电力市场环境下AGC和备用辅助服务研究

摘要

辅助服务是电力市场最重要的特征之一，在保障电力系统稳定和电能质量方面起着至关重要的作用。辅助服务市场交易机制是一个重点研究方向：建立科学、合理的辅助服务机制；合理定价和量化辅助服务；协调辅助服务市场与能量市场关系；协调各类辅助服务之间的利益等一系列问题成为辅助服务市场研究的重点。辅助服务市场优化是另一个重点研究方向：实施AGC动态优化控制；确定最优备用容量；制定优化调峰方案；优化电压无功辅助服务；协调优化各类辅助服务等一系列辅助服务优化算法成为辅助服务市场研究的热点问题，其中许多问题之间相互关联，成为电力市场理论和实践的难点。因此，辅助服务市场的交易机制和辅助服务市场的优化是研究的两大方向，其中存在大量问题有待进一步研究解决。 本论文重点阐述两个研究方向：1)AGC、备用辅助服务的交易机制；2)AGC、备用辅助服务的优化问题。主要有以下创新性研究工作： 1、首次提出市场环境下一次、二次调频动态解耦模型，不仅从根本上解决传统模型频率响应结果失真问题，而且适用于市场环境下分析动态频率特性。2、基于频率动态解耦模型，引入市场价格因素，建立市场环境下AGC调频成本与频率响应的动态模型，在不改变系统频率响应特性的前提下，该模型实现了AGC优化控制，降低了调频成本。 3、应用层次分析法(AHP-AnalyticHierarchyProcess)提出一种综合评估AGC机组的方法，用于AGC补偿和拍卖两种交易模式。 4、引入一个停电阈值价格概念，建立可中断负荷补偿机制，合理解决市场环境下利用可中断负荷引起的补偿与激励关系的难题，为实际利用可中断负荷作为一种“资源”，保证电网安全运行提供依据。 5、利用可中断负荷替代一部分备用容量，建立确定最优备用容量的数学模型，利用四川电网实际数据仿真的结果说明，采用该模型确定最优备用容量的决策方法，能在保障系统安全性不变前提下，获得最优经济备用容量。 6、提出根据供需关系确定调峰电价的算法，抓住调峰定价的实质，体现了调峰电价调节供需关系，使市场有限资源优化再分配，实现社会效益最大化。该算法适用于我国电力市场改革初期，利用调峰电价调节供需关系，缓解缺电矛盾。 本论文研究内容分为两大部分： 第一部分，本文第二、三、四章，AGC辅助服务的优化和交易机制研究。首先，基于电力系统频率控制机理，提出了适合于市场环境下分析动态频率特性的调频动态解耦模型；其次，基于调频动态解耦模型，建立AGC调频成本动态响应模型，强化了调频市场的经济因素；最后，提出AGC机组补偿或拍卖的交易模式。 第二部分，第五、六、七章，备用辅助服优化算法及其交易机制研究。首先，引入电力系统的异类资源可中断负荷，作为系统发电容量裕度的一部分，提出电力市场下实用可中断负荷补偿机制；其次，基于可中断负荷补偿机制，提出市场环境下确定最优备用容量算法；最后，建立了调峰电价与可中断负荷联动机制，提出根据供需关系确定调峰电价算法，利用调峰电价调节供需关系。 另外，第一章归纳总结了国内外关于AGC、备用辅助服务交易机制和优化算法的研究成果，并对本文进行总体概述。第八章，对全文进行总结和展望。总之，本文研究内容来源于两个辅助服务市场的实际工程项目和973项目，重点对AGC和备用辅助服务进行研究，在总结借鉴国内外辅助服务市场研究成果的基础上，提出了新的AGC、备用辅助服务交易机制和优化算法，研究结果对建立辅助服务市场，提高和保证市场环境下系统安全可靠运行等方面具有重要的理论意义和实用价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2本文研究主要目的、意义、内容

