基于AGC调频分区控制的光储联合系统参与市场投标策略_王鹤.pdf

第51 卷 第2 期 电力系统保护与控制 Vol.51 No.2 2023年1月16日 Power System Protection and Control Jan.16,2023 DOI:10.19783/ki.pspc.220604 基于AGC 调频分区控制的光储联合系统参与市场投标策略 王 鹤1，丁 晨1，范高锋2，边 竞1，于国康3，辛超山3(1.现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学)，吉林 吉林 132012；2.国家电网有限公司，北京 100031；3.国网新疆电力有限公司经济技术研究院，新疆 乌鲁木齐 830002)摘要：为充分发挥光储联合系统提供调频辅助服务的能力、提高联合系统的收益，提出了一种基于自动发电控制(automatic generation control,AGC)调频分区控制的光储联合系统参与市场的投标策略。首先，考虑了光储系统运行特性和电网频率波动不确定性，提出了光储系统参与能量-调频市场的日前-实时两阶段交易方法。其次，提出了光储系统参与 AGC 的实时调频控制方法，根据区域控制偏差所处控制域动态分配光储系统所承担的调节量。然后，构建了光储联合系统参与电力市场的多时间尺度投标优化模型，其中日前市场考虑了潜在的实时能量偏差，实时市场利用滚动优化方法反馈校正多种不确定因素。最后，通过算例分析验证了该策略在充分考虑电力系统频率安全稳定的前提下，使利润增加了 14.9%，显著提高了光储联合系统的收益。关键词：光储联合系统；能量市场；调频辅助服务；自动发电控制；投标策略 Photovoltaic and storage system participating in the electricity market based on AGC zoning control WANG He1,DING Chen1,FAN Gaofeng2,BIAN Jing1,YU Guokang3,XIN Chaoshan3(1.Key Laboratory of Modern Electric Power System Simulation and Control&Renewable Energy Technology(Northeast Electric Power University),Ministry of Education,Jilin 132012,China;2.State Grid Corporation of China,Beijing 100031,China;3.State Grid Xinjiang Economic Research Institute,Urumqi 830002,China)Abstract:To give full play to the ability of a photovoltaic and storage system to provide a frequency regulation service and improve the revenue of the system,a market bidding strategy for such a system based on AGC zoning control is proposed.First,considering the operational characteristics of the photovoltaic and storage system and the uncertainty of grid frequency fluctuation,a day-ahead and real-time two-stage trading method for the system to participate in the energy and frequency regulation market is given.Second,the real-time frequency modulation control method of the photovoltaic storage system participating in AGC is proposed,and the frequency adjustment amount borne by the photovoltaic and storage system is dynamically allocated according to the control domain where the regional control deviation is located.Then,a multi-time scale bidding optimization model for the participation of the system in the market is constructed,in which the day-ahead market considers the potential real-time energy deviation,and the real-time market uses the rolling optimization method to feed back and correct a variety of uncertainties.Finally,through example analysis,it is verified that the strategy increases the profit by 14.9%under the premise of fully considering the frequency security and stability of the power