面向调频辅助服务的电解铝负荷调频容量投标策略

廖思阳; 司甜芳; 徐箭; 柯德平; 李玲芳; 陈义宣

doi:10.7500/AEPS20241202003

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面向调频辅助服务的电解铝负荷调频容量投标策略

学术研究 | 更新时间：2025-08-05

- 面向调频辅助服务的电解铝负荷调频容量投标策略
- Bidding Strategy for Frequency Regulation Capacity of Electrolytic Aluminum Loads Oriented to Frequency Regulation Ancillary Service
- 电力系统自动化 2025年49卷第15期页码：54-64
- 作者机构：
  
  1.交直流智能配电网湖北省工程中心（武汉大学），湖北省武汉市 430072
  2.武汉大学电气与自动化学院，湖北省武汉市 430072
  3.云南电网有限责任公司电网规划建设研究中心，云南省昆明市 650011
- 作者简介：
  
  廖思阳(1989—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统运行与控制、工业需求响应与新能源并网技术。E-mail：liaosiyang@whu.edu.cn
  司甜芳(2002—)，女，硕士研究生，主要研究方向：电力系统运行与控制、工业需求响应。E-mail：2939107003@qq.com
  徐箭(1980—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：柔性负荷调度与控制、新型电力系统运行与控制、综合能源系统建模分析与运行控制。E-mail：xujian@whu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2023YFB2407300);云南电网有限责任公司科技项目(YNKJXM20222068)
- DOI：10.7500/AEPS20241202003
  中图分类号：
- 收稿：2024-12-02，
  
  修回：2025-05-18，
  
  网络出版：2025-06-06，
  
  纸质出版：2025-08-10
- 稿件说明：
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廖思阳,司甜芳,徐箭等.面向调频辅助服务的电解铝负荷调频容量投标策略[J].电力系统自动化,2025,49(15):54-64.

LIAO Siyang,SI Tianfang,XU Jian,et al.Bidding Strategy for Frequency Regulation Capacity of Electrolytic Aluminum Loads Oriented to Frequency Regulation Ancillary Service[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(15):54-64.
廖思阳,司甜芳,徐箭等.面向调频辅助服务的电解铝负荷调频容量投标策略[J].电力系统自动化,2025,49(15):54-64. DOI： 10.7500/AEPS20241202003.

LIAO Siyang,SI Tianfang,XU Jian,et al.Bidding Strategy for Frequency Regulation Capacity of Electrolytic Aluminum Loads Oriented to Frequency Regulation Ancillary Service[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(15):54-64. DOI： 10.7500/AEPS20241202003.

摘要

新能源大规模并网给电力系统的频率稳定带来挑战，亟须挖掘负荷侧可调节资源的调频能力。部分省份发布调频辅助服务规则引导负荷自主申报调频容量参与调频响应。电解铝负荷作为一种典型的高耗能负荷，具备参与电网调频的自动功率控制功能，但缺乏能使其收益最大的容量申报方法，极大地限制了负荷参与调频辅助服务的积极性。为此，文中提出一种面向调频辅助服务规则的电解铝负荷调频容量投标策略。首先，引入电解铝负荷响应自动发电控制（AGC）调频信号的控制方法；然后，分析其功率调控对生产的影响，得出负荷安全生产的功率调控边界与功率调控成本模型；最后，分析中国云南省调频辅助服务规则中的补偿机制，结合调频信号的预测结果，提出满足负荷生产安全和调频市场规则约束的最大化负荷净收益期望值的调频容量投标策略。算例结果表明，采用所提策略进行投标能获得更高的负荷预期收益，从而提升负荷参与调频辅助服务的积极性。

