CN107834536A - 一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力系统学科电力市场经济调度领域，更具体地，涉及一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法。包括以下步骤：首先，对电网基础数据进行统计；校验数据的合理性，若合理，进行下一步，若不合理，重新回到上一步；其次，根据校验合理后的数据，将电能市场仿真优化问题转化为一个以购电成本最低为目标，以电网运行安全性要求为约束条件，构造优化模型；然后，对构造的模型进行求解；对求解结果进行可行性分析，最后，对优化结果进行分析整理。本发明提供的一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，综合考虑电网运行安全性的要求和市场运行经济性的要求，从而能够简化流程，提升市场决策的效率。

Description

一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法
技术领域
本发明属于电力系统学科电力市场经济调度领域，更具体地，涉及一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法。
背景技术
2015年3月，中共中央国务院颁布了《关于进一步深化电力体制改革的若干意见(中发[2015]9号文)》，由此拉开了我国电力体制市场化改革的序幕。从三年来的实践情况来看，电力市场交易始终围绕电能量市场展开。然而，与其他商品相比，电力具有其特殊性。首先电能难以经济高效的大规模存储，必须满足实时供需平衡要求；其次，电力传输依赖电网，电网运行具有其自身要求，必须满足电网运行安全性要求；最后市场化改革下，电能在不同电厂间的分配不再按照计划指令，而是由市场竞价决定，必须满足市场运行经济性的要求。因此在满足电力供需平衡性要求的基本前提下，如何协调好电网运行安全性和市场运行经济性，成为电力市场电能量仿真优化的基本要求。
电网运行安全性和市场运行经济性两大要求协商上，主要采用迭代优化收敛的方式进行，即首先不考虑电网运行安全性，以市场运行经济性为目标组织市场交易；将不考虑电网运行安全性的交易结果反馈，进行电网运行安全性校核，将不满足安全性要求的结果设置交易约束条件，反馈市场交易环节，再次进行以市场运行经济性为目标的市场交易；不断重复上述过程直至收敛。上述将电网运行安全性和市场运行经济性割裂的电能量市场仿真体系造成市场组织交易和电网安全校核大量重复、无效的工作投入，一方面不利于市场健康运行、电网安全运行，同时也大大增加了调度运行和市场交易专业技术人员的工作量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，综合考虑电网运行安全性的要求和市场运行经济性的要求，从而能够简化流程，提升市场决策的效率。
为解决上述问题，本发明提供的技术方案是：一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，其中，包括以下步骤：
S1.对电网基础数据进行统计；
S2.校验S1步骤中数据的合理性，若合理，进行S3步骤，若不合理，重新回到S1步骤；
S3.数据抽象，构造优化模型，根据S2步骤中校验合理后的数据，将电能市场仿真优化问题转化为一个以购电成本最低为目标，以电网运行安全性要求为约束条件，构造优化模型；
S4.对构造的模型进行求解；
S5.对求解结果进行可行性分析，当模型求解为最优解时，进行S6步骤，若不是最优解，则返回S3步骤；
S6.对优化结果进行分析整理。
进一步地，所述的S1步骤中电网基础数据包括电网负荷预测、发电机组或发电厂参数、电网拓扑参数以及机组AGC调频需求。
在本发明中，电网负荷预测：包括系统负荷预测和母线负荷预测，有功负荷预测是考虑电网安全、系统负荷平衡、系统备用预留等约束的基础，该数据来源于负荷预测管理系统；机组参数包括：机组报价、机组容量、出力上下限、机组爬坡能力和降出力能力、机组电量约束条件、机组检修计划等主要机组参数，其中报价数据来源于市场交易系统，其他参数来源于发电计划系统；电网拓扑参数包括：电网拓扑参数、拓扑变化信息以及线路实际参数，该类型数据来源于能量管理系统；电网的实际运行约束参数：线路、断面、变压器的传输容量等，该类型数据来源于能量管理系统。
3.根据权利要求1所述的一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，其特征在于，所述的S2步骤包括：
