CN107833101B - 一种基于节点电价机制的可再生能源交易费用的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于节点电价机制的可再生能源交易费用的计算方法,将可再生能源出力分阶段引入最优直流潮流模型中,建立基于节点电价机制的最优直流潮流计算模型,通过计算考虑可再生能源日前预测出力和可再生能源实时出力偏差的最优直流潮流,得到可再生能源的实际交易费用。所得结果能够考虑可再生能源出力预测误差的影响,能为高可再生能源渗透率下电网的运行方式调整提供优化方案,尤其适用于大规模、多类型可再生能源共存的电力交易费用计算。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域,具体涉及一种基于节点电价机制的可再生能源交易费用的计算方法。
背景技术
随着我国可再生能源发展力度的加大,可再生能源发电在电力系统中的渗透率不断增长,其对电力系统运行造成的不利影响也越来越严重。该影响不只体现在对电网安全性和可靠性的影响,也体现在对电力市场的影响。在含可再生能源参与的电力市场中,如何结算具有不确定性特征的可再生能源出力的交易费用,成为亟待解决的重要问题之一。
我国目前的可再生能源交易费用计算方法通常采用固定的可再生能源标杆电价对可再生能源的实际出力直接进行结算。现有方法存在一些缺陷,其并未考虑可再生能源发电机组对电力系统运行安全性的影响,对所有可再生能源出力按照统一固定价格进行结算,难以引导可再生能源发电方提高自身出力预测精度并改善出力质量。实际上,由于电力系统运行本身受到输电容量、调峰容量等技术约束限制,当大规模的可再生能源参与交易时,如果可再生能源出力的预测精度较低使得可再生能源实际出力偏差较大,往往会导致上述技术约束的越限,给电力系统的安全稳定运行带来了严重的影响。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种能够引导可再生能源发电方降低自身出力预测误差的基于节点电价机制的可再生能源交易费用的计算方法。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是,一种基于节点电价机制的可再生能源交易费用的计算方法,包括以下步骤:
1)获取电力系统基本技术数据、电力系统运行约束基础数据、电力系统实时运行数据、非可再生能源发电企业报价数据以及可再生能源发电企业报价数据;
电力系统基本技术数据为节点数据、输电线路数据、变压器数据和负荷数据;
电力系统运行约束基础数据为各非可再生能源发电机组有功出力的上限值和下限值、输电线路的传输容量限值、可再生能源发电机组日前预测出力值;
电力系统实时运行数据为负荷实时偏差值、可再生能源发电机组实时预测出力值、各非可再生能源发电机组可提供的实时有功调节能力的上限值和下限值;
非可再生能源发电企业报价数据为非可再生能源发电企业对其所属非可再生能源发电机组出力费用的日前报价值,以及非可再生能源发电机组参与系统实时调节的实时报价值;
可再生能源发电企业报价数据为可再生发电企业对其所属可再生能源机组出力费用的日前报价值,以及可再生能源出力实时正偏移量费用的实时报价值;
2)以电力系统发电成本最小为目标函数构建最优直流潮流优化目标;然后构建约束条件,完成面向日前节点电价结算的最优直流潮流模型的构建;其中,约束条件包括系统功率平衡约束、直流潮流约束以及非可再生能源发电机组出力约束;
