電力現貨市場環境下的增量配電網售電公司儲能配置方法研究

葉洪波 凌曉波 王高琴 王世震

摘 要：我國電力現貨市場建設步伐正不斷加快，在這一背景下，投資儲能成為增量配電網售電公司應對現貨市場沖擊批發與零售市場電價的重要手段。增量配電網售電公司的運營核心就是投資回報率，精準計算投資回報率是提高增量配電網售電公司儲能配置效益和售電經濟性的關鍵。在電力現貨市場背景下，以投資回報率最大為目標，提出了一種考慮投資回報和可調資源的增量配電網售電公司儲能配置方法。首先介紹了增量配電網售電公司的基本運營結構和儲能配置原理，提出了投資回報率和可調資源調節潛力的計算方法;其次建立了考慮投資回報和可調資源的儲能配置模型來實現儲能的選址定容，給出儲能的配置方案和運行模式;最后，算例結果表明所提方法在保證同等運營收益增量的情況下，提高了投資回報率，驗證了所提方法的有效性。

關鍵詞：電力現貨市場;增量配電網售電公司;儲能配置;投資回報;可調資源

0 引言

隨著我國電力市場化改革的深化，電力現貨市場的建設步伐不斷加快，現貨市場的引入使得批發電價實時波動，給零售市場帶來了挑戰與機遇，售電主體大量涌入，其中擁有增量配電網的售電公司成為售電公司的一種主要類型[1-3]。增量配電網售電公司作為一種新興的運營商，能夠通過規劃、運行所轄配電網[4]來實現自己的商業模式[5]，其中儲能是此類公司重點關注的投資對象[6]。

儲能是提高能源系統時空范圍優化配置能力的有效手段[7]，但儲能配置的投資成本回收[8]是增量配電網售電公司運營中面臨的一個關鍵問題。

對于增量配電網售電公司來說，配置儲能時，不僅要考慮短期的運行效益，還要考慮長遠的運營效益來回收過高的投資成本，這涉及長時間尺度的規劃問題，負荷曲線的變化不可忽視[9]，有必要兼顧儲能的投資回報和可調資源調節潛力對負荷曲線的影響開展增量配電網售電公司的儲能配置研究。

因此，針對電力現貨市場引起的批發價格變化，如何長遠地考慮投資回報和可調資源調節潛力帶來的負荷變化投資儲能，是增量配電網售電公司運營過程中亟待解決的問題。

近年來，在儲能的配置方面取得了諸多進展。傳統研究一般集中在電力系統范疇，文獻[10]提出了輸電側儲能和輸電線路聯合魯棒規劃方法，并表明儲能對緩解輸電線路阻塞更為經濟。文獻[11]提出了配網側儲能有效的配置方法。文獻[12]考慮電力系統對清潔能源的消納以及最優經濟運行進行儲能的配置。文獻[13]針對季節性儲能的優化問題，計及電/熱等多元儲能提出混合整數線性規劃方法。文獻[14]提出了一種集主動配電網、天然氣網和能源樞紐為一體的綜合能源系統擴展規劃方法。文獻[15]提出了一種考慮交通、天然氣和主動配電網絡耦合的優化規劃框架。文獻[16]以經濟效益為目標，考慮多種類型發電與儲能的約束條件，實現了多能流綜合利用與協同優化。文獻[17]研究了考慮多能互補的區域綜合能源系統多種儲能優化配置。文獻[18]建立了含電、氣和熱三種儲能的微網綜合能源系統經濟優化運行模型。文獻[19]考慮電轉氣技術，針對經濟性、可靠性和新能源消納率等多目標，構建了綜合儲能優化配置模型。文獻[20]研究了蓄冷、儲熱、儲電和混合儲能在冷熱電聯供（CCHP）機組和電制冷等設備多能互補協同運行情況下的盈利策略，建立了全壽命周期的冷熱電儲能調度規劃雙層優化模型。

以上研究主要是針對以電/熱負荷為終端的能源系統，考慮不確定性以及最優經濟性和可行性，從系統角度對儲能配置方法進行研究，缺乏對現貨背景帶來的增量配電網售電公司運營、投資回報率以及可調資源延緩投資的考慮，在考慮投資回報和可調資源的增量配電網售電公司的儲能配置方法方面鮮有涉及。

因此，本文在電力現貨市場建設背景下，提出了一種考慮投資回報和可調資源的增量配電網售電公司儲能配置方法，有利于提高增量配電網售電公司運營經濟性和儲能效益。首先，闡述了增量配電網售電公司的基本運營結構和儲能配置原理;其次，提出了投資回報率與可調資源調節潛力的計算方法;然后，建立了考慮投資回報和可調資源的增量配電網售電公司儲能配置模型;最后，基于算例對文章提出的方法進行了驗證和分析，結果表明，所提方法能夠利用可調資源延緩儲能的投資，在電力現貨市場背景下，提高增量配電網售電公司整體的運營收益和投資回報率。

1 基本假設

1.1? ? 增量配電網售電公司的基本運營結構

投資增量配電網的售電公司對所轄配網區域享有一定的運營權，在文獻[21]基礎上，本文構建的增量配電網售電公司的基本運營結構如圖1所示，主要涉及電力批發（Power Wholesale，PW）、電力配送（Power Distribution，PD）和電力零售（Power Retail，PR）三種業務流程。PW主要是售電公司在所轄配電網絡與上級網絡銜接處批發電能;PD主要是售電公司通過調度所轄配電網配送電能;PR主要是售電公司向節點用戶零售電能，以滿足用戶生產生活的用能需求。

儲能在PD過程中能夠起到能量時移作用，能夠對凈負荷做一定的“削峰填谷”。其基本模型如下：

Ee，i，t=Ee，i，t-1+pce，i，tηce? ? （1）

0.2Ne，iEe，i，max≤Ee，i，t≤0.8Ne，iEe，i，max? ?（2）

0≤pce，i，t≤0.2Ne，iEe，i，max（3）

0≤pde，i，t≤0.2Ne，iEe，i，max （4）

式中：Ee，i，t為配網i節點處t時段儲能的剩余容量;pce，i，t為配網i節點處t時段儲能的充電功率;pde，i，t為配網i節點處t時段儲能的放電功率;ηce和ηde分別為儲能的充電和放電效率;Ne，i為配網i節點處t時段儲能的配置個數，為非負整型變量;Ee，i，max為配網i節點處儲能的單位容量。