本文關鍵詞： 風電 輔助服務 成本分攤 靜態(tài)合作博弈 動態(tài)合作博弈　出處：《華北電力大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：全球氣候變化是全世界都面臨的重大挑戰(zhàn),其中人類活動所排放的C02數(shù)量急劇增加是最主要的原因,其對環(huán)境的影響也越來越重要。在世界C02排放總量中,中國已經成為全世界C02排放量最多的國家,占了20%以上的比重,而且比重還有進一步加大的趨勢。因此在未來全世界控制C02排放的努力中中國必將承擔越來越大的壓力和責任。其中電力行業(yè)C02排放占了中國排放總量的40%左右,是C02排放總量最多的行業(yè),因此電力行業(yè)C02強度下降對于中國2020年C02減排目標的實現(xiàn)至關重要。 大規(guī)模發(fā)展可再生能源對電力行業(yè)C02減排具有積極作用,中國可再生能源也取得了超常規(guī)發(fā)展�？稍偕茉窗L力發(fā)電、太陽能發(fā)電、潮汐能發(fā)電、地熱發(fā)電、生物質能發(fā)電等,目前中國具備大規(guī)模發(fā)展條件的主要是風力發(fā)電,所以本論文主要研究風力發(fā)電的發(fā)展。由于風力發(fā)電具有波動性、不確定性以及不可調峰性等特征,在接入電網(wǎng)發(fā)電時需常規(guī)電源提供調峰和備用等輔助服務,才‘可以滿足電網(wǎng)調度的要求。隨著風力發(fā)電的大規(guī)模發(fā)展,其對常規(guī)電源輔助服務的需求也將越來越大,常規(guī)電源是否可以提供足夠的輔助服務對于風力發(fā)電的發(fā)展也至關重要。原電監(jiān)會的統(tǒng)計顯示,2010年1-6月份,風電棄風導致?lián)p失電量27.76億千瓦時,占同期風電上網(wǎng)電量的12.47%,其最主要的原因就在于電力系統(tǒng)能夠為風電接入提供輔助服務的能力不足。因此,提高電力系統(tǒng)為風電接入提供輔助服務的能力,對于風電真正入網(wǎng)發(fā)電,具有非常重要的意義。 但是,提高電力系統(tǒng)輔助服務能力需要較大投入,單純依靠電力系統(tǒng)自身很難承擔,同時風電大規(guī)模接入電網(wǎng)所帶來的電力系統(tǒng)輔助服務成本提高由電力系統(tǒng)承擔也有失公平,需要在此基礎上進一步研究風電接入所帶來的輔助服務成本提高的分攤和補償機制,激勵電力系統(tǒng)為風電接入提供輔助服務。只有這樣,電力系統(tǒng)輔助服務能力才能真正提高,風電發(fā)電入網(wǎng)也才能夠真正得到保障。 因此,為研究上述問題,本論文分以下內容進行分析。首先對風電接入導致的輔助服務成本進行分析,得到風電接入導致的輔助服務成本的特性及其影響因素,然后利用靜態(tài)合作博弈方法分析輔助服務成本如何在風電場之間進行分攤,并對各種靜態(tài)合作博弈分析結果進行對比討論,在靜態(tài)合作博弈分析基礎上,進一步研究利用動態(tài)合作博弈方法分析輔助服務成本如何在風電場之間動態(tài)分攤,最后在輔助服務成本分攤靜態(tài)合作和動態(tài)合作博弈模型的基礎上,得到適合中國的風電接入導致的輔助服務成本分攤機制。 大規(guī)模風電接入電網(wǎng)主要影響的輔助服務有調峰、備用和無功。隨著風電發(fā)電技術的發(fā)展,尤其是雙饋感應異步風力發(fā)電機的出現(xiàn),其自身可以提供無功補償,對電力系統(tǒng)無功輔助服務的需求很小。因此風電接入對電力系統(tǒng)無功輔助服務的影響可以忽略。本論文將重點研究風電接入對調峰和備用輔助服務的影響。風電接入對輔助服務影響程度的分析主要采用“有無對比法”,即通過對比風電是否接入電網(wǎng),兩者之間的差值即風電接入所帶來的影響。風電接入對不同的輔助服務影響的原因也不相同。調峰輔助服務主要是由于風電出力波動性所帶來的,因此風電接入導致的調峰輔助服務應該采用無風電接入負荷持續(xù)曲線與風電接入凈負荷持續(xù)曲線(負荷與風電綜合)所導致的調峰輔助服務的差值進行計算。備用輔助服務主要是由于風電出力預測偏差所帶來的,因此風電接入導致的備用輔助服務應該采用無風電接入預測偏差與風電接入綜合預測偏差所導致的備用輔助服務的差值進行計算。 同時本論文進一步發(fā)現(xiàn)只要兩個風電場出力的相關系數(shù)不為1,風電場聯(lián)合接入電網(wǎng)導致的調峰輔助服務成本和備用輔助服務成本就比風電場單獨接入電網(wǎng)導致的輔助服務成本之和要小,即風電聯(lián)合入網(wǎng)會對調峰輔助服務成本和備用輔助服務成本產生“平滑效應”。因此需要進一步分析風電場聯(lián)合接入電網(wǎng)導致的輔助服務成本如何在風電場之間進行分攤。 本文進一步構建了風電接入電網(wǎng)導致輔助服務成本分攤靜態(tài)合作博弈模型和動態(tài)合作博弈模型。