3)设定面向日前节点电价结算的最优直流潮流模型中的收敛准则参数,收敛准则参数包括优化模型收敛精度和最大迭代次数;将电力系统基本技术数据、电力系统运行约束基础数据、非可再生能源发电企业报价数据、可再生能源发电企业报价数据以及收敛准则参数输入到面向日前节点电价结算的最优直流潮流模型,对计及可再生能源日前预测出力的日前场景进行最优直流潮流分析求解,求解结果包括各节点的节点电价和各非可再生能源发电机组的有功出力;
4)以电力系统综合运行成本最小为目标函数构建最优直流潮流优化目标;然后构建约束条件,完成面向实时调节费用修正的最优直流潮流模型的构建;其中,约束条件包括系统功率平衡约束、直流潮流约束、可再生能源发电机组出力约束,非可再生能源发电机组调节能力约束;
5)设定面向实时调节费用修正的最优直流潮流模型中的收敛准则参数,收敛准则参数包括优化模型收敛精度和最大迭代次数;将电力系统基本技术数据、电力系统运行约束基础数据、电力系统实时运行数据、非可再生能源发电企业报价数据、可再生能源发电企业报价数据、日前场景各非可再生能源发电机组的有功出力结果以及收敛准则参数输入到面向实时调节费用修正的最优直流潮流模型,对计及可再生能源实时出力偏移量的实时场景进行最优直流潮流分析求解,求解结果包括各非可再生能源发电机组的有功调节量、各可再生能源发电机组有功出力的实时偏移量;
6)根据步骤1)得到的日前场景下的可再生能源发电机组的日前预测出力和步骤3)得到的节点电价结果,得到可再生能源交易的日前费用;获取实时场景下可再生能源出力的偏移量,以及非可再生能源发电机组的有功调节结果,得到可再生能源交易的实时调节费用;可再生能源交易的日前费用以及实时调节费用之和即为可再生能源交易的最终结算费用;
7)将步骤6)得到的可再生能源交易的最终结算费用反馈至可再生能源发电企业,可再生能源发电企业按照上述求解结果获得交易费用;将计及可再生能源出力实时变化量的实时场景最优直流潮流结果反馈给电网企业,电网企业参考最优直流潮流结果进行全系统实时运行方式调整。
所述的步骤2)中最优直流潮流优化目标是由公式获得的,其中,为非可再生能源发电机组Ci在t时刻的有功出力,为非可再生能源发电机组Ci在t时刻的报价参数,SGC为所有非可再生能源发电机组集合,为可再生能源发电机组Ri在t时刻的日前预测有功出力,为可再生能源发电机组Ri在t时刻的报价参数,SGR为所有可再生能源发电机组集合,ST为所有运行时段的集合。
直流潮流约束为其中,为位于节点Bi的非可再生能源发电机组Ci在t时刻的有功出力,为位于节点Bi的可再生能源发电机组Ri在t时刻的日前预测有功出力,为位于节点Bi的t时刻的有功负荷;为功率传输分布因子矩阵第l行第Bi列元素,为支路l的传输功率上限值,Fl 为支路l的传输功率下限值,SL为所有支路的集合;
所述的步骤4)中最优直流潮流优化目标如下公式所示:
其中,为可再生能源发电机组Ri在t时刻实时有功出力的负偏移值,当获得可再生能源发电机组Ri在t时刻的实时预测出力时,负偏移值获得;为可再生能源发电机组Ri在t时刻的实时正偏移有功出力,为可再生能源发电机组Ri在t时刻对其实时正偏移有功出力的报价参数;为日前场景下非可再生能源发电机组Ci在t时刻的有功出力结果,和分别为非可再生能源发电机组Ci在t时刻的负有功调节出力和正有功调节出力,和分别为非可再生能源发电机组Ci在t时刻对其负有功调节出力和正有功调节出力的报价参数。
所述的步骤4)中系统功率平衡约束为:
直流潮流约束为:
其中,和分别为位于节点Bi的非可再生能源发电机组Ci在t时刻的负有功调节出力和正有功调节出力;为位于节点Bi的可再生能源发电机组Ri在t时刻实时有功出力的负偏移值,为位于节点Bi的可再生能源发电机组Ri在t时刻的实时正偏移有功出力;为t时刻位于节点Bi的有功负荷的实时偏差值;
