一种计及环流效应的阻塞盈余分摊方法及计算装置

1.本发明涉及多区域电力市场交易领域，特别是一种计及环流效应的阻塞盈余分摊方法及计算装置。


背景技术：

2.在实现“碳达峰，碳中和”的目标下，将构建以新能源为主体的新型电力系统。在我国，考虑新能源发电与负荷中心呈现逆向分布的现状以及各区域应对极端天气变化的需求，发展完善跨区域电力交易机制、实现不同电力系统的互联互济将更加重要。在美国和欧洲，区域电力市场已经被广泛研究，并且已经运行了几十年，节点边际电价(location marginal price,lmp)机制得到广泛应用。每个区域独立系统运营商(independent system operator,iso)通过lmp与区域内的发电商和用户进行结算，剩余金额用于金融输电权的拍卖等。而在多区域电力系统中，区域间联络线产生的阻塞盈余如何在多区域iso间分摊是未能解决的问题，这是因为不仅区域间电力交易将通过联络线，各区域的内部交易也将对线路阻塞产生影响，这也称为环流效应。在工程中，纽约iso(new york iso,nyiso)和新英格兰iso(iso new england,iso-ne)将区域间联络线的阻塞盈余进行均分，这可能不是各种运行条件下的最佳解决方案。因此，需要研究将拥挤线路的潮流分解为不同类型交易的贡献，并对每部分环流贡献进行适当定价，以此将阻塞盈余在区域间进行科学合理的分摊。
3.目前，在美国和欧洲，环流效应造成了跨区域交易出清结算中的经济损失，美国southern power pool(spp)公司和欧盟委员会尝试通过安放移相器、进一步划分定价区域、优化网络拓扑等方法来解决这一问题，但效果都不理想，且伴随较高的经济成本。
4.在市场出清模型方面，多区域电力市场的联合经济调度问题的求解通常采用分布式算法。目前有基于拉格朗日松弛的算法、基于一致性的全分布算法、边缘等效分解算法和临界区域投影法。传统的分布式算法可能会遇到收敛和计算速度较慢的问题，从而限制了其在工程中的应用。
5.在跨区域电力交易的新型市场机制方面，美国nyiso、iso-ne采用了联络优化的方法(tie optimization,to)和协调交易调度(coordinated transaction scheduling,cts)的方法，但它们依赖于代理节点的选取，会造成显著误差。之后被提出的广义cts(generalized cts,gcts)模型解决了代理节点的偏差问题。但在所有研究中，如何联合分摊多区域电力系统的阻塞盈余仍然是未能解决的问题。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术中如何联合分摊多区域电力系统的阻塞盈余的技术问题，本发明提出一种计及环流效应的阻塞盈余分摊方法及计算装置。
7.为此，本发明提出的计及环流效应的阻塞盈余分摊方法，应用于多区域电力系统，具体包括如下步骤：
8.s1、建立并求解多区域电力系统经济调度模型；
9.s2、分布式恢复节点边际电价；
10.s3、量化区域内交易和区域间交易对线路阻塞的影响；
11.s4、多区域间阻塞盈余分摊。
12.进一步地，所述步骤s1具体包括：
13.s11、建立网络结构；
14.s12、建立多区域电力系统经济调度模型；
15.s13、求解跨区域交易出清价格。
16.进一步地，多区域电力系统包括多个输电网、区域间的联络线、区域内线路、各区域内部交易和跨区域交易。
17.进一步地，所述步骤s2具体包括：
18.s21、分布式求解功率转移分布因子；
19.s22、求解全局节点边际电价。
20.进一步地，所述步骤s21中，多区域中关于线路和节点的功率转移分布因子分为两类：区域内因子和区域间因子，所述区域内因子指的是线路和节点位于同一区域，所述区域间因子指的是线路和节点位于不同区域。
21.进一步地，所述步骤s21中，每个区域的独立系统运营商根据直流最优潮流模型和其他区域的等效网络直接计算区域内因子。
