一种考虑替代效应的电动汽车负荷参与调频市场的出清方式

1.本发明属于电力市场调频辅助服务领域，尤其涉及一种考虑替代效应的电动汽车负荷参与调频市场的出清方式。


背景技术：

2.新能源渗透率不断提高是当前电网结构最显著的变化特征之一，随之而来的是更加频繁且剧烈的净负荷波动，也给电网频率稳定带来了新的挑战。为应对不断扩大的调频需求，我国开启了市场化探索调频辅助服务新阶段。
3.调频辅助服务市场建设是我国电力市场化改革中的重要组成部分，对于降低电力供应成本，理顺价格形成机制有重要意义。目前，在我国主要是火电与储能被允许参与辅助市场，需要扩大调频辅助服务参与主体。国家出台的政策文件也正在倡导“按需扩大电力辅助服务提供主体”。因此研究需求侧可调度资源如空调、电采暖以及电动汽车等可控负荷参与调频市场具有重要的工程实践价值。
4.电动汽车作为解决能源枯竭，实现节能减排的重要方式，正在全球范围内得到大力推广。截止2020年，我国电动汽车保有量已达414万辆。现有研究已表明双向电动汽车充电器及电动汽车内部的电力电子设备能够通过充放电很好地响应电网频率偏差。基于数据库的电动汽车充电监管系统及充电桩的远程控制中取得的成果也为电动汽车参与调频市场提供了技术支持。鉴于单台电动汽车自身容量小，电动汽车可通过聚合形成电动汽车聚合商eva(electric vehicle aggregator)的形式参与电网调节。
5.作为一种快速调频资源，电动汽车参与调频，本质上是电池储能参与调频，与传统的火电调频机组相比，电动汽车参与调频具有响应速度更快、调节精度更高、频率跟随性更好等优势，与新建火储调频电站相比，电动汽车参与调频具有接入地点灵活、投资成本低等优势，如果补偿得当，能够实现电网与电动汽车用户双赢并进一步促进电动汽车的推广。研究表明在自动发电控制评价指标下，达到相同调频效果时，快速调频资源参与调节时能够产生不同于传统调频资源的效益，称为替代效应。替代效应取决于快速调频资源所占比例。本发明将快速调频资源对传统机组的替代效应量化为替代效应指标，并用替代效应指标对各调频资源的报价进行修正，得到考虑快速调频资源替代效应下的调频资源报价排序。
6.在出清方式上，国内大多数省份目前仍实行辅助服务与电能量市场顺次出清，在结算中需要补偿机组的机会成本而加剧了调频支出，而调频辅助服务市场与电能量市场联合出清有助于减少总调度支出。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于，提出一种考虑替代效应的电动汽车负荷参与调频市场的出清方式，用以解决目前电力市场调频辅助服务领域研究中存在的问题。
8.一种考虑替代效应的电动汽车负荷参与调频市场的出清方式，其特征在于，具体包括以下步骤：
9.步骤1：基于充放电成本确定电动汽车的基准补偿价格；
10.步骤2：确定计及替代效应的调频市场各参与方的报价顺序；
11.步骤3：建立调频辅助服务与电能量联合出清方案下的数学模型，求解该数学模型得到出清电价。
12.所述基于充放电成本确定电动汽车的基准补偿价格的过程是：
13.步骤101：首先确定电动汽车参与调频辅助服务时的充放电功率
14.步骤102：设定参与调频辅助服务时的调频里程-调频容量比n；
15.步骤103：根据电池在该调频容量下的充放电次数n
l
及电池购买成本确定每个时段提供辅助服务对用户造成的电池寿命损失成本，确定方式如下式所示：
[0016][0017]
式中为电动汽车用户提供单位调频容量下的损失成本；n为调频里程-调频容量比；为电动汽车电池购置成本；ld。d为提供调频辅助服务时的充放电深度，即单位时段内p
ev
功率下充放电量占电动汽车电池容量比值；n
l
为上述充放电深度下的充放电次数；p
ev
为充放电功率，应满足如下式所示约束：
[0018][0019]
上式中s
soc，t
为电动汽车t时刻的荷电状态；q
ev
为电动汽车电池容量；
[0020]
步骤104：结合调频辅助服务细则中规定的容量补偿及里程补偿机制确定以成本为基础的报价，并将其记为基准价格补偿w，计算公式如下式所示：
[0021][0022]
式中c
cap
为市场机制下容量补偿；ki为三个调频性能指标的乘积，其计算公式如下式所示：
