: 。 V。jl 7 美国得克萨斯州风电消纳的市场运行机制及启示 王宣元・,马莉2,曲昊源2 (1.冀北电力交易中心有限公司,北京 100053;2.国网能源研究院,北京 102209) 摘要:荚同得兜萨斯州风电装机容量一直稳居荚国第一。作为得州电网独立运营机构的得州电力可靠性委 会(ERC()T).曾面I 集中式开发和外送的风电消纳困难,在2009年全年全网弃风率达到l7%。经过对电 的投资建没干¨ 电力市场及_i嘲度运行方面的优化与提升.得卅l电网内的弃风量显著降低。近几年一直维持 2%以下 主要分析ERCOT在适应 电消纳方面所采用的市场机制.通过借鉴ERCOT在风电管理和消纳 办面的实践经验.提l叶J对巾困集rl】式风电消纳的启永和建议 、 关键词:得州电 J可靠性委员会:风电消纳:电力f盯场 中图分类号: I'M614 文献标志码:B D0I:l0.1l930/i.issn.1004—9649.2017.07.010.09 0引言 得克萨斯州(以下简称得州)风电装机一直稳 居美罔第一 、截至20l6年年底.全州风电装机容 量为2 032万kW.占美国风电装机容量的 25%.其中并入得州电力可靠性委员会(electric reliaIiflitv ct)Lm( il of texas.ERCOT)电网的风机占 得州风电总容量的86% 作为得州电网独立运营 机构的ERCOT.曾面临集巾式开发和外送的风电 消纳l木]难.在2009年全网弃风率达到17% 经过 得州刈‘电网的投资建设.和在电力市场和调度运 行方面的优化与提升.系统弃风量显著降低。近 几年一 维持在2%以下 凶此.分析ERCOT在 图1 美国电网系统示意 Fig.1 Interconnections of power grid in US 为美国电网系统示意 风电管理和消纳方面的经验对中国集中式风电消 纳有一定借鉴意义 、 ERCOT是北美九大独立系统运营商(RTO/ ISO)之一.负责得州输电网的规划和渊度.同时 运营管理着得州电力批发和零售市场 ERCOT所 管辖的电网负荷占得州总负衙的90%.包括 2 400万用户.其中75%的市场用户拥有自由选 1 美国得州电网、电力市场及其情况分析 1.1 电网基本情况 择零售商的权利 ERCOT输电网的电压等级包括345 kV、l38 kV、69 kv。总长度74 400 km,历史最高负荷 7 ll l万kW(2016年8月l1日) 2016年总装机 美日得州电网是北美 大同步电网之一,通 过2条背靠背直流联络线与北美东部电网相连, 容量880 MW.在紧急时段进行电力交换:通过3 条背靠背直流联络线与墨西哥电网相连.容量 286 MW.主要进行日前跨国电力双边交易。图l 收稿日期:2017一O6.12 容量约8 600万kW.其中:天然气发电51%,煤 电2l%.风电22%.核电6%.其他1% .2016年 作者简介: 宣元(1979一),女,陕西西安人,高级工程师,从事调度与交易、电力市场建没、可再生能源消纳等方面研 究 E—mail:sharonwangsgcc@yahoo.con 10 电量达3 510亿kW・h,其中:天然气发电 43.7%,煤电28.8%,风电l5.1%,核电l2%,其他 0.5%I“、 i:顿以及巾部的奥斯丁 过于集中的两部风电的 迅猛增长.一度造成ERCOT系统的JxL电外送和消 纳困难 从2007年起.ERCOT系统开始弃Jxl, 截至20l7年2月底.在ERCOT系统集中式 并网发电的风电装机达到l 836万kW.约占 ERCOT系统总装机容量的24%.』xL力实际发电最 年均弃风率最高达到l7%(2009年).直到20l2 年才开始得到明 改善.近几年一直维持在2% 以下。 高达l 602万kW.最高渗透率达50% 如罔2 所爪 35 000 总结ERCOT弃风现象得以改善的主要原『六l『叮 以归纳为:(1)f1r再t能源竞争区((.()erpetitive 1ewa})le energy zone.CREZ)配套输电通道的 建成和投运141、2005年.得州批准了参c义院法案 寸 30 000 ・≥ =25 000 20 000 00。 10 000 Cumulative MW Installed: IA Signed—Financial security Posted IA Signed-No Financial Security SB20.明确了规划建设nr冉 能源竞争区和配套 的输电通道 2007年年底.PUCT正式通过在得 州建立5个可冉乍能源竞争 的方案并住2008年 由ERCOq、提f“了配套输电线路的建设规划 这些 线路于2014年竣1..总花费约68亿美厂[.基本 解决了ERCOT系统风电的送 问题,(2)电力市 场机制和运行管弹的优化与提升 20l 1年上线的 ERCOT节点电力市场为提升风电消纳提供了技术 支撑..其中.实时市场洲度计划和运行周期从l5 miI1缩短到5 n it .能够更有效地将风电预测集成 差塞I 昌 莩甍室 蚤r-. 兰强蔓量季篙 竺 ∞ 一一一 三o。o 一 5 000 一O 誊§耋三詈詈兰兰言三 N e-,I N 图2得州风电装机容量(截至2017年2月底) Fig.2 Installed wind capacity in ERCOT as of Feb.201 7 1.2电力市场基本情况 得州电力市场总体架构如同3所永 2003年 起,存得州公共事业委员会(PUCT)的要求下. ERCOT开始启动节点市场设计.