基于配电网黑启动辅助服务的分布式电源配电定价方法

摘要

本发明涉及一种基于配电网黑启动辅助服务的分布式电源配电定价方法，获取预设的市场机制信息，计算供电公司向分布式电源运营商提供的黑启动辅助服务的基础补偿费用，然后通过熵权模糊综合评价法建立各电源黑启动能力评估模型，基于各电源的黑启动能力评估值与供电恢复效益计算得到的最终补偿费用，黑启动辅助服务的基础补偿费用包括分布式电源的黑启动能力补偿费和黑启动使用补偿费，黑启动能力补偿费根据分布式电源的黑启动能力评估值计算得到，黑启动使用补偿费通过分布式电源在恢复供电过程中提供的电量计算得到与现有技术相比，本发明具有提高配电网的供电可靠性和应急能力等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及黑启动辅助服务技术领域，尤其是涉及一种基于配电网黑启动辅助服务的分布式电源配电定价方法。

背景技术

随着电力市场改革的有序进行，电力的商品属性愈加凸显。黑启动辅助服务作为电力市场环境下一类特殊的电力商品，是保障系统安全可靠供电的重要手段。传统黑启动技术以及传统黑启动辅助服务市场的研究对象是大电网，而随着分布式电源(DistributedGenerator，DG)在配电网内的大量接入，配电网也具备了黑启动能力。配电网作为电力系统的末端环节，与用户联系紧密，配电网黑启动辅助服务相对于大电网黑启动辅助服务可以更好的响应用户的高供电可靠性需求。因此，如何在电力市场环境下将配电网内“沉睡”着的丰富的黑启动资源“觉醒”，激励DG的投资者积极提供辅助服务，需要有一套黑启动恢复供电辅助服务市场服务于配电网中。

目前学者对大电网黑启动辅助服务市场的研究，主要围绕市场构建和结算费用的定价方法两方面展开。在市场构建方面，有学者分析了启动电源服务所需的各种资源及参与方的成本，然后基于风险的观点建立了启动电源服务的优化购买模型并提出相应的求解方法，最后对费用分摊与市场监管提出了建议。也有学者对ERCOT的投标型黑启动辅助服务市场模式进行了分析，并针对存在的市场决策效率低、人力资源耗费大的问题提出了新的改进方案。在结算费用的定价方法方面，有学者提出一种基于保险理论的服务定价方法，将各市场参与主体构建保险关系，将黑启动服务最优定价问题转化为求解最优协议时间问题。部分学者将新能源电厂纳入到黑启动辅助服务定价研究中，综合考虑影响电源黑启动价值的各个因素，提出黑启动价值评估函数，进一步得到黑启动服务两部制定价方法。

随着配电侧分布式资源的增多，已有学者开始尝试对电动汽车、分布式电源参与调频辅助服务、备用辅助服务等进行了研究。但是利用分布式资源实施黑启动恢复供电辅助服务，参与辅助服务市场，尚未有相关研究。目前，配电网故障后恢复供电的方式主要有基于联络线恢复供电、基于DG孤岛运行恢复供电以及基于微电网恢复供电，但是，所有研究都是基于统一的调度指令展开的，从技术角度研究利用分布式资源恢复供电的可行性，鉴于分布式资源属于多市场主体，亟需研究供电恢复相关的市场机制，以充分调动各主体通过其提供辅助服务来提高配电网的供电可靠性和应急能力。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的配电网基于DG孤岛运行恢复供电以及基于微电网恢复供电的供电可靠性和应急能力有待提高的缺陷而提供一种基于配电网黑启动辅助服务的分布式电源配电定价方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于配电网黑启动辅助服务的分布式电源配电定价方法，获取预设的市场机制信息，计算供电公司向分布式电源运营商提供的黑启动辅助服务的基础补偿费用，然后通过熵权模糊综合评价法建立各电源黑启动能力评估模型，基于各电源的黑启动能力评估值与供电恢复效益计算得到的最终补偿费用，所述黑启动辅助服务的基础补偿费用包括分布式电源的黑启动能力补偿费和黑启动使用补偿费，所述黑启动能力补偿费根据分布式电源的黑启动能力评估值计算得到，所述黑启动使用补偿费通过分布式电源在恢复供电过程中提供的电量计算得到。

