考虑风光新能源保障性消纳的日前电力现货市场出清方法与流程

1.本发明涉及一种考虑风光新能源保障性消纳的日前电力现货市场出清方法，属于电力系统自动化技术领域。


背景技术：

2.电力现货市场交易以边际成本为竞争基础，天然有利于边际成本极低的新能源参与竞争，促进新能源消纳。然而，由于市场报价行为具有随机性和非理性，可能出现新能源提交高于其边际成本的报价，导致部分新能源功率无法中标而产生弃能的现象。
3.传统的电力现货市场出清机制无法同时实现市场化定价与新能源保障性消纳的功能。因此，如何通过电力现货市场运营机制设计，在保持市场定价与资源优化配置功能的前提下实现新能源的保障性消纳，是中国电力现货市场建设中亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种考虑风光新能源保障性消纳的日前电力现货市场出清方法，针对新能源保障性消纳的背景下，促进能源消纳和能源资源大范围优化配置。机组竞价阶段定位于优化省内资源配置，发现电能价格，确保电力供需平衡和电网安全运行；发电替代阶段定位于深度挖掘系统的新能源接纳潜力，保障并促进风光新能源消纳。机组竞价阶段以全网购电总成本最低为目标，发电替代以社会福利最大为目标建立优化出清模型；参与电力现货市场交易的新能源与常规火电发电机组统一报价，分两阶段进行优化出清。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种考虑风光新能源保障性消纳的日前电力现货市场出清方法，包括：
6.获取日前电力现货市场的新能源机组与火电机组的报价数据；
7.根据报价数据对新能源机组与火电机组进行发电出力竞价计算，确定日前现货市场出清结果，所述发电出力竞价计算以全网购电总成本最低为目标函数，以满足电网安全稳定运行要求为约束条件，所述日前现货市场出清结果包括日前现货市场出清价格和日前现货市场出清电量；
8.发电出力竞价计算后，获取日前电力现货市场中未中标的新能源机组出力部分以及具备下调空间的中标火电机组，在满足电网安全稳定运行要求的基础上，用未中标的新能源机组出力替换火电机组的发电出力，得到发电权替换数据；
9.根据所述日前现货市场出清结果和发电权替换数据确定最终的出清数据。
10.进一步的，所述目标函数为：
[0011][0012]
其中：t表示所考虑的时段总数；n表示机组总台数；p
i,t
表示机组i在t时段的出力；ci,t
(p
i,t
)、分别为机组i在时段t的运行费用、启动费用、空载费用，其中机组运行费用c
i,t
(p
i,t
)是与机组申报的各段出力区间和对应能量价格有关的多段线性函数；机组启动费用是与机组停机时间有关的函数，以表示机组在不同状态下的启动费用；机组运行空载费用表示机组在运行状态下空载成本；m为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子；分别为断面s的正、反向潮流松弛变量；ns为断面总数。
[0013]
进一步的，所述以满足电网安全稳定运行要求为约束条件，包括：
[0014]
系统负荷平衡约束、系统正备用容量约束、系统负备用容量约束、系统旋转备用约束、特殊机组状态约束、机组出力上下限约束、机组群出力上下限约束、机组爬坡约束、机组最小连续开停时间约束、断面潮流限值约束。
[0015]
进一步的，所述系统负荷平衡约束为：
[0016][0017]
其中，p
i,t
表示机组i在时段t的出力，t
j,t
表示联络线j在时段t的计划功率，nt为联络线总数，d
t
为时段t的系统负荷；
[0018]
所述系统正备用容量约束为：
[0019][0020]
其中，α
i,t
表示机组i在时段t的启停状态，α
i,t
＝0表示机组停机，α
i,t
＝1表示机组开机；为机组i在时段t的最大出力；为时段t的系统正备用容量要求；
[0021]
所述系统负备用容量约束为：
[0022][0023]
其中，为机组i在时段t的最小出力；为时段t的系统负备用容量要求；
[0024]
所述系统旋转备用约束为：
[0025][0026][0027]
其中，为机组i最大上爬坡速率，为机组i最大下爬坡速率；为机组i最大下爬坡速率；分别是机组i在时段t的最大、最小出力；分别为时段t上调、下调旋转备用要求；
[0028]
所述特殊机组状态约束为：
[0029][0030][0031]
其中，i
s1
指的是必开机组的全集；i
s2
指的是必停机组的全集。
[0032]
所述机组出力上下限约束为：
[0033][0034]
