏发电运行成本万元/103209.253342.39326.96271.020487.713781.2火电发电量W/Gh3845.31908.9376.5225.6813.3521.2风电发电量GW/h637.8321.8204.328.6431.51.6风电限电量W/Gh4.05.80.00.00.71.1太阳能发电量GW/h702.6222.1142.39311.64.582.4太阳能限电量W/Gh102.80.00.058.426.218.2水电发电量W/Gh27.948.05.12.791.0.0区外送电量GW/h718.836.036.036.034.836.0用电量GW/h5034.91876.9894.7505.41006.5751.3总发电量GW/h5213.72461.2728.0458.2911.1655.2联络线送电量GW/h4202225833330388111-----.....消纳量GW/h1862.1763.3429.1298.2184.6186.9弃风率%/0.90.00.02.311.22.2弃光率%400023292808/1811......消纳比重/%37.040.748.059.018.324.9(2)辅助服务市场报价对可再生能源经济消纳的影响本案例按机组单机容量,对305台机组辅助服务市场的报价情景设置如表,参考依据为西北电监局出台的西北地区辅助服务市场运营规则及西北五省出台的省级辅助服务市场运营规则。此外,电能量市场报价实际上采用各机组的发电成本参数直接替代,106第6章新配额制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄若进一步考虑其他报价策略,可在边际发电成本基础上按一定折算比例形成新的报价参数。相同辅助服务容量需求水平下(需求情景二),根据三种报价情景下的模拟出清结果,整理可再生能源消纳相关指标如表6-4、表6-5和表6-6。表6-5不考虑价格不确定性的常规出清结果:报价情景二TCable6-5onventionalclearingresultswithouttakingpriceuncertaintyintoaccount:scenariotwo^区域/省域西北地区新疆甘肃青海陕西宁夏发电运行成本万元/103202.753339.79325.56270.620486.613780.3火电发电量W/Gh3844.71908.6376.3225.5813.2521.1风电发电量W/Gh637.9231.8204.328.631.551.6风电限电量W/Gh5.70.00.00.73.91.1太阳能发电量W/Gh703.1222.1412.397164.582.61.太阳能限电量W/Gh102.30.00.058.026.281.1水电发电量/GWh9127.98.45.021.7.0.0区外送电量/GWh34.8178.836.036.036.036.0用电量W/Gh5034.91876.9894.7505.41006.5751.3总发电量GW/h5213.72461.0727.9458.5911.1655.3联络线送电量W/Gh4090020582283323-----...11.1.消纳量W/Gh1862.6763.2429.1298.64188.187.0弃风率%90200000322/....11..弃光率%/12.70.00.023.228.918.0消纳比重/%3X040.748.059.1841.24.9表6-6考虑价格不确定性的鲁棒出清结果:报价情景三TCrtable6-6onventionalclearingresultswithouttakingpriceunceaintyintoaccount:scenariothree区域/省域西北地区新疆甘肃青海陕西宁夏发电运行成本万元/103201.053339.19324.96270.720486.413780.0火电发电量GW/h3844.61908.6376.3225.5813.1521.1风电发电量/GWh634.6231.8204.329.328.950.4风电限电量W/G0.0h98.0.00.06.52.4太阳能发电量W/Gh70I221.9142.3222.052.072.9I.太阳能限电量/GWh0.294.40.027.738.727.8水电发电量/GWh27.98.45.0271.91.0.0区外送电量/GWh183.336.036.040.534.836.0用电量W/Gh5034.91876.9894.7505.41006.5751.3总发电量W/Gh5218.22460.7727.8489.4895.9644.3联络线送电量W/Gh47209644058255453-----...1.1.消纳量W/Gh1882.6762.9429.2334.57751.180.4弃风率%44000000855/1....1..弃光率%7000427276/111..1.1.1..消纳比重/%37440.648.066.2751.24.0(3)辅助服务市场报价对区域总辅助服务费用的影响107华北电力大学博士学位论文辅助服务报价低的情景二和按区间报价的情景三,区域总辅助服务费用及除调频外各项分类辅助服务费用均大幅降低,发电运行成本略有降低,如表6-7所示。表6-7不同报价情景的辅助服务费用对比TCriable6-7ompasonofancillaryservicecostsfordifferentquotationscenarios ̄报价情景报价情景一报价情景二报价情景三发电运行成本/万元103209.2103202.7103201.0辅助服务成本万元/159.846.29.6调频总费用万元/8.98.56.5上旋备总万元费用/0.00.00.0下旋备总用万元费/65.41.0.2深调费用/万元145.236J23(4)辅助服务市场报价对区域碳排放的影响区域总碳排放相近。