一种需求侧市场主体与发电机组同台竞价的市场出清方法

1.本发明涉及电力现货市场机制领域，具体涉及一种需求侧市场主体与发电机组同台竞价的市场出清方法。


背景技术：

2.电力用户具有相当可观的调节潜力，需要有效的市场机制去引导利用。随着电力现货市场机制的不断完善以及用户侧市场的逐渐放开，以需求侧响应交易代替传统的电力需求侧管理已成为电力市场的发展趋势，将需求侧资源纳入现货市场交易具有深远的发展前景。当前，我国现货市场现阶段对需求侧采用报量不报价的参与方式，通过日前市场出清价格引导用户需求弹性，这是一种被动的用户响应方式。随着现货市场的建设，市场主体逐步壮大，需求侧市场主体将进入现货市场，从而使需求侧响应可以主动参与市场竞价。
3.本发明公开了一种需求侧市场主体与发电机组同台竞价的市场出清方法，可以实现需求侧与发电机组的分别定价，抑制部分发电侧市场主体随意报价的行为，鼓励市场主体合理报价。


技术实现要素：

4.本发明公开了一种需求侧市场主体与发电机组同台竞价的市场出清方法，有助于解决电网峰谷差大、负荷波动剧烈的问题，同时可以实现需求侧与发电机组的分别定价，能够在不影响市场主体利益的情况下，尽可能地提高需求侧主体在市场中的主动性和参与市场的积极性，能够避免需求响应竞价行为影响市场价格，有利于稳定现货市场的正常运行秩序。
5.一种需求侧市场主体与发电机组同台竞价的市场出清方法，首先，系统运营机构向需求侧市场主体发布需求侧响应信息；然后需求侧市场主体在收到需求侧响应信息后，向系统运营商提交需求侧报价信息；其次，系统运营结构进行出清阶段；最后系统运营商公布出清结果；所述系统运营结构进行出清阶段具体包括如下步骤：步骤1：求解考虑需求侧报价的安全约束机组组合问题。该安全约束机组组合问题是以购电费用、发电机组启动费用以及需求侧响应费用总和最小为目标函数，如下式：其中：t表示总时段数，表示发电机组总台数，表示需求侧市场主体个数，和分别表示发电机组和需求侧响应的出力，表示发电机组的启动费用，表示发电机组运行费用，如下式：
其中：表示发电机组i在t时段第m段的报价，表示发电机组i在t时段第m段的发电机组出力，为发电机组出力总分段数。
6.表示需求侧响应费用，如下式：其中：表示需求侧市场主体j在t时段第m段的报价，表示需求侧响应在t时段第m段的出力，为需求侧响应出力总分段数。
7.求解安全约束机组组合问题需满足如下约束条件：（1）式（1）为安全约束机组组合问题的电力平衡约束条件，其中：为t时段电力系统负荷减去省联络线输入功率；（2）式（2）为安全约束机组组合问题的正备用容量约束，其中：表示发电机组i在t时段的启停状态，表示发电机组停机，表示发电机组开机，表示t时段电力系统正备用容量需求；（3）式（3）为安全约束机组组合问题的负备用容量约束，其中：表示发电机组i在t时段的最小出力，表示t时段电力系统负备用容量需求。在执行步骤1可以得到考虑需求侧报价时的发电机组开停机状态，并将其传入步骤2。
8.步骤2：根据步骤1传入的发电机组开停机状态，将处于停机状态的发电机组出力设置为0，然后求解考虑需求侧报价的安全约束经济调度问题，考虑需求侧报价但不计及发电机组启停费用；所述安全约束经济调度问题是以购电费用与需求侧响应费用之和最小为目标函数，如下式：
其中：安全约束经济调度问题需满足电力平衡约束条件、发电机组下爬坡约束条件和发电机组上爬坡约束条件如下约束条件。
9.所述发电机组下爬坡约束条件的公式为：（4）式（4）中表示发电机组i的最大下爬坡速率。