S201.坏数据辨识，即辨识出超出取值范围的数据；基础数据均有其合理的数据取值范围，当超出该范围时则意味着上述数据存在由于传输或存储异常而出现的坏数据，数据合理性校验第一项内容就是通过数据取值范围校验其合理性；
S202.可求解性辨识，即辨识S1步骤中数据所构造的市场交易是否能够满足电力电量平衡基本要求，判定公式为：
其中，NG、T分别为机组台数和时段数，αi,t为发电机组i在时段t是否开机的0-1状态变量，取值为“0”表示停机，取值为“1”表示开机， Pi 分别为发电机组i的出力上限和出力下限，Dt为时段t的系统负荷预测值；
若满足上述公式，则进行S3步骤，若不满足，则返回S1步骤。
4.根据权利要求1所述的一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，其特征在于，所述的S3步骤包括：
S301.优化目标，求解以购电成本最小的优化目标，求解公式为：
其中，第i台机组，t时段的出力结果为Pi,t，机组i的单位功率报价值为Ci，一天总的时间段数为T，机组的集合为NG，机组造成的网损是机组出力的函数f(P)，并将其折算为机组的购电成本，得到的解空间为φC；
S302.以电网运行安全性要求为约束条件，构造优化模型。
5.根据权利要求1所述的一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，其特征在于，所述的约束条件包括安全性约束、机组约束和电力网络约束。
6.根据权利要求5所述的一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，其特征在于，所述的安全约束经济调度必须首先满足全网的功率平衡约束和备用约束，以保证电力系统安全稳定运行，主要包括：
发供电力平衡约束：
AGC调节备用约束：
热备用约束：
冷备用约束：
其中，为机组i时段t的最大可调节容量，而Kt为此时的负荷频率要求；Pl,t为系统第t时段的网损；NG1为系统中热备用机组的集合，RUt1为热备用容量要求；NG2为系统中热备用机组的集合，RUt2为热备用容量要求。
7.根据权利要求5所述的一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，其特征在于，所述的机组约束包括：
机组爬坡约束：Pi,t-Pi,t-1≤RUi,t＝1,2,.....,T,i＝1,2,.....,N，
Pi,t-1-Pi,t≤RDi,t＝1,2,.....,T,i＝1,2,.....,N；
火电机组固定出力约束：
机组出力上下限约束：
当机组停机时机组的出力上下限都是0；而当机组处于出力状态时，机组的出力上下限主要由机组的在t时刻的出力上下限所决定的；
其中，为第i台机组，t时段的最小可调出力，为第i台机组，t时段的最小可调出力；RUt为系统的正备用率，RDt为系统的负备用率。
8.根据权利要求5所述的一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，其特征在于，所述的电力网络约束包括：
基态下各线路、变压器、输电断面的热稳定极限，输电容量约束为：
|Xlk|＜Xlmax，k＝1,2,...,T，l∈NL；
预想故障状态下输电容量约束为：
|Xlk'|＜Xlmax，k＝1,2,...,T，l∈NL'；
其中，Xlk为输电线l的有功潮流，Xlmax为输电线l的热稳定极限；NL为输电线集合；Xlk'为输电线l在预想故障状态下的有功潮流，Xlmax为输电线l在预想故障状态下的热稳定极限；NL'为预想故障状态下的输电线集合。
与现有技术相比，有益效果是：本发明提供的一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，综合考虑电网运行安全性的要求和市场运行经济性的要求，从而能够简化流程，提升市场决策的效率。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的解释。
如图1所示，一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，其中，包括以下步骤：
步骤一.对电网基础数据进行统计；电网基础数据包括电网负荷预测、发电机组或发电厂参数、电网拓扑参数以及机组AGC调频需求。
在本发明中，电网负荷预测：包括系统负荷预测和母线负荷预测，有功负荷预测是考虑电网安全、系统负荷平衡、系统备用预留等约束的基础，该数据来源于负荷预测管理系统；机组参数包括：机组报价、机组容量、出力上下限、机组爬坡能力和降出力能力、机组电量约束条件、机组检修计划等主要机组参数，其中报价数据来源于市场交易系统，其他参数来源于发电计划系统；电网拓扑参数包括：电网拓扑参数、拓扑变化信息以及线路实际参数，该类型数据来源于能量管理系统；电网的实际运行约束参数：线路、断面、变压器的传输容量等，该类型数据来源于能量管理系统。