[0023][0024]
式中分别为调频市场目前采取的报价修正指标调节速度指标、调节精度指标及响应时间指标，计算这三项指标时，选取最近一个运行日(向前排查不超过15
天)的数据；v
i，j
为机组i在选择的运行日内提供的第j次调频速率，v
n，i
为标准调节速率；δp
i，j
为机组i在选择的运行日内第j次调节实际响应功率，为该次调节指令需求响应量；t
i，j
为机组i在选择的运行日内第j次调节时间，tn为标准调节时间。
[0025]
所述确定计及替代效应的调频市场各参与方的报价顺序的过程是：
[0026]
步骤201：调频市场各参与方在日前申报各时段的调频容量p
i，t
，及调频里程价格调控中心参考各参与方历史调频性能归一化指标λi对报价数据进行修正，如下式所示：
[0027][0028]
式中为第i台机组修正后的里程报价，λi为第i台机组的归一化后的综合调频性能指标，其计算公式如下式所示：
[0029][0030]
其中，k
min
为市场最小准入指标，值为1；k
saturation
为设定的最高性能指标，值为4；
[0031]
步骤202：利用替代效应指标对报价进行进一步修正，修正公式如下式所示：
[0032][0033]
式中为计及替代效应后的修正里程报价；k
replace
为替代效应指标，具体数值可由表1确定。
[0034]
表1快速调频资源占比-替代效应指标对照表
[0035]
[0036]
步骤203：利用步骤202修正后的报价从低到高进行排序。
[0037]
所述建立调频辅助服务与电能量联合出清方案下的数学模型，求解该数学模型得到出清电价的过程是：
[0038]
步骤301：建立以电能量市场的购买成本及辅助调频服务的购买成本之和最小为目标函数的数学模型，如下式所示：
[0039][0040]
式中：
[0041]f′
为电能量市场的购买成本及辅助调频服务的购买成本之和；
[0042]fi，t
(p
i，t
)为机组i在时段t的运行成本，其中为机组i在时段t申报的第k段出力的电价；k为时段t分成的总段数；为p
i，k，t
为其在该时段及出力段下的中标容量，该出力段上限；
[0043]
为机组i在时段t的启停机成本，ui为机组i的启停机成本，y
i，t
为机组状态该变量，y
i，t
＝x
i，t-x
i，t-1
，x
i，t
为机组i在时段t的0-1状态变量，开机状态为1，否则为0；
[0044]
为t时段机组i中标容量，及分别为t时段系统调频容量需
求及里程需求；n为参与调频的机组数量；
[0045]
p
i，t
为机组i在时段t各出力段中标容量之和，和分别为时段t机组i出力下限和上限；
[0046]
为t时刻负荷用电量需求；
[0047]rup，i
为机组i的爬坡约束；
[0048]
分别为机组i的最小停机时间、最小开机时间；t
open
、t
down
为距离t时刻最近的开机、停机决策发生时刻；
[0049]
p
mb，t
为t时段m、b节点之间的传输功率，为m、b节点之间线路允许传输的最大功率；
[0050]
步骤302：求解步骤301建立的数学模型，机组组合中最后一台机组的报价即为出清电价。
[0051]
本发明实现了一种考虑替代效应的电动汽车负荷参与调频市场的出清方式，其有益效果如下：
[0052]
本发明的方法为有效利用电动汽车负荷参与调频市场提供了一个途径。本发明有效考虑了电动汽车作为快速调频资源的替代效应，提出了计及替代效应的调频市场出清方式，该出清方式能够通过对快速调频资源的适量采购，降低调频支出，同时为电动汽车用户带去盈利方式。
附图说明
[0053]
图1是一种考虑替代效应的电动汽车负荷参与调频市场的出清流程图。
具体实施方式
[0054]
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0055]
图1是一种考虑替代效应的电动汽车负荷参与调频市场的出清流程图。具体包括以下步骤：
[0056]
步骤1：基于充放电成本确定电动汽车的基准补偿价格。过程如下：
[0057]
(1)首先确定电动汽车参与调频辅助服务时的充放电功率
[0058]
(2)设定参与调频辅助服务时的调频里程-调频容量比n；
