促进自备电厂参与风电替代的撮合模式研究

王丹东，李凤婷，李义岩，苏常胜，张高航

(1.新疆大学电气工程学院，新疆 乌鲁木齐 830047;2.国网新疆电力科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830011;3.国网新疆电力调度控制中心，新疆 乌鲁木齐 830006)

0 引言

近年来国内风电发展形势迅猛，弃风问题日益突出。以新疆为例，2016年度弃风电量137亿kW·h，弃风率达38%。因此寻找促进风电消纳的途径已成为亟待解决的问题。

“十二五”以来，新疆自备电厂“喷井式”发展，截至2016年底，新疆燃煤自备电厂装机已达2 493万kW，位居全国第一。新疆燃煤自备电厂的迅速发展不仅威胁到电网运行安全，而且影响新疆冬季供暖工作和新能源消纳。新一轮电力市场改革明确提出推进自备电厂和公用电厂同等管理，参与促进清洁能源消纳、维护市场公平竞争等方面的要求。因此，如何激励自备电厂在市场机制的调节下更公平地参与就地消纳风电就显得特别重要。

目前，针对发电侧的替代交易还处于探索阶段，交易模式和组织流程不完善。文献［1～3］提出了在节能减排政策下的发电权交易的开展情况，设计了不同约束下的目标函数的算法，建立了能耗与效率优先的发电权交易模型。文献［4］对自备电厂参与有偿替代交易的理论进行了分析，建立了考虑煤耗和社会效益的发电权交易模型。文献［5］分析了新能源企业与自备电厂替代交易的可行性。但是，新能源替代交易的研究并不成熟，特别是考虑网损的替代交易的模式更亟须研究。

本文借助传统撮合交易的基础上，考虑替代交易对网损的影响，构建以社会效益最大和网损最小为目标的自备电厂替代交易模型，在此基础上，设计了适应自备电厂与风电企业的替代交易流程。通过简单算例验证该撮合模式能在兼顾电网安全稳定和市场机制的调节作用的前提下，推动新能源企业与自备电厂更加公平、有序的开展替代交易。

1 自备电厂参与风电替代的交易模式

1.1 自备电厂与风电企业替代交易思路

自备电厂与风电企业替代交易是指在市场机制下，符合准入市场条件的自备电厂与风电企业在平等自愿的前提下，保证电网运行安全稳定、新能源全额保障性收购、满足某区域用电需求和外送电的基础上，通过双方竞价，将风电企业全额保障性收购电量以外的多发电量替代给自备电厂的用电负荷，切实提高风电企业的发电量。自备电厂申报电价是其自愿为购买风电企业电量而支付的发电价格，而风电企业申报电价是其希望自身发电而获得的回报价格。

1.2 自备电厂参与风电替代对网损的影响

自备电厂与风电企业替代交易的实施，必然改变系统的潮流分布，导致网损的变化，影响电网及交易双方的效益。因此，替代交易时应将替代交易对网损的影响考虑在内，导致网损增量较小甚至降低的交易优先考虑，对网损增加较大，影响到系统安全稳定性的交易应适当降低其优先级或加以约束。

本文采用边际网损系数法［7］计算替代交易时的网损，系统网损的微增成本信息作为网损变化的经济信号，使替代交易向减少网损的方向进行配对撮合，以达到优化系统潮流，提高经济效益的目的。

对系统任意节点k，其有功边际网损系数为

无功网损系数为

式中，L为系统的总网损;Pk是节点k注入的有功功率;Qk为节点k注入的无功功率。

系统的无功用于系统的电压调节，因此不考虑其无功功率的网损费用;同理，在系统的平衡节点S的有功和无功也不考虑其网损费用。

设系统总网损为L，则式中，k、l分别为任意节点;N是节点数;Gkl是任意节点k、l之间的电导;Vk、Vl分别代表节点k、l的电压幅值;θk、θl分别代表节点k、l的电压相角。