旨在更加有效地 和应用在市场及渊度运行巾:以机组为报价、fB 清和计划运行的单元.能够更高效和经济地解决 运行中的电网阻塞:弃风管理机制更JJfI公开、透 明和自动化, 解决运行中出现的网络阻塞问题.使市场价格信 号能够更加准确地反映真实运行情况、较原先的 4个阻塞管理区的f)t域模型.节点市场模型包含 约600多个发电机 点.能够真实地反映电网拓 扑.实现了市场模型和电网模型的统一 . .ERCOrr节点f 场于20l0年l 2月正式上线运 行,主要包括金融输电权市场、能量和辅助服务 在政策的扶持和高效协同的Jff场运行机制下, 得州的风电企业通过不同时间周期市场的紧密衔 接.从巾K期交易到实时运行策略.不断调整和 优化自身参与I『『场的方案.管控经营风险.使企 业收益最大化,、风电参与电力m场的主要方式包 括:签订远期购电合约、购买金融输电权、参与 日前市场、机组可靠性组合市场、实时市场等 除此以外.ERCOT在短期风电预测、需求侧响 应、绿色证书交易和零售市场巾也采取了相应的 措施.减小弃风最.促进风电消纳、 联合优化的日前市场、可靠性机组组合市场和实 时i]i场 : 划 蓑融 图3得州电力市场总体架构 Fig.3 Configuration of texas electricity market 2得州风电消纳主要市场和运行机制 2.1 电力双边交易 (1)远期购电合约 根据2008年美国风电数 据统计.约70%的风电通过签汀长期购电协议 (power purchasing agreement,PPA),确保所发电 量在未来l5~20年合同期内以协约价格进行出售 PPA是一种远期的电力双边交易.选择签订PPA 1.3弃风得以改善的原因分析 得州的优质风力资源集中在两部.负荷中心 在北部达拉斯、中南部的圣安东尼奥与东南部休 的风电企业将得到长期有效的价格保证.不再受 短期市场价格波动影响 部分PPA在风电项目规 划建设初期既已签订.使风电通过锁定发电价格 来保障未来的收益.有利于得到贷款融资等财务 支持和项目的建设与运营.为促进对新能源的投 入和持续发展提供了动力l5J. .早期.JxL电PPA的购电方一般为电力公司和 售电公司 但是2010年以后.随着用电企业社会 责任意识的加强和风电价格的降低.越来越多的 知名企业开始青睐风电PPA.希望通过消费绿色 电力来实现自身对社会转型的贡献并提升企业品 牌形象,如在沃尔玛、苹果等多家公司都有清洁 电力消费计划和目标 据预测.未来签订风电 PPA的主力将是企业 (2)其他双边电能量交易 风电企业与购电 方还会达成其他类型双边交易.合约有效期从几 小时、数日、月、年不等,按规定的交易电量和 电价成交.规避买卖双方在日前和实时市场面临 的电价波动风险 风电企业和购电方可选择在日 前或实时市场关门截止前通过系统向ERCOT申报 双边交易,但内容不包括交易价格 申报的双边 交易将被视为风电和购电方的金融责任和权利. 与实际的发、用电无关:由ERCOT负责与双方分 别进行结算 (3)差价合约 部分风电企业还会和购电方 签订电力差价合约(eontraet for difference.CFD). 当ERCOT市场成交价格高于双边交易价格时.风 电企业向购电方支付价格差:当市场成交价低于 双边交易价格时 购电方向风电企业支付价格差 这时.风电企业和购电方不在ERCOT申报双边交 易信息.分别以市场价格与市场进行结算 实际 的资金流是双边交易的价格.通过金融对冲.风 电和购电方有效规避了市场价格波动的风险 2.2金融输电权 金融输电权(congestio11 revenue rights.CRR)是 一种电价风险管理工具.为持有者提供规避阻塞 引起的现货市场在发电、用电节点上的电价差的 波动风险【 在ERCOT节点电力市场中.在风电大发的时 间段内.当风电资源聚集的地区出现送出通道约 束受限等电网阻塞.输电线路或变压器等电网元 器件产生影子价格.造成Et前或实时市场在不同 节点产生不同电价 这时.在风电难以送出的得 12 州西部地区市场价格低甚至}¨ 负电价.负甜币 载的受电地区如休斯敦等城市市场价格离 、这种 情况发生时.如果风电签订的双边交易交付点为 负荷侧.风电还需承担运送交易电量的市场阻罐 费用.单位阻塞价格为负荷点和电源点的市场电 价差值..因此.这部分风电倾向于购买金融输l乜 权作为避险工具,事先锁定阻塞费川.舰避 m 场价格不确定性带来的经营风险 、 风电企业在ERCOT i:ti场巾进行实际发电阻求 费用风险管理的策略主要包括2步:(1)在ERCOT 年/月度或双边市场中购买点对点的金融输电权规 避日前市场阻塞费用:(2)在口前巾场 Il购买点对 点责任权来规避实时市场阻塞费州 、…r在(1)lf1 购买的金融输电权在日前市场 fl兑脱.作为持 者.风电将获得日前市场阻塞费片】的收益.川米 对冲在(2)中购买的金融输电权所付的费Ⅲ: 此.如果风电企业持有同一种点对 一 金融输电权. 那么在日前市场的实际资金流为零 利J}J捉 ! 年/月前或双边市场中通过购买的金融输电极. 电规避了实时发电可能面临阻塞费J{j波动的绎仆 风险。 