新型经营主体视角下 辅助服务与电能量市场“价差”协同交易策略浅析

辅助服务主要用于在保证日前、日内和实时主能量顺利传输与交易的同时，保障电力系统的安全稳定运行，保证电能质量。辅助服务市场与电能量市场的发展建设紧密相关，随着源、荷、储等多类灵活资源参与市场，多元辅助服务交易品种与电能量市场间的强耦合性、功能互补性和经济互斥性变得更为复杂。

本文从新型经营主体视角，分析参与主辅市场协同交易考虑的因素，并选取了虚拟电厂和独立储能参与主辅协同市场的案例进行分析，结合峰谷价差和调频报价，提出了参与山东、山西主辅协同市场的交易策略，以及后续协同优化建议。

新型经营主体视角下主辅协同分析

对于一个既能生产/消耗电能量也能提供辅助服务、可靠容量和灵活性调节容量等多种类电力交易产品的新型经营主体（虚拟电厂、独立储能等）而言，实现利润最大化、追求长期投资的合理回报是其市场竞争的基本准则。

新型经营主体单独参与电能量市场或者单独参与辅助服务市场，无法充分发挥自身资源的调节性能，经济性及利用率低。因此，新型经营主体需要考虑市场政策、资源禀赋、经济性（现货价差、辅助服务报价范围）及高效性等关键因素，制定参与电能量市场和辅助服务市场的协同策略。

当前，国内山西、山东、广东、甘肃等多个电力现货市场已正式运行，其中山西辅助服务市场包括调频、备用辅助服务，山东包括调频、爬坡辅助服务。本文主要结合山西、山东市场规则，讨论调频辅助服务与现货电能量协同交易策略。

“知彼”

市场政策规则分析

不同市场规则下，关于电能量市场和辅助服务市场的市场准入条件、交易机制、价格形成机制及结算方式等存在一定差异，会对经营主体资源运行特性和收益产生较大影响，需通过政策规则分析，确保其主辅协同交易策略设计的合规性。

国内山西、山东等现货正式运行地区已出台了调频辅助服务的相关实施细则，已明确参与调频辅助服务市场的经营主体包括：符合条件的火电企业、新型储能企业、虚拟电厂运营商、独立辅助服务供应商、综合能源服务商。《山西电力二次调频辅助服务市场交易实施细则》《山东电力市场规则（试行）》中关于调频服务的市场规则对比如表1。

相同点方面，两个市场均要求虚拟电厂具备售电公司资质，且主辅市场出清机制均为顺次出清。差异点主要在交易组织、交易流程、交易时段等方面。由山东日前预出清日内分小时出清、山西日前分时段出清的规则可知，新型经营主体在参与主辅协同市场时，需要具备次日电力现货出清价格精准预测的能力，以辅助交易策略制定。

表1  新型经营主体参与辅助服务市场规则对比

朗新研究院收集整理

“知己”

自身资源禀赋评估

对于市场运营主体的各类资源进行详细评估，包括分布式电源、储能系统、电动汽车等，分析各类资源的出力特性、调节能力及成本效益，为策略设计提供基础数据支持。

（一）“源”类资源

明确“源”类资源的相关参数，包括风电机组/光伏发电机组容量，评估接入的分布式电源类型、装机容量、调节性能（调节速率、调节精度等，表2），开展超短期、短期等多时间尺度出力预测等。

表2  “源”类资源二次调频性能指标评估

（二）“储”类资源

明确电动汽车/储能等“储”类资源相关参数，包括电动汽车/储能的充、放电效率、额定容量、额定功率等，评估电动汽车/储能等调节性能（调节速率、调节精度等，表3）等，开展多时间尺度充放电预测等。

表3  “储”类资源二次调频性能指标评估

（三）新型经营主体调频能力

明确发电机组、独立储能、虚拟电厂等市场经营主体相关参数，包括虚拟电厂/独立储能的总容量、投标功率、调频容量等。一般虚拟电厂、独立储能等新型经营主体参数见表4。

表4  新型经营主体参与调频辅助服务关键性能参数指标

“定策”

经营主体参与辅助服务与现货电能量市场协同策略

（一）案例分析：基于动态规划算法的新型经营主体参与主辅市场协同策略

文献和文献分别选择独立储能和虚拟电厂作为研究对象，提出了现货市场下参与电能量与辅助服务协同优化策略。

其基本思路都是：根据现货市场电价的最低时段及最高时段确定“储”类资源的充放电时段，在其余时间段同时参与电能量和辅助服务市场，提高储能利用率，进行能量市场与辅助服务市场的联合出清（图1）。

