风电的平衡成本及分段价值研究

摘要

风电作为可再生能源，可节约燃料成本降低污染物排放，但同时存在一定的波动性和不确定性。风电并网后，为保证电力系统的稳定性和供需平衡，常规机组等需要通过启停或调节出力来平衡风电波动性和不确定性带来的影响，本文称之为风电的平衡成本。为衡量风电并网后的真实成本，本文分析了波动成本及不确定性成本（两者共同构成平衡成本）的计算方法;为实现风电价值的区分，充分利用品质优良的风电，促进风电的健康发展，本文研究了基于平衡成本的风电品质区分及分段交易机制。主要内容与成果有:
　　1.研究了风电波动成本的计算方法。本文界定了风电的波动成本和不确定性成本，两者共同构成平衡成本。针对波动成本，首先定义了相对波动指数，衡量风电相对负荷的波动程度，其次结合相对波动指数构造无波动成本的等效替代场景，基于经济调度优化模型求得等效替代场景和原场景下的系统总成本，两者之差即为波动成本，最后考虑到风电集群“峰谷相消”的平滑作用，研究了风电集群波动成本的计算方法及费用分摊。相关算例结果表明，风电与负荷的相对波动指数越大波动成本越大，风电集群波动成本小于风电场自有波动成本之和。
　　2.研究了不确定性成本的计算方法。针对风电的不确定性成本，采用风电出力预测误差不确定带来备用辅助服务成本来计算，考虑风电集群预测误差“正负相消”的平滑作用，研究了风电集群不确定性成本计算方法及费用分摊。相关算例结果表明，风电不确定性成本受出力水平和出力形状影响，风电集群不确定性成本小于风电场自有不确定性成本之和。
　　3.研究了基于平衡成本的风电品质区分。为充分利用优质风电，综合考虑风电的波动性和不确定性因素，以风电平衡成本大小衡量风电品质优劣，对风电出力曲线进行水平分段，底部为相对波动性低、稳定（不确定性低）的优质电能，可以优先并网;顶部为相对波动性高、不确定性高的低质电能，若要并网则需承担相应的平衡费用;中间部分介于两者之间。基于此，建立了风电品质区分优化模型，并结合粒子群优化算法和CPLEX优化软件进行求解。
　　4.研究了基于品质区分的风电分段交易。在风电品质区分的基础上，为充分消纳优质风电，从风电自身价值角度考虑，结合分段竞价交易原理，提出了风电分段交易的思路，即将风电品质区分后的各段分开竞价交易上网，建立了风电的分段交易模型，结合统一出清机制和CPLEX优化软件进行求解。算例结果表明，风电进行品质区分后分段交易，增大市场竞争程度，促进风电上网消纳。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．1．1 本文的研究意义

1．1．2 国内外风电发展概况

1．1．3 风电的并网影响及现状

1．2 风电平衡成本及交易的研究现状

1．2．1 风电平衡成本研究现状

1．2．2 风电交易研究现状

1．2．3 课题组前期工作

1．3 本文主要工作及工作安排

第2章 风电的波动成本分析与计算

2．1 风电波动成本与不确定性成本的界定

2．2 风电波动成本分析思路

2．2．1 传统的替代电源策略

2．2．2 新的替代电源策略

2．3 经济调度优化模型

2．3．1 目标函数

2．3．2 约束条件

2．3．3 求解策略

2．4 风电波动成本的计算方法

2．4．1 风电波动成本计算策略

2．4．2 风电集群的波动成本计算策略

2．4．3 风电集群的波动成本分摊策略

2．5 算例分析

2．5．1 等效替代电源策略对比

2．5．2 风电与负荷正相关的波动成本算例分析

2．5．3 风电与负荷负相关的波动成本算例分析

2．5．4 风电集群的波动成本算例分析

2．6 本章小结

第3章 风电的不确定性成本分析与计算

3．1 风电不确定性成本分析思路

3．2 风电不确定性成本的计算方法

3．2．1 风电场不确定性成本计算方法

3．2．2 风电集群的不确定性成本计算及费用分摊

3．3 不确定性成本算例分析

3．3．1 静态配置与动态配置比对

3．3．2 风电场的不确定性成本

3．3．3 风电集群的不确定性成本

3．4 本章小结

第4章 基于平衡成本的风电品质区分

4．1 风电品质区分思路

4．2 风电品质区分优化模型

4．2．1 稳定段的求解模型及策略

4．2．2 经济段的求解模型及策略

4．3 粒子群算法

4．3．1 基本原理

4．3．2 参数设置

4．3．3 约束条件处理

4．3．4 算法步骤

4．4 风电品质区分算例分析

4．4．1 分两段结果

4．4．2 分三段结果

4．5 本章小结

第5章 基于品质区分的风电分段交易

5．1 电力市场的运营框架与交易规则

5．1．1 电力市场的基本概念

5．1．2 市场参与者信息公布

5．1．3 市场出清机制

5．1．4 市场评价指标

5．2 风电分段交易分析

5．2．1 分时交易与分段交易的比较

5．2．2 风电分段交易思路

5．3 风电的分段交易模型

5．3．1 供给申报

5．3．2 目标函数与约束条件

5．3．3 出清算法

5．4 风电分段交易算例分析

5．4．1 算例数据

5．4．2 算例结果

5．5 风火分段交易算例分析

5．5．1 算例数据

5．5．2 算例结果

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 进一步展望

参考文献

附录

攻读硕士期间取得的成果

致谢