2.3短期风电预测 ERCOT的短期风电预测足指对未来l68 I1的 风电出力进行的滚动预测 接入ER( ()T系统的所 有风电场.负责提供和维护风电场的机绀模 及 参数等详细的静态基础信息以及发电j“力和风 J 情况的运行动态信息的采集 ERCOrr将风电J‘的 所有信息传送给负责开展风电预测的 公・ AWS Truepowerf J 运用地区的天气预洲、 象 模型和概率统计分析等模型算法.葬…风电iI IJ 的概率分布曲线 在ERCOT实际m场运行lI]垠小 只用2个值:一个是短期风电预测(short t nn wind power forecast,STWPF’),指 l1u 洲4所得 lJ 的累计概率分布中50%概率所对应的预测值: ・ 个是(wind—powered generation resou! e Ilroducti(1II potential,WGRPP),指累计概率分布叶I 80%概率 所对应的出力预测值..根据此定义风电实际¨ J 大于WGRPP值和STWPF值的概率分别 80% 50% WGRPP出力预测值小.代表棚埘保守的 情况:STWPF出力预测值大.代表 对乐观的 情况 短期风电预测在ERCOT的丰 川J途包 : (1)计算系统辅助服务需要购买量;(2)确定¨ 干¨ 第7期 王宣元等:美国得克萨斯州风 消纳的市场运 机制及启爰 1 5分钟出力变化概率 60分钟出力变化概率 180分钟出力变化概率 看 嗣 100% —————————————————————] 100%r————————————————————————] 90% 100‘%r————————————————————一 90% 80% 8O% 7O% 6O% 70% 60% 萎50% 40% 30% 20% 10% 0% l8:00 CPT 20:00 CPT22:00 CPT Legend 篓5o% 40% 3O% 20% lO% 婚 0% I8:00 CPT 20:00 CPT22:00 CPT Legend Legend 500MW 图4 ERCOT系统风电出力剧烈变化预警(ELRAS) 】 Fig.4 ERCOT large ramp aIert system(ELRAS) 实时风电运行计划的发电能力:(3)确定可靠性机 组组合市场(reliability unit commitment.RUC)所 需购父的总容量.以及风电短缺容量和补偿RUC 市场?JL ̄H开机成本的费用分摊:(4)计算实时风电 ON指风场能够运行发电:OFF指风场不能够运行 发电 最高发电能力与风电短期 力预测相关, 根据50%概率对应的短期风电出力预测值STWPF. ERCOT对风电日前计划中的最高发电能力进行自 动更新.风电在此基础上根据风机检修安排、受 运行的弃风电量和与实时调度指令基准的偏差量: (5)存运行巾通过对未来6 h风电出力的滚动预 测.计算风电的系统总出力和分地区出力在指定 时段内概率下的变化量.为调度运行提供风电出 力剧烈变化的预警(ERCOT large ramp aleft system, 累停用和降额运行等具体情况.对风电场最高 发电能力进行修正 (2)风电参与日前能量市场 风电町自愿参 与13前市场进行交易 卖电报价l扪线(energy offer curve,EOC)是单调递增的分段线性的市场报价, 最多南l0个报价点组成 在日前市场成交的风电 电量将按照日前节点边际电价结算.同时形成实 时市场的金融责任 根据ERCOT市场实际运行经验.JxL电参与日 前市场卖电的主要动机足规避实时市场价格波动 的风险. 但是.由于风电的日前预测和实时发电 总有一定偏差,需要在实时市场买卖电量来平衡: 而且.随着13前和实时价格的趋同.绝大多数风 ELRAS).以便在适当时增加辅助服务购买需求或 安排渊度预案,罔4为ERCOT系统风电出力剧烈 变化颁警1 、 2.4 日前市场 ERCOT日前市场是集中出清的金融性市场. 市场需求由申报的购电需求组成.而非负荷预测 凶此.机组和负荷可以自愿参与市场 日前市场 的主要目的是在实时运行前为市场成员提供电力 交易的途径.从而进行经营风险管控 ERCOT日 前市场的另一个特色是对能量、辅助服务和日前 金融输电权进行联合优化.同时进行一天内全部 【I寸间段之间的耦合优化来降低总成本.实现市场 的社会福利最大化 (1)风电的日前计划..ERCOT巾风电的日前 运行汁划(day—ahead current operating plan,DACOP) 主要包括风电厂的可用状态和最高发电能力 (high SIIStainable limit,HSL)。可用状态包括: 电选择直接在实时市场卖电 (3)辅助服务市场.大量风电的接入.导致 ERCOT系统对于备用容量的需求增加 其巾.影 响最大的是冷备用(n0n-spin i.eservP).指离线但 是可以在30 min内启动的快速响应机组作为容量 的备用 冷备用在ERCOT运行巾被渊用的主要原 冈之一是用于平衡包括负倚、风电及太阳能发 电的“净负荷”预测偏差一 1 3 调频备Hj的涮用旨在使ERCOT系统的频率 保持在60 Hz[…I 、就风电而 .运行中调用调频 备用来平息风电出力的波动以及弥补实际出力与 调度指令基点的偏差等 现行ERCOT节点市场由 于在市场模型、运行优化上的提升.对系统频率 的控制方面也体现出优势 数据显示.