基于分段电价的跨区风电消纳-舒康安.pdf

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1、2017 年 7 月 电 工 技 术 学 报 Vol.32 Sup.1 第 32 卷增刊 1 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Jul. 2017 DOI: 10.19595/ki.1000-6753.tces.L70699 基于分段电价的跨区风电消纳 舒康安1张 昌2艾小猛1文劲宇1杨建华2（1. 强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学电气与电子工程学院） 武汉 430074 2. 国家电网公司华中分部 武汉 430077） 摘要 大规模风电跨区输送越来越频繁，加大了受端区域电力系统的调节压力，严重影响了风电的消纳能力。针对

2、这一问题，提出一种基于分段电价的风电消纳方法。该方法以电网公司购电总费用最小为目标，考虑火电和抽蓄各自参与风电消纳的边际成本效益，并通过对风电不同电量部分施行分段电价，使得电网公司、风电厂、火电厂和抽蓄电站等多个主体之间利益均衡，增加系统对风电的消纳，同时从理论上证明该方法与弃风惩罚方法原理上的等效性。仿真算例验证了该方法的有效性。仿真结果表明该方法能够显著减少弃风，在不降低电网企业利益的同时，提高火电和抽蓄电站参与风电消纳的积极性，增加风电企业的收益。 关键词：分段电价 边际成本 风电消纳 抽水蓄能 弃风惩罚 中图分类号： TM614 Wind Power Accommodation Bas

3、ed on Block Price Shu Kangan1Zhang Chang2Ai Xiaomeng1Wen Jinyu1Yang Jianhua2(1. State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology School of Electrical and Electronic Engineering Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074 China 2. Central China Branch of Stat

4、e Grid Corporation of China Wuhan 430077 China) Abstract The more and more trans-provincial transmission of large-scale wind power challenges the power system at the receiving-end of the transmission line with peak-load regulation. And this has significantly affected the wind power accommodation. In

5、 this paper, a new method for wind power accommodation based on block prices was proposed minimizing the cost of power purchase paid by power system operators. The marginal cost benefits of the thermal unit and pumped-storage hydro (PSH) was considered and the block pricing mechanism of the wind pow

6、er is investigated to help wind power accommodation. The profits made by different participants such as grid company, wind power enterprise, thermal unit and PSH are balanced through the proposed pricing mechanism and the wind power accommodation can be increased. It was proved theoretically in this

7、 paper that the proposed method is equivalent to wind curtailment penalty. Finally, simulation results demonstrate the effectiveness. Results show that this method could help to reduce the wind curtailment significantly so that the profit of wind power enterprise can be increased. The thermal unit a

8、nd PSH will more actively participate in the system regulation and the profit of transmission system operator will not be affected. Keywords： Block price, marginal cost, wind power accommodation, pumped storage, wind curtailment penalty 中国博士后科学基金项目（ 2016M590693）和华中电网公司辅助服务科技项目资助。 收稿日期 2016-08-20 改稿日

9、期 2017-01-25 万方数据 40 电 工 技 术 学 报 2017 年 7 月 0 引言 随着化石能源的日渐枯竭及环境污染问题的日益加剧，可再生清洁能源得到了大规模的发展，其中风电资源丰富、分布广泛，发展更为迅速。随着风电在电力系统中的渗透率不断增加，风电所具有的波动性和不确定性给电力系统带来了越来越大的影响，使得电力系统往往需要借助其他机组辅助消纳风电，当系统调节能力不足时，更会导致弃风限电等现象发生： 2016 年第一季度我国弃风 192 亿 kWh，平均弃风率 26%，其中甘肃、吉林、宁夏和新疆弃风最为严重，弃风率分别高达 48%、 53%、 35%和 49%1。 目前，众多学者

