计及循环寿命和电能量-调频市场出清的储能自调度策略

陈泽宇; 陈艳波

doi:10.7500/AEPS20230928002

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计及循环寿命和电能量-调频市场出清的储能自调度策略

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 计及循环寿命和电能量-调频市场出清的储能自调度策略
- Self-scheduling Strategy of Energy Storage Considering Cycle Life and Clearing of Electric Power Energy-Frequency Regulation Market
- 电力系统自动化 2024年48卷第14期页码：28-41
- 作者机构：
  
  新能源电力系统全国重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
- 作者简介：
  
  陈泽宇(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力市场、电力系统优化调度。E-mail：13389816015@163.com
  陈艳波(1982—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：新能源电力系统调度、综合能源系统及储能系统。E-mail：yanbochen2008@sina.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52077076);国网湖北省电力有限公司科技项目(521538230006)
- DOI：10.7500/AEPS20230928002
  中图分类号：
- 收稿：2023-09-28，
  
  修回：2024-03-12，
  
  网络出版：2024-05-07，
  
  纸质出版：2024-07-25
- 稿件说明：
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陈泽宇,陈艳波.计及循环寿命和电能量-调频市场出清的储能自调度策略[J].电力系统自动化,2024,48(14):28-41.

CHEN Zeyu,CHEN Yanbo.Self-scheduling Strategy of Energy Storage Considering Cycle Life and Clearing of Electric Power Energy-Frequency Regulation Market[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(14):28-41.
陈泽宇,陈艳波.计及循环寿命和电能量-调频市场出清的储能自调度策略[J].电力系统自动化,2024,48(14):28-41. DOI： 10.7500/AEPS20230928002.

CHEN Zeyu,CHEN Yanbo.Self-scheduling Strategy of Energy Storage Considering Cycle Life and Clearing of Electric Power Energy-Frequency Regulation Market[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(14):28-41. DOI： 10.7500/AEPS20230928002.

摘要

探究储能参与电力市场的运行策略、引导储能积极参与电能量交易，能够有效缓解新型电力系统的电量平衡和调频需求矛盾。为此，提出了考虑循环寿命和电能量-调频市场出清的储能自调度策略。首先，针对储能循环寿命计算过程中出现的“零交互状态”问题，设计了改进的等效循环寿命模型(MECL)，能够更准确地描述储能的运行损耗。其次，根据改进的MECL和电能量-调频市场联合出清规则，构建双层Stackelberg博弈模型来描述储能自调度运行策略。再次，根据所提模型的特点，结合强对偶定理（SDT）、KKT（Karush-Kuhn-Tucker）条件和Benders分解将所提模型分解为主、子问题进行迭代求解。最后，通过多种情景对比分析，验证了考虑改进MECL的自调度运行策略能够提升储能联盟参与电能量-调频市场的运行收益。

Abstract

Exploring the operation strategies of energy storages participating in electricity markets and guiding energy storage to actively participate in electric power energy trading can alleviate the contradiction between the power balance and frequency regulation demand in the new power system. Therefore

a self-scheduling strategy of energy storage considering the cycle life and the clearing of the electric power energy-frequency regulation market is proposed. Firstly

aiming at the problem of “zero-interaction state” in the calculation of the cycle life of energy storage

an improved model based on equivalent cycle life (MECL) is designed

which can describe the operation loss of energy storages more accurately. Secondly

according to the improved MECL and the joint clearing rules of electric power energy-frequency regulation market

a double-layer Stackelberg game model is constructed to describe the self-scheduling operation strategy of energy storage. Then

according to the characteristics of the proposed model

the strong duality theorem (SDT)

Karush-Kuhn-Tucker (KKT) conditions and Benders decomposition are used to decompose the model into main-problem and sub-problems for the iterative solution. Finally

through a comparative analysis of various scenarios

it is verified that the self-scheduling operation strategy considering the improved MECL can improve the operation income of the energy storage alliance participating in the electric power energy-frequency regulation market.

关键词

Keywords

references

吴文传，许书伟，杨越，等 . 风险量化的高比例新能源电力系统概率调度［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 15 ）： 3 - 11 .

WU Wenchuan ， XU Shuwei ， YANG Yue ， et al . Risk-quantified probabilistic dispatch for power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 15 ）： 3 - 11 .

蔡福霖，胡泽春，曹敏健，等 . 提升新能源消纳能力的集中式与分布式电池储能协同规划［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 20 ）： 23 - 32 .

CAI Fulin ， HU Zechun ， CAO Minjian ， et al . Coordinated planning of centralized and distributed battery energy storage for improving renewable energy accommodation capability ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 20 ）： 23 - 32 .

陈启鑫，房曦晨，郭鸿业，等 . 储能参与电力市场机制：现状与展望［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 16 ）： 14 - 28 .

