一种考虑水电消纳的送受端市场日前现货协同出清方法

本发明涉及电力市场领域及水电调度运行领域，特别涉及一种考虑水电消纳的送受端市场日前现货协同出清方法。

背景技术：

1、云南、四川等西南高比例水电省份通常需要跨省跨区送电至南方沿海和华东地区，输送规模大、涉及范围广，已成为送端水电消纳、受端电力供应不可或缺的组成部分。跨省跨区直流水电通常采用多方框架协议消纳，然而，伴随近些年国家多层级电力市场的不断完善，这种方式正逐步向市场化交易结算转变，西南水电也将从参与单一送端省份电力市场转变到同时参与送端、受端或者区域等多个电力市场。由于不同省份、区域等市场规则、机制、交易主体可能存在较大差异，如何衔接送端与受端市场、省级与区域市场以促进水电高效消纳，就成为当前电力现货市场推进亟需攻克的关键问题之一。

2、目前对跨省区互联市场衔接方式的研究，大致可分为省间现货市场衔接和省间、省内市场协调耦合出清，前者通过引入市场衔接机制，支持开展跨省区资源互济，但缺少对省间、省内市场资源的联合优化配置；后者通过构建跨省区市场协调耦合出清方法，实现跨省区能源资源的广域时空优化配置，根据出清特点又可分为顺序出清、联合出清两种。此外，由于高比例水电系统现货出清建模与求解需考虑大规模水电站和机组非线性水力特性，以及时空水力、电力联系，同时要保证出清结果中流域梯级电量、水量精准匹配，现有常规火电现货出清模型、求解方法难以直接套用。因此，如何在跨省区日前现货市场出清中，保障市场衔接、促进水电消纳就成为必须要解决的关键问题。

3、针对上述问题，本发明依托国家自然科学基金(52079014)，本发明提出一种考虑水电消纳的送受端市场日前现货协同出清方法，并以改进的ieee300节点系统和云南电网实际工程为背景对其进行应用测试。结果显示本发明能够在十分钟左右完成亿千瓦级高比例水电市场现货出清，满足日前市场运行的时效性要求，且能有效衔接市场出清结果与直流输送计划，实现流域梯级电量、水量精准匹配。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种考虑水电消纳的送受端市场日前现货协同出清方法，以实现送、受端市场出清结果与直流输送计划的有效衔接，促进水电资源的高效利用。

2、本发明技术方案：

3、一种考虑水电消纳的送受端市场日前现货协同出清方法，包括如下步骤：

4、(1)构建以购电成本最小为目标的送、受端市场日前现货出清模型，见公式(1)；同时为最大程度解决送端高比例水电市场弃水问题，引入弃水处理约束集，见公式(2)。

5、

6、

7、式中：为电站i在时段t的运行费用，为电站i在时段t的开机费用，t为计算时段集合，i为省内市场电站集合，m为惩罚因子，s为外送通道集合，为外送通道s在时刻t的外送出力剩余变量，外送通道s在时刻t的外送出力松弛变量；分别为第一、二阶段弃水状态指标，取“true”表示电站i时段t存在弃水，无弃水默认取“false”；s1为第一阶段弃水处理状态指标，取“true”表示第一阶段弃水处理策略已执行，默认取false；为根据弃水流量算得弃水电站i时刻t最大可中标出力上限，ei为电站i日总发电量，为上游电站i-1时段t下泄流量，为电站i时段t区间入库流量，δvi为电站i最大可用空闲库容，wi为电站i日均耗水率，为上游梯级电站i时段t出力控制上限，为电站i在时刻t的省内中标出力，pi,t为电站i在时刻t的总中标出力；

8、(2)基于受端市场出清结果，结合外送水电相关技术参数，构建水电调度边界更新策略，更新外送水电现货交易边界；具体步骤如下：

9、step1.准备受端市场中外送水电的中标出力、开停机序列等条件；

10、step2.确定外送水电日内各交易时段开、停机情况，按照式(3)更新送端市场外送水电开停机计划优化边界：

11、

12、式中：为受端市场电站i在t时刻开停机状态，x表示电站i在t时刻开停机状态未知；

13、step3.结合外送水电开停机计划、出力过程，按照式(4)、式(5)更新相应时段外送水电发电能力、爬坡能力边界：

14、

15、

16、式中：分别为电站i在时刻t的省内最大、最小出力边界，分别为电站i在时刻t的最大、最小技术出力，为电站i在时刻t外送出力，为电站i装机容量，rui',t、rdi',t分别为电站i在时刻t的最大上、下爬坡速率边界，rui、rdi分别为电站i原始最大上、下爬坡能力；

17、step4.根据跨省区水电输送过程，按照式(6)更新外送水电日电量边界，确保各电站电量、水量精准匹配：

18、

19、式中：为电站i省内中标电量，为电站i自身最大可发日电量，k为梯级上下游日电量折算系数，ξ为梯级第一级电站序号集合，λ为转换系数，将15min平均出力折算为小时发电量；

20、step5.更新送端市场日前现货出清模型中外送水电相关边界，并组织出清；

21、(3)以送端市场弃水处理、断面功率调整需求作为输入条件，构建直流计划更新策略，动态调整外送出力过程，实现送、受端市场协同出清；具体步骤如下：

22、step1.输入外送计划、送端市场出清结果，开展外送过程校核；

23、step2.针对外送水电发电能力不足导致外送计划无法如约完成的情况，按照式(7)更新欠发电站外送电量边界：

24、

25、式中：为电站i外送电量上限，为电站i计划外送电量，为电站i欠发电量；

26、step3.针对弃水处理导致上游电站部分时段外送出力被迫削减的情况，按照式(8)更新上游电站外送计划边界：

27、

28、式中：为电站i在时刻t的外送出力上限，为电站i在时刻t的计划外送出力，为电站i在时刻t因弃水处理被迫削减的出力；t为计算时段集合。

29、step4.根据送端市场外送出力松弛变量计算结果，按式(9)更新输电通道外送计划边界：

30、

31、式中：为外送通道s在t时刻的外送出力上限，为外送通道s在时刻t的计划外送出力，为外送通道s在时刻t的外送出力剩余变量，外送通道s在时刻t的外送出力松弛变量；

32、step5.更新受端市场日前现货出清模型中外送边界，重新组织出清后返回步骤(2)。

33、本发明的有益效果：本发明结合大规模水电跨省区消纳实际需求，提出了考虑水电消纳的送受端市场日前现货协同出清方法，以跨省区直流联络线为协调因子，实现送、受端市场解耦，构建了迭代出清框架；考虑直流外送计划确定送端巨型水电站发电能力、开停机、爬坡、上下游影响电量的边界条件，并耦合水电非线性特性和弃水控制要求，构建购电费用最小出清模型，优化送端全网日前现货出力；提出直流计划更新策略，依据电站弃水和电网断面控制，动态调整外送边界并更新至受端市场出清模型，迭代出清直至收敛。

34、相较以往方法，本发明可以高效处理跨省区日前现货市场衔接以及高比例水电系统复杂水电特性，大幅简化跨省区日前现货市场耦合出清问题，最大程度促进跨省区水电高效消纳，为我国西南大规模水电跨省区消纳提供一种切实可行的方法。