所述黑启动能力评估值的计算公式如下所示：

其中，M为具备黑启动能力的分布式电源的数量，Y

所述分布式电源运营商获得的分布式电源黑启动能力补偿费

其中，Z表示分布式电源运营商拥有的黑启动电源的数量；

所述分布式电源运营商获取的黑启动能力补偿净收益

其中，S

所述黑启动使用补偿费

其中，C

所述供电公司在今年设定的黑启动使用补偿费的单位电价的计算公式如下：

W

其中，W

其中，P

所述市场机制信息包括市场运行结构、市场交易方式以及市场运作流程。

进一步地，所述市场运行结构中的市场参与主体包括分布式电源运营商、供电公司和电力用户，所述供电公司包括电力交易中心和电力调度机构，所述电力用户具体为具有高供电可靠性需求的电力用户。

进一步地，辅助服务提供方为各DG运营商，DG运营商所拥有的黑启动电源包括微型燃气轮机、带储能的风机和光伏，非黑启动电源包括风机、光伏；辅助服务需求方为供电公司，供电公司在辅助服务市场中涉及到电力交易中心和电力调度机构，电力交易中心为参与黑启动辅助服务市场的各方提供交易平台，主要负责费用的结算、各DG运营商的注册备案以及黑启动辅助服务补偿协议与高可靠供电服务协议的制定、签约等工作。电力调度机构主要负责供电恢复方案的制定，保障配电网黑启动的安全执行，同时配合电力交易中心履行市场的运营职能，在黑启动执行前后以及执行过程中，为电力交易中心进行费用结算提供所需要的数据信息。电力用户可结合自身的供电可靠性需求从电力交易中心购买高可靠供电服务产品。

进一步地，所述市场运行结构具体为统一型的市场模式，具体过程为由供电公司向各分布式电源运营商统一购买黑启动辅助服务，所述黑启动辅助服务由分布式电源运营商统一定价。基于该市场机制信息，供电公司向DG运营商购买黑启动辅助服务，并通过购买到的辅助服务向用户提供不同供电可靠性要求的供电服务产品，挖掘了配电侧的黑启动资源，实现了对用户的差异化供电。

所述市场交易方式的对象包括分布式电源运营商与供电公司之间的交易、供电公司与电力用户之间的交易。

进一步地，在分布式电源运营商与供电公司之间的交易中，参照电力系统传统黑启动的费用结算模式，DG运营商与供电公司宜在中长期合约市场内签订黑启动辅助服务补偿协议，约定在接下来的一年内，DG运营商要保证自身DG的黑启动能力，并在发生大停电期间，使用权归属供电公司并用于配电网恢复供电；在供电公司与电力用户之间的交易中，供电公司与用户的宜在中长期合约市场内签订高可靠供电服务协议，约定在接下来一年内，供电公司对该部分用户的供电可靠性需达到用户所购买的高可靠供电服务的可靠性标准，否则，视为供电公司违约，向用户赔偿费用，对于没有购买高可靠供电服务的用户，在停电事故发生后恢复供电的优先级最小。

所述市场运作流程包括第一工作状态、故障检修状态和第二工作状态，所述第一工作状态的过程为分布式电源运营商与供电公司按年签订黑启动辅助服务补偿协议，所述故障检修状态为当电网停电事故发生后，电力调度机构制定供电恢复策略，优先恢复供电可靠性要求高的电力用户，所述第二工作状态的过程为在配电网供电恢复过程结束后，电力交易中心根据调度机构反馈的数据，进行黑启动的费用结算，在年底，电力交易中心对购买高可靠供电服务的用户统计一年内的供电可靠性是否达到标准，若没有达到标准，按用户在该年内所缴纳的电费情况给予一定的赔偿。