CHEN Qixin ， FANG Xichen ， GUO Hongye ， et al . Participation mechanism of energy storage in electricity market： status quo and prospect ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 16 ）： 14 - 28 .

国家发展改革委，国家能源局 . 关于进一步推动新型储能参与电力市场和调度运用的通知［EB/OL］.［ 2023-05-24 ］. https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202206/t20220607_1326854.html？code=&state=123 https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202206/t20220607_1326854.html?code=&state=123 .

National Development and Reform Commission ， National Energy Administration . Notice on further promoting the participation of new energy storage in the electricity market and dispatch utilization ［EB/OL］. ［ 2023-05-24 ］. https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcf-b/tz/202206/t20220607_1326854.html？code=&state=123 https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcf-b/tz/202206/t20220607_1326854.html?code=&state=123 .

山西省能源局 . 关于印发《山西省电力市场规则汇编（试行V13.0）》的通知［EB/OL］. ［ 2023-03-29 ］. http：//pmos.sx.sgcc.com.cn/pxf-settlement-outnetpub/#/pxf-settlementoutnetpub/columnHomeLeftM-enuNew http://pmos.sx.sgcc.com.cn/pxf-settlement-outnetpub/#/pxf-settlementoutnetpub/columnHomeLeftM-enuNew .

Shanxi Provincial Energy Bureau . Notice on issuing the “Compilation of Shanxi Province Electricity Market Rules （Trial Implementation V13.0） ”［EB/OL］. ［ 2023-03-29 ］. http：//pmos.sx.sgcc.com.cn/pxfsettle-ment-outnetpub/#/pxf-settlementoutnetpub/columnHomeLeftMenu-New http://pmos.sx.sgcc.com.cn/pxfsettle-ment-outnetpub/#/pxf-settlementoutnetpub/columnHomeLeftMenu-New .

湖北省能源局 . 省能源局关于印发《湖北电力现货市场第一次模拟试运行工作方案》的通知［EB/OL］.［ 2023-06-17 ］. http：//fgw.hubei.gov.cn/fbjd/xxgkml/jgzn/wgdw/nyj/dlddc/tzgg/202206/t20220620_4184039.shtml http://fgw.hubei.gov.cn/fbjd/xxgkml/jgzn/wgdw/nyj/dlddc/tzgg/202206/t20220620_4184039.shtml .

Hubei Provincial Energy Bureau . Notice from the Provincial Energy Bureau on the issuance of the “Work Plan for the First Simulated Trial Operation of Hubei Electricity Spot Market” ［EB/OL］. ［ 2023-06-17 ］. http：//fgw.hubei.gov.cn/fbjd/xxgkml/jgzn/wgdw/nyj/dl-ddc/tzgg/202206/t20220620_4184039.shtml http://fgw.hubei.gov.cn/fbjd/xxgkml/jgzn/wgdw/nyj/dl-ddc/tzgg/202206/t20220620_4184039.shtml .

FANG X ， HODGE B M ， BAI L Q ， et al . Mean-variance optimization-based energy storage scheduling considering day-ahead and real-time LMP uncertainties ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 6 ）： 7292 - 72956 .

PADMANABHAN N ， AHMED M ， BHATTACHARYA K . Battery energy storage systems in energy and reserve markets ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 1 ）： 215 - 226 .

YANG Y P ， QIN C ， ZENG Y ， et al . Optimal coordinated bidding strategy of wind and solar system with energy storage in day-ahead market ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2022 ， 10 （ 1 ）： 192 - 203 .

刘奕彤，艾欣 . 基于主从博弈的独立储能系统参与日前现货电能量-调频市场的交易策略研究［J/OL］. 现代电力［ 2023-01-18 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail//11.3818.TM.20230116.1738.001.html https://kns.cnki.net/kcms/detail//11.3818.TM.20230116.1738.001.html .

LIU Yitong ， AI Xin . Research on trading strategy of independent energy storage system participating in day ahead spot joint market based on master-slave game ［J/OL］. Modern Electric Power ［ 2023-01-18 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail//11.3818.TM.20230116.1738.001.html https://kns.cnki.net/kcms/detail//11.3818.TM.20230116.1738.001.html .

林毅，林威，吴威，等电化学储能和抽水蓄能电站参与多市场联合运行价值分析［J］. 中国电力， 2023 ， 56 （ 7 ）： 175 - 185 .

LIN Yi ， LIN Wei ， WU Wei ， et al . Analysis on operation value of electrochemical energy storage and pumped storage participating in a joint market ［J］. Electric Power ， 2023 ， 56 （ 7 ）： 175 - 185 .

肖云鹏，张兰，张轩，等 . 包含独立储能的现货电能量与调频辅助服务市场出清协调机制［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （增刊1 ）： 167 - 180 .