Abstract

The large-scale grid-connection of renewable energy brings challenges to the frequency stability of the power system

and there is an urgent need to explore the frequency regulation capability of adjustable resources on the load side. Some provinces in China have issued frequency regulation ancillary service rules to guide loads to independently declare the frequency regulation capacity to participate in frequency regulation response. As a typical high-energy-consuming load

the electrolytic aluminum load has the automatic power control function to participate in the power grid frequency regulation. However

the lack of a capacity declaration method that can maximize its revenues has greatly restricted the enthusiasm of the load to participate in frequency regulation ancillary services. To this end

a bidding strategy for frequency regulation capacity of electrolytic aluminum loads oriented to frequency regulation ancillary service rules is proposed. First

the control method for electrolytic aluminum loads responding to frequency regulation signals of automatic generation control (AGC) is introduced. Then

the impact of its power regulation on production is analyzed to derive the power regulation boundary and power regulation cost model for the load production safety. Finally

the compensation mechanism in the frequency regulation ancillary service rules of Yunnan Province

China is analyzed. Combined with the prediction results of frequency regulation signals

a bidding strategy for frequency regulation capacity is proposed

in which the expected value of load net revenues can be maximized to meet the constraints of load production safety and frequency regulation market rules. Case results show that the bidding with the proposed strategy can obtain higher expected revenues for loads

thus enhancing the enthusiasm of loads to participate in frequency regulation ancillary services.

关键词

Keywords

references

舒印彪，范建斌，李群，等 . 国际电工委员会《以新能源为主体的零碳电力系统》白皮书解读［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 9 ）： 1 - 10 .

SHU Yinbiao ， FAN Jianbin ， LI Qun ， et al . Interpretation of International Electrotechnical Commission white paper “Zero-carbon Power Systems Based Primarily on Renewable Energy ”［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 9 ）： 1 - 10 .

林阿竹，柯清辉，江岳文 . 独立储能参与调频辅助服务市场机制设计［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 12 ）： 26 - 34 .

LIN Azhu ， KE Qinghui ， JIANG Yuewen . Market mechanism design of independent energy storage participating in frequency modulation auxiliary service market ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 12 ）： 26 - 34 .

潘祺，赵晋泉，王岗，等 . 消纳新能源引发的系统平衡成本解析及计算方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 14 ）： 61 - 68 .

PAN Qi ， ZHAO Jinquan ， WANG Gang ， et al . Analytical and computational method for system balancing cost caused by renewable energy accommodation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 14 ）： 61 - 68 .

莫理莉，兰峻焜，周亮，等 . 虚拟电厂下灵活资源多时间尺度调频控制［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 18 ）： 76 - 86 .

MO Lili ， LAN Junkun ， ZHOU Liang ， et al . Multi-timescale frequency regulation control of flexible resources in virtual power plant ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 18 ）： 76 - 86 .

周竞，耿建，唐律，等 . 可调节负荷资源参与电力辅助服务市场规则分析与思考［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 7 ）： 120 - 127 .

ZHOU Jing ， GENG Jian ， TANG Lü ， et al . Rule analysis and cogitation for adjustable load resources participating in ancillary service market ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 7 ）： 120 - 127 .

吉伦奇，汪晓露 . 新版“两个细则”对发电企业的影响及应对策略［J］. 中国电力企业管理， 2022 （ 28 ）： 78 - 79 .

JI Lunqi ， WANG Xiaolu . Influence of the new edition of “two detailed rules” on power generation enterprises and countermeasures ［J］. China Power Enterprise Management ， 2022 （ 28 ）： 78 - 79 .

史沛然，李彦宾，江长明，等 . 第三方独立主体参与华北电力调峰市场规则设计与实践［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 5 ）： 168 - 174 .

SHI Peiran ， LI Yanbin ， JIANG Changming ， et al . Rule design and practice for third-party independent entities participating in electric power peak regulation auxiliary service market of North China ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 5 ）： 168 - 174 .

蔡国伟，姜雨晴，黄南天，等 . 电力需求响应机制下基于多主体双层博弈的规模化电动汽车充放电优化调度［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 1 ）： 85 - 99 .

CAI Guowei ， JIANG Yuqing ， HUANG Nantian ， et al . Optimal scheduling of scaled electric vehicle charging and discharging based on multi-initiative two-layer game under power demand response mechanism ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 1 ）： 85 - 99 .

曾庆彬，梁伟强，张勇军，等 . 考虑多重轮换调控的空调负荷调控潜力评估与控制策略［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 4 ）： 123 - 131 .