10.所述发电机组上爬坡约束条件的公式为：（5）式（5）中表示发电机组i的最大上爬坡速率。执行步骤2能得到发电机组出力信息、需求侧出力信息以及电力平衡约束对应的拉格朗日乘子，再将发电机组出力信息以及需求侧出力信息传入步骤4，以及将拉格朗日乘子传入步骤3；步骤3：根据步骤3传入的拉格朗日乘子计算考虑需求侧报价的节点电价，其值等于步骤2中安全约束经济调度问题的电力平衡约束条件对应的拉格朗日乘子。
11.步骤4：根据步骤2传入的发电机组出力信息以及需求侧出力信息进行安全校核。若安全校核通过，则执行步骤6；若安全校核不通过，则执行步骤5。
12.步骤5：修改电力系统运行边界条件和所有安全约束机组组合约束条件，转至步骤1；步骤6：基于需求侧中标结果修正相应母线节点的负荷预测曲线并对发电侧进行第二次出清，求解仅考虑发电机组报价的机组组合问题，所述机组组合问题是以购电费用与发电机组启停费用之和最小为目标函数，如下式仅考虑发电机组报价的机组组合问题需满足电力供需平衡约束条件、正备用容量约束和负备用容量约束如下约束条件，其中，正备用容量约束和负备用容量约束与步骤1相同；所述电力供需平衡约束条件为：（6）式（6）中表示步骤2中计算所得的需求侧响应出力。执行步骤6能够得到不考虑需求侧报价时的发电机组开停机状态，并将其传入步骤7；步骤7：根据步骤6传入的发电机组开停机状态，将处于停机状态的发电机组出力设置为0，然后求解不考虑需求侧报价时的经济调度问题，经济调度问题以购电费用最小为
目标函数，如下式经济调度问题需满足如下约束条件：（6）上式（6）为经济调度问题的电力供需平衡约束条件，（4）上式（4）为经济调度问题的发电机组下爬坡约束条件，（5）上式（5）为经济调度问题的发电机组上爬坡约束条件；执行步骤7得到发电机组出力信息以及电力供需平衡约束条件对应的拉格朗日乘子，将拉格朗日乘子传入步骤8；步骤8：根据步骤7传入的拉格朗日乘子计算不考虑需求侧报价的节点电价，其值等于步骤7中电力供需平衡约束的拉格朗日乘子。
13.优选的是，步骤1、步骤2以及步骤3中所述的需求侧报价信息包含分段报量报价信息，并且报价曲线随响应量增加而单调递增。
14.优选的是，步骤4中所述的安全校核分为电力平衡校核和安全稳定校核。所述安全稳定校核包括基态潮流校核与静态安全分析；所述基态潮流校核釆用交流潮流模型校核基态潮流下线路/断面传输功率不超过极限值、系统母线电压水平不越限；所述静态安全分析基于预想故障集,采用交流潮流模型进行开断分析,确保预想故障集下设备负载不超过事故后限流值、系统母线电压不越限。
15.优选的是，步骤5中所述的边界条件包括发电机组运行状态、发电机组出力上下限、发电机组最早可并网时间、热电联产机组供热计划和发电机组一次能源供应量。
16.优选的是，步骤6中所述的负荷预测曲线通过电力调度机构的负荷预测程序得到。
17.有益效果：本发明所提供的一种需求侧市场主体与发电机组同台竞价的市场出清方法，步骤1得到考虑需求侧竞价情况下的发电机组组合结果，从而确定发电机组启停状态，步骤2根据步骤1得到的发电机组启停状态确定需求侧竞价的出清结果；进一步地，步骤3根据步骤2的出清结果计算出清价格，步骤2得到的出清结果以及步骤3得到的出清价格即为需求侧市场主体的中标结果；步骤4根据步骤2得到的结果进行安全校核，用以确定步骤2以及步骤3所得结果是否能够满足电力系统运行要求；在此基础上，步骤6和步骤7将步骤1、步骤2的需求侧中标结果作为已知条件重新进行出清计算，步骤6得到不考虑需求侧竞价情况下的发电机组启停状态；步骤7根据步骤6得到的发电机组启停状态确定处于开机状态发电机组的出力；步骤8根据步骤7得到的结果计算各节点的出清价格，步骤7得到的发电机组出力以及步骤8得到的出清价格即为发电机组中标结果。该出清方法在步骤2和步骤3中计算需求侧市场主体的中标结果，之后在步骤7和步骤8中计算发电机组的中标结果，这种分