进一步地，所述第一工作状态中每年初，中长期合约市场开启后，有意愿提供黑启动辅助服务的DG运营商通过电力交易中心表达服务意愿，供电公司对这部分DG运营商进行黑启动考核。考核通过的DG运营商在电力交易中心注册备案，并与供电公司按年签订黑启动辅助服务补偿协议。考核不通过的DG运营商，不参与黑启动辅助服务市场。中长期合约市场开启后，有意愿购买高可靠供电服务的用户向电力交易中心发送服务请求，供电公司根据该用户所在节点附近的网络结构以及所购买到的黑启动辅助服务的能力，对该用户节点进行供电可靠性评估，在能力范围内为用户提供不同可靠性标准的供电服务产品，并对不同的产品制定不同的电价(高于一般的工商业电价)，用户可自主选择供电服务产品类别并与供电公司签订高可靠供电服务协议。

所述故障检修状态中电力调度机构制定供电恢复方案，优先通过联络线恢复供电，若仍存在停电区域，供电公司基于分布式电源孤岛运行，通过购买到的黑启动电源来恢复供电。

进一步地，所述分布式电源孤岛运行的划分决策满足以下目标函数：

其中，N

进一步地，所述分布式电源孤岛运行的划分决策的约束条件为包括网络运行约束、分布式电源与储能运行约束和网络辐射状约束，其中网络运行约束包括功率平衡约束、节点电压上下限约束和支路功率上限约束。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明基于分布式电源进行黑启动辅助，在计算黑启动辅助服务的基础补偿费用时分为分布式电源的黑启动能力补偿费和黑启动使用补偿费来进行计算，通过DG黑启动能力评估值来决定各DG黑启动能力补偿费，各DG运营商为获取更多的黑启动能力补偿费，会提高自身电源的黑启动能力，DG运营商通过采用性价比更高的方式提高自身电源的黑启动能力，能够获取更多的黑启动能力补偿净收益；通过分布式电源在恢复供电过程中提供的电量确定黑启动使用补偿费用，有利于激励供电公司提高配电网的供电可靠性，有效提高了配电网的应急能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明市场运作流程的示意图；

图3为本发明黑启动辅助服务市场运作流程的示意图；

图4为本发明供电恢复决策流程的示意图；

图5为本发明实施例中有源配电网的结构示意图；

图6为本发明实施例中第一个时段供电恢复方案的示意图；

图7为本发明实施例中第二个时段供电恢复方案的示意图；

图8为本发明实施例中DG在孤岛运行各时段内的出力的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，一种基于配电网黑启动辅助服务的分布式电源配电定价方法，获取预设的市场机制信息，计算供电公司向分布式电源运营商提供的黑启动辅助服务的基础补偿费用，然后通过熵权模糊综合评价法建立各电源黑启动能力评估模型，基于各电源的黑启动能力评估值与供电恢复效益计算得到的最终补偿费用，黑启动辅助服务的基础补偿费用包括分布式电源的黑启动能力补偿费和黑启动使用补偿费，黑启动能力补偿费根据分布式电源的黑启动能力评估值计算得到，黑启动使用补偿费通过分布式电源在恢复供电过程中提供的电量计算得到。

黑启动能力评估值的计算公式如下所示：

其中，M为具备黑启动能力的分布式电源的数量，Y

分布式电源运营商获得的分布式电源黑启动能力补偿费

其中，Z表示分布式电源运营商拥有的黑启动电源的数量；

分布式电源运营商获取的黑启动能力补偿净收益

其中，S

黑启动使用补偿费

其中，C

供电公司在今年设定的黑启动使用补偿费的单位电价的计算公式如下：

W

其中，W

其中，P

市场机制信息包括市场运行结构、市场交易方式以及市场运作流程。

市场运行结构中的市场参与主体包括分布式电源运营商、供电公司和电力用户，供电公司包括电力交易中心和电力调度机构，电力用户具体为具有高供电可靠性需求的电力用户。

辅助服务提供方为各DG运营商，DG运营商所拥有的黑启动电源包括微型燃气轮机、带储能的风机和光伏，非黑启动电源包括风机、光伏；辅助服务需求方为供电公司，供电公司在辅助服务市场中涉及到电力交易中心和电力调度机构，电力交易中心为参与黑启动辅助服务市场的各方提供交易平台，主要负责费用的结算、各DG运营商的注册备案以及黑启动辅助服务补偿协议与高可靠供电服务协议的制定、签约等工作。电力调度机构主要负责供电恢复方案的制定，保障配电网黑启动的安全执行，同时配合电力交易中心履行市场的运营职能，在黑启动执行前后以及执行过程中，为电力交易中心进行费用结算提供所需要的数据信息。电力用户可结合自身的供电可靠性需求从电力交易中心购买高可靠供电服务产品。

