Bidding Mechanism Design of Black-start Ancillary Service Market Based on Cost-Effectiveness Improvement

WU Weimin; LYU Fengqi; LEI Shunbo; LIU Qixing; LIANG Liang; HOU Yunhe

doi:10.7500/AEPS20240425006

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Bidding Mechanism Design of Black-start Ancillary Service Market Based on Cost-Effectiveness Improvement

Basic Research | 更新时间：2025-09-25

- Bidding Mechanism Design of Black-start Ancillary Service Market Based on Cost-Effectiveness Improvement
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 16, Pages: 33-42(2025)
- 作者机构：
  
  1.香港中文大学（深圳）理工学院，广东省深圳市518172
  2.中国南方电网电力调度控制中心，广东省广州市 510663
  3.哈尔滨工业大学（深圳）机电工程与自动化学院，广东省深圳市518055
  4.香港大学电机电子工程系，香港 999077
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Young Scientists Fund of National Natural Science Foundation of China(52307145);General Program of National Natural Science Foundation of China(52077045);Guangdong Basic and Applied Basic Research Foundation of China(2023A1515240051)
- DOI：10.7500/AEPS20240425006
  CLC：
- Received：25 April 2024，
  
  Revised：2025-01-18，
  
  Published Online：27 February 2025，
  
  Published：25 August 2025
- 稿件说明：
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吴炜民,吕凤棋,雷顺波等.基于成本效益提升的黑启动辅助服务市场招标机制设计[J].电力系统自动化,2025,49(16):33-42.

WU Weimin,LYU Fengqi,LEI Shunbo,et al.Bidding Mechanism Design of Black-start Ancillary Service Market Based on Cost-Effectiveness Improvement[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(16):33-42.
吴炜民,吕凤棋,雷顺波等.基于成本效益提升的黑启动辅助服务市场招标机制设计[J].电力系统自动化,2025,49(16):33-42. DOI： 10.7500/AEPS20240425006.

WU Weimin,LYU Fengqi,LEI Shunbo,et al.Bidding Mechanism Design of Black-start Ancillary Service Market Based on Cost-Effectiveness Improvement[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(16):33-42. DOI： 10.7500/AEPS20240425006.

摘要

黑启动技术是确保电力系统在大规模停电后快速恢复的关键技术。然而，由于黑启动机组所处地理位置和技术参数对黑启动恢复策略具有决定性影响，传统黑启动辅助服务市场运营模式存在竞争性不足的问题。这种局限性不仅降低了系统恢复资源的利用效率，还可能显著增加调度机构的运营成本。为此，提出黑启动辅助服务市场招标机制，通过引入竞争机制提升成本效益。首先，分析了不同黑启动机组选址组合对黑启动服务质量的影响，在此基础上，量化各待选机组在不同黑启动辅助服务市场招标规模下的市场价值，并预测相应的采购成本；然后，基于分析结果优化黑启动机组招标数量，从而提升黑启动机组采购方案的经济性，为系统恢复提供更加有利的条件。最后，通过仿真验证了该黑启动辅助服务市场机制能够在保证黑启动效率的同时

实现采购成本的优化。

Abstract

Black-start technology is the critical one for ensuring the rapid restoration of power systems following large-scale outages. However

due to the decisive impact of the geographical location and technical parameters of the black-start unit (BSU) on the black-start restoration strategies

the traditional operational mode of black-start ancillary service markets suffers from insufficient competition. This limitation not only reduces the efficiency of utilizing system restoration resources but also significantly increases the operation costs for dispatching agencies. To address this issue

a bidding mechanism of black-start ancillary service market is proposed to enhance the cost-effectiveness by introducing competitive mechanisms. Firstly

the impact of various BSU site selection combinations on service quality is analyzed. Based on this

the market value of candidate units under various bidding scales of black-start ancillary service market is quantified

and the corresponding procurement costs are predicted. Secondly

based on these analysis results

the total BSU bidding quantity is optimized to improve the economy of BSU procurement plans

thereby providing more favorable conditions for system restoration. Finally

it is proven through simulation that the proposed bidding mechanism of black-start ancillary service market can optimize procurement costs while ensuring black-start efficiency.

关键词

Keywords

references

叶林，李奕霖，裴铭，等 . 寒潮天气小样本条件下的短期风电功率组合预测［J］ . 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 2 ）： 543 - 554 .

YE Lin ， LI Yilin ， PEI Ming ， et al . Combined approach for short-term wind power forecasting under cold weather with small sample ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 2 ）： 543 - 554 .

王颖，和敬涵，许寅，等 . 考虑疏散需求的城市电力-交通系统协同应急恢复方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 3 ）： 68 - 76 .