步骤二：校验S1步骤中数据的合理性，若合理，进行步骤三，若不合理，重新回到步骤一。
首先，辨识坏数据，即辨识出超出取值范围的数据；基础数据均有其合理的数据取值范围，当超出该范围时则意味着上述数据存在由于传输或存储异常而出现的坏数据，数据合理性校验第一项内容就是通过数据取值范围校验其合理性。
其次，可求解性辨识，即辨识S1步骤中数据所构造的市场交易是否能够满足电力电量平衡基本要求，判定公式为：
其中，NG、T分别为机组台数和时段数，αi,t为发电机组i在时段t是否开机的0-1状态变量，取值为“0”表示停机，取值为“1”表示开机， Pi 分别为发电机组i的出力上限和出力下限，Dt为时段t的系统负荷预测值；
若满足上述公式，则进行步骤三，若不满足，则返回步骤一。
步骤三：数据抽象，构造优化模型，根据步骤二中校验合理后的数据，将电能市场仿真优化问题转化为一个以购电成本最低为目标，以电网运行安全性要求为约束条件，构造优化模型。
首先，优化目标，求解以购电成本最小的优化目标，求解公式为：
其中，第i台机组，t时段的出力结果为Pi,t，机组i的单位功率报价值为Ci，一天总的时间段数为T，机组的集合为NG，机组造成的网损是机组出力的函数f(P)，并将其折算为机组的购电成本，得到的解空间为φC。
然后，以电网运行安全性要求为约束条件，构造优化模型。
其中，约束条件包括安全性约束、机组约束和电力网络约束。
安全约束经济调度必须首先满足全网的功率平衡约束和备用约束，以保证电力系统安全稳定运行，主要包括：
发供电力平衡约束：
AGC调节备用约束：
热备用约束：
冷备用约束：
其中，为机组i时段t的最大可调节容量，而Kt为此时的负荷频率要求；Pl,t为系统第t时段的网损；NG1为系统中热备用机组的集合，RUt1为热备用容量要求；NG2为系统中热备用机组的集合，RUt2为热备用容量要求。
机组约束包括：
机组爬坡约束：Pi,t-Pi,t-1≤RUi,t＝1,2,.....,T,i＝1,2,.....,N，
Pi,t-1-Pi,t≤RDi,t＝1,2,.....,T,i＝1,2,.....,N；
火电机组固定出力约束：
机组出力上下限约束：
当机组停机时机组的出力上下限都是0；而当机组处于出力状态时，机组的出力上下限主要由机组的在t时刻的出力上下限所决定的；
其中，为第i台机组，t时段的最小可调出力，为第i台机组，t时段的最小可调出力；RUt为系统的正备用率，RDt为系统的负备用率。
电力网络约束包括：
基态下各线路、变压器、输电断面的热稳定极限，输电容量约束为：
|Xlk|＜Xlmax，k＝1,2,...,T，l∈NL；
预想故障状态下输电容量约束为：
|Xlk'|＜Xlmax，k＝1,2,...,T，l∈NL'；
其中，Xlk为输电线l的有功潮流，Xlmax为输电线l的热稳定极限；NL为输电线集合；Xlk'为输电线l在预想故障状态下的有功潮流，Xlmax为输电线l在预想故障状态下的热稳定极限；NL'为预想故障状态下的输电线集合。
步骤四，对构造的模型进行求解。在本发明中，模型从数据上为一个多变量线性规划问题，可以通过Cplex等众多商用数据优化工具包进行求解，也可以根据内点法等多种求解算法求解得到。
步骤五：对求解结果进行可行性分析，当模型求解为最优解时，进行步骤六，若不是最优解，则返回步骤三；在对模型的解进行分析时，这里以Cplex商用软件包为例，当上述模型可行并且求解得到最优解时，会输出参数Result＝1；否则则输出Result＝0。若输出参数为1，则执行下一步；若输出参数为0，则返回步骤三，将Cplex优化结果中导致结果不行的约束项反馈回数学抽象过程，重新建模求解。
步骤六：对优化结果进行分析整理。通过上述优化过程，可以得到满足电力电量平衡约束、电网运行安全性要求，同时能够满足市场运行经济性的发电机组出力方案，实际上该方面就是市场交易结果，则可将上述结果公布即可。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.对电网基础数据进行统计；
S2.校验S1步骤中数据的合理性，若合理，进行S3步骤，若不合理，重新回到S1步骤；
S3.数据抽象，构造优化模型，根据S2步骤中校验合理后的数据，将电能市场仿真优化问题转化为一个以购电成本最低为目标，以电网运行安全性要求为约束条件，构造优化模型；
S4.对构造的模型进行求解；
S5.对求解结果进行可行性分析，当模型求解为最优解时，进行S6步骤，若不是最优解，则返回S3步骤；
S6.对优化结果进行分析整理。
