《面向智能電網的需求響應及其電價研究》—可中斷負荷定價及其應用(二)
(2)IL用戶中斷容量選擇。由分析可知,補償費用隨IL用戶類型和切負荷量不同而不同,用戶的電力經濟價值越大、中斷容量越多,造成用戶損失或補償費用越多。因此,IL管理存在選擇用戶與中斷容量的優化空間,這實際上是1個有約束的非線性規劃問題,不考慮附加補償C,建立數學模型:
式中,K為參與可中斷負荷管理的用戶數量:Qio為用戶i初始用電量;£i為用戶i平衡點的需求彈性;gR為備用要求。
式(6 -11)表示電網公司選擇合適的IL用戶和中斷容量使賠償最小;式(6-12)表示實施IL中斷容量總量約束;式(6-13)表示某IL用戶對中斷容量的限制。
參照有功功率在機組間的最優分配方法,可以利用“等耗量微增率準則”求解,建立拉格朗日函數.A為拉格朗日乘子:
由此可以分析結果的經濟意義,在滿足2類中斷容量的約束下,每一IL用戶切除負荷功率到相等的邊際價值,此時引起的總中斷損失最小。以上僅從負荷響應的用戶側成本進行分析,并沒有考慮電力網絡的物理性因素,實際系統中調用不同節點的IL將對網損和線路潮流產生不同影響,可以結合最優潮流(Optimal Power Low,OPF)理論求解最優凋度方案札同時該方案滿足輸電網絡各項約束。
4.算例分析
以2006年的中國投入產出表②進行分析,由于用電量大、中斷潛力大,IL管理主要針對大型工業用戶。表6-1是對部分工業大用戶計算電力經濟價值得到的數據,并按照該價值由大到小的順序排列。由表6 -1可以從經濟角度定性分析電力對不同類用戶的經濟價值,從盡量降低缺電的損失來講,電力資源應該得到合理的分配。顯然,對電力經濟價值大的用戶中斷供電必然帶來較大的社會損失和賠償費用,應該基于電力經濟價值和用戶特性合理的選擇參與IL管理的用戶。
假定有10個IL用戶參與IL管理,為了說明結果的經濟意義,假設用戶不對中斷容量進行限制,表6-2是這部分用戶的負荷相關數據,電網公司將從中選擇IL用戶及對應中斷容量,目標是使社會損失或賠償費用最小。
高峰時系統容量缺額可以由發電系統停運表技術和負荷預測相綜合得到,考慮備用容量由IL用戶提供,假設為g。=10MW,經計算得到每一 IL用戶的中斷容量及補償費用,參見表6-3。按本文提出的方法,總的補償費用為12 876元,此時各IL中斷到相等的邊際價值點為2.58元/kW;若各IL在中斷相同容量下依據部門電力經濟價值補償,則總補償費用經計算為45 529元,故采用部門電力經濟價值進行補償,補償費用是很大的。分析用戶2和用戶9知,電力經濟價值大的用戶,中斷容量小;同一部門內用戶,初始用電需求越大,中斷容量越多。所以,IL管理應傾向于用電容量大、部門電力經濟價值小的用戶。
可以計算由IL提供不同數量備用下的中斷損失,由圖6-7可知,由IL用戶提供相同備用容量,按電力經濟價值補償時補償費用很大,文中提出的中斷損失模型更加真實;隨IL用戶提供備用容量的增加,社會損失或補償費用上升速度加快,并且最終將趨近于部門電力經濟價值補償,所以較大系統容量缺額不應該由需求側完全提供,系統總備用容量可通過需求側與發電側備用的聯合優化獲取。
gR=10MW時,假定IL用戶9數量增多,中斷損失變化如圖6-8所示,即中斷損失隨參與IL管理的用戶數量增多而減少。從盡量降低缺電損失或補償費用的角度,實施IL應對用戶限電,避免斷電,在限制用電戶在數量上應盡量多,對每個用戶限制的用電量盡量少。
5.結語