当ERCOT 系统同样面对1 h内风电出力200万kW的变化 时.区域模型下系统频率变化波动区间为±0.08 Hz:而节点模型下系统的频率变化收窄到±0.04 Hz,、如图5所示 ≥ = R 丑 脚 匿 时刻 a)区域模型下系统频率变化 ≥ R 丑 时刻 b)节点模型下系统频率变化 图5 200万kW/h风电出力变化对应的ERCOT 系统频率变化【8】 Fig.5 System frequency variation with wind ramp in ERCOT m风电丽引起的辅助服务购买费用上升曾经 一度引起争论.认为费用增加部分应由』xL电承担 、 但是、得州政府对风电发展的热衷和支持.并且 风电在实时{_If场上降低了实时能量电价从而使用 户受益.因此ERCOT辅助服务容量的购买费用全 部足南负荷侧分摊 2.5可靠性机组组合市场 ERCOT系统的可靠性是通过可靠性机组组合 (RUC)市场来实现的.以保证系统有足够的在线 发电容量来满足负荷预测的需求 在RUC市场 中.ERCOT系统的8个移相器也参与优化计算. 用来缓解I大1西部风电大发造成的送出受限.从 方式上通过优化潮流分布更加经济的解决网络 14 阻塞l1l_l 由于风电出力难以预测.日『j订ERCOT按 50%概率对应的短期风电出力预测值STWPF确定 风电所能提供的容量. 较80%概率对应的短期风 电出力预测值WGRPP.STWPF减少_『系统 ¨ 前RUC容量购买的总需求.从而减少市场I,r靠性 开启机的总成本 由于ERCOT系统 线不断检测 “净负荷”预测需求.随时间的临近Jx【电的 期颅 测也会更加接近真实值..在此期问.当发现在线 容量有可能不足以满足“净负荷”预测的情况. ERCOT有权启动小时前RUC(HRUC).购 额外 容量从而确保系统的可靠运行 , 在结算中.ERCOT用值较小的80%慨率对J1 的短期风电出力预测值WGRPP计算风电厂 f叮信 容量和容量短缺所需支付的费用.从l 要求风 较传统机组承担更多的RUC容链{j!l:『 义务 2.6 实时市场 实时市场的核心是考虑安全约 的经济州搜 (security—constrained economic dispat(・I1,SCED) 在实时运行中.与能量管理系统EMS l卡Il 合.地l 过对发电机组的实时 度.保证系统实It寸发川 平衡和在规定的极限中运行, 同时 小化电 川 产成本 1。 ERCOT实时市场的运行周期为饵5-, in・次. 对发电机组下达实时最优调度指令, 川『J1f.EMS 的负荷频率控制模块每4 S运行一次.州川J系统 调频备用容量.进行发用电平衡来纠 际频卒 和系统基准频率60 Hz之间的偏差 较早期区域模型中的分 报价 I“1消.ER(:() r 现行的实时市场是节点边际电价模 .按饥纰进 行报价和出清的节点模型在解决电刚 察厅 加高效和经济.5 min一次的运行删期较原允的 15 min对机组的m力点和潮流信息等 为准确 因此.实施节点市场初期.ERCOrr运行数据 爪 系统的弃风电量有了减少 2.6.1 风电参与实时市场 风电的运行燃料成本为零.较传统机小住 时市场安全约束的经济调度巾 现fII绝对的毙/『| 优势 在ERCOT实时市场巾.风电nr以选择r1报 价或者不报价 、选择自报价的风电.一般采Jj Jli 场价格接受者策略.申报“零”价成“饥”价. 成为实时市场最优先调度的资源 选择/f 十l《价的 电.ERCOT实时市场系统会 动 ㈠茂代理搬价 第7期 王宣元等:美国得克萨斯州风电消纳的市场运行机制及启示 蓄 豳 曲线.默认申报价格为ERCOT系统报价下限 (price floor),即250美元/(MW・h),确保风电可 以在电网安全的运行状态下最优先调度 当用电负荷较高需要由系统中的风电和常规 电源同时供给满足时.常规电源为边际机组决定 市场统一出清价格,风电为价格接受者。此时. ERCOT实时市场的价格为正电价.系统中所有的 发电机发电有收益 在负荷低谷时段.系统出现 调峰困难时.此时ERCOT实时市场会出现零电价 甚至负电价.系统中所有的运行发电机不仅不能 得到收益.而且需要向少发电的电源和负荷付钱 这其实是一种合理的现象.当系统发生调峰困难 时.没有电源自动响应调峰的需求.因为要进行 深度调节甚至停机再启而造成额外成本.市场的 负电价作为一种经济上的补偿和激励措施.激励 传统电源参与调峰.鼓励负荷资源进行用电.促 进新能源最大可能性的消纳 2.6.2 实时电网阻塞管理 ERCOT实时运行中阻塞管理也是实时市场 SCED优化的一部分 通过优化计算.SCED会在 机组出力安排上考虑电网约束.以最优先安排负 报价的风电发电为目标.优化潮流分布.解决阻 塞 SCED优化结果中市场价格包括每个节点的边 际电价(1ocational marginal price.LMP)以及对阻 塞产生影响的电网约束的影子价格 这时.送出 受阻的风电电源点的节点边际电价会低于不受阻 的节点.带有双边合同的风电给负荷点送电需要 支付阻塞费用.价格为两节点的节点边际电价 差值 因此.风险规避型的风电会在事前购买金 融输电权来管理实时阻塞电价不确定引起的经 营风险 2.6.3 实时弃风管理 引起ERCOT系统弃风的主要原因包括电网阻 塞及负荷低谷时段和风电出力剧烈的变化时的系 统调节困难 ERCOT要求风电场出力变化控制在 每分钟不超过额定容量的1O% 图6为得州电力 市场弃风情况ll4] 实时市场SCED优化软件通过计算得出是否 需要风电降出力运行.