XIAO Yunpeng ， ZHANG Lan ， ZHANG Xuan ， et al . The coordinated market clearing mechanism for spot electric energy and regulating ancillary service incorporating independent energy storage resources ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ Supplement 1 ）： 167 - 180 .

姜欣，刘萌，王天梁，等 . 电网侧储能电站参与现货联合市场的竞价策略［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 9 ）： 3398 - 3407 .

JIANG Xin ， LIU Meng ， WANG Tianliang ， et al . Bidding strategy for grid-side energy storage power stations to participate in the spot joint market ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 3398 - 3407 .

李国庆，闫克非，范高锋，等 . 储能参与现货电能量-调频辅助服务市场的交易决策研究［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 17 ）： 45 - 54 .

LI Guoqing ， YAN Kefei ， FAN Gaofeng ， et al . Transaction decision-making of energy storage stations participating in the spot energy and frequency modulation ancillary service market ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 17 ）： 45 - 54 .

朱宗耀，王秀丽，吴雄，等 . 复合储能参与电能量及辅助服务市场的运行策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 18 ）： 80 - 90 .

ZHU Zongyao ， WANG Xiuli ， WU Xiong ， et al . Operation strategy for composite energy storage participating in electric energy and ancillary service markets ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 18 ）： 80 - 90 .

李迁，姜欣，张钧钊，等 . 规模化储能参与电力现货市场的商业模式［J/OL］. 上海交通大学学报［ 2023-02-25 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail//31.1466.u.20230223.1022.001.html https://kns.cnki.net/kcms/detail//31.1466.u.20230223.1022.001.html .

LI Qian ， JIANG Xin ， ZHANG Junzhao ， et al . Business models for large-scale energy storage systems to participate in electricity spot market ［J/OL］. Journal of Shanghai Jiao Tong University ［ 2023-02-25 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail//31.1466.u.20230223.1022.001.html https://kns.cnki.net/kcms/detail//31.1466.u.20230223.1022.001.html .

许高秀，王旭，邓晖，等 . 考虑调频需求及风光出力不确定性的储能系统参与能量-调频市场运行策略［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 6 ）： 2317 - 2330 .

XU Gaoxiu ， WANG Xu ， DENG Hui ， et al . Optimal operation strategy of energy storage system’s participation in energy and regulation market considering uncertainties of regulation requirements and wind-photovoltaic output ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 6 ）： 2317 - 2330 .

陈艳波，武超，焦洋，等 . 考虑需求响应与储能寿命模型的火储协调优化运行策略［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 2 ）： 16 - 24 .

CHEN Yanbo ， WU Chao ， JIAO Yang ， et al . Coordinated optimal operation strategy of thermal power-energy storage considering demand response and life model of energy storage ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 2 ）： 16 - 24 .

王泽爽，陈嘉俊，朱建全，等 . 计及循环寿命的储能优化配置与运营策略［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 10 ）： 75 - 81 .

WANG Zeshuang ， CHEN Jiajun ， ZHU Jianquan ， et al . Optimal configuration and operation strategy of energy storage considering cycle life ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 10 ）： 75 - 81 .

CHEN W ， QIU J ， ZHAO J H ， et al . Bargaining game-based profit allocation of virtual power plant in frequency regulation market considering battery cycle life ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 4 ）： 2913 - 2928 .

刘凡，李凤婷，张高航，等 . 计及循环寿命和运营策略的风电汇集区域储能电站优化配置［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 8 ）： 127 - 139 .

LIU Fan ， LI Fengting ， ZHANG Gaohang ， et al . Optimal configuration of storage power stations in a wind power gathering area considering cycle life and operation strategy ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 8 ）： 127 - 139 .

张谦，邓小松，岳焕展，等 . 计及电池寿命损耗的电动汽车参与能量-调频市场协同优化策略［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 1 ）： 72 - 81 .

ZHANG Qian ， DENG Xiaosong ， YUE Huanzhan ， et al . Coordinated optimization strategy of electric vehicle cluster participating in energy and frequency regulation markets considering battery lifetime degradation ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 1 ）： 72 - 81 .

晋宏杨，孙宏斌，郭庆来，等 . 含大规模储热的光热电站-风电联合系统多日自调度方法［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 11 ）： 17 - 23 .

JIN Hongyang ， SUN Hongbin ， GUO Qinglai ， et al . Multi-day self-scheduling method for combined system of CSP plants and wind power with large-scale thermal energy storage contained ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 11 ）： 17 - 23 .

何翔路，娄素华，吴耀武，等 . 双结算模式下风储一体化电站两阶段市场投标调度策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 4 ）： 47 - 55 .

HE Xianglu ， LOU Suhua ， WU Yaowu ， et al . Two-stage market bidding and scheduling strategy of integrated wind power and energy storage station in dual-settlement mode ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 4 ）： 47 - 55 .

