CN105825348A - 一种双边交易对电网输电成本影响的量化分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双边交易对电网输电成本影响的量化分析方法，步骤1、确定电网输电成本分析的计算周期，生成典型日负荷曲线；步骤2、基于典型日负荷曲线，不考虑系统双边交易，建立电网输电成本的优化分析模型，计算出电网输电成本分析的基准状态；步骤3、计算电网中各节点在各时间段的边际阻塞成本与边际网损成本，获得各节点的边际输电成本；步骤4、计算参与双边交易的机组的典型日发电量，将典型日发电量在双边交易周期内进行扩展，获得电网输电成本分析的机组基准电量；步骤5、比较双边交易电量与机组基准电量的差异，结合边际输电成本，计算双边交易对电网输电成本影响。便于量化分析不同的双边交易对电网输电成本的影响。

Description

一种双边交易对电网输电成本影响的量化分析方法

技术领域

本发明涉及一种双边交易对电网输电成本影响的量化分析方法。

背景技术

双边交易是指用电量较大的电力用户直接与发电企业签订的电力交易合同，是一种没有第三方的交易方式。双边交易的开展将在发电侧与售电侧引入竞争，使电力资源配置由管制模式转变为市场模式，有利于完善电价形成机制，提升电力资源的优化配置水平。随着电力市场的不断建设以及大用户直购电交易的推进，双边交易的范围和数量将急剧扩大。

双边交易是电力工业运行方式的重大转变，在现行的计划体制的调度模式下增加市场化双边交易，将形成一个“双边交易+传统计划”的不完整市场体系，必然对电网运行产生影响。双边交易下的电网运行状态不再由调度员制定计划决定，交易的电量与传输路径具有不可预测性，增加了发生阻塞的机会。同时，电力交易不可避免产生输电损耗。随着双边交易量的扩大，更多的发用电资源被固化，电网的输电成本相应会受到影响。

输电成本与输电系统线路潮流不是线性化的关系，每一笔交易所引起的成本变化，不仅与交易量及交易双边的位置有关，还受到网络中发生的其它交易的影响。因此，如何量化分析双边交易对电网输电成本的影响，是一个很复杂的问题，目前还没有一个合理的分析方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种双边交易对电网输电成本影响的量化分析方法，计算大规模双边交易条件下的电网输电成本变化，便于量化分析不同的双边交易对电网输电成本的影响，提高计算的灵活性。

名词解释：

1、典型日负荷曲线：典型日包括了工作日、周末以及每个月的特定法定节假日(如春节、元旦)，典型日负荷曲线是综合了上述各类用电特点的日电力负荷曲线。通过典型日的分析来计算双边交易时间范围内的运行影响，计算工作量较小，速度更快。

2、边际阻塞成本：电网中新增单位负荷引起线路发生阻塞时，为缓解阻塞所产生的成本定义为边际阻塞成本。

3、边际网损成本：电网中新增单位负荷所引起的网损变化，由此产生的额外成本定义为边际网损成本。

4、典型日发电量：根据典型日负荷曲线，进行双边交易下的电网运行模拟，编制机组的发电计划，获得的机组日发电量即为典型日发电量。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种双边交易对电网输电成本影响的量化分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、根据双边交易的时间范围，确定电网输电成本分析的计算周期，获取周期内每日各时段的负荷需求，生成典型日负荷曲线；

步骤2、基于典型日负荷曲线，不考虑系统双边交易，建立电网输电成本的优化分析模型，计算出电网输电成本分析的基准状态；

步骤3、根据输电成本分析的基准状态结果，计算电网中各节点在各时间段的边际阻塞成本与边际网损成本，获得各节点的边际输电成本；

步骤4、根据输电成本分析的基准状态结果，计算参与双边交易的机组的典型日发电量，将典型日发电量在双边交易周期内进行扩展，获得电网输电成本分析的机组基准电量；

步骤5、比较双边交易电量与机组基准电量的差异，结合边际输电成本，计算双边交易对电网输电成本影响的量化值PB_i。

优选，在步骤2中，电网输电成本的优化分析模型为：

目标函数：

$min\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i{P}_{i,t}$

约束条件：

$\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,t}-\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{l}_{i,t}-{\mathrm{Loss}}_t=0$