1.3国内外AGC、备用辅助服务研究动态

1.3.1 AGC、备用辅助服务交易机制

1.3.2 AGC、备用辅助服务的优化

1.3.3我国辅助服务市场现状

1.3.4国内外研究AGC、备用辅助服务存在的问题

1.4本文的主要工作

第二章互联电力系统AGC与一次调频解耦动态建模

2.1引言

2.2电力系统动态频率响应的机理

2.3传统电力系统动态频率响应模型

2.4互联电网调频动态解耦模型

2.4.1频率动态响应解耦模型基本原理

2.4.2两区域互联电网6机组动态频率响应解耦模型

2.5解耦模型与传统模型仿真结果对比

2.5.1负荷连续变化时，两种模型仿真效果比较

2.5.2负荷连续变化时，两种模型调频效果比较

2.5.3两种模型仿真结果存在差异原因分析

2.6动态解耦模型特点

2.6.1AGC调节容量对频率和联络线功率偏差响应的影响

2.6.2 AGC调节速率对频率和联络线功率偏差响应的影响

2.6.3 AGC机组容量上下限制对频率和联络线功率偏差响应的影响

2.7小结

第三章市场环境下AGC调频成本与频率响应的动态模型

3.1引言

3.2两区域互联电网中多台AGC调频解耦模型

3.3.基于最优控制的AGC成本与频率响应模型

3.3.1AGC动态优化控制状态空间表达式

3.3.2利用性能指标泛函实现AGC成本与频率联动

3.4算例仿真及分析

3.4.1不同情况下AGC机组调频量化分析

3.4.2优化与未优化两种情况经济性比较

3.4.3 AGC优化调频对频率和联络线功率偏差响应的影响

3.4.4实现AGC和一次调频分离

3.5小结

第四章市场环境基于AHP的AGC补偿、拍卖交易模式

4.1引言

4.2确定AGC评估标准

4.2.1 AGC机组辅助服务的特点

4.2.2根据AGC特点确定评估标准

4.3采用AHP评估AGC的基本原理

4.3.1 AHP算法简介

4.3.2基于AHP解决AGC机组评估步骤

4.3.3基于AHP评估结果选择AGC机组目标函数

4.4基于AHP的AGC补偿交易机制

4.4.1 AGC补偿交易机制概述

4.4.2基于AHP的AGC补偿交易及结算机制

4.4.3 AGC补偿交易机制算例

4.4.4基于AHP的AGC补偿机制总结与讨论

4.5基于AHP的AGC拍卖交易结算机制

4.5.1 AGC拍卖交易机制概述

4.5.2基于AHP的AGC拍卖交易及支付结算

4.5.3 AGC拍卖交易算例

4.5.4基于AHP的AGC拍卖算法讨论与总结

4.6小结

第五章电力市场下实用可中断负荷补偿机制研究

5.1引言

5.2负荷需求的价格弹性概念

5.3引入用户停电阈值价格

5.4补偿机制及交易模式

5.5数学模型

5.5.1系统调度优化目标函数

5.5.2计算停电补偿费

5.5.3供需平衡时系统单位容量购电成本计算

5.5.4.可中断负荷补偿机制的激励特点

5.6算例仿真

5.6.1讨论补偿费变化范围

5.6.2讨论可中断负荷容量变化范围

5.6.3可中断负荷补偿费与负荷弹性关系

5.7小结

第六章电力市场环境下最优备用容量的确定

6.1引言

6.2利用可中断负荷的运营机制

6.3可中断负荷容量替代备用容量关系模型

6.3.1可中断负荷替代备用容量的特点

6.3.2建立可中断负荷替代备用容量关系模型

6.4确定运行备用的数学模型

6.4.1将存贮理论用于确定备用容量

6.4.2根据存贮理论建立备用成本的数学模型

6.4.3最优备用容量求解

6.5算例分析

6.5.1电网运行备用统计分析

6.5.2拍卖方式下最优备用容量与传统备用容量对比(24个时段)

6.5.3补偿方式下最优备用容量与传统备用容量对比(24个时段)

6.5.4最优备用算法特点分析

6.5.5算法的应用

6.6小结

第七章调峰电价与可中断负荷联动机制研究

7.1引言

7.2调峰交易模式和补偿机制

7.3根据供需关系确定调峰电价

7.3.1均衡关系定价基本原理

7.3.2制定调峰电价

7.4数学模型

7.4.1优化目标函数

7.4.2分区调峰电价计算方法

7.4.3统一调峰电价计算方法

7.4.4两种调峰定价方法特点

7.5算例分析

7.5.1全网统一调峰电价

7.5.2分区调峰电价

7.5.3分区调峰电价缓解阻塞缺电矛盾

7.6小结

第八章结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文和科研成果

致谢