電能量與輔助服務市場的聯合優化
可靠性資源的義務提供傳統的旋轉機組，需要義務提供一些可靠性資源，主要體現在涉及頻率穩定的有功調整和涉及電壓穩定的無功調整。(來源：...
可靠性資源的義務提供
傳統的旋轉機組，需要義務提供一些可靠性資源，主要體現在涉及頻率穩定的有功調整和涉及電壓穩定的無功調整。
(來源：微信公眾號“黃師傅說電”)
機組義務提供的可靠性資源相當于機組并網的硬性要求。
但這種一視同仁的義務要求使得一些機組不得不配置這樣的輔助設施進而增加了投資。
而且純義務提供導致類似資源的創新力不足，商業模式無法探索，勢必也會抬高機組的整體運行成本，進而影響整個系統的運行成本。
因此一些可靠性資源的提供需要市場化的機制。
可靠性資源的市場化提供
可靠性資源市場化的前提是對應的輔助服務成為一個單獨的商品品種參與電力交易。
服務的提供方主要為參與電力系統運行及電力市場交易的發、用主體。
其所能提供的短時間內調增/調減功率(包含有功和無功)可以作為可靠性資源。
在可靠性資源交易市場即輔助服務市場，系統運行商代表所有參與主體采購可靠性資源，確定采購數量和價格，并對整體費用向全部收益方進行分攤。
這種“壟斷”地位需要強監管以避免可靠性資源的濫買濫用，因此需要制定相應的可靠性標準并基于此界定好資源數量，資源價格和分攤機制。
新能源大面積滲透下的可靠性資源
常見的輔助服務主要有調頻、調壓和黑啟動等，以調頻輔助服務居多。
而調頻場景中，以頻率下降即發電小于用電情況居多，故可靠性資源多指備用容量。
備用容量可以是發電機組尚未使用的發電容量，即在當前發電功率基礎上可以調增的容量。
也可以是用電側在當前用電功率基礎上可以調減的容量。
以傳統旋轉機組為主的電力系統，這些機組能夠提供的一次調頻資源即轉動慣量和二次調頻資源即旋轉容量較為充足。
但隨著大量風光新能源以電力電子形式接網，且不斷擠壓傳統機組的份額時，電力系統整體的調頻資源越來越有限。
因此在源側有火電機組靈活性改造，新能源變流器虛擬同步技術以及儲能等快速響應設備的應用，在負荷側也有虛擬電廠即可調節負荷的開發，發用兩側共同填補備用容量的缺失。
例題6.6向我們展示了一個小型的以風、核和燃氣機組為電源的小型電力系統。
因為風機發電功率的波動性，需要其它主體提供一定量的備用容量。
當備用容量全部由燃氣機組提供時，不僅增加了系統整體發電成本，還增加了溫室氣體的排放。
而開發負荷側的備用容量效果正好相反，在降低棄風量的同時，既能夠降低系統發電成本，又可以減少溫室氣體排放。
電能量與輔助服務市場的聯合優化
例題6.7和6.8分別向我們展示了作為系統運營商，在面對發電機組在電能量市場和備用容量市場(輔助服務市場)上報量報價時，該如何進行市場出清。
原則依然是在滿足電力系統物理約束的條件下，實現系統整體運行成本的最低。
約束主要發生在發電功率和負荷功率的平衡約束，以及發電機組提供的備用容量滿足系統所需備用容量的約束。
而因為考慮備用容量，故系統整體運行成本除了包括發電成本外還要加上備用成本。
發電機組的裝機容量因此既可以在電能量市場上進行發電來獲取收益，也可以在備用市場上進行“等待”而獲取收益。
題目6.7為機組在備用容量市場上不報價的情況下，市場出清的情況。
題目6.8為機組在備用容量市場上報價的情況下，市場出清的情況。
具體推導邏輯和驗證過程請參見直播回放，這里不再贅述。
再議影子價格
對于兩個市場聯合出清的最優化問題，目標函數為系統總成本，包含發電成本和備用成本，而約束為功率平衡和最小備用容量約束。
當約束起作用時，其拉格朗日乘子即對應約束的影子價格不為零。
對于功率平衡的約束，影子價格就是電能量市場的價格，而對于最小備用容量約束的影子價格就是備用市場的價格。
任何影子價格，都是發生在某個具體約束下的。
集中式電力市場最終出清的市場價格，是在發電功率=用電功率約束下的影子價格，此時約束為用電功率。而單位用電功率的增量所帶來的成本的增量就是影子價格，也是市場出清的電能量價格。
將該場景轉化到某個具體包含多個機組的發電企業，其約束為全部機組的出力=交易周期內的出清電量，后者即為約束，而對應的影子價格就是該企業各臺機組趨同的邊際成本，只不過需要各臺機組調整出力來達到這個價格，才能使得企業獲取最大利潤。
對于輸電線路容量的約束，其對應的影子價格反映單位輸電限制放寬1個單位容量時，對系統整體運行成本所帶來的成本增量(可為負)，其價格對阻塞線路是否需要擴容有重大的指導意義。
物理約束所產生的影子價格反映在真實的電力市場出清價格中，這也是電力系統經濟學里物理規則和市場規律的相互作用的重要體現。
原標題：電能量與輔助服務市場的聯合優化
責任編輯：雨田
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