2.根据权利要求1所述的一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，其特征在于，所述的S1步骤中电网基础数据包括电网负荷预测、发电机组或发电厂参数、电网拓扑参数以及机组AGC调频需求。
3.根据权利要求1所述的一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，其特征在于，所述的S2步骤包括：
S201.坏数据辨识，即辨识出超出取值范围的数据；
S202.可求解性辨识，即辨识S1步骤中数据所构造的市场交易是否能够满足电力电量平衡基本要求，判定公式为：
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其中，NG、T分别为机组台数和时段数，αi,t为发电机组i在时段t是否开机的0-1状态变量，取值为“0”表示停机，取值为“1”表示开机，Pi分别为发电机组i的出力上限和出力下限，Dt为时段t的系统负荷预测值；
若满足上述公式，则进行S3步骤，若不满足，则返回S1步骤。
4.根据权利要求1所述的一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，其特征在于，所述的S3步骤包括：
S301.优化目标，求解以购电成本最小的优化目标，求解公式为：
<mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>N</mi> <mi>G</mi> </mrow> </munderover> <mrow> <mo>(</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>T</mi> </munderover> <msub> <mi>C</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>P</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow>
其中，第i台机组，t时段的出力结果为Pi,t，机组i的单位功率报价值为Ci，一天总的时间段数为T，机组的集合为NG，机组造成的网损是机组出力的函数f(P)，并将其折算为机组的购电成本，得到的解空间为φC；
S302.以电网运行安全性要求为约束条件，构造优化模型。
5.根据权利要求1所述的一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，其特征在于，所述的约束条件包括安全性约束、机组约束和电力网络约束。
6.根据权利要求5所述的一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，其特征在于，所述的安全约束经济调度必须首先满足全网的功率平衡约束和备用约束，以保证电力系统安全稳定运行，主要包括：
发供电力平衡约束：
AGC调节备用约束：
热备用约束：
冷备用约束：
其中，为机组i时段t的最大可调节容量，而Kt为此时的负荷频率要求；Pl,t为系统第t时段的网损；NG1为系统中热备用机组的集合，RUt1为热备用容量要求；NG2为系统中热备用机组的集合，RUt2为热备用容量要求。
7.根据权利要求5所述的一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，其特征在于，所述的机组约束包括：
机组爬坡约束：Pi,t-Pi,t-1≤RUi,t＝1,2,.....,T,i＝1,2,.....,N，
Pi,t-1-Pi,t≤RDi,t＝1,2,.....,T,i＝1,2,.....,N；
火电机组固定出力约束：
机组出力上下限约束：
其中，为第i台机组，t时段的最小可调出力，为第i台机组，t时段的最小可调出力；RUt为系统的正备用率，RDt为系统的负备用率。
8.根据权利要求5所述的一种电网安全性与市场经济性的电能量市场仿真方法，其特征在于，所述的电力网络约束包括：
基态下各线路、变压器、输电断面的热稳定极限，输电容量约束为：
|Xlk|＜Xlmax，k＝1,2,...,T，l∈NL；
预想故障状态下输电容量约束为：
|Xlk'|＜Xlmax，k＝1,2,...,T，l∈NL'；
其中，Xlk为输电线l的有功潮流，Xlmax为输电线l的热稳定极限；NL为输电线集合；Xlk'为输电线l在预想故障状态下的有功潮流，Xlmax为输电线l在预想故障状态下的热稳定极限；NL'为预想故障状态下的输电线集合。
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