考虑报辅助服务市场报价低的情景二和按区间报价的情景三,价不确定性的青海省单位度电碳排放明显降低,而陕西和宁夏则相反,这与青海省非水可再生能源装机占比和发电量占比较高有关,如表6-8所示。表6-8不同报价情景的区域碳排放对比Table6-8Comparisonofregionalcarbonemissionsfordifferentofferscenarios ̄"区域/省域西北地区新疆甘肃青海陕西宁i总碳排放/kt2244.71197.3029.1116.84441.280.2报价一430.5486.5287.2254.9484.4427.6单位发电碳排放/(kg/MWh)报价二430.5486.5287.2254.7484.4427.6报价三430.2486.6287.3238.6492.7434.96.2.3市场化消纳优化与经济低碳消纳优化结果对比西北五省的消纳责任权重分配按照2020年最低消纳责任权重值(新疆:%10.5、甘肃青海执将统%:16.5、:25%、陕西:12%、宁夏:20%)行,按出清结果计的西北地区总体消纳数据和相同分配方案下按经济调度和低碳调度优化结果统计的消纳数据对比,如表6-9所示。三种模型下,西北地区五省均可以实现2020年最低消纳责任权重指标,双市场出清结果和经济调度结果相近,各项消纳指标优于以区域整体碳排放最优为目标函数的低碳调度模型结果,虽然一个典型日24小时的模拟运行结果并不能代表长时间统计周期的消纳情况,仍可以得到以下三点可供进一步验证的推论。一是在当前案例对西北地区五省电源结构、典型日负荷特性和可再生能源机组出力序列的设置方案下,2020年最低消纳责任权重容易实现,各省实现超额消纳的意愿不强烈;二是从促进高比例可再生能源消纳的角度,在消纳责任权重的强制约束下,市场配置与计划调用两种方式的效率相近,甚至部分消纳指标劣于计划调用;三是在消纳责任权重约束下,低碳调度的经济性108第6章新配额制下基于市场交易的高比例可再生能源消纳优化模型及应用研宄弱于市场配置和经济调度,消纳指标是否在长周期内同样偏于劣势仍有待进一步验证。表6-9西北地区相同消纳责任权重分配方案下三种模型的消纳结果对比Table6-9ResultscomparisonofthreemodelswiththesameresponsibilityweightallocationschemeinNCorthwesthina^模型双市场出清经济消纳低碳消纳发电运行成本/万元103209.2103164119439火电发电量GW/h4209.33845.33841.2风电发电量/GWh637.8633.6393.4风电弃电量/GWh58.10250.2太阳能发电量/GWh702.69701.583.1太能弃电量阳GW/h222.4102.894.5水电发电量W/Gh27.927.927.9区外送电量W/G178.8h178.8178.8用电量W/Gh5034.95034.95034.9总发电量W/G5213.7h5213.75213.7消纳量GW/h6218.11890.21518.1弃风率/%0.915.38.9弃光率%276/1.8711.2.消纳比重%/30.23737.5渗透率%^£/262619.46.3本章小结本章首先构建了省域互联的日前电能量市场和日前辅助服务市场联合出清模型,以西北地区为案例,计及各省域间和区域整体主网架约束,讨论电能量和辅助服务市场联合出清对新配额制下促进高比例可再生能源消纳的影响。根据两种辅助服务需求水平下电能量市场和辅助服务市场的双市场出清结果,分析区域整体和各省域的消纳指标,结果表明不同辅助服务需求规模下不同省域机组为消纳高比例非水可再生能源预留的辅助服务容量,可以通过双市场出清形成的调用结果,调整省域间联络线功率并在区域范围内实现协调配置,各省域弃电量和弃电率指标明显降低,增加消纳责任权重分配水平对消纳量水平提升作用有限。本章第二部分进一步构建了考虑火电机组辅助服务市场报价不确定性的双市场鲁棒出清模型,得出了305台机组在五类辅助服务市场和电能量市场的联合出清结果,并分析了报价对区域可再生能源消纳、辅助服务费用和碳排放的影响,结果表明辅助服务报价较低或考虑报价不确定性时,区域总辅助服务费用及除调频外各项分类辅助服务费用均大幅降低,而区域发电成本略有降低,区域总碳排放相近而可再生能源装机比例较高的青海省度电碳排放明显降低最后比较了基于市场交易的高比例可再生能源消纳与基于调度计划的高比例可再生能源消纳的优化结果,结果表明双市场联合出清模型的消纳水平和区域整体发电成本介于经济调度和低碳调度模型之间。109华北电力大学博士学位论文第7章研究成果与结论7.1研允成果促进可再生能源消纳需要配套的体制机制发挥保障激励作用,而新配额制的引入对区域可再生能源消纳有重要作用。通过建立新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型,本文从低碳和经济双目标导向与电力市场交易两个层面着手,对系统整体碳减排最优和经济性最优的差异化目标设定下的高比例可再生能源消纳优化效果进行了分析和比较,并基于确定性报价和不确定性报价对电能量市场和辅助服务市场联合出清时可再生能源消纳情况进行了讨论,由此得出以下主要研究成果。(1)构建了面向西北地区高比例可再生能源消纳的大规模案例系统以西北地区实际数据和HRP-38数据库为基础,通过提取西北地区电网结构和电源结构的特征,并充分考虑电力系统负荷和非水可再生能源出力的特性,搭建了具有电网节点结构复杂、机组数量多和可再生能源占比高等特点的案例系统。并以该案例为应用场景,比较分析本文构建的各类模型的优化结果。(2)构建了高比例可再生能源消纳优化模型,并应用于灵活消纳措施的效果评估。以基于安全约束的机组组合(SCUC)和经济调度模型(SCED)为基础开发了以发电成本最小为优化目标的高比例可再生能源经济消纳优化模型,适用于大规模机组组合、高比例可再生能源并网情景下一日运行优化决策的快速求解。