步出清方式能够保证需求侧市场主体和其他市场主体两方面的利益。
18.该出清方法能够抑制部分发电侧市场主体随意报价的行为，鼓励其合理报价。在本发明所提供的出清方法中，发电机组的定价仍由实际的发电机组报价曲线决定，不会出现由于需求侧市场主体抬高报价而提高发电机组价格并影响用户利益。本发明可实现需求侧报价与发电机组的分别定价，能够在不影响市场主体利益的情况下，尽可能地提高需求侧市场主体的主动性和参与市场的积极性。
附图说明
19.图1是本发明所提供的需求侧市场主体与发电机组同台竞价的市场出清方法实施流程图。
20.图2是本发明所提供的需求侧市场主体与发电机组同台竞价的市场出清方法具体工作实施方式图。
21.图3是本发明的步骤框图。
具体实施方式
22.为了更加清晰的说明本发明的技术方案，下面结合附图2对本发明的具体实施方式进行详述。
23.如图1
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3所示，本发明公开了一种需求侧市场主体与发电机组同台竞价的市场出清方法，可实现需求侧与发电机组的分别定价，能够在不影响市场主体利益的情况下，尽可能地提高需求侧主体在市场中的主动性和参与市场的积极性；具体实现步骤如下：a.发布需求阶段。在运行日前一日，当系统运营机构预测到电网可能存在电力供应缺口时，决定启动需求响应，并向需求侧市场主体发布需求侧响应信息，包含需求侧响应时段、需求侧响应地区。
24.b.市场申报阶段。需求侧市场主体在收到需求侧响应信息后，根据响应能力进行日前市场投标决策，并向系统运营商提交需求侧报价信息。需求侧市场主体采用分段报量报价的方式，报价曲线随需求侧响应量增加而单调递增。
25.c.出清阶段。系统运营商根据需求侧市场主体的报价信息以及系统运行边界信息执行现货市场与需求侧响应联合优化出清程序，具体包括如下步骤：步骤1：求解考虑需求侧报价的安全约束机组组合问题，该安全约束机组组合问题是以购电费用、发电机组启动费用以及需求侧响应费用总和最小为目标函数，如下式：其中：t表示总时段数，表示发电机组总台数，表示需求侧市场主体个数，和分别表示发电机组出力和需求侧响应出力，表示发电机组的启动费用，表示发电机组运行费用，如下式：
其中：表示发电机组i在t时段第m段的报价，表示发电机组i在t时段第m段的发电机组出力，为发电机组出力总分段数，表示需求侧响应费用，如下式：其中：表示需求侧市场主体j在t时段第m段的报价，表示需求侧响应在t时段第m段的出力，为需求侧响应出力总分段数；求解安全约束机组组合问题需满足如下约束条件：（1）式（1）为安全约束机组组合问题的电力平衡约束条件，其中：为t时段电力系统负荷减去省联络线输入功率；（2）式（2）为安全约束机组组合问题的正备用容量约束，其中：表示发电机组i在t时段的开停机状态，表示发电机组停机，表示发电机组开机，表示t时段电力系统正备用容量需求；（3）式（3）为安全约束机组组合问题的负备用容量约束，其中：表示发电机组i在t时段的最小出力；表示t时段电力系统负备用容量需求，在执行步骤1可以得到考虑需求侧报价时的发电机组开停机状态，并将其传入步骤2；步骤2：根据步骤1传入的发电机组开停机状态，将处于停机状态的发电机组出力设置为0，然后求解考虑需求侧报价的安全约束经济调度问题，考虑需求侧报价但不计及发电机组启停费用；所述安全经济调度问题是以购电费用与需求侧响应费用之和最小为目标函数，如下式：