[0059]
(3)根据电池在该调频容量下的充放电次数n
l
及电池购买成本确定每个时段提供辅助服务对用户造成的电池寿命损失成本，确定方式如下式：
[0060][0061]
式中为电动汽车用户提供单位调频容量下的损失成本；n为调频里程-调频容量比；为电动汽车电池购置成本；l
dod
为提供调频辅助服务时的充放电深度，即单位时段内p
ev
功率下充放电量占电动汽车电池容量比值；n
l
为上述充放电深度下的充放电次数；p
ev
为充放电功率，应满足如下式所示约束：
[0062][0063]
式中s
soc，t
为电动汽车t时刻的荷电状态；q
ev
为电动汽车电池容量；
[0064]
(4)结合调频辅助服务细则中规定的容量补偿及里程补偿机制确定以成本为基础的报价，并将其记为基准价格补偿w，计算公式如下式：
[0065][0066]
式中c
cap
为市场机制下容量补偿；ki为三个调频性能指标的乘积，其计算公式如下式：
[0067][0068]
式中分别为调频市场目前采取的报价修正指标调节速度指标、调节精度指标及响应时间指标，计算这三项指标时，选取最近一个运行日(向前排查不超过15天)的数据；v
i，j
为机组i在选择的运行日内提供的第j次调频速率，v
n，i
为标准调节速率；δp
i，j
为机组i在选择的运行日内第j次调节实际响应功率，为该次调节指令需求响应量；t
i，j
为机组i在选择的运行日内第j次调节时间；tn为标准调节时间。
[0069]
步骤2：确定计及替代效应的调频市场各参与方的报价顺序。过程如下：
[0070]
(1)调频市场各参与方在日前申报各时段的调频容量p
i，t
，及调频里程价格调控中心参考各参与方历史调频性能归一化指标λi对报价数据进行修正，如下式所示：
[0071][0072]
式中为第i台机组修正后的里程报价，λi为第i台机组的归一化后的综合调频性能指标，其计算公式如下式所示：
[0073][0074]
其中，k
min
为市场最小准入指标，值为1；k
saturation
为设定的最高性能指标，值为4；
[0075]
(2)利用替代效应指标对报价进行进一步修正，修正公式如下式所示：
[0076][0077]
式中为计及替代效应后的修正里程报价；k
replace
为替代效应指标，具体数值可由下表确定。
[0078]
快速调频资源占比-替代效应指标对照表
[0079][0080]
(3)利用考虑替代效应指标修正后的报价从低到高进行排序。
[0081]
步骤3：建立调频辅助服务与电能量联合出清方案下的数学模型，求解该数学模型得到出清电价。过程如下：
[0082]
(1)建立以电能量市场的购买成本及辅助调频服务的购买成本之和最小为目标函数的数学模型，如下所示：
[0083][0084]
式中：
[0085]f′
为电能量市场的购买成本及辅助调频服务的购买成本之和；
[0086]fi，t
(p
i，t
)为机组i在时段t的运行成本，其中为机组i在时段t申报的第k段出力的电价；k为时段t分成的总段数；p
i，k，t
为其在该时段及出力段下的中标容量，该出力段上限；
[0087]
为机组i在时段t的启停机成本，ui为机组i的启停机成本，y
i，t
为机组状态该变量，y
i，t
＝x
i，t-x
i，t-1
，x
i，t
为机组i在时段t的0-1状态变量，开机状态为1，否则为0；
[0088]
为t时段机组i中标容量，及分别为t时段系统调频容量需求及里程需求；n为参与调频的机组数量；
[0089]
p
i，t
为机组i在时段t各出力段中标容量之和，和分别为时段t机组i出力下限和上限；
[0090]
为t时刻负荷用电量需求；
[0091]rup，i
为机组i的爬坡约束；
[0092]
分别为机组i的最小停机时间、最小开机时间；t
open
、t
down
为距离t时刻最近的开机、停机决策发生时刻；
[0093]
p
mb，t
为t时段m、b节点之间的传输功率，为m、b节点之间线路允许传输的最大功率；
[0094]
(2)求解数学模型，机组组合中最后一台机组的报价即为出清电价。
[0095]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。