$\begin{array}{c}\underset{i\∈M}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{SF}}_{i,j,t}*\[P_{i,t}-l_{i,t}-({\mathrm{\ΣP}}_{i,t}-{\mathrm{\Σl}}_{i,t})d\]\≤{\mathrm{PL}}_{\max }\\ -\underset{i\∈M}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{SF}}_{i,j,t}*\[P_{i,t}-l_{i,t}-({\mathrm{\ΣP}}_{i,t}-{\mathrm{\Σl}}_{i,t})d\]\≤{\mathrm{PL}}_{\max }\end{array}$

P_i,min≤P_i,t≤P_i,max

-Δ_i≤P_i,t-P_i,t-1≤Δ_i

其中，I为系统中的发电机组数目；T为典型日包含时段数；C_i为机组i的发电成本；P_i,t为机组i在t时段的有功出力；l_i,t为节点i在t时段的负荷需求；Loss_t为t时段的系统网损；M为电网计算节点集合；PL_max为线路潮流上限；SF_i,j,t为节点i在t时段的注入功率对支路ij的潮流灵敏度；d为网损分布因子；P_i,max和P_i,min分别表示发电机组i输出功率的上下限；Δ_i为机组i每时段爬坡速率的最大值。

优选，电网输电成本分析的基准状态包括：典型日各时段的机组有功出力P_i,t，以及负荷平衡约束的影子价格λ_t、线路潮流正向约束的影子价格β_p,i,t、线路潮流反向约束的影子价格β_n,i,t。

优选，在步骤3中，基于输电成本分析基准状态结果，各类输电成本的计算公式如下：

边际阻塞成本CM_i,t的计算公式为：

CM_i,t＝λ_t*LF_i,t

边际网损成本CN_i,t的计算公式为：

${\mathrm{CN}}_{i,t}=\underset{i\∈M}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{SF}}_{i,j,t}*({\mathrm{\β}}_{p,i,t}-{\mathrm{\β}}_{n,i,t})$

平均边际输电成本CL_i的计算公式为：

${\mathrm{CL}}_i=\underset{t}{\mathrm{\Σ}}({\mathrm{CM}}_{i,t}+{\mathrm{CN}}_{i,t})/T$

其中，LF_i,t为节点i在t时段的网损因子。

优选，在步骤4中，基于输电成本分析基准状态结果，参与双边交易机组的电量计算公式如下：

机组典型日发电量Q_i的计算公式为：

$Q_i=\underset{t}{\mathrm{\Σ}}{P}_{i,t}/4$

机组基准电量QB_i的计算公式为：

QB_i＝Q_i*NT/T

其中，NT为双边交易周期包含的时段数。

优选，在步骤5中，双边交易对输电成本影响的量化值PB_i的计算公式为：

PB_i＝|QB_i-QM_i|*CL_i

其中，QM_i为双边交易电量。

本发明统一协调考虑电网输电阻塞成本和电网输电网损成本，根据电网输电成本分析的基准状态，计算出考虑双边交易后，电网输电成本的变化结果。

本发明的有益效果是：

1)输电成本与电网的拓扑结构以及网损分布紧密相关，采用电网输电成本的优化分析模型，提供了各节点的边际输电成本，有利于准确计算电网运行中各类因素对电网输电成本的影响。

2)根据电网输电成本分析的基准状态，比较双边交易加入前后的电网运行状态变化，计算双边交易对电网输电成本的增加值，实现对输电成本影响的量化分析。

3)采用典型日负荷曲线的优化建模方式，解决了双边交易电量值与输电成本电力值之间的矛盾，便于量化分析不同的双边交易对电网输电成本的影响，提高计算的灵活性。

本发明计算大规模双边交易条件下的电网输电成本变化，可以从网损成本和阻塞成本二个方面反映电力系统的输电成本，基于双边交易前后的电网运行状态变化，通过准确的节点边际价格，量化分析双边交易对电网输电成本的影响，从而指导调度人员合理安排双边交易的实际执行计划，保障电网的安全经济运行。本发明计算效率较高，适用于求解大规模双边交易下的输电成本计算问题。