并将弃风标志发送到相应 风场.同时发送下一个调度周期的出力基准值 当风电接到弃风标志时.风电需要将最高发电能 力由不弃风时的出力遥测值改为预测值.供SCED 进行后续时段优化计算使用 5 000 4 000 弃风电量 . jI_jIll鱼 , IL .,. 血 ≥ ”'¨ 聪Io lj 『l ll ’ 卖时市场负电价 10 20钛 il价格低于.5o美元/3O j】1】< 的电钟不显示 (MW h)一 40 =一 2012 50 年份 图6得州电力市场弃风情况 Fig.6 Wind curtailments in ERCOT 由于风电在实时市场的报价特性,实时市场 SCED在优化计算中通过“减出力有收益”来激励 传统机组少发电.“用电有收益”来激励负荷资源 多用电的负电价激励调峰空问的释放 因此。调 度结果可以理解为以系统弃风量最小化为目标。 用市场价格的信号激励电源和负荷侧共同参与调 峰.使系统能够最大限度利用输电网络进行风力 发电。 由于ERCOT在风电实时计划(预测)出力中根 据风机检修安排、受累停用和降额运行等具体情 况.对风电场最高发电能力进行修正,因此 ERCOT统计的弃风量是指非风场自身原因的真正 由于系统运行消纳造成的损失电量 2.6.4实时出力与调度指令的偏差 当实时运行中发生弃风时.若风电不按照调 度指令消减出力.很可能受到偏差考核 ERCOT 准予风电的出力偏差为10%.较常规机组5%更 为宽松 市场的结算规定对于在弃风时段,当风 电多发超过10%以上的量进行实时基准偏差考核, 对少发的风电不予考核 2.6.5实时电价稀缺机制 ERCOT是一个纯能量市场.没有容量市场 由于这些年风电的大量接人.造成批发市场电能 量价格降低.传统火电机组的收益受到影响 因 此.ERCOT在实时市场中实行了稀缺定价机制, 根据实时运行备用需求曲线(operating reserve demand curve.ORDC)计算实时备用价格增量, 从而在系统备用低时对传统机组进行一定的经济 激励。 2.7 ERCOT需求侧响应 2016年.ERCOT系统共有238个负荷体注册 参与需求侧响应.总计容量3 253 MW.约为 ERCOT最大负荷的5%[151 ERCOT的需求侧响应 主要包括:负荷资源、提供紧急备用的可中断负 荷(约880 MW)以及输配电公司负荷管理项目 负荷资源町以参与ERCOT市场.提供相应的 市场服务 在辅助服务旋转备用中.ERCOT允许 购买总容量的50%(约1 300 MW)可由负荷资源 提供 在日前和实时市场中.取得相应资格的负 荷资源可以参与市场报价和出清 部分大用户在 日前市场进行报价.当市场价格达到预期时被出 清.即安排第2天在相应时段增加或减少企业生 产.从而向ERCOT系统提供额外的系统调节能 力,有助于风电的消纳。在实时市场中.目前有 约50 MW的负荷报价.通过智能终端控制进行实 时用电的调节 2.8零售商在低谷风电消纳的积极作用 得州是美罔电力零售市场改革最为成功的州. 包括居民在内的约700万用户号实现了自由切换 和选择售电公司.占终端用户的75% 由于 ERCOT批发l{『场在风电大发的后半夜电价低甚至 部分时段为负电价.得州的零售商们根据在批发 市场优化购电策略和管理购电组合.将发电侧的 电价信号有效地传导到用户侧.促进用户侧在低 谷帮助系统调峰 例如为用户提供包括00:00— 06:00免费用电的低谷套餐.激励了很多中低收入 家庭在后半夜的用电行为.提升了系统对风电的 整体消纳能力. .2.9风电的绿色证书交易 得州是美国最早实施可冉生能源配额制 (renewable port ̄lio standard,RPS)的州之一. 1999年得州政府通过参议院7号法案SB7.要求 得州在2009年实现可再生能源装机200万kW. 并强制电力零售商按比例分摊配额制义务 电力 零售商可通过购买绿色证书来实现其配额值的要 求 南于得州在2005年超前完成了2009年的可 再生能源发展目标.得州在2005年制订了2015 年可再 能源装机达到588万kW和2025年突破 1 000万kW的目标I J 这2个目标都已经在 2007年和2009年被分别超前实现 因此.得州 的绿色证书其实没有为发展新能源起到太多促进 作用。 ERCOT是绿色证书交易市场的管理者.负责 对交易参与方的登记认证.对绿色电力的生产认 证、销售、转让、购买和到期等情况进行登记。 由于得州的风电装机一直超过配额制的要求.得 州绿证市场价格很低.基本起不到激励风电发展 的作用 16 3对中国的启示 3.1 建设风电配套送出通道是提高新能源消纳的 首要条件 得州可再生能源竞争区配套68亿美元的电 建设大大减少了得州(特别是其两部地区)的弃风 现象 中国应结合风电基地的发展规划.持续 展科学的电网运行预测分析和电网通道建设规划. 加快特高压等清洁能源送出通道的电网建设. .时应积极推动电力系统的统一规划.保证风电年11 电网的协调发展 同时.ERCOT燃气电源装机占比较高.系统 运行灵活性较高 中国随着风电快速发展.膻考 虑建设一定的抽水蓄能等灵活电源和储能.以及 对北方供热机组的热电解耦.保证电源侧的灵活 调节能力 3。