10、已开展了关于风电消纳问题的研究2-10。文献 2分析了发展新能源供暖和电动汽车等措施增加风电消纳的有效性，并通过分析甘肃酒泉风场弃风原因提出了远近结合缓解风电弃风问题的观点；文献 3提出在电网调峰困难时允许少量弃风能够提高风电接纳能力；文献 4提出在现有电源结构的情况下，可以利用合理弃风提高大规模风电消纳能力，并从风电反调峰角度论证了合理弃风的必要性和可行性；文献 5提出将柔性负荷作为调峰资源消纳风电。文献 11-19研究了储能，尤其是抽水蓄能电站，辅助风电消纳的可行性。但针对抽水蓄能电站辅助风电消纳、 减少弃风的可行性研究，大多没有考虑到抽水蓄能电站在调峰时的抽发电量损耗会造成电网公司购电成

11、本的上升，而风电企业跨区送电时没有承担其应有的调峰义务，绝大多数调峰压力由受端区域的火电机组承受，进一步导致在跨省区辅助服务机制建立起来前电网公司调峰消纳风电的积极性下降，更不愿意调用抽水蓄能电站进行调峰协助消纳强反调峰特性的风电20。 鉴于此，本文首先阐述了现有经济调度模型中利用弃风惩罚促进风电消纳方法的原理，分析了弃风惩罚系数大小对风电消纳效果的影响，及该方法存在的问题。针对这些问题，提出了一种基于分段电价的风电消纳方法，该方法以电网公司购电总费用最小为目标，考虑火电和抽蓄各自参与风电消纳的边际成本效益，并通过对风电不同电量部分施行分段电价，使得多主体利益均衡，增加系统对风电的消纳，同时从

12、理论上给出该方法与弃风惩罚方法原理上等效性的证明。 1 弃风惩罚促进风电消纳方法介绍与分析 1.1 含弃风惩罚的优化目标 现有关于促进风电消纳的研究中，大多以发电成本最小或者火电运行成本最小为目标。为了保证风电尽可能全额消纳，在优化目标中添加了弃风惩罚项，总体目标一般为 ()gwc , ud , cur w , w ,11 11min () NNTTiit it jt jtti tjffPCCPD= =+ （ 1） 式中， fi(Pci,t) 为火电机组 i 在时刻 t 的煤耗成本；Pci,t为火电机组 i 在时刻 t 的均值出力； Cudi,t为火电机组 i 在时刻 t 的起停机成本； Cc

13、ur为弃风惩罚系数；Pwj,t、 Dwj,t分别为风场 j 在时刻 t 的可调度风电功率和弃风率； T、 Ng、 Nw分别为调度周期所含时段数、系统火电机组数和风场数； t 为相邻调度期间的时间间隔。需要说明的是，本文取调度间隔 t 为 1h，后文将省去 t 以简化模型。 式（ 1）作为优化目标，可以很好地衡量调度决策的整体经济性与社会效益，但有以下几点不足之处：难以体现各主体之间的不同利益分配情况，如火电厂和风电厂各自的收益等；没有对火电机组有偿调峰和无偿调峰进行区分，无法对提供调峰辅助服务的机组进行补偿，从而难以对风电消纳成本进行较为细化的分析。鉴于此，本文在优化目标中采用电网公司购电成本

14、代替发电成本，并在机组起停成本的基础上加入深度调峰成本，即 p asminf FF=+ （ 2） 式中， Fp为电网公司总购电费用； Fas为区内火电机组调峰辅助服务补偿费用。 gwp w, w c, g11 11NNTTj tittj tiF Pv Pv= =+ （ 3） 式中， vw、 vg分别为受端区域风电落地电价和煤电标杆电价；w,j tP为电网公司在时刻 t 购入风电厂 j的平均电量。 ()gas tf , ud ,11tf , tf , tfud , su , sd ,NTit ittiit itit it itFFSFPkSSS= =+=+（ 4） 式中， Ftfi,t为火电机组

15、 i 在时刻 t 的深度调峰补偿费用； Ptfi,t为火电机组 i 在时刻 t 的深度调峰功率贡献均值； ktf为深度调峰补偿系数； Sudi,t为火电机组 i在时刻 t 的起停调峰补偿； Ssui,t、 Ssdi,t分别为火电机组 i 在时刻 t 的开机 /停机调峰补偿，根据并网发电厂辅助服务管理实施细则规定一次完整的开 /停机调峰记一次补偿。 万方数据 第 32 卷增刊 1 舒康安等 基于分段电价的跨区风电消纳 41 为了分析弃风惩罚对风电消纳的影响，仿照式（ 1） ，在式（ 2）中加入弃风惩罚项，则总体目标函数为 wp as cur w , w ,11minNTj tjttjfFFC P

