独立储能电站参与电力市场多交易品种的调控策略

2023-10-12刘璐瑶杨苹杨康曾宪锴袁金荣蒋建香

电气自动化 2023年5期

刘璐瑶, 杨苹, 杨康, 曾宪锴, 袁金荣, 蒋建香

(华南理工大学电力学院,广东广州 510640)

0 引言

随着国内电力市场体制改革推进,灵活可控的储能可作为独立主体参与电力现货市场交易,获取经济收益。逐渐开放的辅助服务市场交易也将进一步挖掘储能支撑新型电力系统实时平衡的响应能力,增进电网安全性和稳定性［1］。目前,国内由储能组建的独立储能电站(independent energy storage power station,IESPS)处于商业化初期阶段,盈利模式不清晰,使其参与市场交易的获利受限［2］,建设发展进程遭遇瓶颈。电力现货市场环境下如何提升IESPS参与市场的收益,与所制订的储能调控策略密切相关。

目前,关于储能调控策略的研究多集中在与其他对象联合优化,包括储能在发电侧协同可再生能源发电联合优化调控［3-4］、储能在用户侧与分布式电源、用户负荷联合优化调控［5-6］以及储能在电网侧辅助电网稳定运行［7-8］。以上研究调控储能利用其进行电源消纳、功率平抑和电力短时支撑等,实现联合整体经济调控。关于储能组建的IESPS参与市场交易的经济化调控研究则较少［9-10］。且由于国内市场的发展变化,已有研究设置IESPS可参与的交易品种和交易阶段有限,也未考虑市场价格波动时其可能面临的收益风险。IESPS参与市场交易的调控策略有待进一步改善。

为此,本文首先结合其参与市场的盈利模式,明确IESPS参与各交易品种的开展方式和基本调控要求,综合分析后建立IESPS调控模型;基于调控模型,通过CVaR表示出IESPS参与市场日前-实时交易时市场价格波动导致的收益风险成本,建立IESPS参与市场多品种交易的日前-实时优化调控策略;最后由仿真算例验证所提策略的可行性和经济性。

1 IESPS参与电力市场多交易品种的调控模型

电力市场环境下,IESPS的盈利模式与其在市场中可参与的交易品种密切相关。设置IESPS可参与电能量市场中的购售电交易、电力辅助服务市场中的调峰辅助服务交易和调频辅助服务交易,其盈利模式如下。

(1) 参与调频辅助服务。IESPS根据市场调频需求,结合自身调控性能提供调频容量服务或调频里程服务。该项收益参照两部制补偿机制计算。

(2) 参与调峰辅助服务。IESPS根据市场调峰需求,在负荷低谷充电、高峰放电。考虑IESPS参与峰谷套利时高峰放电可直接上网套利,该项收益仅包括低谷充电的调峰补偿。

(3) 价格套利。IESPS根据电能量市场中电价波动,低价购电和高价售电。该项收益由峰谷时段和日前-实时阶段的电价差距决定。

综上所述,IESPS参与电力市场多交易品种的收益如下。

(1)

(2)

(3)

分析该盈利模式下IESPS参与多交易品种的开展方式和调控要求:日前阶段,根据IESPS申报的调频里程和调频容量、调峰电量、购售电量,得到其日前调控计划;实时阶段,IESPS在日前调控计划基础上,结合电价波动下申报的调频里程和购售电量,进一步协调IESPS下一时段充放电计划。由此建立IESPS站参与电力市场多交易品种的调控模型如下。

(4)

(5)

2 IESPS参与电力市场多交易品种的优化调控策略

2.1 调控收益风险分析

结合IESPS盈利模式可知,市场交易价格波动会对其参与市场多交易品种的调控收益产生影响。实际交易价格不符合预期时,原定调控计划可能无法实现收益最优。条件风险价值可合理量化不同价格波动场景下IESPS参与市场多交易品种的收益风险成本［11］,公式如式(6)所示。

(6)