所述的步骤6)中对应可再生能源发电机组Ri的日前费用为:其中,为节点Bi在t时刻的节点电价,单位为元/kWh,节点电价由公式获得,μt对应于t时刻系统功率平衡约束的对偶乘子取值,λlt对应于t时刻支路l直流潮流约束的对偶乘子取值;
所述非可再生能源发电为火力发电。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
从系统安全运行方面来讲,本发明在考虑可再生能源交易时利用了最优潮流模型的求解结果,其求解结果能够为电网企业调整运行方式提供参考,同时考虑系统运行约束,将各输电线路的传输功率以及系统调峰容量等限制在允许范围内,能够保证在大规模可再生能源参与市场交易时电力系统安全可靠的运行;从电网发展角度来讲,本发明基于节点电价机制计算可再生能源的日前结算费用,以市场化手段合理的处理了电力系统中存在的网络阻塞问题,能够体现出位于不同地理位置时各可再生能源发电方的实际电能价值,引导可再生能源发电方的合理规划;同时,本发明通过引入系统调节费用修正可再生能源的结算费用,考虑了可再生能源实际出力偏差对系统实时调度的影响,以市场化手段实现了对可再生能源出力预测误差的考核机制,有利于引导可再生能源发电方提高自身出力预测精度;从经济效益方面来讲,本发明通过引入系统调节费用,在保证安全运行前提下合理的促进了可再生能源的消纳,由于可再生能源的低成本性,实现了电力系统运行成本的降低,提高了其经济性;从环保角度来讲,本发明间接实现了可再生能源和传统能源之间的发电权交易,减少传统火电机组的发电量,降低了环保成本,实现了环保效益的提高,符合可持续发展的战略要求。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明,但本发明的内容不仅仅局限于此。
参见图1,本发明包括基于节点电价机制的可再生能源交易费用的计算方法包括以下步骤:
(一)应用本发明所提模型时,需要获取计算模型输入数据包括:电力系统基本技术数据、电力系统运行约束基础数据、电力系统实时运行数据、非可再生能源发电企业报价数据以及可再生能源发电企业报价数据;
其中,电力系统基本技术数据为节点数据、输电线路数据、变压器数据、负荷数据;节点数据如节点编号Bi和系统平衡节点的编号Bs;输电线路数据如支路l的电抗值Xl;变压器数据如变压器TRi的阻抗值负荷数据如负荷节点Di在t时刻的负荷值
电力系统运行约束基础数据包括非可再生能源发电机组约束数据如机组Ci有功出力的上限值和下限值输电线路约束数据如支路l传输容量的上限值和下限值Fl ;可再生能源发电机组约束数据如机组Ri在t时刻的日前预测保障出力值
电力系统实时运行数据包括有功负荷的实时偏差数据如t时刻负荷节点Di的有功负荷偏差值可再生能源发电机组实时预测出力数据如t时刻机组Ri的实时预测有功出力值各非可再生能源发电机组调节能力数据如t时刻机组Ci可提供实时有功调节能力的上限值和下限值
非可再生能源发电企业报价数据包括非可再生能源发电机组出力的日前报价数据如t时刻机组Ci对其出力的日前报价值非可再生能源发电机组参与实时调节的报价数据如t时刻机组Ci的对其负有功调节出力和正有功调节出力的报价值和
其中,l∈Sl,TRi∈STR,Bi∈SB,Ti∈ST,Di∈SD,Ci∈SGC,Ri∈SGR;SB表示电力系统所有节点集合,STR表示所有变压器集合,Sl表示所有支路集合,ST表示所有时段集合,SD表示所有负荷节点集合,SGC表示所有非可再生能源发电机组集合,SGR表示所有可再生能源发电机组集合,下同。
(二)从相关部门获取上述信息后,按照下述步骤进行可再生能源交易费用的计算:
第1步:以电力系统发电成本最小为目标函数建立优化目标,所述优化目标由下式获得:
第2步:构建系统运行约束条件完成面向日前节点电价结算最优潮流模型的构建;其中,约束条件包括系统功率平衡约束、直流潮流约束以及非可再生能源发电机组出力约束;
系统功率平衡约束中整个系统的总发电量和总负荷量必须满足平衡等式约束为:
直流潮流约束为式中,为位于节点Bi的非可再生能源发电机组Ci在t时刻的有功出力,为位于节点Bi的可再生能源发电机组Ri在t时刻的日前预测有功出力,为t时刻位于节点Bi的有功负荷;为功率传输分布因子矩阵第l行第Bi列元素,为支路l的传输功率上限值,Fl为支路l的传输功率下限值;
第3步:设定面向日前节点电价结算的最优直流潮流模型中的收敛准则参数,收敛准则参数包括优化模型收敛精度和最大迭代次数;将电力系统基本技术数据、电力系统运行约束基础数据、非可再生能源发电企业报价数据、可再生能源发电企业报价数据以及收敛准则参数输入到面向日前节点电价结算的最优直流潮流模型。
对计及可再生能源日前预测出力的日前场景进行最优直流潮流分析求解,求解t时刻节点Bi的节点电价结果以及发电机组Ci的有功出力结果其中,节点电价的单位为元/kWh,其由公式获得,μt对应于t时刻系统功率平衡约束的对偶乘子取值,λlt对应于t时刻支路l直流潮流约束的对偶乘子取值。
第4步:以电力系统综合运行成本最小为目标函数建立优化目标,所述优化目标由下式获得:
其中,为可再生能源发电机组Ri在t时刻有功出力的实时负偏移值,当获得可再生能源发电机组Ri在t时刻的实时预测出力时,负偏移值由获得,为可再生能源发电机组Ri在t时刻的实时正偏移有功出力,为可再生能源发电机组Ri在t时刻对其实时正偏移有功出力的报价参数;为日前场景下非可再生能源发电机组Ci在t时刻的有功出力结果,和分别为非可再生能源发电机组Ci在t时刻的负有功调节出力和正有功调节出力,和分别为非可再生能源发电机组Ci在t时刻对其负有功调节出力和正有功调节出力的报价参数。
第5步:构建系统运行约束条件完成面向实时调节费用修正的最优直流潮流模型的构建;其中,约束条件包括系统功率平衡约束、直流潮流约束、可再生能源发电机组出力约束,非可再生能源发电机组调节能力约束。
系统功率平衡约束中整个系统的总发电量、总负荷量、总偏移量以及总调节量必须满足平衡等式约束为:
直流潮流约束为:
其中,和分别为位于节点Bi的非可再生能源发电机组Ci在t时刻的负有功调节出力和正有功调节出力;为位于节点Bi的可再生能源发电机组Ri在t时刻有功出力的实时负偏移值,为位于节点Bi的可再生能源发电机组Ri在t时刻的实时正偏移有功出力;为t时刻位于节点Bi的有功负荷的实时偏差值;
第6步:设定面向实时调节费用修正的最优直流潮流模型中的收敛准则参数,收敛准则参数包括优化模型收敛精度和最大迭代次数;将电力系统基本技术数据、电力系统运行约束基础数据、电力系统实时运行数据、非可再生能源发电企业报价数据、可再生能源发电企业报价数据、日前场景各非可再生能源发电机组的有功出力结果以及收敛准则参数输入到面向实时调节费用修正的最优直流潮流模型。
获取实时场景下可再生能源出力的偏移量,以及非可再生能源发电机组的有功调节量结果,得到可再生能源交易的实时调节费用如可再生能源机组Ri的调节费用 其中为可再生能源发电机组Ri于t时刻的系统调节费用的分摊系数,由公式获得;
第8步:将得到的可再生能源交易费用反馈至可再生能源发电企业,可再生能源发电企业按照上述求解结果获得交易费用;将计及可再生能源出力实时变化量的实时场景最优直流潮流结果反馈给电网企业,电网企业参考求解结果进行全系统实时运行方式调整。
Claims (7)
