本文是一篇电气自动化论文，本文所提出的调度策略主要是协调调度源荷两侧优良的调峰资源参与调峰辅助服务市场，并对市场竞价机制、定价方法、出清流程等方面进行理论探讨，显著改善了电力系统的调峰能力，有效提高了风电并网规模，为解决我国风电高比例并网所产生的调峰压力问题提供了一种借鉴思。
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
近年来，我国经济飞速发展，对煤炭、石油、天然气等常规能源的消耗也逐日增加，造成CO2的大量排放[1]，使得能源与气候危机成为我国乃至世界各国所面临的主要挑战。为解决气候问题，我国提出“碳达峰、碳中和”的工作目标，并将其作为我国“十四五”污染防治的主要任务。电力行业碳排放量占全国碳排放总量的40%以上，是CO2最主要的排放源[2]，因此，电力行业的低碳转型刻不容缓。
风电等可再生能源无碳排放且发电成本低[3]，因此，大力发展以风电为主的可再生能源发电形式，使其成为电量供应主体，是现在乃至未来一段时间做好“双碳”工作的重要举措。但风电具有较强的随机性与反调峰特性[4]，其大规模并网给电力系统调峰带来了巨大的挑战，并导致电网弃风问题频发，对电网安全运行造成较为严重的影响[5]。在资源配置由计划向市场转型的进程中，为促进风电等可再生能源消纳，提升电力系统运行灵活性，必须依托大电网、构建大市场[6]。并且《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》提出要坚持市场化改革，着力构建主体多元、竞争有序的电力交易格局。事实上，强化调峰辅助服务市场建设是目前电力系统提高调峰灵活性，解决调峰压力的主要手段[7]。因此，亟需探索调峰辅助服务市场提升电力系统调峰灵活性的新途径。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 碳捕集电厂调峰研究现状
在实现碳达峰目标之前，以常规燃煤电厂调峰或以改造后的碳捕集电厂进行低碳调度等方式，是现在乃至未来一段时间电网调峰的主要手段。目前，国内外学者对碳捕集电厂已经进行了大量研究，主要集中在碳捕集电厂的运行原理、灵活运行方式与机理、调度策略、调峰特性以及提供电力辅助服务的潜力等方面。
文献[21]对碳捕集电厂运行特性进行分析并建立碳捕集电厂运行模型，验证了碳捕集电厂具有卓越的负载跟随能力。文献[22]探究了装设储液罐的碳捕集电厂内部能量流与运行机制，分析了碳捕集能耗的能量时移特性，证明了储液式碳捕集电厂具备优良的调峰性能与低碳特性。文献[23]将碳捕集电厂分流式运行方式与储液式运行方式相结合，提出了碳捕集电厂综合灵活运行方式，并且对各种运行方式对应的电碳特性进行分析，结果证明了综合灵活运行的碳捕集电厂具备更大的净出力范围，调峰能力进一步提高。文献[24]引入碳捕集电厂作为调峰主体，详细分析了碳捕集电厂的调峰效益并绘制了电力系统调峰成本曲线，为电网调整调峰电源出力顺序，降低系统调峰成本提供参考。此外，由于碳捕集电厂具有灵活的运行特性，目前已有学者论证了碳捕集电厂具备提供调峰辅助服务的潜力[25-26]，可使碳捕集电厂作为调峰辅助服务市场参与主体具备理论依据。
综上所述，与常规燃煤电厂相比，碳捕集电厂具有良好的调峰性能与低碳特性，能够平抑风电等可再生能源的出力波动性，缓解电网调峰压力。并且，当前我国正处于低碳电力的转型期，风电装机容量不断增大，而常规燃煤机组作为电力系统提供供电需求的基础机组，短时期内无法被取代。
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第2章 市场环境下电力系统灵活性调峰机理分析
2.1 市场环境下电力系统源荷两侧调峰原理分析
2.1.1 碳捕集电厂调峰性能与低碳特性原理分析
根据捕集CO2的原理及流程的区别，碳捕集电厂主要分3类：富氧燃烧捕集、燃烧前捕集和燃烧后捕集。由于燃烧后捕集技术原理简单，适应性与操作性强，成熟度高，故本课题均以燃烧后碳捕集电厂为研究对象。燃烧后碳捕集电厂不改变原有的发电流程，对已有的电厂有良好的继承性，在传统燃煤电厂中加入碳捕集设备即可对运行中产生的CO2进行捕集，避免CO2直接排入大气，具备较好的低碳性。同时，燃烧后碳捕集电厂可通过灵活运行方式调节CO2捕集量，进而使得该电厂净出力灵活性更高、范围更大，具备优良的调峰性能。
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2.2 市场环境下电力系统源荷两侧灵活性调峰机理分析
2.2.1 碳捕集电厂灵活性调峰机理分析
本节调峰灵活性策略是通过引入灵活运行方式的碳捕集电厂提供调峰辅助服务替代常规燃煤电厂调峰。灵活性调峰运行策略如图2-5所示，图中方式I为常规燃煤电厂调峰的调度方式，方式II为碳捕集电厂灵活性调峰的调度方式。碳捕集电厂通过压缩净出力响应调峰需求，这既可促进风电并网，又可避免常规燃煤电厂深度调峰产生大量CO2[42]，因此具备低碳性；由于碳捕集电厂调峰损耗小，故相较于常规燃煤电厂提供调峰辅助服务，碳捕集电厂所需的补偿价格更低，同时保证了电力系统经济性。
虽然碳捕集电厂提供调峰辅助服务会造成部分发电侧输出功率无法上网，但增大碳捕集能耗响应调峰可降低碳排量，故可利用碳捕集电厂调峰与碳减排存在正相关的关系参与碳交易市场获利，以此弥补调峰损失，进而提高调峰积极性。