22.进一步地，所述步骤s3具体包括：
23.s31、计算区域间交易对各区域内部传输线潮流的影响；
24.s32、计算区域间交易对联络线潮流的影响；
25.s33、计算区域内交易对本区域内部线路潮流的影响；
26.s34、区域内交易对联络线或其他区域内部线路潮流的影响均通过跨区域交易反映，不需要单独计算。
27.进一步地，所述步骤s4中，区域承担的阻塞盈余是区域的独立系统运营商与内部发电机、内部负荷和区域间报价者结算后的剩余资金。
28.本发明提出一种计算装置，应用于多区域电力系统，具体包括存储器和中央处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述中央处理器通过运行计算机程序，能够实现上述计及环流效应的阻塞盈余分摊方法。
29.本发明提出一种计算机可读存储介质，存储有能够被中央处理器运行的计算机程序，所述计算机程序在被所述中央处理器运行的过程中能够实现权利要求1-8中任一项所述的计及环流效应的阻塞盈余分摊方法。
30.相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
31.提出了分布式方法来恢复得到全局lmp，并将环流造成的影响进行定量和定价，各个区域根据对线路拥堵的贡献分摊阻塞盈余，完善了跨区域交易机制，妥善考虑了环流效应的影响，保护了各区域的数据隐私，在多区域电力市场中具有重要的工程应用价值。
附图说明
32.图1是本发明实施例阻塞盈余分摊方法的流程图；
33.图2是本发明实施例多区域电力系统经济调度模型的网络结构示意图；
34.图3是本发明实施例跨区域交易gcts机制的结算过程示意图。
具体实施方式
35.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
36.如图1所示，本发明实施例提出一种计及环流效应的阻塞盈余分摊方法，应用于多区域电力系统，具体包括如下步骤：
37.s1、建立并求解多区域电力系统经济调度模型，以多区域包括3个区域为例进行详细说明，具体包括如下步骤：
38.s11、建立网络结构，如图2所示，实线箭头代表跨区域交易，虚线箭头代表区域内交易，多区域电力系统包括多个输电网，区域间的联络线l
i-j
，l
i-m
和l
j-m
，区域内线路li，lm和lj，各区域内部交易pi，pm和pj，以及跨区域交易s
i-j
，s
i-m
和s
j-m
，采用gcts机制，在不同区域间引入区域间报价者，其投标格式为：
[0039][0040]
式中《b
pm
,b
qn
》表示区域间报价者从区域m的p节点购电，在区域n的q节点卖出，参数δπb表示区域间报价者对节点p和q之间的预期价格差异，参数表示区域间报价者所报容量的上限。
[0041]
s12、建立多区域电力系统经济调度模型，模型通过如下公式进行限定：
[0042][0043]1t
g＝1
t
d λ
[0044][0045][0046][0047][0048]
模型中，决策变量是发电机出力g和区域间报价者的合约出清量s。向量ci，di，fi，gi，分别为区域i的发电机成本系数、负荷值、联络线容量上限、发电出力上下限。向量ft表示联络线的容量约束，向量表示区域间报价者的容量上限，向量和b
ii
分别表示互电纳矩阵和自电纳矩阵，向量s
i，i
表示区域i内部线路与内部节点之间的功率转移分布因子，向量s
i，-bi
表示区域i内部线路与除区域i外所有区域边界节点之间的功率转移分布因子。向量s
t，i
表示联络线和区域i内部节点之间的功率转移分布因子。矩阵m是区域间投标的关联矩阵，如果区域间投标在节点i买入，在节点j卖出，则其关联矩阵列向量[
…
，i，
…
，j，
…
]
t
中的第i项和第j项分别为1和-1，其他为0。模型中右侧列为所有约束条件的对偶乘子。
[0049]
s13、求解跨区域交易出清价格，区域i内部的发电机和负荷将根据各节点的lmp进行结算，根据包络定理，区域i内各节点的lmp为：
