基于性價比的AGC服務優化方法

姚鵬，楊軼雷，韋立，張靠社

（1.重慶市電力公司綦南供電局，綦江401420；2.西安理工大學水利水電學院，西安710048）

基于性價比的AGC服務優化方法

姚鵬1，楊軼雷1，韋立1，張靠社2

（1.重慶市電力公司綦南供電局，綦江401420；2.西安理工大學水利水電學院，西安710048）

為促進AGC服務交易業務的發展，結合某電網AGC服務管理實際，分別對電量、AGC服務優先以及兩者協調優化3種模式下的系統總費用情況進行了研究。在對AGC服務進行調配時以性價比為依據，把AGC服務的上下調節分開，基于層次分析法AHP綜合考慮AGC服務調節性能、容量價格與電量價格及其在電網中的位置等因素，確保了方法的效能。算例表明，采用電量和AGC服務兩者協調優化模式，不但能保證電力系統的安全性，而且能提高電力系統運行的經濟性，較之單純以電量或AGC服務優先更具優越性。

費用；AGC服務；層次分析法；調配；性價比

在現代電力系統中自動發電控制AGC（automatic generation control）服務可調容量的大幅增加為電力系統安全、優質運行創造了良好條件。然而由于AGC服務市場與電量市場的強耦合性，AGC機組較其他機組除增加額外設備外，提供AGC服務時以犧牲部分發電效益為代價，同時還要增加額外運行成本，這些成本將對整個電力系統的運行成本有著重要影響[1，2]。在電力市場環境下，發電公司與電網公司分離，成為各自獨立的經濟實體，AGC的目標轉變為在保證安全、可靠、及時地調節頻率（或ACE）前提下，使系統經濟性最優。同時隨著電力市場及其技術支持系統的不斷發展和完善，各發電公司在最初的電量競爭基礎上，逐步將競爭重點放到輔助服務的質量和價格競爭上。如何使AGC服務市場與電量市場總的經濟效率最高，是電力市場化進程中不得不解決的問題。

文獻[3～8]在選擇AGC服務時對容量價格與性能以及調節速率等因素綜合進行評估。系統備用的需求受負荷、發電機的密度及位置、發電機數量與容量大小以及其故障率等因素的影響。在電力系統暫態過程中，隨著參與負荷頻率控制服務數量的減少，系統的頻率偏差將增大，且系統恢復時間變長。作為特殊備用的AGC服務應盡可能地使其分布合理，點多面廣，為此，本文結合某電網AGC服務管理實際，提出了基于層次分析法AHP的、同時考慮AGC服務調節性能及其在電網中位置、價格等因素的AGC服務調配方案，并在此基礎上，分別對電量和AGC服務優先以及兩者協調優化3種模式下的系統總費用情況進行了研究，算例分析表明，采用電量和AGC服務2者協調優化模式，不但能夠保證電力系統的安全性，而且還能夠提高電力系統運行的經濟性。

1 AGC服務的調配模型

在理性市場環境下，高質量產品一般價格較高。系統運營者總希望以最小成本滿足系統需求，以低價購買高質量的產品，所以在進行市場機制的設計時需要平衡這對矛盾，同時考慮性能和價格兩方面的因素，提高效率、優化資源配置，促進電力工業的可持續發展。AGC服務市場與電量市場最大的差別在于：其市場是單一的買方市場，這是由其對付隨機事件的特點決定的，因此必須實施集中管理和統一調度才具有市場效率和社會效益。為此本文以性價比為依據對AGC服務進行集中調配，性價比Ki的計算公式為

式中：Kri為服務i的綜合調節性能；Kci為服務i的綜合調節價格。

1.1 綜合價格的求取

（1）對于上調服務由于要預先留一部分容量以供系統調用，所以需要報容量價格以彌補其容量和機會成本等，即

式中：ρri為AGC服務i容量報價；ρdi為AGC服務i電量報價；xi為AGC服務i被調用容量占其服務容量比例。x值可根據AGC服務以往參與AGC調節的表現以及電網實際運行情況，并結合調度運行人員的實踐經驗來確定。

（2）對于下調服務由于其容量成本已在電量市場上取得回報，機組的磨損、機會等成本均可納入電量成本中，所以只需報電量價格，即

1.2 基于層次分析法AHP的綜合性能指數

對于AGC服務性能來說，瞬時價值是其主要特點，故在此考慮其響應速率、響應延遲時間、響應精度以及AGC服務在電網中位置等因素，用層次分析法AHP把以上各性能指數綜合起來作為AGC服務的綜合性能指數，其模型為

式中：Kvi為服務i的調節速率指數；Kti為服務i的響應延遲時間指數；Kji為服務i的調節精度指數；Kpi為服務i的位置指數；vi為服務i的調節速率；Ti為服務i的響應延遲時間；Ji為服務i的調節精度；為服務i的網損微增率；v、T、J為常數，作用是把各指標歸一化，使其具有可比性；α、β、λ和θ分別為調節速率、響應延遲時間、調節精度、位置指數的權重因子，用AHP求取，不同權值可以為市場提供不同的經濟信號。

