CN109359853A - 一种考虑电网安全约束的跨省调峰辅助服务交易出清方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑电网安全约束的跨省调峰辅助服务交易出清方法，该方法适用于日前调峰辅助服务市场，交易时段为次日24小时，分为96时段，交易标的为机组的调峰容量，购买方为调峰资源不足的省级电网企业，出售方为调峰资源富足省市具有调峰能力的发电机组，采用统一边际价格，分96时段进行出清。同时，本方法可以考虑机组交易周期内深度调峰最大调用次数约束和深度调峰最小持续时间约束，保证了参与深度调峰机组的运行稳定性与经济性要求。该方法以市场化机制推动调峰资源的流动，促进调峰资源的释放，通过市场化手段解决调峰困难，保障电网安全稳定运行，提升电网消纳跨区富余可再生清洁能源能力。

Description

一种考虑电网安全约束的跨省调峰辅助服务交易出清方法

技术领域

本发明属于电力系统调度自动化技术领域，特别是涉及一种计及电网安全约束和机组运行约束的跨省调峰辅助服务交易优化出清方法。

背景技术

辅助服务市场是相对于电能生产、输送和交易的主市场而言的，是指电力市场成员为保证电力系统安全、可靠运行和电力商品质量，在正常电能生成、输送、使用外所提供的额外的服务。

我国长期以来是通过行政与调令方式对辅助服务进行管理，辅助服务提供方和使用方在利益分配与责任承担上没有形成合理、公平的竞争机制，自2006年起，依据国家电力监管委员会发布的《并网发电厂辅助服务管理暂行办法》等文件，各区域电网已基本拟定了有关辅助服务调用与补偿的“两个细则”，初步建立起辅助服务的补偿机制，极大地调动了各个电厂提供辅助服务的积极性。

因此，需要市场化机制推动调峰资源的流动，促进调峰资源的释放，建立调峰辅助服务市场，通过市场化手段解决调峰困难，保障电网安全稳定运行，进一步促进清洁能源电力的消纳。支撑各市场主体便捷参与市场、及时获取市场信息、依据市场出清规则进行市场出清、发布出清结果、执行调峰辅助服务市场交易结果、完成市场结算等业务。通过以经济的手段深挖电网调峰能力，提升消纳跨区富余可再生清洁能源能力。

发明内容

基于上述对调峰辅助服务市场的需求，本发明公开了一种考虑电网安全约束的跨省调峰辅助服务交易出清方法。该方法适用于日前调峰辅助服务市场，交易时段为次日24小时，分为96时段，交易标的为机组的调峰容量，购买方为调峰资源不足的省级电网企业，出售方为调峰资源富足省市具有调峰能力的发电机组，采用考虑相关约束的统一边际价格分96时段进行出清。同时，机组可以申报深度调峰容量参与调峰辅助服务市场，本方法可以考虑机组市场交易周期内深度调峰最大调用次数约束和深度调峰最小持续时间约束，使得机组不能频繁进入深度调峰状态，而一旦进入深度调峰状态，就要持续深调运行一段时间，保证了参与深度调峰机组的运行稳定性与经济性要求。

一种计及电网安全约束和机组运行约束的跨省调峰辅助服务交易优化出清方法，包括以下步骤：

(1)、确定购买方省市调峰容量需求及出售方机组可出售的调峰容量与价格；通过优化参数确定参与市场机组的调峰容量的优化空间；

(2)、根据实际电网的电网模型计算考虑安全的监视元件的灵敏度信息，建立考虑电网安全约束的以市场调峰辅助服务费用最小为目标的交易优化出清模型；以T分钟作为一个优化的逻辑时段，以市场交易周期内购买方省市调峰容量需求曲线为研究对象，优化参与市场机组的发电计划与调峰辅助服务容量，优化目标为市场内全部机组调峰辅助服务费用最小；

(3)、根据优化求解获得的机组发电计划，考虑全部网络监视元件，对调度周期内的各个时段进行安全校核；若没有新增监视元件潮流越限，则进入步骤(4)，否则计算新增越限监视元件的灵敏度信息，加入到考虑安全的监视元件信息中(已在步骤2中补充说明)，进入步骤(2)；

(4)、迭代结束，生成参与市场机组的发电计划与调峰辅助服务容量计划，优化结束。

步骤(1)和步骤(2)之间包括以下步骤：获取用于机组发电计划与调峰辅助服务容量联合优化编制的网络断面，并根据设备检修计划，自动生成各时段网络拓扑，并计算各时段的灵敏度系数。

进一步的，步骤(1)中：获取以下优化参数：获取市场交易周期内的系统负荷预测曲线、母线负荷预测曲线，获取市场交易周期内线路检修计划、联络线计划，获取市场交易周期内常规机组的初始启停状态、可用状态、初始出力计划、减出力计划和机组固定出力计划，获取市场交易周期内各类机组的运行参数。