IL是削減高峰負荷保證電力系統安全穩定運行的有效方法,實施IL的關鍵是計算用戶的VOLL。IL的主要實施對象是大型工業用戶。基于此,筆者采用投人產出法計算了不同部門的電力經濟價值,而對于IL用戶個體,通過電力需求曲線計算了每單位用電功率的邊際價值,進而計算了中斷一定容量負荷的消費者剩余損失,以此作為對用戶補償的依據。筆者建立的IL電價模型和優化選擇模型易于實施,適應我國目前電力市場發展的實際,并通過算例證明其有效性。電網公司作為開展IL的主體,要積極推行IL管理。為激勵電網公司積極開展IL,應對IL進行成本效益分析,IL的各受益方可以作為補償費用來源(如結合峰谷分時電價或IIf靠性電價的可中斷負荷管理),以使補償費用公平合理地分攤。
6.2.3 智能電網下IL發展
電力市場環境下,IL可以作為需求側資源提供系統備用容量,提高電力系統運行的可靠性和經濟性。智能電網下的IL的作用將發生轉變和擴展:實時電價(RTP)在智能電網下得以實施,IL作為備用的作用得到減弱。體現在傳統電網下需求側缺乏響直,可以通過“強制響應”即拉閘限電或IL來保證電力系統運行的安全性和可靠性,但智能電網提高了用電彈性,當充分考慮DR時甚至可以不再需要容量市場;從電網公司的角度,智能電網下的IL將結合期權合同變成風險管理的工具,有效應對電價波動帶來的風險;從需求側內部,IL演變為用電權利交易,滿足不同可靠性用戶的用電要求;智能電網的顯著特點是允許DG的接入,為了避免或減少其并網和脫網時的沖擊以及其間隙波動性,可以考慮利用DR兼容各類發電方式和新技術,如通過IL和用電激勵響應風電出力變化。
當前實施IL的關鍵仍是制定公平合理的可中斷電價,對用戶的補償應能反映斷電損失。開展IL的主要目標是保證電力系統運行的安全性和可靠性,IL的實施也主要面向大工業用戶,基于此,可以依據用戶中斷一定容量下的VOLL制定可中斷電價;作為開展IL的主體,IL不應損害電網公司的利益,應該通過市場化的方式良性運轉。如果將IL作為需求側提供的一種資源,電網公司只是作為“中間人”,將這種資源調度到可靠性要求或使用價值更高的需求者手中,因此電網公司作為IL的管理主體,要建立公平合理的實施方案和電價機制。
電力市場的核心理論就是電價理論。隨著我國國家電力產業體制的不斷改革、打破壟斷,將形成更加公正、公平的電力市場。在此形勢下,擁有合理完善并且科學有效的電價制度就顯得尤為重要。這是我們運用IL電價來調節市場,運用可中斷負荷管理理論的指導思想,以此指導調節電網系統的運行,通過與客戶制訂合約來做到主動避峰,從而起到削峰填谷的作用,不但提高了系統的負荷率,還大大提高了系統運行的經濟性和穩定性。
鑒于我國電力市場的壟斷特性,電力銷售市場受到國家的宏觀調控,還未完全市場化,電力市場的改革還處于初級階段,所以IL在制定過程中有著重重困難。
雖然對可中斷負荷理論和IL電價進行了大量研究,但是還有一些問題有待進一步研究:當前是基于國家調控電價、全國統一用電價格的基礎上來研究的,沒有考慮如果電力市場開放,有需求側決定電價時的變化趨勢;在研究過程中不曾考慮電網輸送過程中的網絡損耗和輸電限制等因素,只是從理想角度的層次去分析可中斷負荷管理理論,在實際操作過程中肯定會存在諸多現實問題有待解決。
隨著我國國民經濟的快速增長,電網的發展也會越來越快,要滿足人民日益增長的物質生活需求,電網就需要更加科學高效穩定地運行,同時需要更加開放的電力市場。而進行IL負荷管理正是解決電網峰谷差的必要手段,雖然現在技術還不夠成熟,但是我們相信,隨著更多專家學者的研究.IL電價理論一定會趨于成熟,滿足中國電力市場需要。
責任編輯:繼電保護
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