电力现货市场环境下的增量配电网售电公司储能配置方法研究

叶洪波 凌晓波 王高琴 王世震

摘 要：我国电力现货市场建设步伐正不断加快，在这一背景下，投资储能成为增量配电网售电公司应对现货市场冲击批发与零售市场电价的重要手段。增量配电网售电公司的运营核心就是投资回报率，精准计算投资回报率是提高增量配电网售电公司储能配置效益和售电经济性的关键。在电力现货市场背景下，以投资回报率最大为目标，提出了一种考虑投资回报和可调资源的增量配电网售电公司储能配置方法。首先介绍了增量配电网售电公司的基本运营结构和储能配置原理，提出了投资回报率和可调资源调节潜力的计算方法;其次建立了考虑投资回报和可调资源的储能配置模型来实现储能的选址定容，给出储能的配置方案和运行模式;最后，算例结果表明所提方法在保证同等运营收益增量的情况下，提高了投资回报率，验证了所提方法的有效性。

关键词：电力现货市场;增量配电网售电公司;储能配置;投资回报;可调资源

0 引言

隨着我国电力市场化改革的深化，电力现货市场的建设步伐不断加快，现货市场的引入使得批发电价实时波动，给零售市场带来了挑战与机遇，售电主体大量涌入，其中拥有增量配电网的售电公司成为售电公司的一种主要类型[1-3]。增量配电网售电公司作为一种新兴的运营商，能够通过规划、运行所辖配电网[4]来实现自己的商业模式[5]，其中储能是此类公司重点关注的投资对象[6]。

储能是提高能源系统时空范围优化配置能力的有效手段[7]，但储能配置的投资成本回收[8]是增量配电网售电公司运营中面临的一个关键问题。

对于增量配电网售电公司来说，配置储能时，不仅要考虑短期的运行效益，还要考虑长远的运营效益来回收过高的投资成本，这涉及长时间尺度的规划问题，负荷曲线的变化不可忽视[9]，有必要兼顾储能的投资回报和可调资源调节潜力对负荷曲线的影响开展增量配电网售电公司的储能配置研究。

因此，针对电力现货市场引起的批发价格变化，如何长远地考虑投资回报和可调资源调节潜力带来的负荷变化投资储能，是增量配电网售电公司运营过程中亟待解决的问题。

近年来，在储能的配置方面取得了诸多进展。传统研究一般集中在电力系统范畴，文献[10]提出了输电侧储能和输电线路联合鲁棒规划方法，并表明储能对缓解输电线路阻塞更为经济。文献[11]提出了配网侧储能有效的配置方法。文献[12]考虑电力系统对清洁能源的消纳以及最优经济运行进行储能的配置。文献[13]针对季节性储能的优化问题，计及电/热等多元储能提出混合整数线性规划方法。文献[14]提出了一种集主动配电网、天然气网和能源枢纽为一体的综合能源系统扩展规划方法。文献[15]提出了一种考虑交通、天然气和主动配电网络耦合的优化规划框架。文献[16]以经济效益为目标，考虑多种类型发电与储能的约束条件，实现了多能流综合利用与协同优化。文献[17]研究了考虑多能互补的区域综合能源系统多种储能优化配置。文献[18]建立了含电、气和热三种储能的微网综合能源系统经济优化运行模型。文献[19]考虑电转气技术，针对经济性、可靠性和新能源消纳率等多目标，构建了综合储能优化配置模型。文献[20]研究了蓄冷、储热、储电和混合储能在冷热电联供（CCHP）机组和电制冷等设备多能互补协同运行情况下的盈利策略，建立了全寿命周期的冷热电储能调度规划双层优化模型。

以上研究主要是针对以电/热负荷为终端的能源系统，考虑不确定性以及最优经济性和可行性，从系统角度对储能配置方法进行研究，缺乏对现货背景带来的增量配电网售电公司运营、投资回报率以及可调资源延缓投资的考虑，在考虑投资回报和可调资源的增量配电网售电公司的储能配置方法方面鲜有涉及。

因此，本文在电力现货市场建设背景下，提出了一种考虑投资回报和可调资源的增量配电网售电公司储能配置方法，有利于提高增量配电网售电公司运营经济性和储能效益。首先，阐述了增量配电网售电公司的基本运营结构和储能配置原理;其次，提出了投资回报率与可调资源调节潜力的计算方法;然后，建立了考虑投资回报和可调资源的增量配电网售电公司储能配置模型;最后，基于算例对文章提出的方法进行了验证和分析，结果表明，所提方法能够利用可调资源延缓储能的投资，在电力现货市场背景下，提高增量配电网售电公司整体的运营收益和投资回报率。

1 基本假设

1.1    增量配电网售电公司的基本运营结构

投资增量配电网的售电公司对所辖配网区域享有一定的运营权，在文献[21]基础上，本文构建的增量配电网售电公司的基本运营结构如图1所示，主要涉及电力批发（Power Wholesale，PW）、电力配送（Power Distribution，PD）和电力零售（Power Retail，PR）三种业务流程。PW主要是售电公司在所辖配电网络与上级网络衔接处批发电能;PD主要是售电公司通过调度所辖配电网配送电能;PR主要是售电公司向节点用户零售电能，以满足用户生产生活的用能需求。

储能在PD过程中能够起到能量时移作用，能够对净负荷做一定的“削峰填谷”。其基本模型如下：

Ee，i，t=Ee，i，t-1+pce，i，tηce    （1）

0.2Ne，iEe，i，max≤Ee，i，t≤0.8Ne，iEe，i，max   （2）

0≤pce，i，t≤0.2Ne，iEe，i，max（3）

0≤pde，i，t≤0.2Ne，iEe，i，max （4）

式中：Ee，i，t为配网i节点处t时段储能的剩余容量;pce，i，t为配网i节点处t时段储能的充电功率;pde，i，t为配网i节点处t时段储能的放电功率;ηce和ηde分别为储能的充电和放电效率;Ne，i为配网i节点处t时段储能的配置个数，为非负整型变量;Ee，i，max为配网i节点处储能的单位容量。