氢能充电站参与多类型频率调节辅助服务的鲁棒定价方法研究

针对高比例可再生能源并网导致电力系统频率调节能力不足的问题，研究人员提出融合氢能充电站(HRS)惯性响应(IR)、一次调频(PFR)和二次调频(SFR)的多类型频率调节辅助服务(FRAS)定价方法。基于CVaR-Wasserstein分布鲁棒优化处理可再生能源不确定性，案例表明该方法使同步发电机(SG)和HRS总成本降低71.61%，HRS利润率达15.51%，为构建新型电力系统频率安全机制提供创新解决方案。

　　

随着风电、光伏等高比例可再生能源(RES)并网和电力电子设备大规模应用，电力系统惯量支撑和频率调节能力急剧下降。同步发电机(SG)占比降低导致惯性响应(IR)、一次调频(PFR)和二次调频(SFR)服务稀缺，严重威胁系统频率安全。氢能充电站(HRS)凭借电解槽和燃料电池的快速响应特性，理论上可提供多类型频率调节辅助服务(FRAS)，但现有市场缺乏有效激励机制，导致HRS参与意愿不足。如何设计科学定价方法激发HRS提供IR、PFR和SFR服务，成为增强新型电力系统频率安全的关键科学问题。

中国某高校研究人员在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，提出融合HRS多类型FRAS的定价方法。采用条件风险价值(CVaR)-Wasserstein度量模糊集处理RES不确定性，建立考虑频率安全约束的分布鲁棒优化模型。通过IEEE-118和IEEE-300节点系统验证，首次量化评估HRS参与FRAS市场的经济效益。

关键技术包括：1)构建含HRS的IR/PFR/SFR多时间尺度响应模型；2)设计CVaR-Wasserstein分布鲁棒优化(CWDRO)框架；3)推导基于强对偶理论的边际定价机制；4)开发二阶锥规划(SOCP)转化求解策略。

【频率安全约束考虑HRS的频率响应能力】
建立质子交换膜(PEM)电解槽1秒级PFR响应模型，提出涵盖频率变化率(RoCoF)、最低频率(频率nadir)、准稳态和稳态的四重安全约束体系。相比传统SG，HRS的PFR响应速度提升60%。

【考虑不确定性的FRAS定价模型】
采用CVaR-Wasserstein模糊集刻画RES预测误差分布，构建CWDRO模型。相比传统Wasserstein方法，保守性降低23.7%的同时满足频率安全约束。

【仿真结果】
在RES渗透率20%时达到效益峰值：HRS提供FRAS使系统总成本下降71.61%，其中IR服务贡献率达42.3%；HRS利润率达15.51%，显著高于SG的8.7%。当RES渗透率超过35%时，HRS的SFR服务收益仍保持12%以上。

该研究开创性地解决了三个核心问题：1)建立首套覆盖IR/PFR/SFR的HRS全服务定价体系；2)验证CVaR-Wasserstein方法在FRAS定价中的优越性；3)揭示RES渗透率与FRAS收益的非线性关系。研究成果为电力市场规则修订提供理论依据，据测算若在全国推广可使风电消纳率提升5-8个百分点。作者Chen Li等指出，未来需进一步研究HRS集群协同优化策略，以应对超高比例RES电网的复杂频率控制需求。