上海虚拟电厂运营市场出清的研究与实现

2020-05-27应志玮黄宇鹏龙苏岩豆威朋

电力学报 2020年2期

应志玮，余涛，黄宇鹏，龙苏岩，承林，豆威朋

(1.国网上海市电力公司，上海 200120；2.中国电力科学研究院有限公司，北京 100192； 3.上海科驭信息科技有限公司，上海 201721)

0 引言

当前，根据电网发展的需要，应提高对清洁能源和可在再生资源的利用[1,2]，优化市场交易的配置，构建统一电力市场体系，实现电力市场建成多样化、多时效并发进行的交易系统。上海电力公司开展前瞻性研究，结合当前国家电网公司要求和上海电力公司实际情况设计了上海虚拟电厂运营体系[3]。

虚拟电厂运营体系是以虚拟电厂为基本单位，而虚拟电厂是聚合优化“源网荷储”清洁发展的新一代智能控制技术和互动商业模式，实现电源侧的多能互补、负荷侧的灵活互动，对电网提供调峰、调频、备用等辅助服务。虚拟电厂运营体系的市场出清规则是确保市场稳定秩序的前提条件[4]，出清规则的目的首先是规范市场交易方式，比如交易公开化、交易规则化；其次是规范交易行为，要形成自愿的、非强制的、平等的交易，使电力交易双方进行互惠互利的交易活动；再次是规范交易价格，形成交易约束，为双方的规范交易创造良好的环境条件。综上所述，当前的上海虚拟电厂运营体系需要合理的市场出清规则作为支撑，应用互联网行业的最新技术，对上海虚拟电厂运营系统进行建设，以支撑大规模电力市场交易为目的，通过先进的 IT 技术应用，更好地支持电力交易的日常正常进行[5]。

基于此，为促进电力市场交易的常态化进行，本研究为了实现上海虚拟电厂运营的市场出清，提出了一种高效、灵活、可靠且符合市场情况的市场出清规则[6]。

1 规则概述

上海虚拟电厂运营体系的基本成员包括电力公司交易中心、调度中心、运管平台以及虚拟电厂四方构成，他们都是参与电力市场交易的市场成员[7]。

交易平台立足于为虚拟电厂提供公平、透明的市场化交易服务，负责引导市场主体入市注册，建立虚拟电厂和用户侧资源的绑定关系，及时发布市场交易信息，组织开展市场化交易，并支持市场出清、结算[8]。

调度控制平台负责根据电网运行情况提出市场需求[9]，具备向虚拟电厂下达控制指令的能力。

运营管理平台作为上海市所有虚拟电厂的管理平台，负责建立维护虚拟电厂的有关档案、全流程管控虚拟电厂接入电网系统工程，审核虚拟电厂市场主体资格，归口管理虚拟电厂的响应基线，记录并认定交易执行结果。

虚拟电厂运行控制平台对内以模拟常规电厂外特性为目标，实现对虚拟电厂内部资源的优化聚合、协同控制，管理与内部资源之间的代理协议；对外代替所属资源向交易平台和管理平台完成入市、注册等相关管理流程，并作为一个市场主体参与市场交易[10]。

在当前上海虚拟电厂运营体系中，根据虚拟电厂不同的响应能力，从中长期和短期两个时间维度共设计了4种不同收益水平的交易品种[11]，包括中长期和短期需求响应交易、中长期备用交易、短期替代调峰交易等。

中长期备用交易为了满足市场用电的需要，根据发布的电力调度指令，要求虚拟电厂提供的预留发电容量或负荷响应必须在10 min内完成调用。按月度组织交易，由电力调度机构综合考虑负荷预测、机组运行计划、需求预测误差等情况确定次月的备用需求[12]，交易中心根据备用需求组织开展月度交易，由有意愿提供备用服务的虚拟电厂参与交易。

2 实现流程

2.1 流程设计

图1 实现流程图Fig.1 Implementation flow chart

上海虚拟电厂运营体系始于调控中心，通过运管平台根据电网运行情况提出虚拟电厂响应需求，再由交易中心在交易平台收到响应需求后，便可向全部市场成员发布市场交易信息。交易信息应以调度中心发布的响应需求为准。

交易中心根据具体的需求，结合各个虚拟电厂的响应能力，可赋予一部分虚拟电厂申报资格，交易中心对此次交易配置电力规模限额和电价限额，在申报开始的时段开启申报，具有此次交易申报资格的虚拟电厂按照一定的限额规范进行申报。

交易中心虚拟电厂运营商在交易平台申报响应容量以及对应价格后，交易平台组织虚拟电厂开展交易，并将出清结果通知调度控制平台和管理平台。

在交易当天，管理平台需记录虚拟电厂的响应相关信息，并进行结果认定。

交易平台根据响应结果进行结算，并将结算结果发送管理平台、电网财务系统、虚拟电厂运营管理平台。由财务部门与虚拟电厂运营商进行资金结算。虚拟电厂根据结算结果，完成与终端用户的结算，最后交易结束[13]，具体如图1所示。

在市场出清之前，先由虚拟电厂提出报价，规定最多可三段报价，单位为kW，数值精确至个位。申报价格单位为元/(kW·h)，数值精确至小数点后两位[14]。再根据历史调用情况，修正虚拟电厂的报价系数，具体公式为：

ηbjxz=(0.9+0.1×K1)×[1-0.1×min(1.2,K2)]×

[1-0.1×min(1.2,K3)]×(1-0.1×K4) .