ZENG Qingbin ， LIANG Weiqiang ， ZHANG Yongjun ， et al . Regulation potential evaluation and control strategy of air conditioning load considering multiple rotation regulation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 4 ）： 123 - 131 .

徐博强，张沛超，何光宇，等 . 基于主从博弈的热水器集群的负荷准线控制方法［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 21 ）： 7785 - 7797 .

XU Boqiang ， ZHANG Peichao ， HE Guangyu ， et al . Load collinear control method for water heater clusters based on master-slave game ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 21 ）： 7785 - 7797 .

丁鑫，徐箭，孙元章，等 . 联网型高耗能电解铝工业电网源荷协调平抑风电功率波动控制策略［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 11 ）： 47 - 55 .

DING Xin ， XU Jian ， SUN Yuanzhang ， et al . Source-load coordinated control strategy for smoothing wind power fluctuation in grid-connected high energy consuming electrolytic aluminum industrial power grid ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 11 ）： 47 - 55 .

刘玥伶 . 含矿热炉负荷的孤网系统二次调频研究［D］. 成都：四川大学， 2021 .

LIU Yueling . Study on secondary frequency regulation of isolated network system with submerged arc furnace load ［D］. Chengdu ： Sichuan University ， 2021 .

郑若楠，李志浩，唐雅洁，等 . 考虑居民用户参与度不确定性的激励型需求响应模型与评估［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 8 ）： 154 - 162 .

ZHENG Ruonan ， LI Zhihao ， TANG Yajie ， et al . Incentive demand response model and evaluation considering uncertainty of residential customer participation degree ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 8 ）： 154 - 162 .

王飞，李美颐，张旭东，等 . 需求响应资源潜力评估方法、应用及展望［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 21 ）： 173 - 191 .

WANG Fei ， LI Meiyi ， ZHANG Xudong ， et al . Assessment methods for demand response resource potential and their application and prospect ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 21 ）： 173 - 191 .

张新，岳园园，曾好，等 . 面向电网规划的重点需求侧资源响应潜力评估方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 16 ）： 162 - 170 .

ZHANG Xin ， YUE Yuanyuan ， ZENG Hao ， et al . Response potential evaluation method of key demand-side resources for power grid planning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 16 ）： 162 - 170 .

鲍益 . 高耗能电解铝负荷参与电力系统调频及辅助服务策略研究［D］. 武汉：武汉大学， 2019 .

BAO Yi . Study on the strategy of high energy consumption electrolytic aluminum load participating in frequency modulation and auxiliary service of power system ［D］. Wuhan ： Wuhan University ， 2019 .

CAI G W ， ZHOU J N ， WANG Y B ， et al . Multi-objective coordinative scheduling of system with wind power considering the regulating characteristics of energy-intensive load ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2023 ， 151 ： 109143 .

XU J ， CHEN Y F ， LIAO S Y ， et al . Demand side industrial load control for local utilization of wind power in isolated grids ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 243 ： 47 - 56 .

骆钊，聂灵峰，田肖，等 . 基于模型预测控制的电解铝负荷参与电网频率稳定控制策略［J］. 电力建设， 2023 ， 44 （ 10 ）： 1 - 11 .

LUO Zhao ， NIE Lingfeng ， TIAN Xiao ， et al . Control strategy of electrolytic aluminum load participating in power network frequency stability based on model predictive control ［J］. Electric Power Construction ， 2023 ， 44 （ 10 ）： 1 - 11 .

聂世豪，黄润，陈磊，等 . 考虑能量恢复的电解铝负荷一次调频自适应控制［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 17 ）： 37 - 45 .

NIE Shihao ， HUANG Run ， CHEN Lei ， et al . Adaptive control of primary frequency regulation for electrolytic aluminum load considering energy recovery ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 17 ）： 37 - 45 .

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 .

李永刚，孙浩潮，周一辰，等 . 考虑新增电动汽车充放电中断风险的聚合商调频辅助服务投标策略［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 10 ）： 3 - 12 .