[0050][0051]
跨区域交易将根据区域i的最优成本对s的边际价格进行结算：
[0052][0053]
式中，矩阵a是区域i节点和支路的关联矩阵，向量是区域i边界节点和区域j边界节点之间的电纳矩阵，是网络等值后的区域i边界节点的自电纳矩阵，式中其他下标向量的定义方式相同。
[0054]
s2、分布式恢复lmp，具体包括如下步骤：
[0055]
s21、分布式求解功率转移分布因子，在恢复全局lmp前，需要使用分布式的方法求解全网的功率转移分布因子矩阵。一般情况下，选择公共边界节点为参考节点，多区域中关于线路l和节点n的功率转移分布因子可以分为两类：区域内因子(传输线l是区域i中的内部线路或联络线，节点n在区域i中)和区域间因子(传输线l在区域i中，节点n在区域j中)。每个is0都可以根据直流最优潮流(direct current optimal power flow，dcopf)模型和其他区域的等效网络直接计算区域内因子。对于支路l和节点n的区域间因子，将通过以下步骤进行计算：
[0056]
s211、计算区域i中线路l和区域j的边界节点集bj之间的区域内功率转移分布因子s
1，bj
；
[0057]
s212、计算区域j边界节点和内部节点之间的导纳系数矩阵矩阵w
bj
建立了边界等值注入功率与系统内部节点注入功率之间的关系；
[0058]
s213、通过下式计算区域间功率转移分布因子s
l，n
[0059]sl，n
＝s
l，bj
×wbj，n
[0060]
式中向量w
bj，n
是与边界节点集bj和节点n相关的列向量。
[0061]
通过以上三个步骤，可以计算得到区域间功率转移分布因子的数值，过程中使用网络等值可以保护各区域的数据隐私。区域间功率转移分布因子不需要事先计算并进行大规模存储，在进行全局lmp恢复时，按需计算即可。
[0062]
s22、求解全局lmp，分别求解功率平衡方程的对偶乘子λ，线路容量约束的对偶乘子μi，μi，边界约束方程的对偶乘子ρi，由于边际机组所在节点的lmp等于机组边际成本，边际区域间报价者所在区域的边际价格等于区域间报价者的边际报价，因此可以列写以下线性方程组
[0063][0064][0065]
式中，l是拉格朗日函数，下标m表示边际机组和边际区域间报价者的集合。在模型求解无退化的情况下，上述线性方程组的独立方程数与待求变量数相等，从而可以通过已有的分布式求解方法得到该线性方程组的唯一解。基于求解得到的乘子和功率转移分布因子，每个iso都可以分别求解得到区域内lmp的值和区域间报价者的结算价格，从而进行和
发电机、负荷以及区域间报价者的结算。
[0066]
s3、量化区域内交易和区域间交易对线路阻塞的影响，具体包括如下步骤：
[0067]
s31、计算区域间交易对各区域内部传输线潮流的影响，例如，区域i和区域j之间的交易s
i-j
对区域i内部线路潮流的贡献ψ
i，i-j
为
[0068]
ψ
i，i-j
＝(s
i，i-s
i，j
)
×si-j
[0069]
式中，矩阵s
i，j
中的元素通过分布式功率转移分布因子的方法得到，其他相似定义的贡献ψ
j，i-j
，ψ
m，i-j
，ψ
i，i-m，
ψ
j，i-m
，ψ
m，i-m
，ψ
i，j-m
，ψ
j，j-m
，ψ
m，j-m
也可以通过类似的方法得到。
[0070]
s32、计算区域间交易对联络线潮流的影响，例如，区域i和区域j之间的交易s
i-j
对区域i，j之间联络线潮流的贡献ψ
i-j，i-j
为
[0071]
ψ
i-j，i-j
＝(s
i-j，i-s
i-j，j
)
×si-j
[0072]
其它相同类型的贡献值ψ
i-m，i-j
，ψ
i-m，i-j
，ψ
i-j，i-m
，ψ
j-m，i-m
，ψ
i-m，i-m
，ψ
i-j，i-m
，ψ
j-m，j-m
，ψ
i-m，j-m
也可以采用相同的方式计算得到。
[0073]