图1  新型经营主体参与现货电能量-调频市场的交易策略

以虚拟电厂为例，文献首先建立虚拟电厂总收益模型，一部分来源于参与现货市场交易，由节点电价决定；另一部分来源于参与调频辅助服务，由出清价格和调频效果决定。

其中，ET为虚拟电厂参与能量市场与调频辅助服务市场的总收益；ET,1为虚拟电厂处于上调（向电网输电/储能放电）的收益；

E为虚拟电厂在处于下调（增加用电/储能充电）的收益。

式中：

为t时刻现货市场的边际节点电价；xt为t时刻虚拟电厂的申报的上调功率，其中xt≥0表示虚拟电厂处于上调状态，xt＜0表示虚拟电厂处于下调状态；

为虚拟电厂参与调频的收益。

进而构建虚拟电厂参与主辅市场联合收益最大化的嵌套模型，一是虚拟电厂容量模型，以1h为时间尺度，作为能量市场的初始值；二是能量市场出力模型，以15min为时间尺度；三是以4s为时间尺度的调频出力模型。然后，对上述模型进行求解，得到最优的出力组合。

最后，应用MATLAB分别对虚拟电厂参与只参与电能量市场、只参与调频市场和同时参与能量-调频辅助服务市场的收益情况及效果进行仿真分析，协同优化情况下储能利用率相较只参与能量市场与只参与调频辅助服务市场分别提升29.33%和22.94%。

（二）山东市场：考虑24个时段峰谷价差的虚拟电厂主辅协同交易2类策略

由于山东二次调频市场为日前预出清、日内分小时出清模式，结合山东二次调频报价范围（0-12元/兆瓦），案例中新型经营主体主辅协同策略，新型经营主体参与山东市场电能量和辅助服务协同交易的策略如下：

1、确定虚拟电厂储能、风电机组等调频资源的性能参数。

2、开展日前现货价格预测，基于24个时段预测的现货价格，分析全部24个时段的峰谷价差（去掉时间的容量价差）。

3、如果峰谷价差大于调频报价的上限（12元/兆瓦），则选定现货价格最低时段及最高时段分别为虚拟电厂的充放电时段，在充放电时段时（由于山东规定储能持续充放电时间不低于2小时，因此，考虑将电价最低、最高的各2个小时，作为充放电时段），单独参与电能量市场。在其余20个时间段同时参与电能量及辅助服务市场，基于案例中的动态规划算法，对能量-调频辅助服务市场进行联合优化出清。

4、如果峰谷价差在调频报价范围之间（0-12元/兆瓦），则虚拟电厂基于收益最大化目标，结合动态规划算法，全部参与能量-调频辅助服务联合出清。

（二）山西市场：考虑5个时段峰谷价差的独立储能主辅协同交易3类策略

由于山西二次调频市场为日前报价、日前分5个时段出清模式，且各时段报价上下限见表1，结合案例1中新型经营主体主辅协同策略，新型经营主体参与山东市场电能量和辅助服务协同交易的策略如下：

1、确定独立储能额定功率、持续充放电时间等性能参数。以阳泉高新区储能电站为例，该独立储能项目规模200MW/400MWh，每次充放电时长2-4小时。

2、开展日前现货价格预测。基于96点预测的现货价格，分析山西调频的5个时段的峰谷价差（去掉时间的容量价差）。

3、如果峰谷价差小于调频报价下限（5元/兆瓦），则独立储能以收益最大为目标，全部参与调频辅助服务市场；

4、如果峰谷价差大于调频报价上限（15元/兆瓦），则独立储能优先在峰谷价差大于15元/兆瓦的时段，参与电能量市场，其余时段参考案例中的方法，参与能量-调频辅助服务联合出清；

5、如果峰谷价差在调频报价上、下限之间，则独立储能基于收益最大化目标，结合动态规划算法，全部参与能量-调频辅助服务联合出清。

总结

从新型经营主体来看，收益互斥性决定了虚拟电厂、独立储能运营商需在参与电能量市场还是辅助服务市场寻求最优化策略。鉴于外部不同地区辅助服务市场建设进程以及内部资源禀赋特征，新型经营主体多以参与能量-辅助服务市场的共同总收益最大化为目标函数，计及资源禀赋约束，应用动态规划算法进行求解，确定最优出力组合。

新型经营主体目前主要以储能资源为主参与主辅协同市场，并且以现货峰谷价格对应时段划分单独参与电能市场和参与主辅协同市场时段。本文结合现货预测价格峰谷价差与调频报价范围之间的关系，分别针对山东、山西市场提出了新型经营主体参与电能量-辅助服务市场协同交易策略。后续，应进一步将分布式电源资源，如光伏、风电纳入调频资源，进一步优化目标函数和求解算法，以提升策略模型的泛化和落地能力，制定更加灵活有效地参与主辅协同市场交易策略。