16、D=+（ 5） 1.2 弃风惩罚促进风电消纳分析 由于可调度风电总量是已知的，即风电购电量与弃风电量之和为定值，即每多购买一度风电，虽然需要多增加一度电的购电成本，但可以同时减少一度电的弃风惩罚，因此式（ 5）可推导为 ()()ww, w, w cur11min 1NTjt jttjfPDvC=-+gwc, g as w, cur11 11NNTTit jtti tjPv F P C= =+ （ 6） 式中，ww, cur11NTjttjPC=是常量，对优化过程不起作用。 定义每消纳一单位风电所带来的风电直接相关费用增量为风电边际电价wv，则此时有 wwcurvvC=-（ 7） 当不考虑调峰带

17、来的成本时，风电消纳的多寡取决于其边际电价wv与当地火电电价 vg的大小关系：当wv vg时，优先购买火电；当wv vg时，优先购买风电。当考虑火电机组深度运行调峰、起停调峰及抽蓄抽发损耗带来的调峰成本时，也可以通过进一步增大弃风惩罚系数 Ccur，达到降低风电边际电价以消纳风电的目的。 说明被广泛运用于含风电的经济调度模型中用来促进风电的消纳的弃风惩罚，是有其有效性的，即不管风电原始落地电价与当地火电电价之间的大小关系，通过加大弃风惩罚系数，总能够使电网优先消纳风电。但其合理性值得商榷：在经济调度仿真模型中可以通过弃风惩罚来促进风电消纳，但实际调度中弃风惩罚的主体不明确或者根本不存在惩罚；即

18、使可以通过政策对电网公司实施弃风惩罚，达到减少弃风的目标，风电企业的收益得到了提高，但同时也会造成火电机组的调峰补偿费用 Fas上升，而目前辅助服务补偿只在省区内传统机组间进行，在跨省区风电消纳中无法对风电企业收取费用，如此火电机组的有偿调峰费用得不到补偿或疏导，违背公平公正的思想。 弃风惩罚不合理的原因在于其没有明确电力调度中各方的责任，想利用惩罚措施迫使电网公司消纳风电，而没有认识到风电本身的反调峰特性、间歇性等特性造成大规模风电消纳成本的上升，而跨省区辅助服务机制的缺乏使得消纳成本完全由受端区域承担，风电 企业没有承担其应有的调峰义务。 2 基于分段电价的多主体利益均衡的风电消纳思想 2

19、.1 基于风电分段电价思想的调度模型 2.1.1 风电分段电价思想 弃风惩罚促进风电消纳的实质是通过惩罚系数降低风电消纳的边际成本，但其无法疏导抽蓄机组抽发损耗及火电有偿调峰费用，风电企业没有为其引起的调峰行为买单。针对弃风惩罚存在的问题，提出风电分段电价，放弃用弃风惩罚的方法，而是采用递减的风电价达到降低边际电价的目的：将风电按消纳成本的不同进行分段，并对不同段风电定以不同风电价，如图 1 所示。 图 1 风电出力按消纳难度分段示意图 Fig.1 Schematic diagram of wind power division according to its accommodation d

20、ifficulty 图 1 中， P1(t)、 P2(t)、 P3(t) 和 Pw(t) 分别是第一档、第二档、第三档和总可调度风电曲线。 P1(t) 以下部分表示受端电网火电机组无偿调峰能够吸收的风电，其对时间积分得到电量 W1，对应的风电价vw1； P2(t) 与 P1(t) 之间部分为需要抽蓄机组抽发调峰消纳的风电，其对时间积分得到电量 W2-W1，为了补偿抽蓄抽发调峰带来的电量损失，这部分风电定价 vw2，低于第一档风电价 vw1； P3(t) 与 P2(t) 之间部分为需要火电机组深度运行调峰消纳的风电，对时间积分得到电量 W3-W2，为了补偿火电深度调峰，这部分风电价 vw3再次降