WANG Ying ， HE Jinghan ， XU Yin ， et al . Coordinated emergency restoration method for urban power and transportation systems considering evacuation demand ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 3 ）： 68 - 76 .

阚君，许寅，王颖，等 . 计及输电网和输气网双向耦合特性的机组恢复优化决策方法［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 19 ）： 7457 - 7466 .

KAN Jun ， XU Yin ， WANG Ying ， et al . Optimal decision-making method for generator start-up considering interdependencies between power and gas transmission networks ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 19 ）： 7457 - 7466 .

林超凡，陈晨，别朝红，等 . 含动态不确定性与频率电压控制的城市配电网灾后负荷恢复方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 17 ）： 56 - 64 .

LIN Chaofan ， CHEN Chen ， BIE Zhaohong ， et al . Post-disaster load restoration method for urban distribution network with dynamic uncertainty and frequency-voltage control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 17 ）： 56 - 64 .

黄玉雄，李更丰，张理寅，等 . 弹性配电系统动态负荷恢复的深度强化学习方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 8 ）： 68 - 78 .

HUANG Yuxiong ， LI Gengfeng ， ZHANG Liyin ， et al . Deep reinforcement learning method for dynamic load restoration of resilient distribution systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 8 ）： 68 - 78 .

易俊，卜广全，郭强，等 . 巴西“3·21”大停电事故分析及对中国电网的启示［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 2 ）： 1 - 6 .

YI Jun ， BU Guangquan ， GUO Qiang ， et al . Analysis on blackout in Brazilian power grid on March 21， 2018 and its enlightenment to power grid in China ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 2 ）： 1 - 6 .

张强，赵晋泉，戴则梅，等 . 基于目标级联分析的输配电网黑启动分布式协同优化方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 3 ）： 111 - 120 .

ZHANG Qiang ， ZHAO Jinquan ， DAI Zemei ， et al . Distributed coordinated optimization method for black-start of transmission and distribution networks based on analytical target cascading ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 3 ）： 111 - 120 .

肖云鹏，王锡凡，王秀丽，等 . 面向高比例可再生能源的电力市场研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 3 ）： 663 - 674 .

XIAO Yunpeng ， WANG Xifan ， WANG Xiuli ， et al . Review on electricity market towards high proportion of renewable energy ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 3 ）： 663 - 674 .

林振智，文福拴 . 电力工业市场化改革对电力系统恢复的影响［J］. 电力系统及其自动化学报， 2008 ， 20 （ 1 ）： 9 - 14 .

LIN Zhenzhi ， WEN Fushuan . Impacts of power industry restructuring on power system restoration ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2008 ， 20 （ 1 ）： 9 - 14 .

王昊昊，薛禹胜，刘俊勇 . 启动电源服务的市场化［J］. 电力系统自动化， 2007 ， 31 （ 23 ）： 10 - 14 .

WANG Haohao ， XUE Yusheng ， LIU Junyong . Startup power supply service in power markets ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2007 ， 31 （ 23 ）： 10 - 14 .

温步瀛，周峰，程浩忠，等 . 电力市场辅助服务及其定价研究综述［J］. 华东电力， 2001 ， 29 （ 11 ）： 30 - 34 .

WEN Buying ， ZHOU Feng ， CHENG Haozhong ， et al . A general review on auxiliary service of power market and its pricing ［J］. East China Electric Power ， 2001 ， 29 （ 11 ）： 30 - 34 .

刘裕昆，陈新凌，杨有慧 . 广西电网水电机组黑启动辅助服务补偿情况分析及建议［J］. 广西电力， 2018 ， 41 （ 1 ）： 26 - 28 .

LIU Yukun ， CHEN Xinling ， YANG Youhui . Analysis and suggestion on auxiliary service compensation for hydropower unit black startup in Guangxi power grid ［J］. Guangxi Electric Power ， 2018 ， 41 （ 1 ）： 26 - 28 .

国家能源局南方监管局 . 南方区域发电厂并网运行管理实施细则［EB/OL］.［ 2023-06-13 ］. https：//nfj.nea.gov.cn/file_upload/20220613/22141655118299217_27ec544d-319e-482c-888a-6cd61199de5a.pdf https://nfj.nea.gov.cn/file_upload/20220613/22141655118299217_27ec544d-319e-482c-888a-6cd61199de5a.pdf .

South China Energy Regulatory Bureau of National Energy Administration . Implementation rules for grid-connected operation management of southern regional power plants ［EB/OL］. ［ 2023-06-13 ］. https：//nfj.nea.gov.cn/file_upload/20220613/22141655118299217_27ec544d-319e-482c-888a-6cd61199de5a.pdf https://nfj.nea.gov.cn/file_upload/20220613/22141655118299217_27ec544d-319e-482c-888a-6cd61199de5a.pdf .