进一步的，步骤(2)中：参与市场机组的发电计划与调峰辅助服务容量交易优化出清以15分钟作为一个优化的逻辑时段，以市场交易周期内购买方省市调峰容量需求曲线为研究对象，优化参与市场机组的发电计划与调峰辅助服务容量计划，优化目标为市场内全部机组调峰辅助服务费用最小。

进一步的，步骤(2)中：跨省调峰辅助服务交易优化出清模型为，目标函数：

约束条件：

r_i,t≤S_i,t

p_i,t-p_i,t-1≤RU_i·u_i,t-1+P_i,max(1-u_i,t-1)

p_i,t-1-p_i,t≤RD_i·u_i,t+P_i,max(1-u_i,t)

p_i,t≥P_i,deepu_i,t-e_i,td_i,t

e_i,t-e_i,t-1＝v_i,t-w_i,t

v_i,t+w_i,t≤1

其中，c_i,t为出售方机组i在t时刻出让调峰容量价格；p_i,t为调峰市场出清后机组i在t时刻的出力；p⁰ _i,t为机组i在t时刻的计划出力； r_i,t为机组i在t时刻的中标调峰容量；b_i,t,l为机组i每一段的中标调峰容量；k_i,t,l为每一段的报价；S_i,t为机组i在t时刻的可售调峰容量； u_i,t为机组i在t时刻的运行状态；RU_i与RD_i分别为机组i的爬坡率与滑坡率；P_i,max为机组i的最大技术出力；P_i,deep为机组i的深度调峰门槛值；e_i,t为0/1变量，表征机组i在t时刻是否处于深度调峰状态； d_i,t为机组i在t时刻低于深度调峰门槛值的功率值；v_i,t表示机组i在 t时刻是否进入深度调峰状态；w_i,t表示机组i在t时刻是否退出深度调峰状态；M_i为机组i的深度调峰最小持续时间；R_b,t为购买方省市 b在t时刻的调峰需求；R_s,t为出售方省市s在t时刻出售的调峰容量； r_s,b,t为出售方省市s在t时刻出售至购买方省市b的调峰容量；p_h,t为调峰市场出清后联络线h在t时刻的优化功率；p⁰ _h,t为联络线h在t 时刻的计划功率。

进一步的，步骤(3)中：新增越限监视元件以线性化约束形式加入跨省调峰辅助服务交易优化出清模型中，约束表达为：

其中，l_i,t为节点负荷功率，S_i,j,t为节点i的注入功率对支路(i,j)的灵敏度。

本发明的有益效果是：根据购买方省市的调峰辅助服务容量需求与出售方机组申报的调峰容量与报价，以市场内全部机组调峰辅助服务费用最小为目标，考虑系统网络安全约束与机组运行约束，得到机组发电计划与调峰辅助服务容量计划。采用市场化机制推动调峰资源的流动，促进调峰资源的释放，深挖电网调峰能力，提升电网消纳跨区富余可再生清洁能源能力，提高了电网的整体效益。

附图说明

图1是本发明一种考虑电网安全约束的跨省调峰辅助服务交易出清方法的流程图。

具体实施方式

为了进一步描述本发明的技术特点和效果，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。

如图1所示，本发明的一个优选实施案例，包含了采用本发明方法，在跨省调峰辅助服务交易优化出清过程，它的特征、目的和优点可以从实施例的说明中看出。

在跨省调峰辅助服务交易优化出清过程中，需要结合系统负荷预测曲线、母线负荷预测曲线和各常规机组的可用状态，考虑负荷平衡约束、机组运行约束、电网安全约束等因素，考虑调峰辅助服务容量费用最低，编制发电计划与调调峰辅助服务容量计划。

本发明的计及电网安全约束和机组运行约束的跨省调峰辅助服务交易优化出清方法，以市场交易周期内购买方省市调峰容量需求曲线为研究对象建立优化求解模型，优化参与市场机组的发电计划与调峰辅助服务容量计划，通过优化计算与安全校核的迭代，逐步把起作用约束加入优化模型中，获得最终获得最优的出清结果。

本发明方法具有以下特点和功能：

1、调峰辅助服务市场定位为日前市场，交易时段为次日24小时，分为96时段，每时段15分钟；交易标的为机组的调峰容量，即机组功率下调能力；购买方为调峰资源不足的省级电网企业，出售方为调峰资源富足省市具有调峰能力的发电机组。日前发电计划编制完成后，若有省级电网出现日前预测调峰资源不足，则其作为购买方申报次日96时段的调峰容量需求，出售方申报次日96时段的分段调峰容量与价格曲线，跨省调峰辅助服务市场考虑相关约束后，采用统一边际价格分96时段进行出清。