附图说明

图1是本发明一种双边交易对电网输电成本影响的量化分析方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种双边交易对电网输电成本影响的量化分析方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤1、根据双边交易的时间范围，确定电网输电成本分析的计算周期，获取周期内每日各时段的负荷需求，生成典型日负荷曲线；

采用典型日负荷曲线的优化建模方式，解决了双边交易电量值与输电成本电力值之间的矛盾，便于量化分析不同的双边交易对电网输电成本的影响，提高计算的灵活性，当然也可以采用每日负荷曲线的优化建模方式(即每天都要生成负荷曲线并进行分析计算，每个分析循环中将“典型日负荷曲线”改成“每日负荷曲线”即可)，计算工作量比较大，速度也慢些。

步骤2、基于典型日负荷曲线，不考虑系统双边交易，建立电网输电成本的优化分析模型，计算出电网输电成本分析的基准状态；

输电成本与电网的拓扑结构以及网损分布紧密相关，采用电网输电成本的优化分析模型，提供了各节点的边际输电成本，有利于准确计算电网运行中各类因素对电网输电成本的影响。

步骤3、根据输电成本分析的基准状态结果，计算电网中各节点在各时间段的边际阻塞成本与边际网损成本，获得各节点的边际输电成本；

步骤4、根据输电成本分析的基准状态结果，计算参与双边交易的机组的典型日发电量，将典型日发电量在双边交易周期内进行扩展，获得电网输电成本分析的机组基准电量；

步骤5、比较双边交易电量与机组基准电量的差异，结合边际输电成本，计算双边交易对电网输电成本影响的量化值PB_i。

优选，在步骤2中，电网输电成本的优化分析模型为：

目标函数：

$min\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i{P}_{i,t}$

约束条件：

$\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,t}-\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{l}_{i,t}-{\mathrm{Loss}}_t=0$

$\begin{array}{c}\underset{i\∈M}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{SF}}_{i,j,t}*\[P_{i,t}-l_{i,t}-({\mathrm{\ΣP}}_{i,t}-{\mathrm{\Σl}}_{i,t})d\]\≤{\mathrm{PL}}_{\max }\\ -\underset{i\∈M}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{SF}}_{i,j,t}*\[P_{i,t}-l_{i,t}-({\mathrm{\ΣP}}_{i,t}-{\mathrm{\Σl}}_{i,t})d\]\≤{\mathrm{PL}}_{\max }\end{array}$

P_i,min≤P_i,t≤P_i,max

-Δ_i≤P_i,t-P_i,t-1≤Δ_i

其中，I为系统中的发电机组数目；T为典型日包含时段数；C_i为机组i的发电成本；P_i,t为机组i在t时段的有功出力；l_i,t为节点i在t时段的负荷需求；Loss_t为t时段的系统网损；M为电网计算节点集合；PL_max为线路潮流上限；SF_i,j,t为节点i在t时段的注入功率对支路ij的潮流灵敏度；d为网损分布因子；P_i,max和P_i,min分别表示发电机组i输出功率的上下限；Δ_i为机组i每时段爬坡速率的最大值。

其中，电网输电成本分析的基准状态包括：典型日各时段的机组有功出力P_i,t，以及负荷平衡约束的影子价格λ_t、线路潮流正向约束的影子价格β_p,i,t、线路潮流反向约束的影子价格β_n,i,t。

优选，在步骤3中，基于输电成本分析基准状态结果，各类输电成本的计算公式如下：

边际阻塞成本CM_i,t的计算公式为：

CM_i,t＝λ_t*LF_i,t

边际网损成本CN_i,t的计算公式为：

${\mathrm{CN}}_{i,t}=\underset{i\∈M}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{SF}}_{i,j,t}*({\mathrm{\β}}_{p,i,t}-{\mathrm{\β}}_{n,i,t})$

平均边际输电成本CL_i的计算公式为：

${\mathrm{CL}}_i=\underset{t}{\mathrm{\Σ}}({\mathrm{CM}}_{i,t}+{\mathrm{CN}}_{i,t})/T$