其中：安全约束经济调度问题需满足电力平衡约束条件、发电机组下爬坡约束条件和发电机组上爬坡约束条件：所述发电机组下爬坡约束条件的公式为：（4）其中，表示发电机组i的最大下爬坡速率，所述发电机组上爬坡约束条件的公式为：（5）其中，表示发电机组i的最大上爬坡速率，执行步骤2能得到发电机组出力信息、需求侧出力信息以及电力平衡约束对应的拉格朗日乘子，再将发电机组出力信息以及需求侧出力信息传入步骤4，以及将拉格朗日乘子传入步骤3；步骤3：根据步骤2传入的拉格朗日乘子计算考虑需求侧报价的节点电价，其值等于步骤2中的电力平衡约束条件对应的拉格朗日乘子。
26.步骤4：根据步骤2传入的发电机组出力信息以及需求侧出力信息进行安全校核，若安全校核通过，则执行步骤6；若安全校核不通过，则执行步骤5；步骤5：修改电力系统运行边界条件和所有安全约束机组组合约束条件，转至步骤1；步骤6：基于需求侧中标结果修正相应母线节点的负荷预测曲线并对发电侧进行第二次出清，求解仅考虑发电机组报价的机组组合问题，所述机组组合问题以购电费用与发电机组启动费用之和最小为目标函数，如下式：仅考虑发电机组报价的机组组合问题需满足电力供需平衡约束条件、正备用容量约束和负备用容量约束：其中，正备用容量约束和负备用容量约束与步骤1相同，（6）上式为机组组合问题的电力供需平衡约束条件，其中：表示步骤2中计算所得的需求侧响应出力。
27.执行步骤6能够得到发电机组开停机状态，并将其传入步骤7；
步骤7：根据步骤6传入的发电机组开停机状态，将处于停机状态的发电机组出力设置为0，求解不考虑需求侧竞价时的经济调度问题。所述经济调度问题以购电费用最小为目标函数，如下式其中：经济调度问题需满足如下约束条件：（6）上式（6）为经济调度问题的电力供需平衡约束条件，（4）上式（4）为经济调度问题的发电机组下爬坡约束条件，式中为发电机组i在t
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1时段的发电功率，（5）上式（5）为经济调度问题的发电机组上爬坡约束条件，执行步骤7得到发电机组出力信息以及电力供需平衡约束条件对应的拉格朗日乘子，将拉格朗日乘子传入步骤8；步骤8：根据步骤7中传入的拉格朗日乘子，计算不考虑需求侧报价的节点电价，其值等于步骤7中电力供需平衡约束的拉格朗日乘子。
28.所述的需求侧市场主体与发电机组同台竞价的市场出清方法，其中，步骤1、步骤2以及步骤3中所述的需求侧报价信息包含分段报量报价信息，并且报价曲线随响应量增加而单调递增。
29.所述的需求侧市场主体与发电机组同台竞价的市场出清方法，其中，步骤4中所述的安全校核分为电力平衡校核和安全稳定校核。所述安全稳定校核包括基态潮流校核与静态安全分析；所述基态潮流校核釆用交流潮流模型校核基态潮流下线路/断面传输功率不超过极限值、系统母线电压水平不越限；所述静态安全分析基于预想故障集,采用交流潮流模型进行开断分析,确保预想故障集下设备负载不超过事故后限流值、系统母线电压不越限。
30.所述的需求侧市场主体与发电机组同台竞价的市场出清方法，其中，步骤5中所述的边界条件包括发电机组运行状态、发电机组出力上下限、发电机组最早可并网时间、热电联产机组供热计划和发电机组一次能源供应量。
31.所述的需求侧市场主体与发电机组同台竞价的市场出清方法，其中，步骤6中所述的负荷预测曲线通过电力调度机构的负荷预测程序得到。
32.c.系统运营商公布出清结果，出清结果包括步骤2中得到的需求侧出力信息、步骤6中得到的发电机组开停机状态、步骤7中得到的发电机组出力信息以及步骤8中得到的节点电价。