2.2 目标函数

考虑IESPS的运行成本、参与日前-实时市场的偏差转移成本、市场价格波动造成的调控收益风险,使得IESPS参与市场多交易品种的收益最大化。优化目标计算如式(7)～式(9)所示。

(7)

(8)

(9)

2.3 约束条件

为防止IESPS中储能出现过充过放、确保其申报电量在储能调控特性范围内,需对储能自身调控特性、参与多品种交易时申报电量进行约束。

1)储能调控特性约束

(10)

(11)

(12)

2) 参与多交易品种约束

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

2.4 优化调控策略

建立日前和实时两阶段下IESPS参与市场多交易品种的优化调控策略,如图1所示。

图1 IESPS参与市场多交易品种的优化调控策略

(1) 日前阶段。结合市场日前价格和收益风险,以IESPS参与多交易品种收益最优为目标,优化IESPS的购售电量、调峰电量、调频容量和调频里程,得到其日前最优调控计划。

(2) 实时阶段。结合市场实时价格、收益风险和偏差转移成本,再次优化IESPS的购售电量、调频里程,调整日前调控计划并实时执行。

3 算例分析

3.1 仿真参数设置

设计容量为20 MWh的IESPS进行仿真算例。储能具体调节参数和辅助服务市场相关参数设置如表1所示。收益风险分析中设置置信水平α=0.95［12］。

表1 仿真参数

3.2 调控收益分析

选取IESPS的风险态度为λda=λrt=0.5进行调控收益分析。设置仿真场景包括:参与单一交易品种;参与多交易品种。不同场景下IESPS的调控收益如表2所示。

表2 不同场景下独立储能电站的调控收益

1) 场景一:参与单一交易品种

仿真结果如图2所示,包括以下三种情况。

(1) 仅参与调频辅助服务交易时,IESPS运营商需调控储能,使相应时段其容量满足中标的调频容量,充放电功率满足调用的调频里程。由于储能在充放电过程中正常消耗电量且存在自放电情况,均会在能量转换中损失部分电量。因此IESPS在部分时刻无法提供向上调频服务,需在电能量市场购电充电,保证调控结束时储能满足荷电状态约束。

(2) 仅参与调峰辅助服务交易时,IESPS运营商仅调控储能在中标时刻进行充电,并在市场电价较高时售电,保证容量满足下一次调峰,其他时刻IESPS不动作。因此,与仅参与调频相比,储能在整个调控周期的利用率较低,相应调控收益略低。

(3) 仅参与价格套利时,IESPS运营商根据电能量市场电价波动,遵循“低价买入、高价卖出”利用储能套利。由于日前和实时电价波动存在差异,IESPS并非按照单一阶段的电价高低进行套利:市场允许偏差比例约束下,IESPS优先在实时电价低且日前-实时电价差为正时购电;优先在实时价格高且日前-实时电价差为负时售电。此时,需IESPS承担充电费用,且调控特性约束下IESPS参与峰谷套利的购售电量有限,即套利收益有限。

2) 场景二:参与多交易品种

仿真结果如图3所示。该场景下,IESPS运营商可根据参与各交易品种的调控需求、储能自身调控特性约束,控制IESPS中储能的充放电功率。

对比场景一和场景二的仿真结果,结合表2,IESPS的调控收益相比参与单一交易品种显著提升。与场景一相比,场景二中IESPS可获得收益时段增加,调控储能在调峰需求时刻充电以提供调峰辅助服务、在电价及电价差合适时刻充放电以进行价格套利,其他时刻参与调频辅助交易,显著提高储能利用率。

3.3 收益风险分析

为确定合理的风险态度,帮助IESPS规避电价波动风险,在0.4～1.5范围内调整参数,对不同风险态度下IESPS收益风险进行分析。仿真结果如图4所示,IESPS调控收益伴随风险态度的增加而降低。这是由于风险态度增加后IESPS应对市场价格波动风险的意愿降低,使得其减少自身市场交易活动以降低可能面临的收益风险,导致调控收益反而下降。