其中，LF_i,t为节点i在t时段的网损因子。

优选，在步骤4中，基于输电成本分析基准状态结果，参与双边交易机组的电量计算公式如下：

机组典型日发电量Q_i的计算公式为：

$Q_i=\underset{t}{\mathrm{\Σ}}{P}_{i,t}/4$

机组基准电量QB_i的计算公式为：

QB_i＝Q_i*NT/T

其中，NT为双边交易周期包含的时段数。

优选，在步骤5中，双边交易对输电成本影响的量化值PB_i的计算公式为：

PB_i＝|QB_i-QM_i|*CL_i

其中，QM_i为双边交易电量。

本方法是在实际电网数据下开展的双边交易对电网输电成本影响量化分析方法的研究和尝试，本方法以典型日负荷曲线为基础，建立了电网输电成本的优化分析模型，根据输电成本分析的基准状态结果，获得各节点的边际输电成本，从而计算出双边交易对电网输电成本的增加值，实现对输电成本影响的量化分析，有助于提高电力系统分析决策的精细化水平。该方法不需要大量人力的参与，计算速度可以满足实际应用的需要，有效地解决了传统的双边交易对电网输电成本分析只能定性、无法定量的难题，本发明计算效率较高，适用于求解大规模双边交易下的输电成本计算问题，具有广泛的推广前景。

下面是本发明的一个优选实施案例，包含了采用本发明方法的一个月度双边交易对电网输电成本影响的量化计算过程，它的特征、目的和优点可以从实施例的说明中看出。

在月度调度计划周期，电力大用户与发电厂签订有双边交易合同，规定了下一个月发电厂需要提供的合同电量，调度交易中心需要在电力系统调度生产过程中，保障该双边交易的有效执行。为此，调度交易中心根据下一个月电网可能的运行状态，对双边交易进行校核，并量化分析双边交易造成的输电成本变化，以准确评估双边交易对电网输电成本的影响，指导调度人员合理安排双边交易的执行，提升电网的经济运行水平。

本方法包括如下步骤：

1)根据双边交易的月度时间范围，确定电网输电成本分析计算的周期为未来1个月，获取未来1个月内每日各时段的负荷需求，生成典型日负荷曲线；

典型日负荷曲线的生成方法为：设置15分钟为1个计算时段，一天包括96个计算时段，依次计算双边交易计算周期内，各天每个计算时段负荷需求的加权平均值，得到典型日负荷曲线。

2)基于典型日负荷曲线，不考虑系统双边交易，建立电网输电成本的优化分析模型，计算出电网输电成本分析的基准状态，包括：典型日各时段的机组有功出力P_i,t，以及负荷平衡约束的影子价格λ_t、线路潮流正向约束的影子价格β_p,i,t、线路潮流反向约束的影子价格β_n,i,t。

3)根据输电成本分析的基准状态，计算电网中各节点在各时间段的边际阻塞成本与边际网损成本，获得各节点的平均边际输电成本，其中T为96。

4)计算参与双边交易的机组的典型日发电量，将发电量在双边交易的月度范围内进行扩展，获得电网输电成本分析的机组基准电量，其中，NT为96*30。

5)比较双边交易电量与机组基准电量的差异，计算双边交易对电网输电成本的增加值，实现对输电成本影响的量化分析。

本发明能够在不同时间范围、不同交易对象的双边交易条件下，统一考虑电网运行的边际网损成本与边际阻塞成本，量化分析双边交易对电网输电成本的影响。对计算结果进行分析，受双边交易节点所在的物理位置影响，电网输电成本在不同双边交易对象间有所不同。其中，当电力大用户与发电厂间的电气距离相对较近时，双边交易对电网输电成本的影响较小；当电力大用户与发电厂间的电气距离相对较远时，双边交易对电网输电成本的影响较大。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种双边交易对电网输电成本影响的量化分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、根据双边交易的时间范围，确定电网输电成本分析的计算周期，获取周期内每日各时段的负荷需求，生成典型日负荷曲线；