式中，ηbjxz为报价修正系数；K1为响应速度因数，K1=备用响应指令时间÷备用响应指令时间标准，备用响应指令时间标准暂定为10 min；K2为调节速率因数，K2=单位时间内备用上调量÷备用上调速率标准，备用上调速率标准暂定为1 MW/min；K3为备用可持续时间因数，K3=备用可持续时间÷备用可持续时间标准，备用可持续时间标准暂定为1 h；K4为备用执行度因数，K4=备用执行次数÷调度下达执行上调备用指令的次数。

当交易中心收到虚拟电厂的报价后，由下公式计算虚拟电厂排序价格：

Ppxjg=Pbj×ηbjxz.

式中，Ppxjg为虚拟电厂排序价格，Pbj为虚拟电厂报价。

依据上式的计算结果，将虚拟电厂的价格由低到高，申报时间由前到后的规则进行排序，按其优先顺序依次出清[15]，计算各虚拟电厂的中标量。

2.2 出清模型

在市场出清实现过程中，先是建立了虚拟电厂报价模型，如表1所示。报价模型中关联虚拟电厂与交易序列，以每条交易作为主线来分别记录各个虚拟电厂的申报时间、申报段数以及申报电量和电价等。

表1 报价模型

Tab.1 Quotation model

字段类型中文注释JYDY_IDJYDY_ID虚拟电厂IDTRADESEQ_IDTRADESEQ_ID交易序列IDINTERVALINTERVAL轮次TRADE_ROLETRADE_ROLE申报角色PARA_NUMPARA_NUM段号PWDPWD电力NUMNUM份数ENERGYENERGY电量PRICEPRICE电价UPDATE_TIMEUPDATE_TIME报价时间BID_PERSONBID_PERSON报价人PRICE_KPRICE_K乘系数之后的价格

建立出清模型，关联虚拟电厂与交易序列，从系统获取以往的响应系数，对虚拟电厂的价格由低到高，申报时间由前到后的优先顺序，通过程序和算法计算出各个虚拟电厂的出清电量和出清电价，如表2所示。

表2 出清模型

图2 市场出清实现流程Fig.2 Realization process of market clearing

通过以上数据模型，可以将每次交易虚拟电厂报价与出清做记录，并分析市场趋势，利用合理的激励手段，鼓励更多的虚拟电厂参与到交易中。

2.3 代码实现

基于已设定的市场出清规则，在实现过程中，先将各个虚拟电厂的报价收集过来，结合以往的响应系数，把虚拟电厂所报价格由低到高进行排序。若是有报价相同的虚拟电厂，就按照报价时间的先后进行排位，通过结合交易中心所需电量，对排序好的虚拟电厂申报电量逐次取值。若全部虚拟电厂的申报电量小于或等于交易需求电量，则尽数纳入；若全部虚拟电厂的申报电量大于交易需求电量[16]，则根据排序顺序纳入所需电量为止，如图2市场出清实现流程所示。

3 算例验证

本文市场出清的验证环境是由交易中心发布交易公告，再由虚拟电厂进行多点报价，报价完成后交易中心再统一出清[17]的完整交易流程组成。

在此算例中，交易中心发布的公告为6 000 kW的需求电量，允许虚拟电厂最大报价段数为3段，每一段报价的电量不重合，是在上一段报价电量基础上累加的结果；报价电量的单位为kW，报价电价的单位为元/(kW·h)，并且有3家符合条件的虚拟电厂参与此次交易报价[18]。将虚拟电厂分别编号为01，02和03，三家虚拟电厂均为3段报价，如表3 虚拟电厂报价所示。

表3 虚拟电厂报价

在此算例中，每家虚拟电厂的报价修正系数均为1，交易需求电量为6 000 kW，对所有虚拟电厂的报价由价格进行排序，价格最低的优先纳入，价格相同则以申报时间优先纳入。在算例验证中，若虚拟电厂申报电量总和大于需求电量，则依照排序后的顺序先后纳入，当取到某一虚拟电厂的某一段数的电量与已纳入电量之和大于需求电量时，需求电量差多少补多少，且不将此段数的申报电量全部纳入[19]。运用交易平台系统对申报电量进行市场出清，得出结果如表4所示。

表4 市场出清

从表4结果可以得出，01号虚拟电厂在此次交易中纳入一、二段全部电量；纳入02号虚拟电厂第一段申报电量和第二段申报电量的其中500 kW；纳入03号虚拟电厂第一段申报电量的全部，并且总体纳入的市场出清电量符合6 000 kW的电量需求，并以价格最优优先纳入，说明此次验证的市场出清具有一定的准确性与科学性[20]。

综上所述，本文研究的上海虚拟电厂运营市场出清规则，可支撑上海电力市场的日常交易，促使虚拟电厂和电力公司在电力交易方面的利益最大化，对上海电力交易市场的运行与发展有一定的推进作用。