基于合作博弈解的调峰成本补偿研究

“三北”地区电网的电源结构中，煤电所占比例较高，缺乏调节性能好的水电电源，随着风电并网容量的不断增加以及峰谷差的加大，系统调峰压力越来越大；热电联产机组由于其生产效率高、排放污染少等优点得到大力发展，火电厂也纷纷把原有的大型纯凝机组改造成抽凝式热电机组；但冬季供暖时期热电机组的调峰能力受到限制，由此导致纯凝机组深度调峰、风电机组大量弃风的现象。目前对于电力市场下机组所提供的调峰辅助服务的计费研究尚有不足。因此，如何对各类非热电机组的有偿调峰电量进行核算，如何计算补偿费用以及如果将补偿费用分摊给各热电机组，以促进非供热机组积极参与调峰已成为“三北”电网运行中亟需解决的问题。 本文首先概述了“三北”地区普遍存在的热电机组其改造而来的方式以及运行特点，在分析过程中将热电机组看成是纯凝机组和背压机组的联合运行，在了解工作原理的基础上分别找出两部分机组中各参数的关系，最后得到该类热电机组煤耗量与热负荷、发电功率之间的联系，并在此基础上构建了一种电负荷由全网机组平衡，热负荷由各热电厂就地平衡，风电机组出力上限为预测值的经济调度模型。 针对“三北”地区电网热电机组比重大、纯凝机组等非供热机组承担系统调峰的问题，提出了一种有偿调峰服务费用的计算方法。该方法通过求解热电机组按纯凝发电和热电联产两种状态运行时系统各机组的出力，分别确定纯凝机组、风电机组以及水电机组的深度调峰容量，并将非热电机组深度调峰区间内销售电量所得利润之差定为有偿调峰费用。通过算例表明，对于系统中不同的纯凝机组，其有偿调峰费用随机组提供的有偿调峰容量的增加而增加；而风电机组的深度调峰容量虽小，但单位调峰电量费用却最高，该结果符合经济调度中尽可能减少弃风量的要求。 论文最后引入合作博弈理论建立了热电机组间调峰补偿费用分摊的合作博弈模型，利用夏普利值法求解分摊结果，并提出了考虑热电比因素修正的夏普利值分摊改进算法。改进算法降低了热电比较高的热电机组的分摊权重，减少了其承担的调峰费用，能够从经济利益上促使热电机组提高自身热电比，进而提高系统的生产效率。算例分析证明了该调峰补偿费用分摊方法的合理性。 论文研究成果对“三北”地区电网调峰费用计算、热电机组间调峰费用分摊及其热负荷对调峰费用、费用分摊影响分析等具有指导意义和实用价值。 本文工作得到国家高技术研究发展计划（863计划）重大项目《高渗透率间歇性能源的区域电网关键技术研究和示范》（2011AA05A105）的资助。