1.一种基于节点电价机制的可再生能源交易费用的计算方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)获取电力系统基本技术数据、电力系统运行约束基础数据、电力系统实时运行数据、非可再生能源发电企业报价数据以及可再生能源发电企业报价数据;
电力系统基本技术数据为节点数据、输电线路数据、变压器数据和负荷数据;
电力系统运行约束基础数据为各非可再生能源发电机组有功出力的上限值和下限值、输电线路的传输容量限值、可再生能源发电机组日前预测出力值;
电力系统实时运行数据为负荷实时偏差值、可再生能源发电机组实时预测出力值、各非可再生能源发电机组可提供的实时有功调节能力的上限值和下限值;
非可再生能源发电企业报价数据为非可再生能源发电企业对其所属非可再生能源发电机组出力费用的日前报价值,以及非可再生能源发电机组参与系统实时调节的实时报价值;
可再生能源发电企业报价数据为可再生发电企业对其所属可再生能源机组出力费用的日前报价值,以及可再生能源出力实时正偏移量费用的实时报价值;
2)以电力系统发电成本最小为目标函数构建最优直流潮流优化目标;然后构建约束条件,完成面向日前节点电价结算的最优直流潮流模型的构建;其中,约束条件包括系统功率平衡约束、直流潮流约束以及非可再生能源发电机组出力约束;
3)设定面向日前节点电价结算的最优直流潮流模型中的收敛准则参数,收敛准则参数包括优化模型收敛精度和最大迭代次数;将电力系统基本技术数据、电力系统运行约束基础数据、非可再生能源发电企业报价数据、可再生能源发电企业报价数据以及收敛准则参数输入到面向日前节点电价结算的最优直流潮流模型,对计及可再生能源日前预测出力的日前场景进行最优直流潮流分析求解,求解结果包括各节点的节点电价和各非可再生能源发电机组的有功出力;
4)以电力系统综合运行成本最小为目标函数构建最优直流潮流优化目标;然后构建约束条件,完成面向实时调节费用修正的最优直流潮流模型的构建;其中,约束条件包括系统功率平衡约束、直流潮流约束、可再生能源发电机组出力约束,非可再生能源发电机组调节能力约束;
5)设定面向实时调节费用修正的最优直流潮流模型中的收敛准则参数,收敛准则参数包括优化模型收敛精度和最大迭代次数;将电力系统基本技术数据、电力系统运行约束基础数据、电力系统实时运行数据、非可再生能源发电企业报价数据、可再生能源发电企业报价数据、日前场景各非可再生能源发电机组的有功出力结果以及收敛准则参数输入到面向实时调节费用修正的最优直流潮流模型,对计及可再生能源实时出力偏移量的实时场景进行最优直流潮流分析求解,求解结果包括各非可再生能源发电机组的有功调节量、各可再生能源发电机组有功出力的实时偏移量;
6)根据步骤1)得到的日前场景下的可再生能源发电机组的日前预测出力和步骤3)得到的节点电价结果,得到可再生能源交易的日前费用;获取实时场景下可再生能源出力的偏移量,以及非可再生能源发电机组的有功调节结果,得到可再生能源交易的实时调节费用;可再生能源交易的日前费用以及实时调节费用之和即为可再生能源交易的最终结算费用;
7)将步骤6)得到的可再生能源交易的最终结算费用反馈至可再生能源发电企业,可再生能源发电企业按照上述求解结果获得交易费用;将计及可再生能源出力实时变化量的实时场景最优直流潮流结果反馈给电网企业,电网企业参考最优直流潮流结果进行全系统实时运行方式调整。
3.根据权利要求1所述的基于节点电价机制的可再生能源交易费用计算方法,其特征在于,所述的步骤2)中系统功率平衡约束为:其中,为t时刻的负荷节点Di的有功负荷,SD为所有负荷节点的集合,SGC为所有非可再生能源发电机组集合,SGR为所有可再生能源发电机组集合,ST为所有运行时段的集合;