2 電量和AGC服務市場優化模型

EMS每5 min執行一次預調度，考察所有非AGC機組和AGC服務的功率變動及相應時刻的頻率值，確定系統AGC容量和調節速率需求量；根據各自的投標容量、運行限值和發電出力計劃等計算服務實際容量，分別以電量和AGC服務優先以及兩者協調優化3種模式確定各自中標容量，直到滿足電量和AGC服務市場需求。在二者協調優化時，在滿足各種約束條件下，優先使用性價比高的AGC服務，確保系統的安全性和經濟性。

對于上調服務其優化模型為

對于下調服務其優化模型為

式（10）和式（11）表示電網公司支付費用最小，對于非AGC機組只考慮電量市場；約束分別表示所有被選定AGC服務的調節容量之和大于需求值與所有被選定的AGC服務的調節速率之和大于需求值以及機組自身約束。

3 算例分析

基于AHP原理和某電網實際，AGC服務各項指標重要程度依次為：AGC服務在電網中位置、響應延遲時間、調節速率及調節精度指數，構造的判斷矩陣為

由式（12）可得α＝0.23，β＝0.27，λ＝0.20，θ＝0.3。

表1和表2分別為AGC服務和非AGC機組的經濟、技術等參數，表3為系統在不同的電量和AGC服務需求下，以電量和AGC服務優先以及二者協調優化3種模式下的系統總費用情況。

表1 AGC服務參數Tab.1Parameters of AGC service

通過對AGC服務經濟、技術數據分析表明，以性價比為依據進行AGC服務調配時，無論上調還是下調，其費用不僅比按性能調配時小，同以價格為依據的費用相當，而且以性價比為依據進行AGC服務調配能使AGC服務的調配更加合理，使系統失穩風險和整體運行成本降低。如：上調服務B和C中性能指數均為0.93，但B在價格上的優勢使其作為上調服務的首選；同樣上調服務P性能較差，但其在價格上的優勢使其具有較大競爭優勢，把其與性能和價格均占優的服務A、B、C等組合在一起，無論是對系統安全性還是經濟性，其好處是顯而易見的；同樣，下調服務M具有與上調服務P相似特性，而下調服務J雖然性能較好，但其價格較貴，其競爭力不及性能最差的服務G。由表3可看出，在基于性價比的AGC服務優化中，以AGC服務優先時，系統電量和AGC服務總費用最大，對于上調優化電量價格較低的非AGC機組T直到所有AGC機組被調用后才被調用，下調優化只有負荷不小于5 300 MW時電量價格較低的非AGC機組T才會被調用。而以電量優先和兩者協調優化時，兩者總費用相差不多，但前者不能保證有足夠的調節能力來保證系統安全性，如當系統需要S＝2 890 MW，S＋＝210 MW時，以電量優先的交易模式只選擇性能和價格均不占優勢的D、E機組作為AGC服務，而以兩者協調優化時優先選擇了AGC服務性價比較高的A、B、C機組確保了系統安全和經濟性。同時從表3還可看出，在系統容量不足時，無論上調還是下調服務采用3種優化模式均無法有效提高系統運營的效率。

表2 非AGC機組經濟技術參數Tab.2Parameters of non-AGC units

表3 不同優化模式費用的比較Tab.3Comparision of cost with different optimization models

4 結語

本文結合某電網AGC服務管理實際，在基于性價比的AGC服務優化中，分別對電量和AGC服務優先以及兩者協調優化3種模式下系統總費用情況進行了研究，算例分析表明，采用電量和AGC服務兩者協調優化模式，不但能夠保證電力系統的安全性，而且還能夠提高電力系統運行的經濟性，較之單純以電量或AGC服務優先更具優越性。

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Optimization Method for AGC Service Based on Performance-price Ratio

YAO Peng1，YANG Yi-lei1，WEI Li1，ZHANG Kao-she2
（1.Qinan Power Supply Bureau，Chongqing Electric Power Company，Qijiang 401420，China；2.Institute of Water Resources and Hydro-Electric Engneering，Xi'an University of Technology，Xi′an 710048，China）

To promote the development of automatic generation control（AGC）service transaction，combining with a grid AGC service management，the system cost is investigated based on the priority of power AGC service and coordination between them respectively.The allotment of AGC service is carried on according to its performance-price ratio，based on analytic hierarchy process（AHP），the performance，capacity price，energy price and position of AGC service are considered，and the up adjustment and the down adjustment of AGC service are separated to ensure the efficacy of the method.Finally，a case study indicates that using the coordination between power and AGC service optimization model has more advantages comparing with the priority of power or AGC service.It can not only guarantee the safety of electric power system，but also improve the efficiency of the power system..

cost；AGC service；analytic hierarchy process（AHP）；allotment；performance-price ratio

TM773

A

1003-8930（2014）02-0077-04

姚鵬（1978—），男，碩士，工程師，從事電網運行管理與電力市場領域工作。Email：xyzyaopeng@126.com

2011-12-20；

2012-04-12

楊軼雷（1975—），男，碩士，工程師，從事電網調度自動化等方面工作。Email：491870594@qq.com

韋立（1983—)，男，碩士，工程師，從事電網運行管理工作。Email：17750885@qq.com