s33、计算区域内交易对本区域内部线路潮流的影响，例如，区域i内部交易对区域i内部线路潮流的贡献ψ
i，i
为
[0074]
ψ
i，i
＝ψ
i-ψ
i，i-j-ψ
i，j-m-ψ
i，i-m
[0075]
式中，向量ψi代表区域i内的支路潮流，其它相同类型的贡献值ψ
j，j
，ψ
m，m
也可以采用相同的方式计算得到。
[0076]
s34、在gcts交易机制下，区域内交易对联络线或其他区域内部线路潮流的影响均通过跨区域交易反映，不需要单独计算。
[0077]
s4、多区域间阻塞盈余分摊，区域i承担的阻塞盈余是isoi与内部发电机、内部负荷和区域间报价者结算后的剩余资金，可以通过以下公式计算，其他区域分摊的阻塞盈余也可以采用相同的方法结算。
[0078][0079]
区域i和区域j之间的报价者需要承担的阻塞盈余可以通过以下公式计算，其他区域间报价者需要承担的阻塞盈余也可以采用相同的方法结算。
[0080][0081]
以区域i和区域j为例，在区域j从区域i处购电的情况下，图3显示的是跨区域交易gcts机制的结算过程。图3中五角星代表代理节点，通过图3可以看出，区域j的独立系统运营商与区域i的独立系统运营商通过外部市场参与者a进行交易，区域i的独立系统运营商支出内部发电机/负荷b，区域j的独立系统运营商收入内部发电机/负荷b，区域j和区域i之间通过代理节点实现由区域i到区域j的联络线潮流。
[0082]
此外，根据各种类型的交易对输电线潮流的贡献值，使用输电线路容量约束的影子价格对线路的单位容量进行定价，得到区域i需要承担的阻塞盈余为：
[0083][0084]
其中μi为区域i线路容量约束的影子价格向量，区域j，m所承担的阻塞盈余也可以通过相同方法得到。
[0085]
区域i和区域j之间的区域间报价者需要承担的阻塞盈余为：
[0086][0087]
其中，μj，μm，μ
i-j
，μ
i-m
，μ
j-m
为与内部输电线和联络线容量约束对应的影子价格向量，这些影子价格向量已经在分布式恢复全局lmp的过程中得到，区域i和区域m，区域j和区域m之间报价者需要承担的阻塞盈余可以通过相同的方法计算得到。
[0088]
本发明实施例提出一种计算装置，包括存储器和中央处理器，存储器中存储有计算机程序，中央处理器通过运行计算机程序，能够实现上述计及环流效应的阻塞盈余分摊方法。
[0089]
本发明实施例提出一种计算机可读存储介质，存储有能够被中央处理器运行的计算机程序，计算机程序在被中央处理器运行的过程中能够实现上述计及环流效应的阻塞盈余分摊方法。
[0090]
本发明提出的计及环流效应的阻塞盈余分摊方法在采用gcts机制得到跨区域电力交易出清结果的基础上，提出了分布式方法来恢复得到全局lmp，并将环流造成的影响进行定量和定价，各个区域根据对线路拥堵的贡献分摊阻塞盈余，完善了跨区域交易机制，妥善考虑了环流效应的影响，保护了各区域的数据隐私，在多区域电力市场中具有重要的工程应用价值。
[0091]
相比于现有技术，本发明具有如下技术贡献：
[0092]
1)提出了环流效应的量化和定价框架，通过将环流效应进行分类，分别得到各区域内部交易和跨区域交易对线路阻塞的贡献；
[0093]
2)针对多区域电力系统的结算问题，提出了一种分布式lmp恢复方法，在直流最优潮流模型和无退化的假设条件下，分布式恢复lmp的结果与gcts模型集中式计算的结果相同；
[0094]
3)根据网络等值和功率转移分布因子，分布式地量化和定价每个区域内交易和跨区域交易对线路拥挤的贡献，在计及环流的情况下，所有区域和区域间报价者将共同分摊阻塞盈余。
[0095]
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围。应当指出，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本发明设计结构及原理的前提下对本发明方案所作的等同变化都视作本发明的保护范围。