关立，周蕾，刘航航，等 . 独立储能电站参与电力现货市场机制及试运行分析［J］. 中国电力， 2022 ， 55 （ 10 ）： 185 - 190 .

GUAN Li ， ZHOU Lei ， LIU Hanghang ， et al . Analysis of independent energy storage power station participating in power spot market mechanism and trial operation ［J］. Electric Power ， 2022 ， 55 （ 10 ）： 185 - 190 .

刘一欣，郭力，王成山 . 微电网两阶段鲁棒优化经济调度方法［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 14 ）： 4013 - 4022 .

LIU Yixin ， GUO Li ， WANG Chengshan . Economic dispatch of microgrid based on two stage robust optimization ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 14 ）： 4013 - 4022 .

栾天，杨争林，李继红，等 . 适应电化学储能成本特性的电力市场机制设计［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 4 ）： 101 - 110 .

LUAN Tian ， YANG Zhenglin ， LI Jihong ， et al . Design of electricity market mechanism adapting to cost characteristics of electrochemical energy storage ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 4 ）： 101 - 110 .

付红军，陈惠粉，赵华，等 . 高渗透率下风电的调频技术研究综述［J］. 中国电力， 2021 ， 54 （ 1 ）： 104 - 115 .

FU Hongjun ， CHEN Huifen ， ZHAO Hua ， et al . Review on frequency regulation technology with high wind power penetration ［J］. Electric Power ， 2021 ， 54 （ 1 ）： 104 - 115 .

唐坚，苏剑涛，姚禹歌，等 . 面向新型电力系统的风电调频技术分析［J］. 热力发电， 2022 ， 51 （ 7 ）： 1 - 8 .

TANG Jian ， SU Jiantao ， YAO Yuge ， et al . Technical analysis of power system frequency regulation by wind power for new power system ［J］. Thermal Power Generation ， 2022 ， 51 （ 7 ）： 1 - 8 .

刘秋华，方正聪，郑亚先 . 风力发电参与调频市场的机制优化及收益研究［J/OL］. 南方电网技术［ 2023-06-28 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/44.1643.TK.20220927.1156.002.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/44.1643.TK.20220927.1156.002.html .

LIU Qiuhua ， FANG Zhengcong ， ZHENG Yaxian . Mechanism optimization and revenue research on wind power generation participation in frequency regulation market ［J/OL］. Southern Power System Technology ［ 2023-06-28 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/44.1643.TK.20220927.1156.002.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/44.1643.TK.20220927.1156.002.html .

杨家琪，喻洁，田宏杰，等 . 考虑新能源性能风险的调频辅助服务市场出清与调度策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 8 ）： 66 - 73 .

YANG Jiaqi ， YU Jie ， TIAN Hongjie ， et al . Clearing and scheduling strategy of frequency regulation ancillary service market considering performance risk of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 66 - 73 .

国家电力调度控制中心组 . 电力现货市场实务［M］. 北京：中国电力出版社， 2023 .

National Electric Power Dispatching and Control Center . Practice of electricity spot market ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2023 .

张衡，张沈习，程浩忠，等 . Stackelberg博弈在电力市场中的应用研究综述［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 13 ）： 3250 - 3262 .

ZHANG Heng ， ZHANG Shenxi ， CHENG Haozhong ， et al . A state-of-the-art review on Stackelberg game and its applications in power market ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 13 ）： 3250 - 3262 .

晏鸣宇，艾小猛，张艺镨，等 . 考虑机组禁止运行区间的含风电鲁棒机组组合［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 11 ）： 3195 - 3203 .

YAN Mingyu ， AI Xiaomeng ， ZHANG Yipu ， et al . Robust unit commitment with the consideration of the generator prohibited zones under the penetration of wind power ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 11 ）： 3195 - 3203 .

MOISEEVA E ， HESAMZADEH M R ， BIGGAR D R . Exercise of market power on ramp rate in wind-integrated power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2015 ， 30 （ 3 ）： 1614 - 1623 .

MOISEEVA E ， HESAMZADEH M R . Strategic bidding of a hydropower producer under uncertainty： modified Benders approach ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 1 ）： 861 - 873 .

李本新，刘振，陈厚合，等 . 基于主从博弈的输配电网协同经济调度［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 18 ）： 131 - 140 .

LI Benxin ， LIU Zhen ， CHEN Houhe ， et al . Collaborative economic dispatch of coupled transmission and distribution networks based on the Stackelberg game ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 18 ）： 131 - 140 .

吴晗，欧阳森，梁炜焜 . 计及储能循环寿命的柔性配电网优化运行及效益均衡策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 17 ）： 99 - 109 .

WU Han ， OUYANG Sen ， LIANG Weikun . Optimal operation and benefit balance strategy for flexible distribution network considering cycle life of energy storage ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 17 ）： 99 - 109 .

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