靜態(tài)合作博弈模型包括按照EANS方法分攤模型,Shapley值方法分攤模型,Owen值方法分攤模型,核仁方法分攤模型,動態(tài)合作博弈模型包括開環(huán)納什均衡動態(tài)合作分攤模型、反饋納什均衡動態(tài)合作分攤模型以及動態(tài)Shapley值合作分攤模型。模型對比分析結果表明,對于風電接入導致的調峰輔助服務成本而言,在數(shù)據(jù)不充分的情況下,按照電量分攤是一個比較可行的方案,在數(shù)據(jù)不斷完善的情況下,則可以逐漸的過渡到按照核仁方法或者Shapley值方法進行分攤,而對于風電接入導致的備用輔助服務成本而言,按照電量分攤則完全不可行,初期可以考慮按照各自引致比例進行分攤,然后逐漸過渡到按照核仁方法或者Shapley值方法進行分攤。 目前的輔助服務補償機制采用發(fā)電廠按照上網(wǎng)電量(或者電費)的比例承擔輔助服務成本,這種機制用來補償風電引發(fā)的輔助服務成本不是特別理想,如果風電場也按照這種方式和火電廠一樣承擔輔助服務成本,則有失公平。因此輔助服務補償機制需要為適應補償風電輔助服務成本作進一步改進。 對于風電接入導致的調峰輔助服務成本,需要事先知道非常詳細的負荷每分鐘波動狀況以及風電每分鐘出力狀況以及風電出力之間每分鐘的平滑效應,這就需要非常龐大的數(shù)據(jù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)積累,相應需要付出的成本也比較高。所以要想確定風電接入導致的調峰輔助服務成本在數(shù)據(jù)不完善的情況下很難確定出來,而且風電出力波動主要是由風能資源決定的,這一因素也主要是客觀原因,不是風電場努力能夠改善的。因此風電出力波動性所導致的調峰成本也不是風電企業(yè)自身努力可以改善降低的。所以初期可以考慮風電接入導致的調峰輔助服務成本不由風電場承擔,而是改由消費者來承擔。在有了充分的數(shù)據(jù)積累和良好的數(shù)據(jù)監(jiān)測能力后再考慮由風電場承擔各自所導致的調峰成本,初期可以考慮按照電量分攤,未來在逐漸過渡到更合理的按照核仁方法或者Shapley值方法進行分攤的方式。 對于風電接入導致的備用輔助服務成本,其主要是由風電場的不確定性所導致的,這一不確定性可以通過提高風電預測水平進行改善,所以備用成本由風電場自身承擔和補償也可以激勵風電場改進自身出力的預測精度,這也可以降低風電接入導致的備用輔助服務成本。備用成本補償和分攤初期可以考慮按照風電場各自引致比例進行分攤,然后逐漸過渡到按照核仁方法或者Shapley值方法進行分攤。 由于改革難度不同,因此本論文建議先易后難,實現(xiàn)風電場對其導致的輔助服務成本進行補償和分攤。第一階段可以考慮在不改變現(xiàn)有輔助服務考核和補償辦法的情況下增加對風電預測精度進行考核的內容,基于風電出力預測精度考核結果由風電場對風電導致的備用輔助服務成本進行補償,風電導致的調峰輔助服務成本則通過上調火電標桿上網(wǎng)電價,進而通過銷售電價進行補償。第二階段則可以考慮改變目前輔助服務考核和補償辦法的資金來源,打破成本補償資金在發(fā)電系統(tǒng)內循環(huán)的狀況,改為由電網(wǎng)公司承擔考核后成本補償資金的不足部分,并計入購電成本通過銷售電價進行補償,而不再間接通過上調上網(wǎng)電價來補償輔助服務成本,同時風電承擔自身引發(fā)的備用成本。由于通過輔助服務考核方式確定的輔助服務成本可能不太經濟,沒有達到成本最低的狀況,第三階段可以考慮建立電力現(xiàn)貨市場,通過發(fā)電企業(yè)報價方式確定調峰輔助服務成本,在明確風電接入導致的調峰輔助服務成本狀況的基礎上,由風電按照其電量進行補償和分攤,同時建立電力備用輔助服務市場,通過發(fā)電企業(yè)報價方式確定備用輔助服務成本,消費者和風電進行分別對其引發(fā)的備用成本進行補償。 當然對于風電接入導致的輔助服務成本如何進行補償和分攤還有很多值得深入研究的內容,包括：1、風電導致的無功等其他輔助服務成本及如何補償；2、輔助服務提供如何在不同技術之間進行優(yōu)化；3、省間甚至是區(qū)域間如何對風電接入導致的輔助服務成本進行補償；4、在考慮風電正外部性的情況下如何分攤風電接入導致的輔助服務成本；5、電網(wǎng)公司如何參與輔助服務成本補償；6、在電力市場交易機制設計時如何避免市場力的影響；7、如何設計合理的輔助服務交易機制讓風電場以合適的角色參與。
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【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：F406.72;F426.61

【參考文獻】

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本文編號：1496036