一种电力市场出清优化方法及系统、计算机设备与流程

本发明涉及电力市场，具体涉及一种电力市场出清优化方法及系统、计算机设备。

背景技术：

1、随着全球对可再生能源的重视和利用，我国在2015年开始了新一轮电力体制改革，旨在促进可再生能源在电力市场中的竞争。然而，由于可再生能源发电成本低且边际成本接近零，加上市场主体报价策略的随机性和不完全理性，传统的“统购式”电力市场机制已经无法适应当前形势，出现了市场出清价格剧烈波动、零电价和负电价的现象。

2、为了应对可再生能源消纳问题，目前主要的方法包括配额制、绿证交易、固定电价和溢价补贴。配额制通过强制电力公司购买一定比例的可再生能源电力来确保市场需求，但缺乏灵活性且可能增加电力公司运营成本。绿证交易通过市场化手段进行可再生能源证书的交易，鼓励电力公司自愿增加可再生能源电力的使用，尽管其复杂的交易机制可能影响推广效果。固定电价由政府设定购买可再生能源电力的价格，确保发电企业的利润，但可能导致政府财政压力和市场扭曲。溢价补贴则在市场电价基础上给予可再生能源发电企业额外补贴，弥补其与常规能源的成本差异，虽然这种方法能够提高可再生能源的市场竞争力，但补贴资金的来源和管理仍是一个挑战。尽管上述方法在一定程度上促进了可再生能源的发展，但它们大多忽略了可再生能源在市场中的投标策略和博弈行为。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种电力市场出清优化方法及系统、计算机设备，旨在解决现有技术中传统电力市场机制无法适应可再生能源发展瓶颈，不利于电力市场的稳定和可持续发展的技术问题。

2、为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

3、依据本发明第一方面，本发明提供一种电力市场出清优化方法，所述方法包括：

4、制定针对常规能源同时参与补贴市场和统一市场的双市场出清规则，利用所述双市场出清规则进行第一次市场出清；

5、当所述第一次市场出清后出现可再生能源弃能时，触发针对可再生能源的再调整出清规则，利用所述再调整出清规则进行第二次市场出清；

6、针对由所述第一次市场出清和所述第二次市场出清组成的双阶段市场出清过程，构建包含上层优化子模型和下层优化子模型的双层出清优化模型；所述上层优化子模型的目标函数为最大化发电企业利润；所述下层优化子模型的目标函数为最大化社会福利；

7、利用改进粒子群优化算法对所述双层出清优化模型进行求解，得到目标能源投标策略。

8、可选地，所述双市场出清规则，包括：

9、所述常规能源对应的常规能源机组分别申报用于补贴市场竞价的第一价量曲线和用于统一市场竞价的第二价量曲线，最终结算价格为所述补贴市场的补贴电价和所述统一市场的出清电价之和；

10、其中，所述补贴电价的上下限基于常规能源机组和可再生能源机组的长期平均边际成本价差确定。

11、可选地，所述再调整出清规则，包括：

12、针对未消纳的可再生能源，修改对应的投标策略重新参与投标，使得所述可再生能源在所述常规能源对应的常规能源机组不变的投标策略下中标，以保证所述可再生能源的最大化使用；

13、针对所述常规能源的转让电量进行差额补偿；所述转让电量为所述常规能源在第一次中标的市场出清电量与第二次中标的市场出清电量的差值。

14、可选地，针对第一次市场出清，所述上层优化子模型的目标函数的公式表示为：

15、

16、其中，为第一次市场出清时上层优化子模型的目标函数；为机组索引；为时刻索引；为报价段索引；为时段数；为报价段数；为节点在时刻的节点边际价格；为机组在时刻的发电机边际成本；为补贴市场最终的补贴电价；为机组在时刻第段的中标电量；

17、和/或，

18、针对第一次市场出清，所述下层优化子模型根据所述上层优化子模型输出的企业投标策略计算出清电量和出清电价，目标函数的公式表示为：

19、

20、其中，为第一次市场出清时下层优化子模型的目标函数；为机组投标价格；用电效益；为用户侧电能需求量；为机组在补贴市场中的投标价格；

21、和/或，

22、针对第二次市场出清，所述上层优化子模型根据所述下层优化子模型输出的出清电量和出清电价计算可再生能源机组的最优出清策略，目标函数的公式表示为：

23、

24、其中，为第二次市场出清时上层优化子模型的目标函数；为二次出清时节点在时刻的节点边际价格；为二次出清时机组在时刻第段的中标电量；

25、和/或，

26、针对第二次市场出清，所述上层优化子模型根据所述上层优化子模型输出的可再生能源机组的最优出清策略计算最终的目标能源投标策略，目标函数的公式表示为：

27、

28、其中，为第二次市场出清时下层优化子模型的目标函数。

29、可选地，所述上层优化子模型的约束条件为电量约束以及电价约束中至少之一；

30、所述电量约束的公式表示为：

31、

32、其中，为第一次市场出清中可再生能源的未消纳量；为二次出清时机组第段的申报容量；为机组第段的中标电量；

33、和/或，

34、所述电价约束的公式表示为：

35、

36、其中，为可再生能源机组的二次出清时的投标价格；为可再生能源机组的第一次出清时的投标价格；

37、和/或，

38、所述下层优化子模型的约束条件为系统潮流平衡约束、线路功率容量约束、能源机组出力约束、电压相角约束、机组爬坡约束、旋转备用约束以及开/停机时间约束中至少之一；

