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目录
💥1 概述
文献来源：
摘要：将储能资源纳入电力现货市场有助于优化电力系统灵活性配置,促进可再生能源消纳,推动能源革命及低碳化转型。考虑到储能资源具有较好的调频性能,该文主要探讨包含独立储能的现货电能量与调频辅助服务市场出清协调机制。首先,总结当前国内外典型市场中现货电能量与调频辅助服务市场出清协调机制,分析各机制出清流程及定价方法等特点。其次,提出独立储能参与市场的特殊问题及解决思路,包括申报参数的选取、实时市场优化的处理、提供调频辅助服务机会成本的计算等,并给出包含独立储能的现货电能量与调频辅助服务市场顺次出清及联合出清两种机制的数学模型。最后,构建算例,分析对比各机制的实用性和有效性,讨论独立储能对市场电价及购电成本的影响,独立储能参与市场的效益及行为,独立储能申报及出清中相关参数对市场出清结果的影响等。
关键词：
电力现货市场;独立储能;现货电能量;调频辅助服务;出清机制;
关于储能对电力市场均衡的影响、储能参与电力市场的优化运行决策、市场环境下储能的容量和选址规划等问题，学术界开展了大量的研究。文献[7]建立了以社会福利和储能收益最大化为目标的关联模型，分析了储能平抑峰谷时段电价差的作用，并提出在输电网中配置储能会获得更高收益。文献[8]考虑现货电能量与调频、备用辅助服务市场的联合出清机制，建立多时段 Nash-Cournot均衡模型，验证储能提升系统爬坡容量并促进可再生能源消纳的作用。文献[9]考虑日前和实时电价的不确定性，建立储能运营和竞标决策模型。储能也可与可再生能源发电企业联合运营，减小可再生能源发电出力预测偏差对市场收益的影响[10]。文献[11]针对容量较小但可快速充放电的储能资源，提出使其持续具有相近的上、下调频可用容量的运行策略，以提升在调频辅助服务市场中的中标量及收益。文献[12]借鉴金融输电权的概念，提出金融储能权，常规机组和负荷可通过购买金融储能权规避电价波动风险。文献[13]考虑储能期望收益下限约束，探讨现货电能量与辅助服务市场联合出清下的储能选址和容量配置问题，并提出基于次梯度的切平面法，分解协调双层问题的求解。
国内外不同电力市场中现货电能量与调频辅助服务市场的出清协调机制各不相同，由于储能具
有较好的调频性能，且其运行具有较强的时段耦合性，市场机制的差异会对储能的运行特性和收产
生较大影响，目前尚未有考虑储能特点的现货电能量及调频辅助服务市场出清协调机制的研究及分析。此外，我国电力现货市场仍处于建设初期，尚未建立针对独立储能参与的相关机制[14]，国外成熟电力现货市场也仍处于独立储能参与的探索阶段[15]，尚未形成成熟的、可供借鉴的经验。因此，研究包含独立储能的现货电能量及调频辅助服务市场机制，并进行效益及影响分析具有重要理理论价值和现实意义。
独立储能的现货电能量与调频辅助服务市场出清协调机制研究
摘要
随着可再生能源的广泛接入，电力系统的不确定性显著增加，对电力系统灵活性和可靠性的要求也随之提高。独立储能系统（IESS）凭借其快速响应、灵活调控等特性，成为应对这一挑战的重要手段。本文深入探讨了IESS参与现货电能量市场与调频辅助服务市场出清的协调机制，分析了其必要性、面临的挑战，并提出了相应的解决方案。通过构建数学模型和算例分析，验证了所提机制的有效性和实用性。
一、引言
电力系统面临着日益严峻的挑战，包括可再生能源大规模接入带来的间歇性和波动性、传统机组灵活性下降以及电力需求日益增长等。为了应对这些挑战，储能技术，尤其是独立储能系统，因其快速响应能力、灵活配置和多重应用价值而受到广泛关注。IESS不仅能提供电能量支持，还能为电力系统提供各种辅助服务，如调频、调压、备用等。因此，构建一个协调IESS参与现货电能量市场和调频辅助服务市场的出清机制，对于提高电力系统运行效率、促进可再生能源消纳、降低运行成本具有重要意义。
二、独立储能参与现货电能量与调频辅助服务市场的必要性
2.1 平抑可再生能源波动性
随着可再生能源占比的不断提高，传统机组的调节能力逐渐难以满足电力系统的需求。IESS的出现弥补了这一缺口，其参与电能量和调频市场具有以下重要意义：
- 提高可再生能源利用率：IESS能够平抑可再生能源的波动性，将间歇性发电转化为稳定的电力供应，从而降低弃风弃光现象。
- 降低系统运行成本：IESS通过在低谷时段充电、高峰时段放电，能够降低高峰用电负荷，延缓电网升级改造的投资。
- 增强电网稳定性：IESS响应速度快，能够提供精确的频率和电压调节服务，增强电网对扰动的抵抗能力，提高电力系统的运行可靠性。
- 促进电力市场竞争：IESS作为独立的市场主体，能够参与电能量和辅助服务市场的竞价，打破传统机组的垄断，促进电力市场竞争，降低电价。
2.2 应对电力系统不确定性
电力系统运行需要应对负荷预测偏差、发电机故障、线路故障等不确定性问题。近年来，随着可再生能源、需求侧资源的迅速发展，电力系统运行所面对的不确定性进一步增加。IESS的快速响应和灵活调控能力，使其成为应对这些不确定性的重要手段。
三、独立储能参与现货电能量与调频辅助服务市场面临的挑战