2 有效的市场机制产生有效的市场价格信号。 激励电源和负荷调节潜力的释放 在ERCOT日前和实时市场中风电的“零”报 价和“负”报价反映了风电发电的意愿: 系统 调节困难时段形成的市场“负”电价反映I,系统 对调峰服务的需求.以及对提供系统运仃需求的 电源和负荷的经济激励 凶此.有效的『 场价格 信号激励着电源和负荷侧调节潜力的释放.许按 运行需求进行调峰、开停机、增产川电等 为. 提高系统的灵活性、可调节性从l『l『提列 对清沽能 源的整体接纳能力 有力提升系统埘清消能源的 整体接纳能力 中国的风电上网电价包括了比例较高的政府 补贴,同时又有保障性收购年利用小时数的要求 、 冈此.在保障性收购基数内的电量. 电企业没 有参与市场的积极性.无法形成真实的价格信 来反映电网的实际运行需求.从而导致系统常规 能源缺少动力参与系统调峰 同时.E1 Iji『多数电 力直接交易仍为电量交易.不区分电力商 住小 同时段的真实供求关系.无法激励川户的用电行 为与电网需求趋同 因此.中国对新能源的补贴机制成 快和I¨ 场价格分离.借鉴每发一度电的补贴机制 其余 发电收益市场化,形成不扭曲、反映系统运行时 真实供求关系的市场价格信号.激励传统电源以 及负荷侧的发、用电行为.真正有效地改辫系统 运行和调节能力 近期.基于新能源发电价格市场化的前提下. 电源与电网实际能力相匹配:中远期.中国现货 市场的市场模型和价格机制应选择基于节点边际 在风电消纳困难的地区.形成风电、传统电源以 及负荷联动的市场化价格和运行机制.建议本着 “谁受益、谁承担”的原则开展调峰辅助服务补 电价的市场体系.更有利于反映真实的运行情况 和不同节点的准确供求关系.以及反映中国客观 存在的电网建设滞后于电源建设的现实情况 节 偿,鼓励常规电源参与深度调峰.风电主动弃风 参与系统调峰也获补偿:进一步挖掘负荷侧潜力. 推动清洁供暖、电能替代等增量负荷参与消纳: 加大跨省跨区新能源消纳市场化机制.通过资源 互补扩大消纳范围.促进消纳能力 同时.在新能源富裕地区.发电侧尽快实施 在中长期交易中规定交易电力曲线.包括按时段 的报价、出清、发电计划安排和偏差考核。通过 不同时段的价格信号激励电源侧的发电和市场化 大用户的用电行为符合系统接纳新能源发电的运 行需要。 中远期.建立现货市场或实时平衡机制.用 实时的价格信号可以更加准确地反映电网实时运 行的状况和需求.实时平衡新能源出力的波动性 和预测偏差.满足系统实时电力平衡需求 借 鉴ERCOT初期市场模式.在现货市场建立初期实 行在计划和双边交易基础上的部分电量优化及能 量平衡机制.然后逐渐过渡为全电量优化模式. 确保现行的电量计划体制能够平稳向市场化机制 过渡。 3.3 电力市场的设计要以电网安全为前提 无论是在“垂直一体化”的传统电力管理模 式,还是在“管住中问、放开两头”的改革后电 力市场的竞争模式.电网的安全可靠运行是基础 ERCOT按照系统运行的实际需要.在日前和日 内.可以重复启动辅助服务市场和机组可靠性组 合市场购买备用容量和开启机.来确保系统有充 足的电网运行备用和满足负荷需求的在线机组容 量 同时,针对由于网架存在的薄弱环节导致运 行中的送出瓶颈现象.ERCOT及时地选择了从电 力市场区域模型到节点模型的必要转型 在中国电力市场建设中.必须有类似备用市 场和机组可靠性组合市场等机制来保障运行安全. 按照电网运行的需求安排备用和开停机.保障系 统运行的安全裕度和实时运行的电力平衡 ERCOT市场的节点边际电价信号在风电企业 对风电场的建设选址起到了引导的作用.用市场 价格的无形之手调节着风电并网与电网建设相协 调。近期,应加强风电的科学有序并网管理,使 点边际市场电价机制产生的价格信号能够体现输 电通道的经济性和投资建设的必要性.用来引导 企业对电源点的投资和建设选址.且在运行中能 够更有效地解决电网阻塞 3.4 电力市场应系统设计、分步实施 得州风电企业的运营收益可以通过长期购电 协议(PPA)、双边交易+电力差价合约(CFD)、金 融输电权-4-日前市场和实时市场的电能出售.配合 以生产税抵免(PTC)以及配额制下的绿证交易. 这种系统设计.分步实施的做法逐步构建完整交 易周期的市场体系和必要的电力金融衍生品.提 供企业经营管理途径和市场风险的管理手段 从 经营上减少对风电电源投资的经营风险.保障了 清洁能源的可持续发展 中国的电力市场建设刚刚起步.从中长期交 易到现货市场.从物理交易到电力金融衍生品. 需要系统化整体设计市场机制.由简到繁分步实 施.利用各个市场的功能互补性和衔接配合来满 足电网运行的安全和经济性:同时为市场成员提 供企业经营管控和风险规避的手段 市场设计既要符合地区经济和能源发展规划. 更要尊重网架结构、运行特点、电源结构、负荷 特性等电网物理属性 从得克萨斯的绿色证书交 易来看.可再生能源配额制远远落后于实际风电 的发展.绿色证书的交易并没有真正起到促进本 州新能源发展的作用 因此.在中国应尽快制定 合理的可再生能源配额制目标和机制.作为绿色 电力证书交易的支撑.从而开辟市场化的渠道对 新能源电源进行补贴.缓解国家可再生能源补贴 的资金缺口 借鉴国外风电PPA的机制.中国可建立新能 源与企业的长期购售电机制.借力于企业对绿色 发展的需求促进新能源的可持续发展.并在市场 环境中为购售双方提供企业经营成本和收益管控 的途径。 同时.随着中国中长期市场交易的广泛开展. 