21、低； Pw(t) 与 P3(t) 之间部分为剩下的极难消纳的风电电量，完全消纳所需的成本可能已经超过这部分风电本身带来的价值，依靠火电机组起停调峰可以部分消纳该档风电，由万方数据 42 电 工 技 术 学 报 2017 年 7 月 于消纳成本更高，所以风电电价 vw4定得更低，如图 2 所示。 图 2 风电分段电价示意图 Fig.2 Schematic diagram of wind block price 2.1.2 调度模型 此时调度的目标函数变为 gwc,gas11NTittif FPvF=+ +（ 8） 式中， Fw为风电购电费用。风电电价 vw不再为固定值，它随着风电消纳量的增多而变

22、小，如图 2 所示，分段表达为 Fw=( ()( ()wwwwwww, w1 w, 111 111w1 w, 1 w2 w, 1 211 111w1 2 1 w2w, 2 w3 w, 2 311 111w1 2 1 w2 3w,10,(NNTTjt jttj tjNNTTjt jttj tjNNTTjt jttj tjNjtjPv P WWv P W v P W WWv W W vPWv P WWWv W W v WP= = = =+- +- +-+- +- ( ww3 w4 w , 3 total111,NTTjtttjWv P WW=- （ 9） 约束条件包含系统功率平衡、火电机组出力上下

23、限约束、旋转备用约束、最大起停功率约束、最小起停时间约束、火电电量均衡约束、抽蓄机组出力约束、抽蓄库容约束及日设计抽水 /发电时间约束等6,15,16。 2.2 风电分段电价的定价与分段方法 2.2.1 分段电价定价方法 风电分段电价的核心思想是将风电根据消纳成本的不同被定以不同的电价，使各段风电边际电价恰低于火电电价。根据对弃风惩罚促进风电消纳风发的分析，用各段风电真实电价 vwi代替 vw-Ccur，以此达到降低边际电价的目的。 1）第一档风电不需要抽水蓄能电站抽发调峰和火电机组深度调峰，此时风电消纳量落在 W1内，目标函数 f 可表达为 gww, w1 c, g11 11minNNTTj

24、t ittj tif Pv Pv= =+ （ 10） 且有电量平衡式 gwdw, c, l,11 11 11NNNTTTj titdttj ti tdPPP= = =+=（ 11） 根据式（ 6）可以得到在该条件下采用弃风惩罚时的目标函数 f 为 ()ww, w cur11minNTjttjfPvC= -+gwc, g w, cur11 11NNTTit jtti tjPv P C= =+ （ 12） 根据分段电价“用真实电价 vwi代替 vw-Ccur”的思想，式（ 10）与式（ 12）对优化有效部分完全一致，说明分段电价与弃风惩罚在原理上等效，其他档分段电价的等效性同理可得，不再重复说明。

25、因此， vw1 vg，即可满足第一档风电优先火电消纳。 2）第二档是需要抽水蓄能机组抽发调峰消纳的风电，此时风电消纳量落在 W1 W2段内，目标函数可表达为 gw1w1 w, 1 w2 c, g11 11minNNTTjt ittj tif Wv P W v P v= = =+ -+ （ 13） 且此时ww, 111NTjttjPW=-为依靠抽蓄机组抽水调峰 消纳的风电量，若抽蓄抽发转换效率为 ，则会存在 1- 的电量损失，因此电量平衡式变为 gwd1w,1 c,l,11 11 11+NNNTTTj titdttj ti tdWPW P P= = =-+ =（ 14） 由此可知，在该档中每利用