基于西北地区案例系统,构建了四类提升电力系统灵活性的灵活消纳措施情景,其中,电网侧灵活性措施以提高省间输电能力和区外输电容量为代表,需求侧以提高负荷可灵活调节水平的需求侧管理为代表,电源侧以火电机组深度调峰改造为代表,分别分析了了四种灵活消纳措施在不同方案下对西北地区高比例可再生能源消纳的影响,并评估了其灵活性措施对区域整体经济性和减排效果的贡献。(3)新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型构建。在高比例可再生能源消纳优化模型基础上,引入新配额制下消纳责任权重的约束,并对其中非线性部分进行线性化,构建了基于三种目标导向调度运行优化的新配额制下高比例可再生能源经济消纳优化模型、低碳消纳优化模型以及经济与低碳双目标消纳优化模型。一是以区域整体发电运行成本最小为优化目标、考虑省域互联的单目标经济消纳优化模型;二是引入305台机组的碳排放参数,以区域整体总碳排放为目标,构建了基于省域互联的单目标低碳消纳优化模型,接着在约束方面进一步考虑38个节点间的线路传输容量和机组在各节点的分布限制,构建了基于网架互联的单目标低碳消纳优化模型;三是基于区域整体碳排放和系统购电成本最低构建了省域互联的经济与低碳双目标消纳优化模型,分别对三类模型参数进行设置。110第7章研宄成果与结论(4)对新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型展开了详细的应用研究。以西北地区为例,对比展开新配额制下高比例可再生能源消纳的案例分析,评估了消纳责任权重分配对区域发电经济性、碳排放以及各项消纳指标的影响;比较分析了新配额制实施前后的高比例可再生能源消纳优化结果差异;进一步评估了新配额制下各类灵活消纳措施促进高比例可再生能源消纳的效果,并比较分析了新配额制实施前后及不同配额水平对灵活消纳措施综合效果的影响;在同一消纳责任权重水平下,比较分析了经济消纳、低碳消纳优化模型的结果,比较分析了单目标低碳消纳模型和经济与低碳双目标优化模型的优化结果;此外还验证了网架结构对低碳消纳优化结果的影响,以及风电和太阳能发电平价上网对双目标优化结果的影响。(5)新配额制下高比例可再生能源市场化消纳的省域互联电能量和辅助服务日前市场联合出清模型及应用研究。该部分研究首先基于确定性成本报价,构建了省域互联的日前电能量市场和日前辅助服务市场联合出清模型,以西北地区为案例,计及各省域间和区域整体主网架约束,讨论电能量和辅助服务市场联合出清对新配额制下促进高比例可再生能源消纳的影响。随后进一步构建了考虑火电机组辅助服务市场报价不确定性的双市场鲁棒出清模型,得出了305台机组在五类辅助服务市场和电能量市场的联合出清结果,并分析了报价模式、报价水平和报价不确定性对区域可再生能源消纳指标、辅助服务费用和碳排放的影响。7.2结论及政策建议(1)主要结论通过构建以西北地区实际案例为基础的新配额制下高比例可再生能源消纳优化模型,先后对灵活性改善措施对可再生能源消纳影响、不同目标下新配额制对高比例可再生能源消纳影响、基于市场交易的新配额制下高比例可再生能源消纳状况的分析和对比,得到以下主要结论。1)省间和区外输电能力的提升、需求侧灵活性资源的加入和火电机组调峰深度的提高均能有效改善可再生能源的消纳情况。然而,区域内省域间调峰资源互联互济能力的提高对太阳能发电来说促进消纳的效果并不明显;区外输电容量提升后,风火打捆输送使得发电成本提高,相当于是以牺牲经济性为代价来实现了区域整体消纳指标的改善;火电机组灵活性改造的发电经济性和度电减排效果会变差。2)当可再生能源消纳配额达到较高水平时,需要安排配套的火电机组为更高比例非水可再生能源并网消纳提供调峰保障,从而使得系统发电运行成本明显提高,但降低了区域整体度电碳排放强度;与省域互联的可再生能源消纳情况相比,引入网架约束后,区域整体的碳排放虽然没有变化但是总发电成本提高,非水可再生能源的出力波动受制于节点分布,实现瞬时功率平衡的灵活性资源有限,会导致部分时刻出现大规模限电。3)当西北地区各省配额权重分配水平较低时,整体上以经济消纳为目标的优化模in华北电力大学博士学位论文型经济效果占优而减排效果与低碳消纳接近,但当配额权重达到较高水平(S7)时,整体上以低碳消纳为目标的优化模型减排效果明显更优而增加的发电成本反而减小,届时选择以低碳消纳为优化目标的模型更适用于在保证一定经济性的前提下实现区域整体的碳减排。4)风光平价上网进程对经济与低碳目标下可再生能源消纳有明显影响。当风电或太阳能发电有一方不能实现平价时,对应的弃风率或弃光率极大;当二者均按照补贴电价上网,弃风率依然居高不下,弃光率也保持在不低的水平;如都按照平价上网,则弃风率和弃光率也比较均衡,都维持在50%左右的水平。可见要实现区域经济最优和低碳最优的双重目标,必然要牺牲一部分消纳指标,由于消纳比重直接跟分配的消纳责任权重强约束相关,双目标优化的结果仍然可以满足设定责任权重的考核,但是要以大量的弃风和弃光为代价。5)根据两种辅助服务需求水平下电能量市场和辅助服务市场的双市场出清结果,分析区域整体和各省域的消纳指标,结果表明不同辅助服务需求规模下不同省域机组为消纳高比例非水可再生能源预留的辅助服务容量,可以通过双市场出清形成的调用结果,调整省域间联络线功率并在区域范围内实现协调配置,各省域弃电量和弃电率指标明显降低,增加消纳责任权重分配水平对消纳量水平提升作用有限。辅助服务报价较低或考虑报价不确定性时,区域总辅助服务费用及除调频外各项分类辅助服务费用均大幅降低,而区域发电成本略有降低,区域总碳排放相近而可再生能源装机比例较高的青海省度电碳排放明显降低。此外,双市场联合出清模型的消纳水平和区域整体发电成本介于经济调度和低碳调度模型之间。