system,and significantly improves the revenue of the photovoltaic and storage system.This work is supported by the Science and Technology Project of the Headquarter of State Grid Corporation of China:Optimal Configuration and Support Capacity Evaluation of Large-Scale Energy Storage Access Power Systems(No.5419-202155242A-0-0-00).Key words:photovoltaic and storage system;energy market;frequency regulation service;automatic generation control(AGC);bidding strategic 0 引言 为了实现经济可持续发展与减排目标，我国将 基金项目：国家电网有限公司总部科技项目资助“大规模储能接入电力系统优化配置及支撑能力评价技术研究”(5419-202155242A-0-0-00)碳达峰、碳中和作为“十四五”污染防治攻坚战的重要目标，纳入国民经济与社会发展的五年规划1。增加可再生能源渗透率是实现低碳经济目标的重要手段，近年来以光伏发电为代表的新能源装机容量大幅增加2-3，尽管光伏发电由于运行成本低在电力市场中拥有较大的竞争优势，但是由于光伏出力的波动性和随机性，光伏电站独自参与电力市场竞价-122-电力系统保护与控制 存在着较大的交易风险4-5。为进一步推动新能源企业市场化发展，近年来国家已出台相关政府文件鼓励新能源场站配置储能，以有效提高新能源企业在能量-调频市场的竞争能力。目前一些学者针对储能与光伏等新能源联合参与电力市场展开相关研究。文献6基于电力市场双结算模式，研究风储一体化电站参与日前市场及实时市场的投标策略问题。文献7着重考虑新能源出力和实时市场价格的不确定性，构建了基于鲁棒模型预测控制的新能源电站与储能联合竞价优化模型。除此之外，由于新能源电站缺乏向上调频的能力，而储能跟踪负荷变化精准、响应速度快8-9，可以很好地配合新能源电站参与电网调频辅助服务。文献10以光储联合系统总收益为经济性衡量指标，提出了光储系统同时参与实时能量和调频市场的投标方法。文献11考虑了储能电荷容量状态对其调频性能指标的影响，建立了新能源联合储能参与调频的优化策略。文献12提出了一种光储系统参与能量和频率恢复储备市场的竞价和运营策略，通过模型预测控制方法处理光伏出力的不确定性，提高光储系统的经济效益。然而，目前这些研究均未考虑自动发电控制(automatic generation control,AGC)指令不确定性对投标决策的影响，研究所基于的调频市场机制过于理想，仅根据市场阶段性出清结果制定后续投标策略。而在现有调频市场交易规则中，需结合电网频率波动情况制定光储系统实时 AGC协调控制方法，储能的电量及功率需根据实际被调用情况不断进行实时更新并修正，以制定最优的投标策略。在新能源与储能联合系统参与 AGC 协调控制方面，文献13提出了光储系统利用逆变器空余容量参与电网调频/调峰的控制策略，通过设置 4 类储能电池荷电状态分区以确保储能电池能够协调调频和调峰两种模式。文献14提出了内部能量协调控制和多目标优化控制的复合控制方式，利用混合储能系统平抑光伏电站的功率波动，降低整个光储系统对电网频率的影响。文献15基于 VSG 技术调节储能逆变器功率，使光储系统具备 PV-VSG 特性，增强光储系统的调频能力。文献16考虑到储能循环寿命成本较高的特点，优先安排新能源响应电网的调频信号，不足部分再由储能进行调频，有效避免了储能频繁动作对其循环寿命的影响。上述研究对合理协调光储系统参与 AGC 调频，降低储能运行成本方面提供了很好的借鉴意义，但现有的光储系统参与 AGC 控制方法中，尚未见从电力市场的角度出发，展开光储系统在电网不同频率波动程度下的协调控制研究。综上所述，本文提出了一种基于 AGC 调频分区控制的光储联合系统参与市场的投标策略研究。首先，提出了光储联合系统参与能量-调频市场的两阶段交易方法。之后，针对电网频率波动的随机性和复杂性，在电力市场背景下从经济最优角度和频率安全角度提出了不同控制区间下的光储系统调频方法。最后，建立了考虑潜在实时能量偏差的日前市场投标模型和考虑实时 AGC 调频控制的实时市场滚动优化模型，实现了光储联合系统参与能量-调频市场全时间尺度下的决策优化。通过仿真验证了所提策略在改善电网频率波动和提升光储系统经济性方面的优势。1 光储系统参与能量-调频市场的交易方法 本文基于市场出清价格统一结算机制(market clearing price,MCP)17，提出了光储联合系统参与能量-调频市场的两阶段交易方法，其中假设独立系统调度机构(independent system operator,ISO)为单一购买方，代表用户参与电力市场交易。并且考虑到光储系统的自身容量问题，其报价行为对于市场价格影响较小，因此将光储联合系统视为价格接受者参与电力市场，其申报出力均会被市场机构接受18，所设计的两阶段交易方法如图 1 所示。第一阶段为日前市场投标优化阶段，光储系统根据日前 24 h 的光伏预测出力、日前市场以及实时平衡市场的电价预测情况，在日前市场交易关闭之前，提前上报次日各时段的竞标出力。在这一阶段投标策略的决策过程中，重点关注了日前市场与实时平衡市场间的耦合关系，考虑了光伏预测出力与实际出力之间潜在的不平衡功率偏差。在电力交易中心完成电能量市场集中优化出清，调频市场预出清后，光储系统与ISO签订日前电能量市场交易合约。第二阶段为实时市场滚动优化投标阶段，光储系统根据光伏电站最新的光伏出力预测信息以及实时市场电价对日前投