26、抽蓄抽水多消纳一度风电实际只能产生 的有效电量，因此若要优先消纳风电，则该部分风电费用应低于等量有效电量的火电费用，即 vw2 vg。 3）第三档风电需要火电机组深度运行调峰此时风电消纳量落在 W2 W3段内，目标函数可表达为 2w3)Wv +万方数据 第 32 卷增刊 1 舒康安等 基于分段电价的跨区风电消纳 43 ()w1w1 2 1 w2 w, 2 w311minNTjttjfWvWWv PWv= =+-+ -+gas c , g11NTittiF Pv=+（ 15） 且此时ww, 211NTjttjPW=-为依靠火电深度运行调峰消纳风电，会产生等量的深度调峰电量，则补偿费用 Fas为

27、was w , 2 tf11NTjttjF PWk=-（ 16） 此时电量平衡式为 ()gw121 w,2 c,11 11+NNTTjt ittj tiWWW P W P= =-+ -+ dl,11NTdttdP=（ 17） 在该档中消纳一度风电除风电购电费用外还会产生等电量的火电深度调峰补偿费用，因此若要优先消纳风电，则该部分风电总费用应低于等量有效电量的火电费用 w3 tfvk+ vg（ 18） 即 vw3 vg-ktf。 4）第四档是抽蓄抽发调峰和火电深度运行调峰消纳后剩余的风电，该部分风电配合火电机组起停调峰也可以得到部分消纳，此时消纳这部分风电除 了有购电费用ww, 3 w411NT

28、jttjPWv=-外，还有起停补偿费用gud ,11NTittiS=。 假设系统在时刻 t 有 S 台可供停机调峰的火电 机组，那么会产生总数高达123 SSSS SCCC C+ 种 停机方案，计及时段间的联系影响，停机方案会更加难以确定。同时经过抽蓄抽发调峰和火电机组深度运行调峰已消纳大部分的风电，余下风电电量也不会覆盖所有的停机方案，所以将剩余的风电继续按照所有可选择的停机方案划档细分定价将变得十分困难且意义不大。因此本文将余下需要火电机组起停消纳的风电全都归为第四档同一电价，同时通过比较不同 vw4下的弃风电量、风电企业收入等指标，确定一个各主体均可接受的第四档电价。 2.2.2 电量分

29、段方法 确定风电阶梯电价分段电量的原则是：是否需要调峰措施以及需要哪种调峰措施。即通过分析风电曲线和负荷曲线及系统机组调峰能力来确定。 本文所提电量分段方法有如下几个假设条件：抽蓄电站优先于火电深度运行调峰动作，即根据设定的 、 ktf等参数，抽蓄电站抽发调峰费用较火电深度运行费用低；抽蓄电站的抽水功率为固定值不可调整；不考虑网架约束造成调峰机组无法响应。 确定图 1 中 P1(t)、 P2(t)、 P3(t) 的方法具体如下： 1）首先根据风电曲线 Pw(t) 和负荷曲线 Pd(t)得到净负荷曲线 Pn(t)，如图 3图 5 所示。 图 3 典型风电功率曲线 Fig.3 Typical wi

30、nd power curve 图 4 典型负荷功率曲线 Fig.4 Typical load power curve 图 5 净负荷曲线与无偿调峰下限 Fig.5 Net load power curve and lower bound of thermal units gratis peak shaving 万方数据 44 电 工 技 术 学 报 2017 年 7 月 净负荷曲线即风电全部消纳时的火电出力，无偿调峰下限 PTF根据无风电接入时机组的开停机计划所得。将净负荷与火电无偿调峰下限 PTF相比，如果该时刻净负荷高于无偿调峰下限，则说明在无偿调峰条件下火电能够全部消纳风电功率；如果该点

31、净负荷低于无偿调峰下限，则火电出力在压低至无偿调峰下限时便不再压低，不能达到净负荷，即已达到无偿调峰时的风电消纳极限，会产生弃风；更有甚者，如果负荷曲线已低于无偿调峰下限，此时为保证系统功率平衡，火电出力必须低于无偿调峰下限，但不会继续压低以消纳任何风电。因此有 （ 1）如果 Pn(t) PTF，则 () ( )1wPt P t= （ 19） （ 2）如果 Pn(t) PTF且 Pd(t) PTF，则 () ()1dTFPt P t P=- （ 20） （ 3）如果 Pn(t) PTF且 Pd(t) PTF，则 ()10Pt= （ 21） 2）根据 Pw(t)-P1(t) 可以得到无法在无偿调