3.1 市场机制不完善
当前的电力市场机制主要针对传统机组设计，对IESS的特性考虑不足。例如：
- 结算周期长：现货市场的结算周期可能较长，无法反映IESS快速充放电的价值。
- 定价机制不合理：辅助服务市场的定价机制可能无法充分体现IESS提供的快速响应服务的价值。
3.2 调度难度大
- 信息不对称：电网调度机构难以准确掌握IESS的运行状态和剩余容量，导致IESS的调度指令不合理，甚至可能损害IESS的设备。
- 容量分配冲突：在电能量市场和调频辅助服务市场同时参与的情况下，IESS需要在不同市场之间进行容量分配，避免容量冲突，保证各市场需求得到满足。
3.3 计量和结算复杂
IESS的计量和结算相对复杂，需要建立完善的计量体系，准确计量IESS在各个市场提供的服务，并进行公平合理的结算。
四、独立储能参与现货电能量与调频辅助服务市场出清协调机制
4.1 优化调度策略
采用优化调度模型，将IESS在两个市场的参与纳入统一的优化框架，考虑充放电效率、电池寿命、电能量价格、调频服务价格等多种因素，对IESS的充放电策略进行优化，实现经济效益和系统稳定性的最佳平衡。该模型可以采用多目标优化算法，如帕累托最优解法，以寻找多种方案并权衡利弊。
4.2 分布式协调控制
开发分布式协调控制算法，协调IESS在不同市场中的调度决策，避免由于信息不对称或计算资源限制导致的决策冲突。该算法应具备快速响应能力和鲁棒性，能够适应电力系统的不确定性。
4.3 市场机制设计
设计合理的市场机制，鼓励IESS同时参与两个市场，并对IESS提供综合服务进行奖励。例如：
- 优先权机制：对提供调频辅助服务的IESS在现货电能量市场给予优先权。
- 价格补贴机制：对同时提供电能量和调频服务的IESS给予更高的价格补贴。
4.4 信息共享机制
建立完善的信息共享机制，实时共享现货电能量市场和调频辅助服务市场的信息，提高IESS的决策效率和准确性。这需要构建一个数据平台，将相关信息及时、准确地传递给IESS，并保证数据安全和可靠性。
4.5 顺次出清与联合出清机制
- 顺次出清机制：先进行现货电能量市场的出清，然后在考虑电能量市场出清结果的基础上，进行调频辅助服务市场的出清。这种机制简单易行，但可能无法充分考虑两个市场之间的耦合关系。
- 联合出清机制：将电能量市场和调频辅助服务市场纳入统一的优化模型，综合考虑两个市场的需求，实现IESS的容量分配优化。这种机制能够更准确地反映IESS在两个市场中的价值，但计算复杂度较高。
五、算例分析
5.1 算例背景
以某地区电力系统为例，构建包含IESS的现货电能量与调频辅助服务市场出清模型。假设IESS的额定功率为100MW，额定容量为200MWh，充放电效率为95%，电池寿命为10年。
5.2 参数设置
- 现货电能量市场价格：根据历史数据生成现货电能量市场价格曲线，价格波动范围为0.2-0.5元/kWh。
- 调频辅助服务市场价格：根据历史数据生成调频辅助服务市场价格曲线，价格波动范围为0.5-1.0元/MW。
- 调频需求：根据系统频率偏差生成调频需求曲线，调频需求波动范围为0-50MW。
5.3 出清结果
- 顺次出清结果：在顺次出清机制下，IESS优先参与现货电能量市场，然后在剩余容量范围内参与调频辅助服务市场。结果显示，IESS在现货电能量市场中的收益较高，但在调频辅助服务市场中的参与度较低。
- 联合出清结果：在联合出清机制下，IESS的容量在两个市场之间得到优化分配。结果显示，IESS在两个市场中的收益均有所提高，且系统频率稳定性得到增强。
5.4 结果分析
- 收益对比：联合出清机制下IESS的总收益高于顺次出清机制，说明联合出清机制能够更准确地反映IESS在两个市场中的价值。
- 系统稳定性：联合出清机制下系统频率偏差较小，说明IESS的参与对系统稳定性具有积极作用。
六、结论与展望
6.1 结论
本文深入探讨了IESS参与现货电能量市场与调频辅助服务市场出清的协调机制，分析了其必要性、面临的挑战，并提出了相应的解决方案。通过构建数学模型和算例分析，验证了联合出清机制的有效性和实用性。研究结果表明，联合出清机制能够更准确地反映IESS在两个市场中的价值，提高IESS的经济效益和系统稳定性。
6.2 展望
未来的研究方向可以关注以下几个方面：
- 更先进的优化算法：研究更先进的优化算法，提高联合出清模型的计算效率和准确性。
- 更鲁棒的协调控制策略：开发更鲁棒的分布式协调控制算法，适应电力系统的不确定性。
- 更完善的市场设计：设计更合理的市场机制，鼓励IESS同时参与两个市场，提高电力系统的灵活性和可靠性。
📚2 运行结果
🎉3 参考文献
部分理论来源于网络，如有侵权请联系删除。
[1]肖云鹏,张兰,张轩等.包含独立储能的现货电能量与调频辅助服务市场出清协调机制[J].中国电机工程学报,2020,40(S1):167-180.DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.200977.
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