(2)政策建议1)根据省域特点综合权衡低碳性和经济性及消纳指标优先级,合理提高新配额制省域消纳责任权重分配水平,分阶段适时选择适度的电力系统灵活性提升措施,使灵活消纳措施在新配额制下发挥出更好效果:若优先考虑弃电率和消纳比重等消纳指标,且允许牺牲一定的度电碳减排指标,则该阶段可优先选用火电机组深度调峰改造,若优先考虑区域碳减排,且允许一定的弃电率水平,则该阶段可优先选择提高区外输电容量和省间输电能力,若优先考虑区域整体经济性,且允许一定的弃电水,则该阶段可优先选择火电机组深度调峰改造和引入需求侧灵活可调节负荷;2)建议现阶段仍以经济消纳为主导,在消纳责任权重达到较高水平时,再选择以低碳消纳为主导,在风电和太阳能发电可以实现平价上网后,再考虑双目标优化;3)建议在电力市场机制尚不完善时,选择基于确定性成本报价的电能量和辅助服务市场联合出清模型设计出清引擎,建议对电力市场价格风险较为敏感的地区级电力市场,选择基于不确定成本报价的电能量和辅助服务市场联合出清模型设计出清引擎;4)建议完善促进高比例可再生能源消纳的保障激励机制,完善高比例可再生能源参与的多尺度电力市场体系建设,并做好新配额制与保障激励机制和多尺度电力市场交112第7章研宄成果与结论易体系的衔接。(3)研宄展望本文对新配额制下高比例可再生能源的消纳优化研宄仍存在尚未解决的问题,对未来研究工作的展望如下。1)考虑电能量市场多种报价模式的双市场联合出清模型本文模型中仅考虑了辅助服务市场报价,电能量市场总购电费用直接以发电成本代替,且只考虑了火电机组组合提供电能量的成本,因此辅助服务市场报价对电能量市场出清结果并无明显影响,不能完全体现机组在双市场提供电能量和辅助服务的容量耦合关系和爬坡能力约束;仅考虑了三种辅助服务市场的报价情景,不能完全体现双市场报价对双市场出清结果的影响。未来需进一步考虑两类情景下的电能量市场报价,第一类情景中,假设风电和太阳能发电机组不参与市场出清,设置三种火电机组报价的情景,一是305台火电机组全部按变动成本报价,二是全部按变动成本加固定成本报价,三是50%的300MW机组和600MW机组全部按变动成本的80%报价,其他机组仍按变动加固定成本报价,四是只允许60%的1000MW机组参与电能量市场的报价,其他40%的1000MW机组和300MW、600MW机组参与辅助服务市场报价,对比得出不同电能量市场报价模式对双市场出清的影响。第二类情景中假设风电和太阳能发电机组参与市场出清,以一个风电场或太阳能发电站为一个报价单元,作为发电聚合集成商统一参与市场报价,则共有86个非水可再生能源发电集成商和305台火电机组参与电能量市场报价。设置三种报价情景,一是全部风电机组按统一价格报价或结算,全部太阳能发电机组按统一价格报价或结算,且报价远高于燃煤发电基准价;二是全部风电机组按燃煤发电基准价报价,太阳能发电机组按高于燃煤发电基准价报价;三是全部风电机组和太阳能机组都按燃煤发电基准价报价;四是全部风电机组按低于燃煤发电基准价报价,太阳能发电按燃煤发电基准价报价。2)大规模机组组合和低碳经济调度模型的进一步改进一是基于深度学习的机组出力不确定性处理。本文提出的模型虽然考虑报价的不确定性问题,但整体模型结构仍是基于确定性参数进行优化的,若考虑高比例可再生能源发电出力的不确定性,即净出力参数不再是确定的序列值,而是满足一定置信水平的取值区间,净出力曲线不再是一条确定的连续曲线,而是一段连续的出力带,传统的鲁棒规划或随机规划并不能解决这一类问题,需要采用基于机器学习的深度学习智能算法,重新设计大规模机组组合和经济调度或低碳调度模型。二是对长周期运行状态的模拟。本文提出的模型多以一个典型日为时间序列长度,而考虑长周期计算得到的消纳量、消纳比重、掺透率和碳排放等参数更有研究价值。本文第三章提出的大规模机组组合和经济调度改进模型虽然可以在一个典型日的数据量基础上实现求解速度的大幅提高,但引入连续一周的净负荷出力序列计算时,求解速度仍不乐观,且模型调参过程极为苛刻,实用性不强,需要在模型约束、参数设置等方面113华北电力大学博士学位论文做进一步改进。3)基于长周期的运行结果测算火电机组灵活性的低碳改造临界水平。燃煤火电机组通过灵活性改造在最小技术出力、爬坡率和启停时间等参数水平上都向更灵活的机组靠拢,理论上可以在响应能力约束范围内,在典型日全天各时段通过快速缩减火电机组出力为风电和太阳能发电让渡更多发电空间,从而实现一日累计提供电能量中,火电发电量降低而非水可再生能源发电量提高,区域整体碳排放减小。若仅以区域整体碳排放为单一目标进行优化,灵活性改造理论上没有改造程度的下界;然而,若进一步考虑经济性,考虑到系统整体购电费用的合理性以及煤电机组的合理收益,没有必要也不能无限制的购买风光发电量而忽视煤电发电量,在风光未实现平价以前,按照双目标优化计算得到的煤电发电量,在总发电计划或中标电量中仍将占有较髙比重;若进一步考虑灵活性改造的投资成本,则灵活性改造可能会存在较为明显的临界点,在该临界点上,区域整体发电碳排放保持在较低水平,而系统总购买电能量的费用以及改造成本不至于超出系统承受能力。未来可进一步细分灵活性改造的设置场景,通过参数调整的方式,即原始最小技术出力、上下爬坡速率以及启停时间下调或上调一定比例,得到系统以某种方式灵活性改造前后的总购电费用差异,以费用差或成本差、改造机组容量(类型)为标准即可计算出在一定折现率水平下,一定回收期范围内,系统可以接受的改造投资现值。若灵活性改造的投资成本,可以用单位容量的改造投资计算表示,预期可以得到最小技术出力、爬坡率和启停时间每降低单位幅度,系统可承受的平均单位改造成本。114参考文献参考文献新华社近平主持开央财经委会第九次会议习召中员1EBOL[/].(2021-03-15).2020[-.[]04-01].http://www.gov.cn/xinwen/202103-/15/content5593154.htm_[2电力规划设计总院.中国电力发展报告2019M.北京:电力规划设计总院2020[]],[3袁家海.中国电力系统灵活性的多元提升路径研宄R.北京:华北电力大学2020][],[4J国家能源局.关于建立健全可再生能源电力消纳保障机制的通知[EB/OL].(2019-t4h05-10.2020-0p://zfxxgk.nea.gov.cn/auto87/201905/t201905153662.htm)[_02-.][5裴哲义王新雷董存等.