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2)调频备用中向下调频和向下灵活爬坡产品(flexible ramping down,FRD)都是减少出力的容量要求,而向上调频、向上灵活爬坡产品(flexible ramping up,FRU)和旋转备用、非旋转备用一样,都是增加出力的容量要求。额外的向上调频容量可用于满足旋转备用和非旋转备用的需求。
3)向上调频和旋转备用各自的需求必须由向上调频和旋转备用组合招标来满足。即只要向上调频和旋转备用所需容量不大于某一资源的最大爬坡速率(单位:MW/min)乘以10,则可作为单独的备用由该资源提供。
4)额外的向上调频和旋转备用的容量可用于满足非旋转备用的需求。
5)向上调频、旋转备用和非旋转备用各自的需求必须由向上调频旋转备用和非旋转备用组合招标来满足。
6)向上调频、旋转备用和非旋转备用3种辅助服务总的购买容量不会改变。
7)调频备用容量无论其替代的是哪一种辅助服务,都将继续被视作调频备用容量。
8)特别地,在早期(1998.4—2009.4)加州电力市场中存在第4种具有可替代性的辅助服务:替代备用(replacement reserve)。替代备用是在一小时内可以提供的在线或非在线备用服务。早期的加州电力市场没有可靠的机组组合的功能,不能处理短时期的机组开停需求,所以采用替代备用这种特殊的辅助服务来应对相邻两个运行时段之间的负荷变化。
同理额外的向上调频、旋转备用和非旋转备用的容量可用于满足替代备用的需求。
综上,辅助服务市场中需要购买的4种辅助服务可按调频备用(向上调频)、旋转备用、非旋转备用和替代备用的顺序,从高到低进行替代。
4 加州电力市场辅助服务的出清方法
如前所述,在加州电力市场发展过程中,经历了两种类型的辅助服务出清方法:分离顺序法(sequential method)和协同优化法(co-optimization method)。本节将按照时间顺序对这两种方法进行详细讨论。
4.1 早期的分离顺序法
从1998年到1999年,CAISO采用的早期的分离顺序法没有充分利用各种辅助服务之间的可替代性,使得各类型辅助服务的报价、出清和调用完全独立,没有达到资源利用的组合最优化。
基于分离顺序法建立的出清模型所依据的原理如下:
1)质量次序。4种辅助服务产品按响应能力的质量次序为:向上调频、旋转备用、非旋转备用和替代备用。高质量辅助服务需求必须在低质量辅助服务的需求之前得到满足。向下调频是唯一减少出力的容量要求,按照报价价格从低到高单独出清。
2)目标函数。辅助服务出清模型的目标函数按MCP(market clearing price)最小值。对于任一辅助服务,从低到高最后接受的报价的价格设定为该产品的MCP。
3)约束条件。容量约束是一个机组可总接纳容量不能超过其最大可用容量;需求约束是所有机组对某种辅助服务的中标容量应当大于这种辅助服务总的需求容量;爬坡能力约束是辅助服务接受的容量必须满足该辅助服务在的特定的爬坡时间内爬坡能力的约束。
综上所述,分离顺序法出清模型如下。
4.2 基于合理性购买者算法的分离顺序法
Anjali Sheffrin博士提出了基于合理性购买者算法(rational buyer’s algorithm)[14]的分离顺序法,在算法上实现了辅助服务之间的可替代性,这种方法从1999年一直使用到2009年3月。
与简单的分离顺序法的区别是,合理性购买者算法基于可替代性对需求约束条件作出了修改:所有机组对调频备用的中标容量应当大于等于调频备用的需求容量;对调频备用和旋转备用总的中标容量应当大于等于两者总的需求容量;对调频备用、旋转备用和非旋转备用总的中标容量应当大于等于3者总的需求容量;对调频备用、旋转备用、非旋转备用和替代备用总的中标容量应当大于等于这4种辅助服务总的需求容量。
此外,基于合理性购买者算法的分离顺序法是在所有满足约束条件的机组组合中,评估出购买成本最低的。理论上采用穷举法来完成算法[13]。
这两种分离顺序法共同的优点为:市场规则比较简单清晰,易于市场参与者发现问题,易于市场管理者查找、解释和解决问题。该出清模型能使每种辅助服务的付费成本最低。共同的缺点为:所有辅助服务的总付费成本并不一定为最小值,并且分离顺序法不可能考虑网络阻塞的问题,还可能会产生价格倒置,即低质量的辅助服务的价格高于高质量的辅助服务的价格。
4.3 基于SCUC的协同优化法
2009年4月,MRTU工程投入运行,有了可靠性机组组合的功能,能够处理短时期的机组开停需求,所以不再需要考虑替代备用这种辅助服务。但是,辅助服务之间仍具有可替代性,这个阶段使用协同优化法。
与分离顺序法不同的是,因为不同辅助服务的爬坡时间不同,也就是响应速度不同,在与主能量协同出清时,需要考虑时间尺度的问题;出清模型的目标函数改为总报价成本的最小值;约束条件中还需要考虑每台机组提供的主能量与各种辅助服务容量的总和不能超过它的最大容量。特别地,虽然目标函数中也包括向下调频的报价成本,但由于向下调频不具有类似向上调频的可替代性,它与主能量一样,在约束条件中它的中标容量只需满足自身的需求量,而与其他能量产品的需求量无关。
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