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以風電、光伏為代表的大規(guī)模間歇性可再生能源（Intermittent Renewable Energy Sources, IRES）正在加速能源結(jié)構(gòu)的低碳化轉(zhuǎn)變。但是，大規(guī)模IRES并網(wǎng)發(fā)電，需要電力系統(tǒng)中有足夠的靈活性資源實時響應(yīng)IRES的變化。

現(xiàn)有的靈活性資源主要有四個來源：可調(diào)度發(fā)電廠的靈活運行、儲能設(shè)施、跨省跨區(qū)交易和需求側(cè)資源。相比于其他三類靈活性資源，可調(diào)度發(fā)電廠的靈活運行是目前為電力系統(tǒng)提供靈活性最主要的方式。對于含有極高份額不靈活火電廠（尤其是燃煤電廠）的電力系統(tǒng)（如中國、波蘭）而言，實施靈活性改造是提升電力系統(tǒng)靈活性最為現(xiàn)實可行的選擇。

近年來，各區(qū)域紛紛建立調(diào)峰服務(wù)市場，以期通過調(diào)峰補償或懲罰的方式激勵火電機組進行改造。

但是，有關(guān)研究均忽略了不同機組的博弈特性及其不同投資主體的博弈關(guān)系。機組單獨規(guī)劃在改造初期可能收益可觀，但系統(tǒng)大規(guī)模進行靈活性改造后，電廠的長期收益存在較大不確定性，存在由市場競爭帶來的投資風險。而系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃方法使用統(tǒng)一目標函數(shù)進行投資決策，難以描述改造投資主體間的博弈現(xiàn)象，不能兼顧發(fā)電企業(yè)的改造投資意愿。

博弈理論目前在電力系統(tǒng)領(lǐng)域研究廣泛，主要應(yīng)用于定價決策、收益分配和調(diào)度規(guī)劃等問題。雖然博弈理論已在電力系統(tǒng)的多類規(guī)劃問題中得到了應(yīng)用，但是將其應(yīng)用于靈活性改造規(guī)劃（Flexibility Retrofits Planning, FRP）問題的研究鮮見報道。

圖1 靈活性改造涉及子系統(tǒng)示意圖

FRP問題考慮的時間周期較短，是對既有的發(fā)電擴展規(guī)劃方案進行合理的修繕和補充。另外，為了更快速地響應(yīng)系統(tǒng)調(diào)度指令，機組經(jīng)過改造后，其調(diào)峰能力、爬坡速度和起動時間等多種運行參數(shù)都可能會發(fā)生改變。

但是，這些運行細節(jié)（靈活性約束）通常會被傳統(tǒng)發(fā)電規(guī)劃模型忽略，僅在較短時間尺度的機組組合模型中才能被捕捉。因此，在考慮FRP問題時，需采用基于機組組合的時序模擬方法。

但是，這種做法卻引入了大量的二進制變量，在解決規(guī)劃模擬問題時計算量巨大?；诖?，華北電力大學(xué)電力工程系等單位的研究人員，考慮引入快速機組組合（Fast Unit Commitment, FUC）模型模擬系統(tǒng)多投資主體的動態(tài)博弈。

FUC模型的決策變量都是連續(xù)的，在IEEE測試系統(tǒng)和我國某實際系統(tǒng)環(huán)境下與傳統(tǒng)機組組合模型相比，F(xiàn)UC計算速度快2萬倍，且仿真結(jié)果只存在不到1%的誤差。但是，F(xiàn)UC模型以機群為單位進行優(yōu)化，忽略了機組間可行改造方案及投資成本的差異性和多樣性，因此，研究人員提出一種考慮多投資主體博弈的兩階段FRP模型。

圖2 發(fā)電企業(yè)間博弈行為示意圖

首先，在系統(tǒng)博弈規(guī)劃階段，通過引入FUC模型，提出發(fā)電企業(yè)在電量和調(diào)峰市場的收益模型，在此基礎(chǔ)上，基于不同投資主體的博弈機理分析，提出一種解決改造博弈問題的快速求解方法；其次，在企業(yè)規(guī)劃階段，考慮機組多方案改造和多參數(shù)變化，建立發(fā)電企業(yè)多技術(shù)改造規(guī)劃模型；最后，基于我國東北某電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行算例分析，并與統(tǒng)一規(guī)劃方法進行對比，證明本文所提方法的有效性與合理性。

圖3 火電機組靈活性改造兩階段規(guī)劃方法

研究人員最后認為：

• 1）本研究提出的兩階段改造方法，能夠兼顧各個發(fā)電企業(yè)的主體利益。雖然該方法與統(tǒng)一規(guī)劃方法相比改造規(guī)模較小，但其更加貼近實際市場運行機制，有效保證了市場活力。
• 2）發(fā)電企業(yè)做改造決策時，不僅需要考慮調(diào)峰市場收益，還需綜合考慮其在電量和調(diào)峰市場的兩方面收益。

在未來的研究中，將會進一步考慮企業(yè)或集團內(nèi)部的利潤分配及靈活性改造的工程周期等問題，為規(guī)劃部門、發(fā)電企業(yè)等部門提供幫助。

以上研究成果發(fā)表在2020年第11期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標題為“考慮多主體博弈的火電機組靈活性改造規(guī)劃”，作者為郭通、李永剛、徐姍姍、高亞靜、劉教民。