32、峰下消纳的风电，这部分风电需要抽蓄抽发辅助消纳。由于抽蓄机组的抽水功率为固定值，不可调整，在确定第二档可调度风电曲线 P2(t) 时，主要考虑剩余风电功率能否覆盖抽蓄机组抽水功率。 （ 1） 如果剩余风电功率不足以使任一抽蓄机组动作，即 Pw(t)-P1(t)SkP ，则 () ( )21Pt Pt= （ 22） （ 2） 如果剩余风电功率大到可以使一部分或者全部抽蓄机组抽水调峰，则 () ()21 SkkMPt Pt P=+（ 23） 式中， M 为可以抽水调峰的抽蓄机组集合； PSk为抽蓄机组 k 的抽水功率。 3）根据 Pw(t)-P2(t) 可以得到利用抽蓄机组抽发调峰后仍无法消纳的风

33、电，这部分风电需要火电机组深度运行调峰消纳。同时，考虑到火电机组要为负荷留出一定的下旋转备用（备用系数 ） ，其减出力消纳风电的能力会受到一定降低。 （ 1）如果剩余风电功率小于火电深度运行调峰 能力，即 () () ()gminw2 TF d+NiiPt Pt P P Pt- ，则 () ( )3wPt P t= （ 24） （ 2）如果剩余风电功率大于火电深度运行调峰 能力，即 ( ) ( )w2Pt Pt- ()gminTF d+NiiPPPt-，则 () () ()gmin32 TF d+NiiPt Pt P P Pt =+- （ 25） 4）根据 Pw(t)-P3(t) 可以得到火电

34、深度运行调峰后仍无法消纳的风电，这部分风电需要火电机组起停调峰消纳。 以上即完成了风电电量分段。如果更多的调峰措施加入，也能够根据调峰成本与容量在风电分段办法中找到其位置，实现风电更多段划分。 风电电量分段流程如图 6 所示。 图 6 风电电量分段流程图 Fig.6 Wind power division flow chart 2.3 风电消纳方法对比分析 弃风惩罚与风电分段电价均能够通过降低风电边际电价达到促进风电消纳风目的，但弃风惩罚存在以下几个问题： 万方数据 第 32 卷增刊 1 舒康安等 基于分段电价的跨区风电消纳 45 1）弃风惩罚方法没有使风电企业承担起应当承担的调峰义务，调峰成

35、本全部转移到受端电网公司和火电及抽蓄等机组，有失公平。 2）调峰难度越大的风电部分需要越大的弃风惩罚系数才能将风电边际电价降低，而实际操作为调峰难度低的风电被弃才应获得很高的惩罚，两者相矛盾。 3）弃风惩罚方法不适合进行分段惩罚以达到针对不同消纳难度的风电配置不同惩罚系数的目的，易出现弃风越少惩罚系数越大的现象。 本文所提的风电分段电价方法可较好地解决上述问题： 1）风电分段电价通过降低风电电价以达到降低调峰难度大的风电边际电价的目的，调峰成本由调峰行为的引起者风电企业承担，疏导了受端电网火电及抽蓄的调峰费用。 2）调峰难度越大的风电电价越低，符合“优质优价”的思想。 3）随着风电消纳量的增加

36、，风电价不断降低，符合经济规律。 3 算例分析 本文仿真系统有 7 个火电机组和 2 个抽水蓄能机组，风电出力和负荷出力如图 3 和图 4 所示。其中火电总装机 5 391MW，无偿调峰下限为最大出力的 50%，技术下限为最大出力的 40%。根据“两个细则”以及修订意见，在本算例中深度调峰的补偿系数设定为 150 元 /(MWh)，起停调峰补偿采用单机容量 10 万 kW 以上燃煤机组起停调峰标准，按机组容量起停调峰一次补偿 1 万元 /(104kW)。抽蓄总装机 500MW，抽水功率为最大发电功率的 50%。 3.1 风电分段电价分段结果 通过本文所提方法，在典型风电和负荷曲线下风电分段如图