东北供热机组对新能源消纳的影响分析及热电解耦措,,,]施J?电网技术,2017,41(06):1786-1792[][6刘振亚张启平董存等.通过特高压直流实现大型能源基地风、光、火电力大],,,规模高效率安全外送研究电机程学报J.中国工44201(16):2513-2513,[],3[7]裴哲义,王彩霞,和青,等.对中国新能源消纳问题的分析与建议[J].中国电力,42016,09(711):-1[8王振宇李俊许朝阳等.基于弃风弃光同步消纳的荷网源协调思路与实时消纳],,,电量评估方法研究可再生能源J[].4,2016,34(10):1441-148[9李明胡殿刚周有学.基于“两个替代”战略的甘肃新能源就地消纳模式研究与],,实践J?电网技术,2016,40(10):2991-2997[]10周强汪宁渤冉亮等.中国新能源弃风弃光原因分析及前景探究J.中国电力[],,,[],42016,9(9):7-1211舒印彪张智刚郭剑波.新能源消纳关键因素分析及解决措施研究[J].中国电机[],,工程学报2077,8(1):1,3-1NVOB[12]ImpramS,eseSC,ral.hallengesofrenewableenergypenetrationonpowerAERsystemflexibility:eviews,2020,31:100539uvyesrJ[nergyStrategy.]13李海张宁康重庆等.可再生能源消纳影响因素的贡献度分析方法J.中国电[],,,[]机工程学报9,2019,3(04:1009-1018)14国家能源局.国家能源局正式启动提升火电灵活性改造示范试点工作EB/OL.[][](2016-06-20).[2020-04-03].http://www.nea.gov.cn/2016-06/20/c_l35451050.htm国家能源局关于提升电力系统调节能力的指导意见51EBOL200222020[/18-8--_?].()[[]04-03.httpswww://.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/201803/t20180323h962694.tm]]_ZDYYLRF61[]hang,ouPna,ea,tl.egulatingcostforrenewableenergyaccommodationinGEpowergridsJ.lobalnergyInterconnection2,018,54:54-551[]KTGVkppp[17]opiseJ,SiekerS,satsaronis.alueofowerplantflexibilityinowersystemsAGEwithhighsharesofvariablerenewables:scenariooutlookforermany2035J,nergy,[]2017,137:823-833115华北电力大学博士学位论文ZB[18]haoJ,Shen.TheStrategiesforImprovingEnergyEfficiencyofPowerSystemwithWCEIncreasingShareofindPowerinhnaiJ.nergies2,019,1212):2376([]LDD[19]PilpolaS,undP.ifferentflexibilityoptionsforbettersystemaccommodationofERwindpowerJ.nergyStrategyeviews,2019,26:100368[]RRRHVH[20]SinselSL,iemke,offmann.ChallengesandsolutiontechnologiesfortheREaccommodationofvariablerenewableenergysources—areview[J].enewablenergy,2020,145:2271-2285BYHXOWVR2[1]u,ZhangP.ntheaytoIntegrateIncreasingSharesofariableenewablesCANANRinhnia:ctivatingearbyccommodationPotentialunderewProvincial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放约束下虚拟电厂鲁棒优化竞标模型J.电力自[],,,[]动化设备,2017,2:97-103NAKMOO[100]adiaZ,li,aidetal.ptimalunitcommitmentusingequivalentlinearj,CEEECminimumupanddowntimeconstraints[]nd2.IInternationalonferenceonPowerandEnergy,2008AOMGAMMC[101]lirezaSoroudiP.owerSystemptimizationham:Springer,odelinginS,[]2017YNYWTT[102]ZhuoZ,Zhang,angJea,tl.ransmissionExpansionPlanningestSystemforADGWVRC/CHybridridithHighariableenewableIEEEEnergyPenetrationJ,[]TransactionsonPowerSystems2,020,35(4)2:597-2608EEEDDHRPDB031[ataport.ataset-of--38-test-system[2090232020505,----I11).[.]1(]]https://dx.doi.org/10.21227/ggy4-7497[104杨萌张粒子吕建虎等.面向灵活性的电能量与辅助服务日前市场联合出清模],,,型J.