39、所述系统潮流平衡约束的公式表示为：

40、

41、

42、其中，、、分别代表系统节点；系统潮流平衡约束代表各系统节点的电压和功率稳态分布；

43、和/或，

44、所述线路功率容量约束的公式表示为：

45、

46、其中，为节点 n到的线路传输容量上限；

47、和/或，

48、所述电压相角约束的公式表示为：

49、

50、其中，将网络节点编号为1的节点设为参考节点，即；

51、和/或，

52、所述能源机组出力约束的公式表示为：

53、

54、

55、其中，为机组第段的中标电量；为机组第段的申报容量；为机组各段的中标电量；为最大发电能力；为最小技术出力；为机组在时刻的启停变量；0代表停机；1代表开机；

56、和/或，

57、所述机组爬坡约束的公式表示为：

58、

59、

60、其中，为机组的向下爬坡速率；为机组的向上爬坡速率；

61、和/或，

62、所述旋转备用约束的公式表示为：

63、

64、

65、其中，为时刻的旋转备用需求，以确保当不确定性的可再生能源机组出力发生波动或者系统出现故障时电能能够满足负荷需求；

66、和/或，

67、所述开/停机时间约束的公式表示为：

68、

69、其中，为机组在时刻的连续开机时间；为机组在时刻的连续停机时间；为最小连续开机时间；为最小连续停机时间。

70、可选地，所述利用改进粒子群算法对所述双层出清优化模型进行求解，得到目标能源投标策略，包括：

71、生成粒子初始种群，所述粒子初始种群中的每个粒子代表一个潜在的能源投标策略；

72、针对所述粒子初始种群设置算法参数，并利用适应度函数对粒子优劣性进行评估；

73、迭代更新粒子速度和位置，对每个粒子进行局部搜索与分群搜索；

74、利用适应度函数对新位置的粒子进行适应度评估，更新个体和全局最优解；当适应度变化小于阈值或达到最大迭代次数时，终止迭代，输出全局最优解，作为目标能源投标策略。

75、可选地，所述迭代更新粒子速度和位置，包括：

76、在迭代过程中，利用如下公式动态调整惯性权重，以平衡全局搜索和局部搜索能力：

77、

78、其中，为最大迭代次数；为惯性权重；为惯性权重的最大值；为惯性权重的最小值；

79、根据粒子的当前速度、位置、个体最优位置和全局最优位置，更新粒子的速度，公式表示如下：

80、

81、其中，和为学习因子；和为随机数；为粒子的历史最优位置；为全局最优位置。

82、可选地，所述对每个粒子进行局部搜索与分群搜索，包括：

83、在每次更新粒子位置后，对每个粒子进行局部搜索，以增强局部最优解的精度；

84、将粒子群分为多个子群，独立搜索不同区域；在每个子群独立搜索一段时间后，定期交换各子群的最优解，以更新全局最优解；

85、引入动态扩展和收缩边界机制，以确保粒子分布均匀；在每次迭代过程中，根据粒子的适应度分布情况，动态调整搜索边界，以保证粒子能够充分探索搜索空间。

86、依据本发明第二方面，本发明提供一种电力市场出清优化系统，所述系统包括：

87、一次出清模块，用于制定针对常规能源同时参与补贴市场和统一市场的双市场出清规则，利用所述双市场出清规则进行第一次市场出清；

88、二次出清模块，用于当所述第一次市场出清后出现可再生能源弃能时，触发针对可再生能源的再调整出清规则，利用所述再调整出清规则进行第二次市场出清；

89、模型构建模块，用于针对由所述第一次市场出清和所述第二次市场出清组成的双阶段市场出清过程，构建包含上层优化子模型和下层优化子模型的双层出清优化模型；所述上层优化子模型的目标函数为最大化发电企业利润；所述下层优化子模型的目标函数为最大化社会福利；

90、模型求解模块，用于利用改进粒子群优化算法对所述双层出清优化模型进行求解，得到目标能源投标策略。

91、依据本发明第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明第一方面中任一项所述的电力市场出清优化方法。

92、本发明采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

93、通过本发明方案，制定针对常规能源同时参与补贴市场和统一市场的双市场出清规则，利用所述双市场出清规则进行第一次市场出清；当所述第一次市场出清后出现可再生能源弃能时，触发针对可再生能源的再调整出清规则，利用所述再调整出清规则进行第二次市场出清；针对由所述第一次市场出清和所述第二次市场出清组成的双阶段市场出清过程，构建包含上层优化子模型和下层优化子模型的双层出清优化模型；利用改进粒子群优化算法对所述双层出清优化模型进行求解，得到目标能源投标策略。由此，提高了可再生能源消纳率，通过再调整出清机制减少弃能问题；优化了市场公平性与社会福利，通过双市场出清机制平衡传统能源和可再生能源的成本差异；改进pso算法提升了搜索能力和精度；解决了传统电力市场机制无法适应可再生能源发展的瓶颈，提高了可再生能源在市场中的竞争力，促进了电力市场的稳定和可持续发展。

94、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。