Integrating Renewable Energy Sources as Reserve Providers: Modeling, Pricing, and Properties
作者: Wenli Wu, Ye Guo, Jiantao Shi
分类: eess.SY
发布日期: 2023-12-24
备注: 13 pages, 5 figures
💡 一句话要点
提出考虑可再生能源参与备用容量市场的优化调度模型，实现碳中和目标。
🎯 匹配领域: 支柱四：生成式动作 (Generative Motion)
关键词: 可再生能源 备用容量市场 优化调度 边际定价 碳中和
📋 核心要点
- 随着可再生能源比例增加，电力系统灵活性需求提升，现有方法难以有效利用可再生能源提供备用容量。
- 论文提出联合能源-备用容量采购的优化调度模型，考虑可再生能源配额制和不确定性，允许可再生能源提供备用容量。
- 仿真结果表明，该方法能有效利用可再生能源提供备用容量，并提高其收益，验证了模型的有效性。
📝 摘要（中文）
为了实现碳中和，许多国家采用了可再生能源配额制以促进可再生能源的整合。然而，可再生能源渗透率的提高也对系统灵活性提出了更高的要求。允许可再生能源本身参与备用容量市场可能是一种可行的解决方案。为此，本文提出了一种联合能源-备用容量采购的优化调度模型，该模型结合了可再生能源配额制，并允许可再生能源作为备用容量提供者。通过给定数量的概率加权场景对潜在的发电机停运以及可再生能源和负荷功率的偏差进行建模。特别地，备用容量资源最初在基本场景中预定，然后在非基本场景中通过重新调度过程激活。边际定价用于推导能源、备用容量和功率偏差的价格。接下来，我们开发了相关的结算流程，并建立了几个市场属性。所提出的定价方案通过考虑热力发电机的停运和可再生能源功率偏差等不确定性以及备用容量和重新调度等灵活性，在热力发电机组和可再生能源单元之间建立了等效性。我们已经表明，对于可再生能源，根据调度结果提供备用容量相比于尽可能多地发电可以带来更好的利润。仿真验证了所提出方法的有效性和所建立的属性。
🔬 方法详解
问题定义：论文旨在解决可再生能源高比例接入电网后，如何有效利用可再生能源自身提供备用容量，以提高系统灵活性并促进可再生能源消纳的问题。现有方法通常依赖传统火电机组提供备用容量，未能充分挖掘可再生能源的潜力，且未充分考虑可再生能源发电的不确定性。
核心思路：论文的核心思路是将可再生能源纳入备用容量市场，使其不仅作为能源供应者，也作为灵活性资源提供者。通过优化调度模型，平衡能源供应和备用容量需求，同时考虑可再生能源发电的波动性和不确定性，实现经济高效的备用容量配置。这样设计可以激励可再生能源参与系统调节，提高其收益，并降低对传统能源的依赖。
技术框架：论文构建了一个联合能源-备用容量采购的优化调度模型。该模型包含以下主要阶段：1) 场景生成：通过概率加权场景模拟发电机停运、可再生能源和负荷功率偏差等不确定性因素。2) 优化调度：在基本场景中，预定能源和备用容量资源。3) 重新调度：在非基本场景中，根据实际情况激活备用容量，进行重新调度。4) 价格计算：采用边际定价方法，计算能源、备用容量和功率偏差的价格。5) 结算流程：建立相应的结算流程，确保市场参与者的利益。
关键创新：论文的关键创新在于：1) 提出了一个允许可再生能源参与备用容量市场的优化调度模型。2) 通过场景模拟考虑了可再生能源发电的不确定性。3) 设计了一种边际定价机制，实现了热电机组和可再生能源的等效性，鼓励可再生能源提供备用容量。
关键设计：论文的关键设计包括：1) 场景数量和概率的设置，需要根据历史数据和预测模型进行合理选择，以准确反映系统的不确定性。2) 优化目标的选择，需要在经济性和可靠性之间进行权衡。3) 边际定价机制的设计，需要保证价格信号能够反映资源的稀缺程度和价值。
📊 实验亮点
仿真结果表明，与传统方法相比，该方法能够有效利用可再生能源提供备用容量，并提高其收益。具体而言，可再生能源通过提供备用容量获得的利润高于仅发电的利润，验证了该方法的经济性和有效性。此外，该方法还能够降低系统的运行成本，提高系统的可靠性。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于电力市场设计和运营，促进可再生能源的高比例接入。通过允许可再生能源参与备用容量市场，可以提高电力系统的灵活性和可靠性，降低对传统能源的依赖，并促进碳中和目标的实现。该方法还可推广到其他类型的灵活性资源，如储能系统和需求响应。
📄 摘要（原文）
In pursuit of carbon neutrality, many countries have adopted renewable portfolio standards to facilitate the integration of renewable energy. However, increasing penetration of renewable energy resources will also pose higher requirements on system flexibility. Allowing renewable themselves to participate in the reserve market could be a viable solution. To this end, this paper proposes an optimal dispatch model for joint energy-reserve procurement that incorporates renewable portfolio standards and RES serve as reserve providers. Potential generator outages and deviations in renewable and load power are modelled through a given number of probability-weighted scenarios. In particular, reserve resources are initially booked in the base case and then activated in non-base scenarios through the re-dispatch process. Marginal pricing is used to derive energy, reserve, and power deviation prices. Next, we develop the associated settlement process and establish several market properties. The proposed pricing scheme establishes equivalence between thermal generators and renewable units by accounting for their uncertainties, including thermal generator outages and renewable power deviations, and their flexibility, namely reserve and re-dispatch. We have shown that for renewable resources, supplying reserve according to the dispatch results compared to generating as much as possible leads to better profits. Simulations validate the effectiveness of the proposed method and properties established.