中国电力2002358,:11[],()121!0'〇o0〇oOO〇0〇〇〇000(a0o0O0O〇0〇0〇000000000J■g■'〇go0〇oOO00〇〇〇000c〇〇0o00O0O〇0〇0〇000000000m?'-0c0o9o0〇oOO00〇〇〇0c0u〇oo00O0O〇0〇0〇00000000〇gn^''0mo0〇oOOa0〇〇〇0000〇0o00O0O〇0〇0〇000000000^0^oco'2o0〇oOOo0〇〇〇-0=〇0occO0O〇0〇0〇00000000fli'i1sl00§〇0〇0o0〇oOOu0o00000〇0o0oO0O0000〇0000000002nmr'00〇11一8oo''lm^o0〇oOOo0o0aocU一0〇0o0oO0Ooo000〇000000000-ss^'-2o0(oOOu0oc0=0〇0o0oO0O〇000〇000000000)IIUEmldKuo噸s二o0n2o0〇oOO〇0oas00c0〇0ocoO0O〇0000000000000拗q渥omlo-li贮sn渣q帐j眾So0000Ei2000000〇0o00000〇0co0o0o0〇000000000〇000LB00I__;£r!%03、0栌--ooos0Oael0ou000S〇u〇00u0O00oUoUoOooO000000〇00000iqg2SuE■(ih揪x00銮00j0o(00i00a000o0O0〇o0o0oOooO000o00〇0000g2Jpus^?sddv£9-i-0o000(U〇0o0OooO000〇00£20u0c}〇o0o0o000---§s^0o°00(〇00〇0u0U00oOa0oOooO000o00〇0000J"〇0£20ouc〇〇0{S-J==c000ucO0coUu=oOooO000o00〇0000£nOuo2u0〇0000〇U〇〇oUo0oOooO000o00〇0000sSgfS?u00'S=0O0〇oUo0oOooU000o00〇00008£沄2cc300(0c(00SJ)(-lrm^(c00U0(=〇00u0000oU°0oOooO000o00〇0000))--〇(==u0Ou=o〇U=u00Uou0uuoOooUO00o0c〇0000)fif-t(lren9IS6Ot1I98JTy^rmssssfiSus02EHHEHyHaasssssSSSSSss§S§S§S1oO^S0ooOooOoo00o〇0o0〇〇00〇〇〇0〇00〇〇〇0000o〇o0sS0o2ooOooOoo00o〇0o0〇〇00〇〇〇0〇00〇〇〇〇0000000oo-'^00ooOooOoo00o〇0o0〇〇00〇〇〇0〇00〇〇〇o000002§0i^g§0ooOooOoo00o〇000〇〇00〇〇〇0〇00〇〇〇o0000〇200^50i12ooOooOoo00o〇0〇0〇〇00〇〇〇0〇00〇〇〇o0000〇o0Y00152ooOooOoo00o〇0〇0〇〇00〇〇〇0〇00〇0〇o00100〇o§01°0000000000oo2OOOOOOoO0OooOo00o00oOOOo〇o0§§s^r0_j-o0uGd^OOOOOOoO0OooOo00o00oOOOo〇ooc0o00000ooo2sss:r,_s购渥n0o埤qo蜜郄52OOOOOOoO0OooOo00o00oOOOo0ooo(oc0000oo>L-o屯i垆60a0°00ssoe0000000000oo0000o00o000o0〇〇0o〇〇000onS2oeqs账i00i-荃^谳11蓥o激^o80^00o0〇000〇0sGS20000000000oo0o0ao00o000o0ca0lu_Iq00§B00l§^0000000000oo0o00o000c000000000〇000o0x--j1pu^0s0000d00=0000000〇000od"vpsnu-u0000000000oo0o00o00°〇00o0000s0¥1_-o'c000O00oo00Oooo00o00c000a〇000000000〇o2^mi0g0§200O00oo00Oo00o00oo〇oUco0〇0o00000〇o0{-5o0oo000o00〇00o00000〇o§000O00oo00Oo00o00ooc-^lrMs000O00oo00Oo00o00oo0o00co〇0c00u00000〇3-s§°〇000〇5s200O00oo00Oo00a0(o00a000a000aJ--00s00200O00oo0oO(000f00ooO§0o§0000o0〇000〇〇Jj§n5一8Or寸n9seI6M污寸mss8s§ssaiHaaiaiHai§sSs§工§S§Sss§ssS§a寸m90°pSt866?r1s6nnnWS-1R-£6&6jIrJr,0£'r£s-J-sF汔0^b63JO一N&°04J0a汔-1>3-s0J^s筇§01l.o11l!S3SsA0s^EsO^lt^b呂SJ3Ic3s三一Ibxs.n系sS§^16I⑺sl^!L^°°sxI0n-1camO1sJa)c-AsO1^q0}^1UHs-JS0n£OMJXZ8SJ-L6Uns.-BZJt:S.^ll>9u3nU一ujnO寸lii^3^U-一q1-yy99999一90二9^5}u寸一bflsu^二s^荽-yy99M9!=b'0二S一L^-99Q995J^J059^3gp寸-bB299二sL!°汔一0Ei0s0Xy99990=艺s80OsZl1,Ssts寸,nl905^l£bl汔y999999'0-^.a-8Ji1J/sJsr05BtP=g9二-£9999n999^〇寸E0^J8一-¥5s£xsA5o二茬0^U二999g999=9必=9^ssrMsn£e^萃0b^Pat0y-°°°°-一=^J°s^p一6^&-uj£j广E§TO^f3孓艮Msds-yn--L?00n03^o^1q_11寸srE-r,s9^^-SiJTonJ-9go^e^£s00q一pt-^汔j寸)qrlnMJtu2芸£Fu^泛o?j厂lnruseus一u^_°°p-¥一r^.lz"多qcs--2fF-3uqB!huuxll^p<Ns^3目s一0l^f_qca-tx!p5ddv--艺rtr^g挪sEi-I_lsssss*°sad555s55Saa555^'班--6s"yLy600s^hiPs2£s:l1^8氏F-y 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̄.