对于必开机组，在其必开时段内，要求α
i,t
＝1，若有最低出力要求，则上式中取为对应时段的必开最低出力；
[0035]
所述机组群出力上下限约束为：
[0036][0037]
其中，为机组群j在时段t的最大、最小出力；
[0038]
所述机组爬坡约束为：
[0039][0040][0041]
其中，为机组i最大上爬坡速率，为机组i最大下爬坡速率。
[0042]
所述机组最小连续开停时间约束为：
[0043][0044][0045]
其中，α
i,t
为机组i在时段t的启停状态；tu、td为机组的最小连续开机时间和最小连续停机时间；为机组i在时段t时已经连续开机的时间和连续停机的时间，用状态变量α
i,t
(i＝1～n,t＝1～t)来表示：
[0046][0047][0048]
所述断面潮流限值约束为：
[0049][0050]
其中，分别为断面s的潮流传输极限；g
s-i
为机组i所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子；g
s-j
为联络线j所在节点对断面s的发电机输出功率转移分
布因子；g
s-k
为节点k对断面s的发电机输出功率转移分布因子；分别为断面s的正、反向潮流松弛变量。
[0051]
进一步的，所述机组i在时段t的出力的表达式为：
[0052][0053][0054]
其中，nm为机组报价总段数；p
i,t,m
为机组i在时段t第m个出力区间中的中标电力；分别为机组i申报的第m个出力区间上、下界。
[0055]
进一步的，所述机组i在时段t的运行费用的表达式为：
[0056][0057]
其中，nm为机组报价总段数；c
i,t,m
为机组i申报的第m个出力区间对应的能量价格。
[0058]
进一步的，所述在满足电网安全稳定运行要求的基础上，用未中标的日前电力现货市场的新能源机组替换火电机组的发电权，得到发电权替换数据，包括：
[0059]
确定发电权替换的以社会福利最大为目标的目标函数，表示为：
[0060][0061]
其中，
↓
δp
i,t
为火电机组i在时段t的减出力值；c
i,t
(
↓
δp
i,t
)为火电机组i 在时段t减出力导致的系统购电成本降低值；
↑
δf
i,t
为新能源机组i在时段t的增出力值；c
i,t
(
↑
δf
i,t
)为新能源机组i在时段t增出力导致的系统购电成本增加值；
[0062]
火电机组发电替代后出力值为：
[0063][0064]
新能源机组发电替代后出力值为：
[0065][0066]
发电替代阶段的机组出力上下限约束、机组爬坡约束、机组群出力上下限约束、系统负荷平衡约束、系统正负备用容量约束、系统旋转备用约束、断面潮流限值约束与发电出力竞价计算阶段的约束条件相同。
[0067]
进一步的，所述根据所述日前现货市场出清结果和发电权替换数据确定最终的出清数据，包括：
[0068]
发电机组在在发电出力竞价计算阶段的中标电量按照日前现货市场出清价格进行结算；在发电替代阶段，新能源机组的增加电量按日前新能源替代价格进行结算，火电机组的减少电量按日前火电补偿价格进行结算；
[0069]
其中，所述日前新能源替代价格＝日前现货市场出清价格*ξ；日前火电补偿价格＝日前现货市场出清价格*(1-ξ)；其中，ξ为替代价格系数。
[0070]
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行所述的方法中的任一方法。
[0071]
一种计算设备，包括，
[0072]
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行所述的方法中的任一方法的指令。
[0073]
本发明所达到的有益效果：
[0074]
参与交易的风光新能源机组与常规火电机组采用统一报价方式，可以提高市场效率；出清机制和优化模型考虑各类型机组报价信息、新能源保障性消纳要求，通过市场化的手段深度挖掘系统的调节潜力，保障并促进可再生能源消纳；机组竞价阶段，电力现货市场正常出清，新能源具备报价选择权与市场定价权，通过市场机制发现反映实时电力供需水平的真实价格信号；发电替代阶段，优先安排低报价新能源弃能机组消纳，并对让出消纳空间的火电机组进行合理补偿，有效解决中国新能源保障性消纳问题，实现电力现货市场有效运营、健康发展。
附图说明
[0075]
图1是本发明的方法的原理框图。
具体实施方式
[0076]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0077]