LI Yonggang ， SUN Haochao ， ZHOU Yichen ， et al . Frequency regulation auxiliary service bidding strategy for aggregators considering charging and discharging interruption risk of newly added electric vehicles ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 10 ）： 3 - 12 .

李孟阳，李国杰，汪可友，等 . 考虑需求响应及调频性能变化的虚拟电厂日前投标策略［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 3 ）： 13 - 25 .

LI Mengyang ， LI Guojie ， WANG Keyou ， et al . Day-ahead bidding strategy for virtual power plant considering demand response and frequency regulation performance variation ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 3 ）： 13 - 25 .

廖思阳，皮山泉，徐箭，等 . 新型电力系统直控式负荷多层级协同调控关键技术综述［J］. 高电压技术， 2023 ， 49 （ 9 ）： 3669 - 3685 .

LIAO Siyang ， PI Shanquan ， XU Jian ， et al . Review of key technologies for multi-level cooperative regulation of direct-controlled loads in new power systems ［J］. High Voltage Engineering ， 2023 ， 49 （ 9 ）： 3669 - 3685 .

邱竹贤 . 预焙槽炼铝［M］. 3版 . 北京：冶金工业出版社， 2005 .

QIU Zhuxian . Aluminium smelting in prebaked cell ［M］. 3rd ed . Beijing ： Metallurgical Industry Press ， 2005 .

廖思阳 . 高耗能负荷参与高渗透率风电孤立电网频率控制方法研究［D］. 武汉：武汉大学， 2016 .

LIAO Siyang . Study on frequency control method of high energy consumption load participating in high permeability wind power isolated power grid ［D］. Wuhan ： Wuhan University ， 2016 .

廖思阳，卞士琪，徐箭，等 . 考虑电解槽能量流优化的电解铝负荷网荷互动可调容量评估［J/OL］. 中国电机工程学报： 1 - 12 ［ 2024-04-11 ］. http：//kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx？filename=ZGDC2024040800A&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=ZGDC2024040800A&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ .

LIAO Siyang ， BIAN Shiqi ， XU Jian ， et al . Evaluation of interactive adjustable capacity of electrolytic aluminum load network considering energy flow optimization of electrolytic cell ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ： 1 - 12 ［ 2024-04-11 ］. http：//kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx？filename=ZGDC2024040800A&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=ZGDC2024040800A&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ .

云南省调频辅助服务市场运营规则（ 2023 版）印发［EB/OL］.［ 2024-11-24 ］. https：//news.bjx.com.cn/html/20231218/1350614.Shtml https://news.bjx.com.cn/html/20231218/1350614.Shtml .

Yunnan frequency regulation auxiliary service market operation rules （2023 version） issued ［EB/OL］. ［ 2024-11-24 ］. https：//news.bjx.com.cn/html/20231218/135614.Shtml https://news.bjx.com.cn/html/20231218/135614.Shtml .

周臣 . 储能参与辅助服务日前投标容量优化研究［D］. 大连：大连理工大学， 2022 .

ZHOU Chen . Research on optimization of bidding capacity before energy storage participation in auxiliary service ［D］. Dalian ： Dalian University of Technology ， 2022 .

国勇健，李爱魁，孙威，等 . 考虑价格预测的储能电站调频投标策略［J/OL］. 中国电机工程学报： 1 - 12 ［ 2024-11-25 ］. https：//www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-ZGDC20240328004.htm https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-ZGDC20240328004.htm .

GUO Yongjian ， LI Aikui ， SUN Wei ， et al . Bidding strategy for energy storage plant frequency regulation considering price prediction ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ： 1 - 12 ［ 2024-11-25 ］. https：//www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-ZGDC20 240328004.htm https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-ZGDC20240328004.htm .

孙震龙，司大军，徐衍会 . 电解铝实用负荷模型及参数辨识方案［J］. 云南电力技术， 2023 ， 51 （ 4 ）： 70 - 76 .

SUN Zhenlong ， SI Dajun ， XU Yanhui . Practical load model and parameter identification scheme of aluminum electrolysis electrical load ［J］. Yunnan Electric Power ， 2023 ， 51 （ 4 ）： 70 - 76 .

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