佃^?【靼M■a2、s《《《^5-二钱Il袞兹虽s驾】鄹班闽I§专i_1ls刼胡鰣£抿■--_0盔崧刼「;哝哚4【s安M二K4一?.隳tfif"蘧劫赋¥《蒙*岗-^*i-銷右6餐s护运£《0躺*?0鹽1基-二褐*雎s铥荽》-爲耷《簏轵蓰宙爾雪-缠-f料筚遯【陧*13‘_-舻竑5>o」鋇紙鰣写-踰-#【S;_^扣1轉sl垠l經ll^i女枳桠H】荽w#寒桑-"潘髟#o-3l隳與輯S^fi蝻-_fra4链只S^§S锏wHl'!i刼亜3S^?寻起裎妒?啪郐4l啤二?臻筇魏frfrs^sS【摔翻勸^铽¥|叛r^:i&義if绥緦辑#躺^^^.菡:嵌啪:*"*Fw瓦^ml£寒銦^鹚I#£旺'二树雲I兰啦ls雄cl椒J龅S"刼啪s嵌^箋芸r,^锨8s"轺fi賤l,i^51_si12^铱?趣-ssws彐s张Y|刼^#肿椅锶菜琴|Mf链.^-s1i,淼d》0ki运驾雲子巻議勐骂^^私,s35nOH运》i叇劄^钯?5u駿S杲sH柜?宕铕牟鉍.亡a^^髪l'啤^壯》£vlo张^-#j^-弊a鈮§s錢H蹕锔鸾5毅跹繇H楚3f004?苺-P嗯4-7戰1-刼驾f録楚0冢ls荖-°°戢S^RoiI.1tf9°^骤髮5皞E>》10Hi*S戰弊迻J擊誓O凇j蝴^S<s((寸3si攻一13((a(6't5((20-H--3-'zl-£es-1寸U:)e骠3R懈¥I薄t.-0〕te12枨w)>撰.-1etw)-)毅)))糾撇S形糾l9-』-(i磁uM毅96M)Jts.畑制o)9-鳅P9l积U53--k^--E-6-99Se撇)銮Hn啭樾钱漭还ft-((s二syy-0K-「-£'1e-t;〕-)P)oeo〕U-〕)B^兄^滅^yS^--q^:2^--鰣鰣鰣--*右+1i-1,,-pnI勤劻.^f自S變8-J^:^?攧铷藝^O^s茧蒗2J■=;s:.鰣赋s頸-j留.1lsf-rs&l^4JJ3響3茧嵌盎故s--4tf#J-=3Hsl邮tfsn2戰拦憋阮醪阮^私"if-"yo〔m+-ss獬桦帐._j,*撫?黑勰嵌枨搭1vf1-sf一-f.ra-:1-^Q妒-匆頌?资Y耻骒崧鋰彐彐";彐-s〔匡匡错错S_6舲,^胩壯肚-垄-2/-锘1椒抽#龄鹄佬與柜s3试-S--r爸宙另--^ooq槩签rs0§—y嵌W囫8ss3rarJ旧-t另-2r,-^5(l-臣?-基¥*?1暴睬画骘跹職跹繫皞£0^*xM孤?-cj皞聆掛fl25m--—毅-m*雜爾plr,HE^s-d"呂-d-"?^"S蹈皞鼦淼鉸i^*i338si5蠢V_-i°°!皞*^'.2*dddyHy1空HHH-i3--_曝0犖mi3-!-1^TT一9°=-l'一-5-5mS-----r,rrrle£⑺----£e漱*fl¥¥齡^544?更蝌鹋蛑碱齡啭^4Yf攻读博士学位期间发表的论文及其它成果攻读博士学位期间发表的论文及其它成果一发表的学术论文()BYXOWVRZ1u?hang.ntheaytoIntegrateIncreasingSharesofariableenewablesin[]CMDRAhina:ExperiencefromFlexibilityodificationandeepPeakegulationncillaryMBMUC收录ServiceLCIProgramniingarketasedonP-JS.ustainability,2021,13S.(I[]号:000628612500001)BYXTNRC[2]u,Zhang.heProspectofewProvincialenewablePortfolioStandardinhinaBDAERCFnasedonStructuralatanalysis[J].rontiersinergyesearch,2020,8.(SI号:000533360800001)BYZXOWVR[3]u,hangnh.aytoIntegrateIncreasingSharesofariableenewablesinteCANANRhina:ctivatingearbyccommodationPotentialunderewProvincialenewablePPortfolioStandardJ.rocesses,2021,收录号9(2):361_(SCI:000623108700001)[]BYXT4[]u,Zhang.echnicalsystemconstructioninthemarkettradingsystemfordemandEEAresponsebasedontheenergyinternet[J].nergyngineering:JournalohftessociationofEnergyEngineering,2021,E收录号120212410504156)140895-1109_(l(:1:)WZXYBTCRAL5'inasenewablenergyolicy:nEEPhh,hangiuuea,l.effectivenessof[,t]WREmpiricalEvaluationofBindPowerasedontheFrameworkofenewableEnergyLawAPEMTCandItsccompanyingoliciesJ.mergingkFaretsinanceandrade,2019:1-16.(SI[]收录号:000472257500001)(二)参与撰写的专著[1可再生能源技术经济评价及政策一般均衡分析M.北京:科学出版社0022.][],145攻读博士学位期间参加的科研工作攻读博士学位期间参加的科研工作[家社会科学基金重大项1]国目D(15ZB165),清洁能源价格竞争力及财税价格政策研究,2016.05-2020.03,结题。