市场运行结构具体为统一型的市场模式，具体过程为由供电公司向各分布式电源运营商统一购买黑启动辅助服务，黑启动辅助服务由分布式电源运营商统一定价。基于该市场机制信息，供电公司向DG运营商购买黑启动辅助服务，并通过购买到的辅助服务向用户提供不同供电可靠性要求的供电服务产品，挖掘了配电侧的黑启动资源，实现了对用户的差异化供电。

市场交易方式的对象包括分布式电源运营商与供电公司之间的交易、供电公司与电力用户之间的交易。

在分布式电源运营商与供电公司之间的交易中，参照电力系统传统黑启动的费用结算模式，DG运营商与供电公司宜在中长期合约市场内签订黑启动辅助服务补偿协议，约定在接下来的一年内，DG运营商要保证自身DG的黑启动能力，并在发生大停电期间，使用权归属供电公司并用于配电网恢复供电；在供电公司与电力用户之间的交易中，供电公司与用户的宜在中长期合约市场内签订高可靠供电服务协议，约定在接下来一年内，供电公司对该部分用户的供电可靠性需达到用户所购买的高可靠供电服务的可靠性标准，否则，视为供电公司违约，向用户赔偿费用，对于没有购买高可靠供电服务的用户，在停电事故发生后恢复供电的优先级最小。

如图2所示，市场运作流程包括第一工作状态、故障检修状态和第二工作状态，第一工作状态的过程为分布式电源运营商与供电公司按年签订黑启动辅助服务补偿协议，故障检修状态为当电网停电事故发生后，电力调度机构制定供电恢复策略，优先恢复供电可靠性要求高的电力用户，第二工作状态的过程为在配电网供电恢复过程结束后，电力交易中心根据调度机构反馈的数据，进行黑启动的费用结算，在年底，电力交易中心对购买高可靠供电服务的用户统计一年内的供电可靠性是否达到标准，若没有达到标准，按用户在该年内所缴纳的电费情况给予一定的赔偿。

如图3所示，第一工作状态中每年初，中长期合约市场开启后，有意愿提供黑启动辅助服务的DG运营商通过电力交易中心表达服务意愿，供电公司对这部分DG运营商进行黑启动考核。考核通过的DG运营商在电力交易中心注册备案，并与供电公司按年签订黑启动辅助服务补偿协议。考核不通过的DG运营商，不参与黑启动辅助服务市场。中长期合约市场开启后，有意愿购买高可靠供电服务的用户向电力交易中心发送服务请求，供电公司根据该用户所在节点附近的网络结构以及所购买到的黑启动辅助服务的能力，对该用户节点进行供电可靠性评估，在能力范围内为用户提供不同可靠性标准的供电服务产品，并对不同的产品制定不同的电价(高于一般的工商业电价)，用户可自主选择供电服务产品类别并与供电公司签订高可靠供电服务协议。

如图4所示，故障检修状态中电力调度机构制定供电恢复方案，优先通过联络线恢复供电，若仍存在停电区域，供电公司基于分布式电源孤岛运行，通过购买到的黑启动电源来恢复供电。

分布式电源孤岛运行的划分决策满足以下目标函数：

其中，N

分布式电源孤岛运行的划分决策的约束条件为包括网络运行约束、分布式电源与储能运行约束和网络辐射状约束，其中网络运行约束包括功率平衡约束、节点电压上下限约束和支路功率上限约束。

具体实施时，如图5所示，根据某实际配电网的结构，通过添加各类电源构建所示的仿真算例，共包含3条馈线，36个节点，其中馈线1为辐射状网络，馈线2与馈线3构成手拉手的环状网络，其中，馈线1主要为居民和商业用户，馈线2和3主要为工业用户。该配电网内含4个DG运营商，假设4个DG运营商的黑启动电源均通过黑启动考核并与供电公司签订黑启动辅助服务补偿协议，各DG的接入位置和最大有功功率以及所属电源运营商见表1所示，储能的充放电效率均为0.95，荷电状态上下限分别为1.0和0.2，最大充放电功率为1200kW，表1如下：

