基于性价比的AGC服务优化方法

姚鹏，杨轶雷，韦立，张靠社

（1.重庆市电力公司綦南供电局，綦江401420；2.西安理工大学水利水电学院，西安710048）

基于性价比的AGC服务优化方法

姚鹏1，杨轶雷1，韦立1，张靠社2

（1.重庆市电力公司綦南供电局，綦江401420；2.西安理工大学水利水电学院，西安710048）

为促进AGC服务交易业务的发展，结合某电网AGC服务管理实际，分别对电量、AGC服务优先以及两者协调优化3种模式下的系统总费用情况进行了研究。在对AGC服务进行调配时以性价比为依据，把AGC服务的上下调节分开，基于层次分析法AHP综合考虑AGC服务调节性能、容量价格与电量价格及其在电网中的位置等因素，确保了方法的效能。算例表明，采用电量和AGC服务两者协调优化模式，不但能保证电力系统的安全性，而且能提高电力系统运行的经济性，较之单纯以电量或AGC服务优先更具优越性。

费用；AGC服务；层次分析法；调配；性价比

在现代电力系统中自动发电控制AGC（automatic generation control）服务可调容量的大幅增加为电力系统安全、优质运行创造了良好条件。然而由于AGC服务市场与电量市场的强耦合性，AGC机组较其他机组除增加额外设备外，提供AGC服务时以牺牲部分发电效益为代价，同时还要增加额外运行成本，这些成本将对整个电力系统的运行成本有着重要影响[1，2]。在电力市场环境下，发电公司与电网公司分离，成为各自独立的经济实体，AGC的目标转变为在保证安全、可靠、及时地调节频率（或ACE）前提下，使系统经济性最优。同时随着电力市场及其技术支持系统的不断发展和完善，各发电公司在最初的电量竞争基础上，逐步将竞争重点放到辅助服务的质量和价格竞争上。如何使AGC服务市场与电量市场总的经济效率最高，是电力市场化进程中不得不解决的问题。

文献[3～8]在选择AGC服务时对容量价格与性能以及调节速率等因素综合进行评估。系统备用的需求受负荷、发电机的密度及位置、发电机数量与容量大小以及其故障率等因素的影响。在电力系统暂态过程中，随着参与负荷频率控制服务数量的减少，系统的频率偏差将增大，且系统恢复时间变长。作为特殊备用的AGC服务应尽可能地使其分布合理，点多面广，为此，本文结合某电网AGC服务管理实际，提出了基于层次分析法AHP的、同时考虑AGC服务调节性能及其在电网中位置、价格等因素的AGC服务调配方案，并在此基础上，分别对电量和AGC服务优先以及两者协调优化3种模式下的系统总费用情况进行了研究，算例分析表明，采用电量和AGC服务2者协调优化模式，不但能够保证电力系统的安全性，而且还能够提高电力系统运行的经济性。

1 AGC服务的调配模型

在理性市场环境下，高质量产品一般价格较高。系统运营者总希望以最小成本满足系统需求，以低价购买高质量的产品，所以在进行市场机制的设计时需要平衡这对矛盾，同时考虑性能和价格两方面的因素，提高效率、优化资源配置，促进电力工业的可持续发展。AGC服务市场与电量市场最大的差别在于：其市场是单一的买方市场，这是由其对付随机事件的特点决定的，因此必须实施集中管理和统一调度才具有市场效率和社会效益。为此本文以性价比为依据对AGC服务进行集中调配，性价比Ki的计算公式为

式中：Kri为服务i的综合调节性能；Kci为服务i的综合调节价格。

1.1 综合价格的求取

（1）对于上调服务由于要预先留一部分容量以供系统调用，所以需要报容量价格以弥补其容量和机会成本等，即

式中：ρri为AGC服务i容量报价；ρdi为AGC服务i电量报价；xi为AGC服务i被调用容量占其服务容量比例。x值可根据AGC服务以往参与AGC调节的表现以及电网实际运行情况，并结合调度运行人员的实践经验来确定。

（2）对于下调服务由于其容量成本已在电量市场上取得回报，机组的磨损、机会等成本均可纳入电量成本中，所以只需报电量价格，即

1.2 基于层次分析法AHP的综合性能指数

对于AGC服务性能来说，瞬时价值是其主要特点，故在此考虑其响应速率、响应延迟时间、响应精度以及AGC服务在电网中位置等因素，用层次分析法AHP把以上各性能指数综合起来作为AGC服务的综合性能指数，其模型为

式中：Kvi为服务i的调节速率指数；Kti为服务i的响应延迟时间指数；Kji为服务i的调节精度指数；Kpi为服务i的位置指数；vi为服务i的调节速率；Ti为服务i的响应延迟时间；Ji为服务i的调节精度；为服务i的网损微增率；v、T、J为常数，作用是把各指标归一化，使其具有可比性；α、β、λ和θ分别为调节速率、响应延迟时间、调节精度、位置指数的权重因子，用AHP求取，不同权值可以为市场提供不同的经济信号。

2 电量和AGC服务市场优化模型

EMS每5 min执行一次预调度，考察所有非AGC机组和AGC服务的功率变动及相应时刻的频率值，确定系统AGC容量和调节速率需求量；根据各自的投标容量、运行限值和发电出力计划等计算服务实际容量，分别以电量和AGC服务优先以及两者协调优化3种模式确定各自中标容量，直到满足电量和AGC服务市场需求。在二者协调优化时，在满足各种约束条件下，优先使用性价比高的AGC服务，确保系统的安全性和经济性。