37、 7 和表 1 所示。 图 7 风电出力按调峰难度分为四段结果 Fig.7 Results of wind power divided into four segments according to its accommodation difficulty 表 1 风电分段电量及其对应的分段电价 Tab.1 Amounts and prices of wind power division 阶梯分档 分段电量 /(MWh) 电量占比 (%) 电价 /(元 /(kWh)第 1 档 0 12 203 76.40 0.45 第 2 档 12 203 13 544 8.39 0.33 第 3 档 13

38、 544 14 897 8.47 0.30 第 4 档 14 897 15 973 6.74 未定 其中第四档的风电电价未定，接下来通过经济调度模型比较不同风电第四档电价下的弃风电量、风电企业收入等指标，确定该典型风电和负荷下的最优第四档电价。由图 8 可知，当第四档风电电价vw4大于 0.20元 /(kWh) 时，火电机组不起停机调峰，弃风电量与第四档风电电量一致，风电企业售电收入不变；当第四档风电电价小于等于 0.20 元 /(kWh)时，火电机组开始起停机消纳风电。 vw4/(元 /(kWh) （ a）弃风电量与第四档风电电价关系 vw4/(元 /(kWh) （ b）风电企业售电收入与第

39、四档风电电价关系 图 8 不同第四档风电价下仿真结果 Fig.8 Results of simulation in different vw4其中当第四档电价不断减小时，会产生两种起停机调峰方案，分别为 2 号火电机组与 4 号火电机组起停机调峰。图 9 为不同第四档电价下的机组停机调峰方案，黑点表示处于开机状态：可见vw4=0.20 元 /(kWh) 时， 4 号机组停机调峰，此时弃万方数据 46 电 工 技 术 学 报 2017 年 7 月 风电量为 466.59MWh； vw4=0.11 元 /(kWh) 时， 2 号机组停机调峰，此时弃风电量为 300.99MWh。 t/h （ a）

40、vw4=0.11 时火电开停机状态 t/h （ b） vw4=0.20 时火电开停机状态 图 9 两种 vw4下的机组状态对比 Fig.9 Contrast of unit statuses in two different vw4同时根据风电企业售电收入曲线来看，将第四档风电电价定为 0.11 元 /(kWh) 虽然能够减少弃风，但会导致风电企业收入减少；而当第四档风电电价定为 0.20 元 /(kWh) 时，恰好能够补偿火电机组起停机调峰费用，风电企业达到收入最大值。因此在本算例中第四档风电电价定为 0.20 元 /(kWh) 是更合理的。 3.2 三种模式下日前经济调度结果对比 根据 3

41、.1 结果，本风电分段电价模式中取第四档风电电价为 0.20 元 /(kWh)，相当于风电价 0.45 元 / (kWh)，弃风惩罚为 Ccur=0.25 元 /(kWh) 时的风电边际电价，因此弃风惩罚模式中弃风惩罚系数为0.25 元 /(kWh)。不同模式下的仿真结果如图 10 所示，结果对比见表 2。 （ a）风电单一电价模式下的最优出力 （ b）弃风惩罚模式下的最优出力 （ c）风电阶梯电价模式下的最优出力 图 10 不同模式下的仿真结果 Fig.10 Results in different wind price mechanisms 表 2 不同模式下算例结果对比 Tab.2 Co

42、mparison of case results 模式 弃风电量 /(MWh) 目标函数 / 万元 风电企业 收入 /万元 火电售电 收入 /万元 火电调峰 补偿 /万元 风电企业支付 调峰费用 /万元 抽蓄运行时间 /h 风电单一电价模式 3 769.9（ 23.60%） 4 528.3 549.2 3 979.1 0 0 0 弃风惩罚模式 466.9（ 2.92%） 4 587.9 697.8 3 837.5 40.9 0 5.5 风电分段电价模式 466.9（ 2.92%） 4 524.6 646.2 3 837.5 40.9 51.6 5.5 由表 2 可见，风电单一电价机制下，既没有