应加快对电力金融衍生品交易的研究.如电力远 期金融合同、电力期货和期权交易、电力差价合 苗 中国电力 第50卷 同等.为市场成员提供企业经营管理途径,促进 电力市场交易量增长.提高市场的流动性.使得 电力交易的价格信号更趋有效 中远期.在建立节点边际电价模型的现货市 场的同时.必须同步配套建立金融输电权市场, 为市场参与者提供必要的市场价格的风险的手段. 避免面临经营财务风险敞口 3.5 电力市场建设应统筹考虑调度和交易业务的 需要进行系统设计 得州ERCOT的市场交易的人员会在调度大厅 中工作.调度人员会深度参与电力市场规则的制 定.将电力市场运行与实际调度运行紧密结合。 从而确保电网的安全稳定运行 随着中国电力市场建设的推进.必将使交易 和调度的关系变得更加紧密.相互依赖 所以. 在市场建设的机制和规则设计中.应统筹考虑调 度和交易业务的需求.进行系统设计.提升调度 和交易精细化水平[171 从而提升电网安全稳定运 行下的经济性, 同时.尽快加强对市场结算规则和机制的研 究和细化..市场结算是体现市场成员利益分配和 调整的手段.是电力金融市场的兑现渠道,是落 实交易计划和调度指令的抓手 调度运行和市场 规则告诉市场成员应该做什么.但市场成员是否 遵守和其行为是否有利于系统运行.都在结算中 体现为其经济利益.因此结算规则需要实现奖罚 分明:用“事前指令、事中跟踪、事后算账”的 闭环机制促进市场成员的遵规履约.同时合理的 市场结算也会减轻电网的调度运行压力 4结语 近年来.随着风电装机的飞速增长.中国弃 风问题只益突出 、电力市场也处于建设进程中. 需要做好系统设计 本文梳理和总结了美围得州 风电消纳采取的市场化机制,分析了风电参与电 力市场的方式.提出了得州市场对巾国风电消纳 的启示.希望就中同电力市场设计和电力市场化 设计改革进程与读者共同深入探讨 参考文献: 【1 J ERCO_r.ERCOT quick facts【EB/OL].(2017—05—17)[2017-06‘05]. 1 8 http://www.ereot.com/eontent/wc,ndisl ̄1 14739/ERCO rQui{k—l HI:is一 51517.pdf. 【2】WOODFIN D.Wind forecasting at ERCOT IEB/OI 1.(20|6—113—30) [2017—06—051.http://www.sewimllorg/images/fact—sheets/El/CO_r_l WindForecastingand—Integralion.pdf. 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Conference on Decision and Control fCDC).2012:2395—2400. (责任编辑Operation System of Active Distribution System Considerring Active Demand and Sale Market LIU Xiaojie ,SU Xiaolin ,YAN Xiaoxia ,wu Fujie ,ZHANG Chao (1.Shanxi University,Taiyuan 030013,China;2.Shanxi Electric Corporation ofSGCC,Taiyuan 030000,China) Abstract:With the increase of demand response resources and the introduction of bilateral interaction in the power sale market,the active distribution system and corresponding operation framework is required.Based on the analysis of characteristics of various generalized demand response resources,and with combination of the future power sale market features such as pluralistic players and diversified modes,the aggregation agent of consumer resources is proposed to integrate the demand response ability within user agent areas,and to respond to the operation and scheduling demand of distribution network.A three—layer architecture and operation organization system is developed of active distribution system consisting of power sale companies,aggregation agents and response consumers,which is suitable for smart grid construction and power market development requirements.And the function,profit model and synergetic mechanism of nlain entities in the system are analyzed and designed. Keywords:generalized demand response resources;active response;power sale market;active distribution system;operation framework ・—+-.”