摘要
“双碳”目标推动了以风光为代表的新能源发电快速发展。然而以风电、光伏为代表的新能源发电一方面需要常规机组配合提供惯量支撑、调频服务;另一方面又极大地压缩了常规能源发电的生存空间，导致新能源电力系统安全保供问题突出。通过合理的容量市场机制处理好电源侧的结构性矛盾、引导资源合理配置、维持系统安全稳定运行是解决新型电力系统容量充裕性和安全性的关键。为此，本文对考虑惯量需求的新型电力系统容量市场展开研究。 研究容量市场机制、拓展传统容量市场维度，重设容量市场的内涵使其适应新能源电力系统运行灵活安全性需求。在对比分析现行容量机制三种模式的基础上，着重分析了基于可靠性定价的容量市场模型，关注新能源参与容量市场时置信容量评估方法;进而梳理常规容量市场面临新能源电力系统时的局限，因此，在传统容量充裕性的基础上，提出容量市场不仅应拓展包括“源-荷-储”多资源的容量充裕性，还应包括安全性、灵活性的内涵。 以确保新能源电力系统频率安全的惯量支撑为代表，通过合理地评估新能源电力系统频率安全运行所需的惯量需求，为量化发电容量的安全性价值提供基础。首先明确惯量的定义，从不同调节资源惯量响应时间、能量来源和响应变量三方面对比分析了对频率稳定的支撑作用。之后，系统梳理了澳大利亚、爱尔兰与北美地区3个代表性地区的电力系统惯量需求评价指标及评估方法，最后根据频率动态变化方程，考虑频率变化率、频率最低点和准稳态约束，求解惯量需求的解析解，形成频率安全域的边界条件。通过算例验证所提方法准确性，并通过灵敏度分析明确系统功率缺额、调频能力与惯量需求三者间的关系。 考虑不同发电资源惯量支撑能力的差异性，建立了拓展惯量需求的容量市场出清模型，探索面向新型电力系统的容量市场机制设计问题。在传统容量市场模型中加入惯量需求约束，使出清结果满足系统容量充裕性要求的同时保证惯量充裕。之后，在边际价格基础上通过事后定价调整，使得容量价格满足激励相容，即反映充裕性价值和惯量价值。最后，算例表明加入惯量需求约束后，随着可再生能源占比提高，惯量价值逐渐凸显。新能源机组的部分收益通过惯量价值转移支付给常规机组，能够引导形成合理的电源结构，既保证新能源资源的发展，又激励常规机组投资，维持系统安全的惯量水平，保证频率安全。 综上，本文针对新型电力系统的容量市场机制设计展开研究，探讨了高比例新能源接入后系统惯量需求评价方法，建立了反映不同资源提供容量充裕性和惯量支撑综合价值的容量市场交易机制，研究有助于引导电源侧结构优化，为新能源资源提供更优的发展环境，确保了绿色低碳转型的战略目标;通过优化市场设计，达到了发挥市场资源配置的市场化建设目标。
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