直流潮流约束为其中,为位于节点Bi的非可再生能源发电机组Ci在t时刻的有功出力,为位于节点Bi的可再生能源发电机组Ri在t时刻的日前预测有功出力,为位于节点Bi的t时刻的有功负荷;为功率传输分布因子矩阵第l行第Bi列元素,为支路l的传输功率上限值,Fl 为支路l的传输功率下限值,SL为所有支路的集合;
4.根据权利要求1所述的基于节点电价机制的可再生能源交易费用计算方法,其特征在于,所述的步骤4)中最优直流潮流优化目标如下公式所示:
其中,为可再生能源发电机组Ri在t时刻实时有功出力的负偏移值,当获得可再生能源发电机组Ri在t时刻的实时预测出力时,负偏移值由获得;为可再生能源发电机组Ri在t时刻的实时正偏移有功出力,为可再生能源发电机组Ri在t时刻对其实时正偏移有功出力的报价参数;为日前场景下非可再生能源发电机组Ci在t时刻的有功出力结果,和分别为非可再生能源发电机组Ci在t时刻的负有功调节出力和正有功调节出力,和分别为非可再生能源发电机组Ci在t时刻对其负有功调节出力和正有功调节出力的报价参数,SGC为所有非可再生能源发电机组集合,SGR为所有可再生能源发电机组集合,ST为所有运行时段的集合,为非可再生能源发电机组Ci在t时刻的报价参数,为可再生能源发电机组Ri在t时刻的日前预测有功出力,为可再生能源发电机组Ri在t时刻的报价参数。
其中,为t时刻负荷节点Di的有功负荷实时偏差值,为日前场景下非可再生能源发电机组Ci在t时刻的有功出力结果,为可再生能源发电机组Ri在t时刻的日前预测有功出力,为t时刻的负荷节点Di的有功负荷,SD为所有负荷节点的集合,SGC为所有非可再生能源发电机组集合,SGR为所有可再生能源发电机组集合,ST为所有运行时段的集合;
直流潮流约束为:
其中,为非可再生能源发电机组Ci在t时刻的有功出力,和分别为位于节点Bi的非可再生能源发电机组Ci在t时刻的负有功调节出力和正有功调节出力;为位于节点Bi的可再生能源发电机组Ri在t时刻实时有功出力的负偏移值,为位于节点Bi的可再生能源发电机组Ri在t时刻的实时正偏移有功出力;为t时刻位于节点Bi的有功负荷的实时偏差值;
6.根据权利要求1所述的基于节点电价机制的可再生能源交易费用计算方法,其特征在于,所述的步骤6)中对应可再生能源发电机组Ri的日前费用为:其中,ST为所有运行时段的集合,为可再生能源发电机组Ri在t时刻的日前预测有功出力,为节点Bi在t时刻的节点电价,单位为元/kWh,节点电价由公式获得,μt为对应于t时刻系统平衡约束的对偶乘子取值,λlt为对应于t时刻支路l直流潮流约束的对偶乘子取值,SL为所有支路的集合,为功率传输分布因子矩阵第l行第Bi列元素;
其中ST为所有运行时段的集合,SGC为所有非可再生能源发电机组集合,SGR为所有可再生能源发电机组集合,为可再生能源发电机组Ri在t时刻的实时正偏移有功出力,为可再生能源发电机组Ri在t时刻实时有功出力的负偏移值,为节点Bi在t时刻的节点电价,为可再生能源发电机组Ri于t时刻的系统调节费用的分摊系数,由公式获得SD为所有负荷节点的集合,和分别为非可再生能源发电机组Ci在t时刻的负有功调节出力和正有功调节出力,和分别为非可再生能源发电机组Ci在t时刻对其负有功调节出力和正有功调节出力的报价参数,为t时刻位于节点Bi的有功负荷的实时偏差值;
7.根据权利要求1所述的基于节点电价机制的可再生能源交易费用计算方法,其特征在于,所述非可再生能源发电为火力发电。
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