——+..“——+_一”+”— 一”—+一“—+一”+“+“+”+”+”+”+”+”+”—・卜”+・・+・・+”+”+”+”+・ (上接第18页) WWW.ereot.eom/eontent/were/currentguides/53528,O6—0601 17[16]ERCOT.Current protocols‘sectionl4:state of texas renewable energy credit trading program[EB/OL].(2016—04—12)[2017 06一 o5j.http://www.ereot.eomlcontent/wem/current_guides/53528/1 4_ 041216Noda1.doc. ~Noda1.doc. [14]EIA.Fewer wind curtailments and negative power prices seen in texas after major grid expansion [EB/OL].(2014—06—24) [2017—06一l4]:https://www.eta.gov/todayinenergy/detail.php?id= l683】. [17]王坤,李林川,孙倩.含大规模风电的电力系统优化渊度模型 [J].中国电力,2014,47(3):37—41. WANG Kun,LI Lincbnan,SUN Qian.Optimal dispatching model of power systems integrated with large—scale wind power[J]. Electric Power,2014,47(3):37—41. [15]ERCOT.Load participation in the ERCOT nodal market[EB/OL]. f2015-04—23)[2017—06—05].http://www.ereot.eom/eontent/serviees/ programs/load/Load%20Participation%20in%20the%20 ERCOT% 20Nodal%20Market 3 02 dnc (责任编辑辛培裕) Market Mechanisms for Wind Generation in ERCOT Market and the Inspiration or fChina WANG Xuanyuan ,MA Li ,QU Haoyuan (1.Jibei Power Exchange Center,Beijing 100053,China;2.State Grid Energy Research Institute,Beijing 102209,China) Abstract:Texas is the state with the largest installed wind power capacity in the US.The ISO of Texas,ERCOT(Electirc Reliability Council of Texas),was once faced by challenges of integrating large—scale wind power.In 2009,ERCOT’s wind curtailment maehed 1 7%. Through grid investment and Texas’s Nodal Market putting online,wind curtailment has dropped signiicantfly in ERCOT system,with average annual rates below 2%in recent years.This paper mainly focuses on market mechanisms and operational improvement that ERCOT has adopted to integrate wind resources.In the end,this paper proposes suggestions for China’s electricity market reform and development on wind power integration. Keywords:ERCOT;wind power consumption;wind curtailment;electircity market 27