对式(3)求偏导，可得

因为网损是各节点注入功率的函数，故可得

计算得到的边际网损系数L/Pk，L/Qk，进而计算系统实际总网损为

本文把边际网损系数法应用于自备电厂参与风电替代的交易中，系统实施替代交易前总网损为

无功损耗相对于有功损耗来说很小，所以忽略无功损耗后系统总网损为

当处于节点Sj的自备电厂向节点Ri的风电企业出售单位发电权数量，交易实施后，系统总网损将变为

交易前，自备电厂为本企业供电，不向电网中供电。替代交易对整个系统来说，只是增加了节点Ri的输出功率。

网损变化量为

因此，自备电厂参与风电替代引起的网损变化为

式中，Ct为电力公司单位购电价，元/MW。

2 计及网损的自备电厂参与风电替代的撮合模型

设WRi和WSj分别代表风电企业i与自备电厂j的申报电量;Cij为双方的成交价格Cij=(CRi+CSj)/2，风电企业煤耗为0。

构建以社会效益最大和网损最小为目标函数的自备电厂参与替代的撮合交易模型，约束条件包括交易双方申报发电权数量的约束，电网支路功率极限的约束，节点电压约束以及供电质量约束。

2.1 目标函数

式中，Ri，Sj(i=1，2，…，n;j=1，2，…，m)分别代表风电企业i和自备电厂j;CRi、CSj分别代表风电企业i和自备电厂j的申报电价;Wij为自备电厂与风电企业成交电量。

2.2 约束条件

替代交易模型的约束条件为

2.3 计及网损的替代撮合交易组织流程

(1)电力交易中心在规定时间内发布替代交易信息。

(2)替代交易双方申报。根据电力交易中心发布的信息，参与交易的企业按照规定时间进行申报。申报内容包括交易电量与申报电价。

(3)电力交易中心以网损最小为目标对交易双方进行配对排序，公布撮合结果。

(4)电力交易中心撮合交易。交易中心根据排序结果，按照优先级进行撮合交易。当达到以下两个条件之一时，交易撮合终止:报价差小于零;风电企业或自备电厂电量都已进行撮合。

(5)电网安全校核。调度控制中心对撮合结果应进行电网安全校核，如若无法通过安全校核，则应减少或取消导致网络阻塞的交易对的交易量，对交易撮合的结果进行调整。

(6)替代交易的确认。在规定时间内，对交易的结果将进行确认公布，内容包括:成交的交易对、成交的电量及价格。

(7)签订交易协议并执行。

3 算例验证

采用IEEE-14节点的系统模型，假设在该系统中1、2、3、6节点有出售电量的风电企业，在1、3、8节点有购买电量的自备电厂，且双方交易电力申报数据均以小时计。如表1所示。

表1 交易双方的申报数据

表1中1-1表示1节点的风电企业，1-2表示1节点的自备电厂，其他节点相似。

由于标准系统的负荷数据已知，利用边际网损系数法对网损变化进行计算。以替代交易的总交易成本矩阵作为经济信号对替代交易的配对方向实施了正确的引导，得出计及网损的成交结果并与传统撮合比较如表2所示。

表2 计及网损的撮合方式与传统撮合对比情况 MW·h

表2可知，1节点的风电企业未实现欲出售电量，8节点自备电厂未完成欲购买电量，采用计及网损的撮合模式后的交易不仅减轻了系统潮流，而且使电力市场更加公平、有序，交易结果更具可行性。

4 结论

本文借助传统撮合交易模式，提出计及网损的促进自备电厂参与替代交易的撮合方案，通过对比分析验证该模型能在兼顾促进清洁能源消纳和市场机制的调节作用的前提下，推动可再生能源高渗透地区的自备电厂与风电企业更加公 平、有序的开展替代交易。

［1］尚金成．基于节能减排的发电权交易理论及应用:(一)发电权交易理论［J］．电力系统自动化，2009，33(22):46-52．

［2］尚金成．基于节能减排的发电权交易理论及应用:(二)发电权交易应用分析［J］．电力系统自动化，2009，33(13):37-42．

［3］王雁凌，邱小燕，许传龙．以节能降耗目标的发电权交易阻塞管理模型［J］．电网技术，2012，36(6):272-276．

［4］王剑波，谭正卯，刘瑞叶．自备电厂发电权交易模式及能耗效益最优研究［J］．黑龙江电力，2011，33(1):43-49．

［5］华夏，罗凡，张建华，等．促进新能源消纳的自备电厂发电权交易模式可行性探讨［J］．电力系统自动化，2016，40(12)．

［6］周竞，王珂，王维洲，等．自备电厂参与新能源消纳的交易模式效益分析及应用探讨［J］．电力系统自动化，2016，40(14)．

［7］伍期刚，程浩忠，刘梓洪．边际网损系数法中的网损分摊调整方法［J］．电力系统及其自动化学报，2005，17(3):78-81．