如图1所示，本发明提供一种考虑风光新能源保障性消纳的日前电力现货市场出清方法，是一个两阶段优化出清问题，机组竞价阶段发现反映实时电力供需水平的真实价格信号，发电替代阶段深挖系统调节空间满足新能源保障性消纳要求。在机组竞价阶段，新能源机组与常规火电机组根据报价数据进行发电出力竞价，由于系统新能源发电功率过高、电网安全约束等原因导致新能源功率无法全额消纳时，新能源机组按照各时段发电功率预测值和报价数据进行发电出力竞价，直至满足电网安全稳定运行要求。在发电替代阶段，新能源机组在机组竞价阶段由于报价过高等原因，导致的新能源功率削减量，与具备下调空间的火电机组进行发电替代。具体建模与计算步骤如下详述。
[0078]
首先，参与日前电力现货市场交易的风光新能源机组与常规火电机组统一申报电量、价格信息，采用基于边际成本的分时分段报价，以15min为一时段，每台发电机组都需要对24h中的每个时段进行价格和电量的申报。
[0079]
各发电机组以“价格-电力-时段”这种基本形式上报报价。价格是该交易申报的单价，电力是可供出清的瞬时电能量，时段是该报价信息在某日的某个 15min时间段内有效。
[0080]
其次进行机组竞价阶段优化计算。目标函数为全网购电总成本最低：
[0081][0082]
其中：t表示所考虑的时段总数，其中d日每15分钟一个时段，考虑96 个时段；n表
示机组总台数；p
i,t
表示机组i在t时段的出力；c
i,t
(p
i,t
)、分别为机组i在时段t的运行费用、启动费用、空载费用，其中机组运行费c
i,t
(p
i,t
) 用是与机组申报的各段出力区间和对应能量价格有关的多段线性函数；机组启动费用是与机组停机时间有关的函数，以表示机组在不同状态(冷态/温态/ 热态)下的启动费用；机组运行空载费用表示机组在运行状态下空载成本(包括开停机过程)；m为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子；分别为断面s的正、反向潮流松弛变量；ns为断面总数。
[0083]
机组竞价阶段优化计算的约束条件包括：机组出力上下限约束、机组爬坡约束、机组最小连续开停时间约束、机组群出力上下限约束、系统负荷平衡约束、系统正负备用容量约束、系统旋转备用约束、断面潮流限值约束等。
[0084]
(1)系统负荷平衡约束
[0085]
对于每个时段t，负荷平衡约束可以描述为：
[0086][0087]
其中，p
i,t
表示机组i在时段t的出力，t
j,t
表示联络线j在时段t的计划功率(送入为正、输出为负)，nt为联络线总数，d
t
为时段t的系统负荷。
[0088]
(2)系统正备用容量约束
[0089]
在确保系统功率平衡的前提下，为了防止系统负荷预测偏差以及各种实际运行事故带来的系统供需不平衡波动，一般整个系统需要留有一定的容量备用。
[0090]
需要保证每天的总开机容量满足系统的最小备用容量。系统正备用容量约束可以描述为：
[0091][0092]
其中，α
i,t
表示机组i在时段t的启停状态，α
i,t
＝0表示机组停机，α
i,t
＝1表示机组开机；为机组i在时段t的最大出力；为时段t的系统正备用容量要求。
[0093]
(3)系统负备用容量约束
[0094]
系统负备用容量约束可以描述为：
[0095][0096]
其中，为机组i在时段t的最小出力；为时段t的系统负备用容量要求。
[0097]
(4)系统旋转备用约束
[0098]
各个时段机组出力的上调能力总和与下调能力总和需满足实际运行的上调、下调旋转备用要求。
[0099][0100][0101]
其中，为机组i最大上爬坡速率，为机组i最大下爬坡速率；为机组i最大下爬坡速率；分别是机组i在时段t的最大、最小出力；分别为时段t上调、下调旋转备用要求。
[0102]
(5)特殊机组状态约束
[0103][0104][0105]
其中，i
s1
指的是必开机组的全集；i
s2
指的是必停机组的全集。
[0106]
(6)机组出力上下限约束
[0107]
机组的出力应该处于其最大/最小出力范围之内，其约束条件可以描述为：
[0108][0109]
对于必开机组，在其必开时段内，要求α
i,t
＝1，若有最低出力要求，则上式中取为对应时段的必开最低出力。
[0110]
(7)机组群出力上下限约束
[0111]
机组群的出力应该处于其最大/最小出力范围之内，其约束条件可以描述为：
[0112][0113]
其中，为机组群j在时段t的最大、最小出力。