表1各DG的接入位置以及所属电源运营商

对于DG运营商黑启动能力补偿费，各DG的黑启动考核结果如表2所示：

表2各DG的黑启动考核结果

根据分布式电源黑启动能力评估方法，得到具备黑启动能力的DG的综合得分结果，如表3所示：

表3各DG的黑启动能力综合评分结果

假设供电公司在接下来一年从购买高可靠供电服务产品的用户中，可获得的总收益S

表4各DG的黑启动能力补偿费定价结果

由表4可以看出，对于具有黑启动能力的DG，由于各DG的黑启动的能力不同，导致各DG所获得的黑启动能力补偿费不同，对于无黑启动能力的DG，没有获得黑启动能力补偿费。另外，MT1的黑启动能力补偿费为3.532万元，相对于MT2高0.237万元，但由于MT1的黑启动能力维护费用更高，导致其所获得的黑启动能力净收益比MT2低0.063万元，由此可见，DG采用性价比更高的方式获得黑启动能力，能够获得更高的黑启动能力补偿净收益。

各DG运营商的黑启动能力补偿费以及黑启动能力补偿净收益如表5所示：

表5各DG运营商的黑启动能力补偿费以及黑启动能力补偿净收益

对于DG运营商黑启动使用补偿费，假设供电公司推行的供电服务产品类别、各可靠性标准对应的权重系数以及各供电服务产品类别中用户的购买情况如表6所示，剩余用户视作没有购买高可靠供电服务，其中，没有购买高可靠供电服务产品的用户其权重系数设为0，表示其在大停电后待高可靠供电需求的用户全部恢复后再进行恢复。表6如下：

表6供电服务产品类别、权重系数以及用户购买情况

假定该地区不计及基于DG黑启动辅助服务时年平均供电可用率指标

设定故障场景为母线B1处发生故障，故障发生时刻为17:00，故障修复时间为2h。在此故障场景下，联络线无法转供停电负荷，因此，供电公司基于DG孤岛运行恢复供电，每一小时划分一次孤岛运行范围，供电恢复方案如图6、图7所示，各DG在孤岛运行各时段内的出力情况如图8所示。

从供电恢复方案的结果可以看出，在本次停电故障中，购买了高可靠供电服务的用户19由于附近PV2出力不足，在第二时段内没有得到恢复。同样受故障时刻PV2出力不足的影响，购买了高可靠供电服务的用户24在两时段内均没有得到恢复。购买了高可靠供电服务的用户31在第一时段内没有得到恢复，但由于孤岛四内的用户在第二时段内的用电需求降低，使得孤岛四的剩余有功功率能够满足用户31的需求，因此，该用户在第二时段的得到恢复。

根据图8各DG的出力情况，在本次大停电事故中，共恢复的电量为9055kWh。计算得到各DG运营商在本次停电事故中获得的黑启动使用补偿费，结果如表7所示，在本次停电事故中，供电公司需向所有DG运营商支付的黑启动使用补偿费为7.935万元。表7如下：

表7各DG运营商的黑启动使用补偿费定价结果

由表7可以看出，DG运营商3的DG在本次停电事故中恢复了最多的负荷量，因此获得了最多的黑启动使用补偿费，WT1和PV2由于不具备黑启动能力，没有获得黑启动能力补偿费，但在实际供电恢复过程中，发挥了作用而获得了黑启动使用补偿费。光储与风储相比，前者的黑启动能力补偿费更高，但在实际配电网恢复过程中，为尽可能减小弃风弃光，使得孤岛二内风储没有满发，而孤岛四内光储处于满发状态，DG运营商4与DG运营商1相比，获得了更多的黑启动使用补偿费。另外，MT1虽然黑启动能力补偿费比MT2多，但在实际配电网恢复过程中，MT2由于容量较大，所获得的黑启动使用补偿费比MT1多，DG的容量的直接影响到供电恢复过程中发挥作用的大小，从而影响到黑启动使用补偿费的多少。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，所取名称可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。凡依据本发明构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。