国家能源局南方监管局 . 南方区域并网发电厂辅助服务管理实施细则［EB/OL］.［ 2023-06-13 ］. https：//nfj.nea.gov.cn/file_upload/20220613/3921655118300332_9693ce64-2d9e-422d https://nfj.nea.gov.cn/file_upload/20220613/3921655118300332_9693ce64-2d9e-422d

-a 0d9 - 3 b017 a3556 b 5 .pdf.

South China Energy Regulatory Bureau of National Energy Administration . Implementation rules for ancillary service management of southern regional grid-connected power plants ［EB/OL］. ［ 2023-06-13 ］. https：//nfj.nea.gov.cn/file_upload/20220613/3921655118300332_9693ce64-2d9e-422d-a0d9-3b017a3556b5.pdf https://nfj.nea.gov.cn/file_upload/20220613/3921655118300332_9693ce64-2d9e-422d-a0d9-3b017a3556b5.pdf .

刘艳，叶茂，顾雪平，等 . 高比例可再生能源电力系统的黑启动服务定价方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 21 ）： 145 - 155 .

LIU Yan ， YE Mao ， GU Xueping ， et al . Pricing method for black-start service of power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 21 ）： 145 - 155 .

李少岩，孙永昭，顾雪平，等 . 计及恢复效果的光热电站黑启动服务定价方法［J］. 华北电力大学学报（自然科学版）， 2022 ， 49 （ 4 ）： 33 - 42 .

LI Shaoyan ， SUN Yongzhao ， GU Xueping ， et al . Restoration effect based pricing method for black-start service of concentrating solar power plants ［J］. Journal of North China Electric Power University （Natural Science Edition）， 2022 ， 49 （ 4 ）： 33 - 42 .

赵达维，刘天琪，李兴源 . 基于保险理论的黑启动辅助服务定价方法［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 13 ）： 85 - 91 .

ZHAO Dawei ， LIU Tianqi ， LI Xingyuan . Insurance theory based pricing method for black-start ancillary service ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 13 ）： 85 - 91 .

郭世刚，阮建雄，钟浩 . 含分布式电源配电网黑启动辅助服务定价策略［J］. 南方电网技术， 2020 ， 14 （ 7 ）： 62 - 72 .

GUO Shigang ， RUAN Jianxiong ， ZHONG Hao . Pricing strategy of black start auxiliary service in distribution network with distributed generation ［J］. Southern Power System Technology ， 2020 ， 14 （ 7 ）： 62 - 72 .

ISEMONGER A G . The viability of the competitive procurement of black start： lessons from the RTOs ［J］. The Electricity Journal ， 2007 ， 20 （ 8 ）： 60 - 67 .

PATSAKIS G ， RAJAN D ， ARAVENA I ， et al . Optimal black start allocation for power system restoration ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 6 ）： 6766 - 6776 .

QIU F ， WANG J H ， CHEN C ， et al . Optimal black start resource allocation ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 3 ）： 2493 - 2494 .

HOU Y H ， LIU C C ， SUN K ， et al . Computation of milestones for decision support during system restoration ［C］// 2011 IEEE Power and Energy Society General Meeting ， July 24-28 ， 2011 ， Detroit， USA ： 1 - 10 .

QIU F ， LI P J . An integrated approach for power system restoration planning ［J］. Proceedings of the IEEE ， 2017 ， 105 （ 7 ）： 1234 - 1252 .

赵昱宣，孙磊，林振智，等 . 微网作为黑启动电源的电力系统网架重构优化策略［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 17 ）： 9 - 17 .

ZHAO Yuxuan ， SUN Lei ， LIN Zhenzhi ， et al . Power network reconfiguration strategy with microgrids as black-start power sources ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 17 ）： 9 - 17 .

周宜昌，刘艳，顾雪平 . 考虑多风电场黑启动价值的机组恢复顺序双层优化决策［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 16 ）： 87 - 97 .

ZHOU Yichang ， LIU Yan ， GU Xueping . Bi-level optimization decision for unit recovery sequence considering black-start value of multiple wind farms ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 16 ）： 87 - 97 .

LIAO S W ， YAO W ， HAN X N ， et al . An improved two-stage optimization for network and load recovery during power system restoration ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 249 ： 265 - 275 .

BHATT N ， LIU S ， PODMORE R ， et al . System restoration tools： system restoration navigator integrated into EPRI operator training simulator （SRN/OTS）［J］. Journal of Power and Energy Engineering ， 2015 ， 3 （ 4 ）： 378 - 383 .

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