首先分析低碳性，对于风电因素，方式I与方式II响应调峰辅助服务均可促进风电上网，进而提高低碳性；对于调峰因素，方式I深度调峰会增大碳排放强度，导致低碳性降低，方式II通过增大CO2捕集量调峰，因此低碳性得到提高；对于碳交易因素，虽然是以碳排放配额交易的形式控制碳排放总量，但CO2捕集量受调峰需求的制约，因此，本文着重分析碳交易对经济性的影响。其次分析经济性，对于风电因素，方式I、II的风电并网量增加，导致弃风惩罚减小，进而提高经济性；对于调峰因素，方式I深度调峰影响发电效率，故降低了经济性，方式II碳捕集能耗存在发电成本，故降低了经济性；对于碳交易因素，方式I的碳排放强度增加导致电厂需要购买碳排放配额，故降低了经济性，方式II碳排量少，因此可出售碳排放配额，故提高了经济性。
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第3章 基于碳捕集电厂灵活性调峰策略的电力系统日前调度研究 ................................... 25
3.1 基于碳捕集电厂灵活性调峰策略的电力系统日前调度模型 ................................... 25
3.1.1 调度模型目标函数 ................................. 25
3.1.2 调度模型约束条件 .............................. 27
第4章 考虑源荷两侧参与能量-调峰市场的电力系统日前-实时调度研究 ........................ 36
4.1 考虑源荷两侧参与能量-调峰市场的电力系统日前-实时调度模型 ........................ 36
4.1.1 日前预出清调度模型 .................................. 36
4.1.2 日前再出清调度模型 ....................................... 38
结 论 ...................... 51
第4章 考虑源荷两侧参与能量-调峰市场的电力系统日前-实时调度研究
4.1 考虑源荷两侧参与能量-调峰市场的电力系统日前-实时调度模型
统筹利用不同环节的优质资源，培育多元竞争的调峰主体是调峰辅助服务市场建设的主要工作之一。前一章主要是在源侧引入碳捕集电厂，对其装设烟气旁路装置与储液罐，形成综合灵活运行的碳捕集电厂进行调峰，算例验证了所提模型能够增大电力系统调峰能力和灵活性。本章不仅局限于源侧主体，还在荷侧引入可调节的用户侧资源提供调峰服务，可有效减小净负荷峰谷差，并且降低碳捕集电厂的分流比限制要求，进而实现对风电波动的平抑。
另外风电大规模并网导致的调峰问题，不仅因为其波动性，还因为风电预测存在一定误差，因此应当在日前阶段、实时阶段根据不同的风电出力均进行出清，进而充分发挥各类调峰资源的调度优势，应对电力系统的不确定因素，提高电力系统调峰水平。最后，采用改进IEEE39节点系统仿真验证了本章所提模型可有效满足系统调峰需求，同时保证经济效益和低碳排水平。
机组在日前市场的报价曲线并非单调函数，使得调度模型不易求解[44]。因此，本章首先采用日前能量市场预出清，即首先将机组最低出力设置为基本调峰辅助服务下限，对模型求解得到各机组启停计划、预出清各机组能量市场中标量以及预出清弃风量。然后将机组出力下限调整至有偿调峰辅助服务下限，并代入上述三个结果作为已知量，再将预出清弃风量作为日前调峰需求量对能量-调峰市场联合再出清。通过修正机组出力并配合非灵活用户进行调峰，进而确定日前阶段能量市场与调峰辅助服务市场中各机组以及非灵活用户的最终中标量。
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结论
新型电力系统低碳-零碳化发展是必然趋势，风电高比例并网是实现能源电力“双碳”目标的重要特征，但其导致电力系统调峰造成压力骤增。针对上述问题，本文提出碳捕集电厂与可调节的用户侧资源协调配合调峰的日前-实时灵活调度方法。通过分析碳捕集电厂、可调节的用户侧资源的调峰原理，调峰辅助服务市场的运营规则，构建了源荷两侧主体参与能量-调峰市场进行联合出清的灵活性调峰模型。通过算例仿真，得到如下结论：
（1）充分利用碳捕集电厂灵活调峰的优势可平抑风电出力的波动性，缓解电力系统调峰压力，并且碳捕集电厂参与碳交易与提供调峰辅助服务呈正相关的关系，通过参与碳交易获取收益可提高碳捕集电厂提供调峰的积极性。同时，综合灵活运行方式的碳捕集电厂相对分流式碳捕集电厂提供调峰的能力进一步提高，并且其低碳性能与经济效益的优势也十分显著。算例结果表明，相较于采用分流式碳捕集电厂的系统，综合灵活运行方式的碳捕集电厂的系统在综合成本、碳排量方面分别降低了6.68%、43.89%，并且弃风量减少了298.37MW·h。
（2）将碳捕集电厂引入调峰辅助服务市场，基于碳捕集电厂的成本特性，并考虑风险因素、竞争因素、政策因素，设计碳捕集电厂定价模型。该模型可以反应碳捕集电厂调峰报价机理，为后续提高碳捕集电厂调峰积极性奠定理论基础。同时利用外部性内在化理论，并引入环境指标系数，将传统竞价方式改为考虑碳排水平的综合竞价方式，提高竞价机制的合理性。算例结果表明，风险因素、政策因素、竞争因素对碳捕集电厂调峰定价系数的影响权重分别为0.316、0.295、0.389，并且分流比与碳捕集电厂调峰报价成正相关关系，同时综合竞价机制相比传统竞价机制可以削弱低成本、高碳排机组的中标量，提高低碳机组的竞争力，有效推动电力系统低碳-零碳化发展。
参考文献（略）