43、弃风惩罚的负激励信号，也没有风电分段电价正激励信号，因此抽水蓄能电站不运行，火电机组出力压缩到无偿调峰下限后就不再降低了，弃风电量为3 769.9WMh，占可调度风电总电量的 23.60%；弃风惩罚模式与风电分段电价下，均能够分别利用抽水蓄能电站抽发调峰、火电机组深度运行调峰、火电机组起停机调峰消纳不同档的风电电量，弃风电量为 466.59MWh，占可调度风电总电量的 2.92%。 相比于风电单一电价模式，风电分段电价模式多消纳了风电 3 304MWh，按照风电单一电价模式，所有风电均 0.45元 /(kWh)，电网公司要多支付风电购电费用 148.68 万元，而实际只多支付了 97 万元，相

44、当于风电企业支付调峰辅助服务补偿 51.68 万元。 由风电分段电价模式与弃风惩罚模式对比可知，两种模式下弃风、火电出力及抽蓄机组出力均万方数据 第 32 卷增刊 1 舒康安等 基于分段电价的跨区风电消纳 47 一致。但由于采取弃风惩罚促进风电消纳，目标函数高了 63.3 万元，除去弃风惩罚费用 11.7 万元，高出 51.6 万元，与风电分段电价中风电企业支付的调峰辅助服务补偿费用一致，说明该模式下风电企业没有支付调峰费用。而根据“两个细则” ，实际电网公司是不会参与辅助服务费用分摊结算，则该模式下 40.9 万元（深度调峰补偿 15.9 万元，起停补偿 25 万元） 的调峰补偿费用最终由火

45、电厂按自身发电量分摊，即实质上火电厂无法从调峰行为的受益方风电企业获得相应的补偿；而风电分段电价模式下风电企业支付了合理的调峰费用。 风电单一电价模式、弃风惩罚模式、风电分段电价模式下经济调度结果证明了风电分段电价模式具有与弃风惩罚一致的促进风电消纳效果，且能够按照“谁收益谁承担”原则分配调峰费用，促使风电企业承担调峰责任，均衡电网公司、风电企业、火电厂等多个主体之间的利益。 3.3 实际运行调度结果 将本文所提的分段方法与日前确定的分段电价应用到 96 时段的实际调度中，出力曲线如附图 1所示，结果见表 3。 表 3 实际运行调度结果 Tab.3 Results of operation 参

46、数 数值 弃风电量 /(MWh) 546.1（ 3.40%） 目标函数 /万元 4 411.8 风电企业收入 /万元 640.0 火电售电收入 /万元 3 728.0 火电调峰补偿 /万元 43.8 风电企业支付调峰费用 /万元 59.0 抽蓄运行时间 /h 6 实际运行结果与 3.2 节中风电分段电价模式结果对比可知，实际运行的弃风率略高于日前计划，这是因为日前风电、负荷曲线与实际 96 时段曲线存在一定偏差所致。此外，抽蓄抽发调峰、火电深度运行调峰能正常运行，且 4 号机组也与日前计划一样进行停机调峰，同时风电企业支付了调峰费用，说明本文所提方法在实际运行中的有效性与可行性。 4 结论 风

47、电大规模跨省区输送给受端区域带来了很大的调峰压力， 风电企业没有承担其应有的调峰责任，导致受端区域提供调峰服务的抽蓄电站与火电机组得不到补偿乃至亏损而不再调峰，风电企业也要承受弃风限电的损失。本文分析弃风惩罚促进风电消纳的原理，针对弃风惩罚存在的问题，提出风电分段电价机制，从理论上给出该方法与弃风惩罚方法原理上的等效性。最后利用仿真验证了所提方法的有效性。主要结论有： 1）所提风电分段电价方法可以合理地将风电按调峰成本分段，并根据边际消纳成本给出最优定价。 2）相比于风电单一电价，风电分段电价能够有效促进风电消纳，提高风电企业合理收入。 3）相比于弃风惩罚模式，风电分段电价能够促使风电企业承担其调峰责任，补偿提供调峰辅助服务的火电与抽蓄机组，提高火电与抽蓄机组的调峰积极性。 附 录