[0114]
(8)机组爬坡约束
[0115]
机组上爬坡或下爬坡时，均应满足爬坡速率要求。爬坡约束可描述为：
[0116][0117][0118]
其中，为机组i最大上爬坡速率，为机组i最大下爬坡速率。
[0119]
(9)机组最小连续开停时间约束
[0120]
由于火电机组的物理属性及实际运行需要，要求火电机组满足最小连续开机/停机时间。最小连续开停时间约束可以描述为：
[0121][0122][0123]
其中，α
i,t
为机组i在时段t的启停状态；tu、td为机组的最小连续开机时间和最小连
续停机时间；为机组i在时段t时已经连续开机的时间和连续停机的时间，可以用状态变量α
i,t
(i＝1～n,t＝1～t)来表示：
[0124][0125][0126]
(10)断面潮流限值约束
[0127]
考虑关键断面的潮流约束，该约束可以描述为：
[0128][0129]
其中，分别为断面s的潮流传输极限；g
s-i
为机组i所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子；g
s-j
为联络线j所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子；g
s-k
为节点k对断面s的发电机输出功率转移分布因子。分别为断面s的正、反向潮流松弛变量。
[0130]
机组出力表达式：
[0131][0132][0133]
其中，nm为机组报价总段数；p
i,t,m
为机组i在时段t第m个出力区间中的中标电力；分别为机组i申报的第m个出力区间上、下界。
[0134]
机组运行费用表达式：
[0135][0136]
其中，nm为机组报价总段数；c
i,t,m
为机组i申报的第m个出力区间对应的能量价格。
[0137]
然后进行发电替代阶段优化计算。目标函数为社会福利最大：
[0138][0139]
其中，
↓
δp
i,t
为火电机组i在时段t的减出力值；c
i,t
(
↓
δp
i,t
)为火电机组i 在时段t减出力导致的系统购电成本降低值；
↑
δf
i,t
为新能源机组i在时段t的增出力值；c
i,t
(
↑
δf
i,t
)为新能源机组i在时段t增出力导致的系统购电成本增加值。
[0140]
火电机组发电替代后出力值为：
[0141]
[0142]
新能源机组发电替代后出力值为：
[0143][0144]
发电替代阶段的机组出力上下限约束、机组爬坡约束、机组群出力上下限约束、系统负荷平衡约束、系统正负备用容量约束、系统旋转备用约束、断面潮流限值约束与机组竞价阶段约束条件相同。
[0145]
最后进行出清价格计算。机组竞价阶段优化计算得到日前现货市场出清价格，发电机组在在机组竞价阶段的中标电量按照日前现货市场出清价格进行结算。在发电替代阶段，新能源机组的增加电量按日前新能源替代价格进行结算，火电机组的减少电量按日前火电补偿价格进行结算。
[0146]
日前新能源替代价格＝日前现货市场出清价格*ξ；日前火电补偿价格＝日前现货市场出清价格*(1-ξ)；其中，ξ为替代价格系数，可根据实际需要进行调整。
[0147]
相应的本发明还提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行所述的方法中的任一方法。
[0148]
相应的本发明还提供一种计算设备，包括，
[0149]
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行所述的方法中的任一方法的指令。
[0150]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、 cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0151]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/ 或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0152]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0153]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0154]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。