步骤2、基于典型日负荷曲线，不考虑系统双边交易，建立电网输电成本的优化分析模型，计算出电网输电成本分析的基准状态；

步骤3、根据输电成本分析的基准状态结果，计算电网中各节点在各时间段的边际阻塞成本与边际网损成本，获得各节点的边际输电成本；

步骤4、根据输电成本分析的基准状态结果，计算参与双边交易的机组的典型日发电量，将典型日发电量在双边交易周期内进行扩展，获得电网输电成本分析的机组基准电量；

步骤5、比较双边交易电量与机组基准电量的差异，结合边际输电成本，计算双边交易对电网输电成本影响的量化值PB_i。

2.根据权利要求1所述的一种双边交易对电网输电成本影响的量化分析方法，其特征在于，在步骤2中，电网输电成本的优化分析模型为：

目标函数：

$min\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{C}_i{P}_{i,t}$

约束条件：

$\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}{P}_{i,t}-\underset{i=1}{\overset{I}{\Σ}}{l}_{i,t}-{\mathrm{Loss}}_t=0$

$\underset{i\∈M}{\Σ}{\mathrm{SF}}_{i,j,t}*\[P_{i,t}-l_{i,t}-({\mathrm{\ΣP}}_{i,t}-{\mathrm{\Σl}}_{i,t})d\]\≤{\mathrm{PL}}_{max}$

$-\underset{i\∈M}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{SF}}_{i,j,t}*\[P_{i,t}-l_{i,t}-({\mathrm{\ΣP}}_{i,t}-{\mathrm{\Σl}}_{i,t})d\]\≤{\mathrm{PL}}_{max}$

P_i,min≤P_i,t≤P_i,max

-Δ_i≤P_i,t-P_i,t-1≤Δ_i

其中，I为系统中的发电机组数目；T为典型日包含时段数；C_i为机组i的发电成本；P_i,t为机组i在t时段的有功出力；l_i,t为节点i在t时段的负荷需求；Loss_t为t时段的系统网损；M为电网计算节点集合；PL_max为线路潮流上限；SF_i,j,t为节点i在t时段的注入功率对支路ij的潮流灵敏度；d为网损分布因子；P_i,max和P_i,min分别表示发电机组i输出功率的上下限；Δ_i为机组i每时段爬坡速率的最大值。

3.根据权利要求2所述的一种双边交易对电网输电成本影响的量化分析方法，其特征在于，电网输电成本分析的基准状态包括：典型日各时段的机组有功出力P_i,t，以及负荷平衡约束的影子价格λ_t、线路潮流正向约束的影子价格β_p,i,t、线路潮流反向约束的影子价格β_n,i,t。

4.根据权利要求3所述的一种双边交易对电网输电成本影响的量化分析方法，其特征在于，在步骤3中，基于输电成本分析基准状态结果，各类输电成本的计算公式如下：

边际阻塞成本CM_i,t的计算公式为：

CM_i,t＝λ_t*LF_i,t

边际网损成本CN_i,t的计算公式为：

${\mathrm{CN}}_{i,t}=\underset{i\∈M}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{SF}}_{i,j,t}*({\mathrm{\β}}_{p,i,t}-{\mathrm{\β}}_{n,i,t})$

平均边际输电成本CL_i的计算公式为：

${\mathrm{CL}}_i=\underset{t}{\Σ}({\mathrm{CM}}_{i,t}+{\mathrm{CN}}_{i,t})/T$

其中，LF_i,t为节点i在t时段的网损因子。

5.根据权利要求4所述的一种双边交易对电网输电成本影响的量化分析方法，其特征在于，在步骤4中，基于输电成本分析基准状态结果，参与双边交易机组的电量计算公式如下：

机组典型日发电量Q_i的计算公式为：

$Q_i=\underset{t}{\Σ}{P}_{i,t}/4$

机组基准电量QB_i的计算公式为：

QB_i＝Q_i*NT/T

其中，NT为双边交易周期包含的时段数。

6.根据权利要求5所述的一种双边交易对电网输电成本影响的量化分析方法，其特征在于，在步骤5中，双边交易对输电成本影响的量化值PB_i的计算公式为：

PB_i＝|QB_i-QM_i|*CL_i

其中，QM_i为双边交易电量。

7.根据权利要求1所述的一种双边交易对电网输电成本影响的量化分析方法，其特征在于，在步骤1中，设置15分钟为1个计算时段，一天包括96个时段，在双边交易计算周期内，依次计算各天每个时段负荷需求的加权平均值，生成典型日负荷曲线。