对于上调服务其优化模型为

对于下调服务其优化模型为

式（10）和式（11）表示电网公司支付费用最小，对于非AGC机组只考虑电量市场；约束分别表示所有被选定AGC服务的调节容量之和大于需求值与所有被选定的AGC服务的调节速率之和大于需求值以及机组自身约束。

3 算例分析

基于AHP原理和某电网实际，AGC服务各项指标重要程度依次为：AGC服务在电网中位置、响应延迟时间、调节速率及调节精度指数，构造的判断矩阵为

由式（12）可得α＝0.23，β＝0.27，λ＝0.20，θ＝0.3。

表1和表2分别为AGC服务和非AGC机组的经济、技术等参数，表3为系统在不同的电量和AGC服务需求下，以电量和AGC服务优先以及二者协调优化3种模式下的系统总费用情况。

表1 AGC服务参数Tab.1Parameters of AGC service

通过对AGC服务经济、技术数据分析表明，以性价比为依据进行AGC服务调配时，无论上调还是下调，其费用不仅比按性能调配时小，同以价格为依据的费用相当，而且以性价比为依据进行AGC服务调配能使AGC服务的调配更加合理，使系统失稳风险和整体运行成本降低。如：上调服务B和C中性能指数均为0.93，但B在价格上的优势使其作为上调服务的首选；同样上调服务P性能较差，但其在价格上的优势使其具有较大竞争优势，把其与性能和价格均占优的服务A、B、C等组合在一起，无论是对系统安全性还是经济性，其好处是显而易见的；同样，下调服务M具有与上调服务P相似特性，而下调服务J虽然性能较好，但其价格较贵，其竞争力不及性能最差的服务G。由表3可看出，在基于性价比的AGC服务优化中，以AGC服务优先时，系统电量和AGC服务总费用最大，对于上调优化电量价格较低的非AGC机组T直到所有AGC机组被调用后才被调用，下调优化只有负荷不小于5 300 MW时电量价格较低的非AGC机组T才会被调用。而以电量优先和两者协调优化时，两者总费用相差不多，但前者不能保证有足够的调节能力来保证系统安全性，如当系统需要S＝2 890 MW，S＋＝210 MW时，以电量优先的交易模式只选择性能和价格均不占优势的D、E机组作为AGC服务，而以两者协调优化时优先选择了AGC服务性价比较高的A、B、C机组确保了系统安全和经济性。同时从表3还可看出，在系统容量不足时，无论上调还是下调服务采用3种优化模式均无法有效提高系统运营的效率。

表2 非AGC机组经济技术参数Tab.2Parameters of non-AGC units

表3 不同优化模式费用的比较Tab.3Comparision of cost with different optimization models

4 结语

本文结合某电网AGC服务管理实际，在基于性价比的AGC服务优化中，分别对电量和AGC服务优先以及两者协调优化3种模式下系统总费用情况进行了研究，算例分析表明，采用电量和AGC服务两者协调优化模式，不但能够保证电力系统的安全性，而且还能够提高电力系统运行的经济性，较之单纯以电量或AGC服务优先更具优越性。

[1]Eric H，Brendan K.Costs for electric-power ancillary services[J].TheElectricityJouroal，1996，9（10）：26-30.

[2]路轶，肖岚（Lu Yi，Xiao Lan）.CPS标准下的AGC机组辅助服务定量评估（AGC quantitative assessment of unit ancillary service under control performance standard）[J].电力系统及其自动化学报（Proceedings of the CSU-EPSA），2009，21（3）：102-105.

[3]Kumar J，Kah-Hoe Ng，Sheble G.AGC simulator for price-based operation.I.A model[J].IEEE Trans on Power Systems，1997，12（2）：527-532.

[4]林万菁，刘娆，李卫东，等（Lin Wanjing，Liu Rao，Li Weidong，et al）.发电侧电力市场下的AGC容量确定与机组选择（AGC requirement determination and unit selection in the generation market）[J].电力系统自动化（Automation of Electric Power Systems），2004，28（19）：17-21. [5]李端超，江山立，陈嘉庚，等（Li Duanchao，Jiang Shanli，Chen Jiageng，et al）.AGC机组调节效能定量评估与补偿方式研究（Quantitative evaluation of regulation efficiency of generating sets with AGC and study on the compensation modes）[J].电网技术（Power System Technology），2001，25（8）：15-19，44.

[6]肖宝玲，赵庆波，童光明，等（Xiao Baoling，Zhao Qingbo，Tong Guangming，et al）.我国电力AGC辅助服务市场的竞价交易模式探讨（Discussion on the pattern of competitive trade in the AGC ancillary service market）[J].现代电力（Modern Electric Power），2004，21（2）：81-86.

[7]吴集光，刘俊勇，宋卫平，等（Wu Jiguang，Liu Junyong，Song Weiping，et al）.市场环境下评估AGC机组参与辅助服务方法研究（Research on assessing methods of AGC generators in ancillary service under market environment）[J].中国电力（Electric Power），2006，39（3）：40-44.

[8]李卫东，吴海波，武亚光，等（Li Weidong，Wu Haibo，Wu Yaguang，et al）.电力市场下AGC机组调配的遗传算法（Application of genetic algorithm to AGC service dispatch in a deregulated power system）[J].电力系统自动化（Automation of Electric Power Systems），2003，27（15）：20-24.

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

姚鹏（1978—），男，硕士，工程师，从事电网运行管理与电力市场领域工作。Email：xyzyaopeng@126.com

2011-12-20；

2012-04-12

杨轶雷（1975—），男，硕士，工程师，从事电网调度自动化等方面工作。Email：491870594@qq.com

韦立（1983—)，男，硕士，工程师，从事电网运行管理工作。Email：17750885@qq.com