[2]国家自然科学基金面上项目(72074075),促进我国发电侧高效清洁发展的多市场耦合优化与机制研究,2020.09-至今,在研。央高校基金项我可再生能源纳对策研宄中3国消目B(J2019139),,20902-1.[]2021.02,结题。146致谢致谢本文承蒙国家社会科学基金重大项目“清洁能源价格竞争力及财税价格政策研宄”(15ZDB165)和国家自然科学基金面上项目“促进我国发电侧高效清洁发展的多市场致耦合优化与机制研究”(72074075)的资助,特此谢。在父母荫庇下二十九年,惭愧之余满是感激。一是感谢父母恩爱,为我的成长创造了一个充满爱和美好记忆的大家庭;二是感谢父母开明,为我的人生留足了所有的可能性;三是感谢父母言传身教,让我在顺从、懂事、排斥和逆反中逐渐成为了有担当、负责任、热心肠、孝长辈、好人缘的你们;四是感谢父母努力奋斗,让我在亲历你们奋斗历程的同时相信没有什么不可能。而立之年将至,你们己从青丝到白发,感谢父母辛苦养育,让我有机会不负所望,知所来,知所立,知所去。在华北电力大学的十年,我终于从一个愣头愣脑的臭小子成为了一名发量尚可的男博士。从无知无畏、知易行难到迎难而上、知难行易,我明白了什么是真正的勇敢。从自以为是、自我满足到心怀敬畏、打破边界,我明白了什么是真正的强大。从恣意潇洒、性情飞扬到静心沉淀、自律积累,我明白了什么是真正的自由。从无心索取、享受被爱到满怀感激、奉献付出,我明白了什么是真正的担当。原来这一路的挣扎彷徨、患得患失、崩溃失控都是为了让我目标坚定、想到就做、情绪稳定。原来这一程的失去离别、压力挫折、消极拖延都是为了让我珍惜拥有、抗压抗逆、自束勤奋。感谢华电十年培养,让我的青春之行无悔、无怨、无怒、无憾。“学高为师,身正为范”,攻读博士学位这六年,导师张兴平教授在治学、科研和为人处事等方面言传身教。愚钝如我,耳濡目染之下亦终有所悟:高维度思考和分析问题的思维习惯,严谨认真、一丝不苟的做事态度,自律勤奋的工作和学习方式,真诚包容的待人接物之道,豁然通达的心态……感谢导师六年指引、包容、理解、启发、支持、教导和帮助,让我的硕博之路有品、有趣、有料、有得。行走十年,感谢北京小平原夜空的亘古星河和璀燦灯火、大西山的蜿蜒山道和涓涓细流,是你们无限包容了我所有的负能量,让我在感叹渺小中放下执著、重新出发感;谢北京城的街角胡同和建筑古迹,是你们无限滋养了我作为中国人的温良,让我在感慨历史时文化自信、重塑信仰;感谢一路相伴相随、相知相守的有缘人,是你们让我体会到奉献和付出后的高级幸福感,也是你们让我认识到生命状态的无限可能性,还是你们让我永远都有新的视角、新的思考、新的启发。我竟有些许期待,未来到底会是一个什么模样的我,配得上这一路的风雨历程、淬炼磨砺。特别感谢支持我、理解我、包容我、体贴我的女朋友一家,是你们让我有底气、有勇气、有力气也有精神气,在爱与被爱中奋力冲刺,不负山水不负卿;特别感谢爷爷奶147致谢奶,姥姥陪我度过一个快乐的童年;特别感谢像父母一样疼我的姑姑一家,是你们让我在北漂的凛冽寒风中感受到家的温暖;特别感谢二叔一家,是你们让我发现热爱的山川星河,开启了户外领队的生涯;特别感谢山东所有施以援手、雪中送炭的亲人们,特别感谢所有懂我、挺我的兄弟们、朋友们,是你们让我有机会卸下疲惫、抛下烦恼、宣解悲伤,再次轻装上阵。感谢我的两位博士舍友、三位研究生舍友和五位本科舍友,还有教一大厅深夜值班的保安大哥,是你们陪伴我度过每一个难熬的失眠和通宵。感谢我的同门,给予我论文写作与投稿的真诚建议和帮助。感谢我的单位,给予我充分修改学位论文的时间。感谢国家电网北京电力公司、甘肃电力公司、青海电力公司、能源研究院、电力科学研宄院等单位对论文工作和认知调研的大力支持。特别感谢浩捕博士、又中博士、柳涵师妹、江林师弟、思达师妹对本文工作的倾力帮助;感谢德芙大哥对科研过程的贴心指导;感谢立伟师兄对论文结构的调整建议;感谢艳明师兄的大力支持;感谢饶娆师姐、开颜师兄、燕妮师姐、文峰师兄、雅坤师姐等毕业同门对我的关心和爱护;感谢文华博士、刘源博士、蕙嘉博士、沂邈博士的鼓励打气和信息分享;感谢杨老师、李老师、刘老师、唐老师在本科阶段对我的学术启蒙,感谢檀老师、魏老师在研究生和博士阶段对我的指导和帮助,感谢学院和研究生院老师对博士学位论文评阅和答辩工作的辛勤组织和无私帮助。还要特别感谢焦老板、强哥、攀子、栋神、冰阳、焦老师、马原、馥源、锐爷、一琛、明雅、阿狸、秉权、乐子等好友和山友以及学校户外社团的小朋友们,是你们让我感受到山海壮阔、青春不老、友谊常青,感谢葛扬、沧海、振铭、力钓等发小和老同学们对我的建议和帮助,最后感谢自己健康的、乐观的、勇敢的坚持到现在,愿出走半生,归来仍是少年。148致谢作者简介银河汉族年生籍贯省市卜,男,,19923月,山东日照。2011年9月,考入华北电力大学经济与管理学院市场营销专业,2015年6月本科毕业,获得管理学学士学位。2015年9月,以专业第一名保送华北电力大学经济与管理学院技术经济及管理专业,2017年9月,获得硕博连读资格,至2021年8月,在华北电力大学经济与管理学院技术经济及管理专业攻读管理学博士学位。2011-2019年期间,连续五年学业成绩综合排名专业前三,获得校级一等奖学金(5%)和研究生一等学业奖学金(10%)四次、国家奖学金(3%)—次、校级二等奖学金(10%)一次,还获得研究生一等入学奖学金、博士学业奖学金;连续六年被评为校级三好学生、三好学生标兵、优秀研究生,多次获评优秀团员、社会实践先进个人、科技创新标兵等荣誉称号,2015年还以本科三年综合成绩专业第一名获评北京市优秀毕业生;获2014年网络商务创新应用大赛北京市一等奖、大学生创新创业训练计划国家级优秀、2014和2016年“创青春”首都大学生创业大赛银奖、2016年第二届全国大学生能源经济学术创意大赛三等奖等科技竞赛奖项。149

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