2、机组可以申报深度调峰容量参与调峰辅助服务市场。从运行稳定性来说，机组一旦进入深度调峰状态，就要持续深调运行一段时间，因此，考虑机组深度调峰最小持续时间约束。从运行经济性来说，机组不能频繁进入深度调峰状态，因此，还考虑机组市场交易周期内深度调峰最大调用次数约束。使得参与深度调峰的机组满足运行稳定性与经济性的要求。

3、通过优化计算和安全校核两个子问题的交互迭代求解，获得了满足网络安全的机组发电计划与调峰辅助服务容量计划，保证了发电计划的可执行性。

本发明实际的应用效果：

本发明技术方案在某区域电网调峰辅助服务市场中得到应用，应用效果符合预期。实际应用表明，本发明能够在满足系统平衡约束、机组运行约束、电网安全约束等各类约束的前提下，满足调峰辅助服务容量费用最低，制定机组的发电计划与调峰辅助服务容量计划。

本方法在实际电网数据下开展的跨省调峰辅助服务市场的研究和尝试，摸索出参与市场机组的发电计划与调峰辅助服务容量优化出清方法。本方法以市场内全部机组调峰辅助服务费用最小为目标，考虑机组的运行特性、电网安全约束等各类约束条件优化计算机组发电计划与调峰辅助服务容量，保证了调峰辅助服务容量满足系统需求，有助于挖掘电网调峰能力，促进调峰资源的释放。同时，该方法具有计算强度低、适应性强的特点，适合在我国各网省相关机构推广应用。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种考虑电网安全约束的跨省调峰辅助服务交易出清方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、确定购买方省市调峰容量需求及出售方机组可出售的调峰容量与价格；通过优化参数确定参与市场机组的调峰容量的优化空间；

(2)、根据实际电网的电网模型计算考虑安全的监视元件的灵敏度信息，建立考虑电网安全约束的以市场调峰辅助服务费用最小为目标的交易优化出清模型；以T分钟作为一个优化的逻辑时段，以市场交易周期内购买方省市调峰容量需求曲线为研究对象，优化参与市场机组的发电计划与调峰辅助服务容量，优化目标为市场内全部机组调峰辅助服务费用最小；

(3)、根据优化求解获得的机组发电计划，考虑全部网络监视元件，对调度周期内的各个时段进行安全校核；若没有新增监视元件潮流越限，则进入步骤(4)，否则计算新增越限监视元件的灵敏度信息，加入到考虑安全的监视元件信息中(已在步骤2中补充说明)，进入步骤(2)；

(4)、迭代结束，生成参与市场机组的发电计划与调峰辅助服务容量计划，优化结束。

2.根据权利要求1所述的考虑电网安全约束的跨省调峰辅助服务交易出清方法，其特征在于：步骤(1)和步骤(2)之间包括以下步骤：获取用于机组发电计划与调峰辅助服务容量联合优化编制的网络断面，并根据设备检修计划，自动生成各时段网络拓扑，并计算各时段的灵敏度系数。

3.根据权利要求2所述的考虑电网安全约束的跨省调峰辅助服务交易出清方法，其特征在于：步骤(1)中：获取以下优化参数：获取市场交易周期内的系统负荷预测曲线、母线负荷预测曲线，获取市场交易周期内线路检修计划、联络线计划，获取市场交易周期内常规机组的初始启停状态、可用状态、初始出力计划、减出力计划和机组固定出力计划，获取市场交易周期内各类机组的运行参数。

4.根据权利要求3所述的考虑电网安全约束的跨省调峰辅助服务交易出清方法，其特征在于：步骤(2)中：参与市场机组的发电计划与调峰辅助服务容量交易优化出清以15分钟作为一个优化的逻辑时段，以市场交易周期内购买方省市调峰容量需求曲线为研究对象，优化参与市场机组的发电计划与调峰辅助服务容量计划，优化目标为市场内全部机组调峰辅助服务费用最小。

5.根据权利要求4所述的考虑电网安全约束的跨省调峰辅助服务交易出清方法，其特征在于：步骤(2)中：跨省调峰辅助服务交易优化出清模型为，目标函数：

约束条件：

r_i,t≤S_i,t

p_i,t-p_i,t-1≤RU_i·u_i,t-1+P_i,max(1-u_i,t-1)

p_i,t-1-p_i,t≤RD_i·u_i,t+P_i,max(1-u_i,t)

p_i,t≥P_i,deepu_i,t-e_i,td_i,t

e_i,t-e_i,t-1＝v_i,t-w_i,t

v_i,t+w_i,t≤1

其中，c_i,t为出售方机组i在t时刻出让调峰容量价格；p_i,t为调峰市场出清后机组i在t时刻的出力；p⁰ _i,t为机组i在t时刻的计划出力；r_i,t为机组i在t时刻的中标调峰容量；b_i,t,l为机组i每一段的中标调峰容量；k_i,t,l为每一段的报价；S_i,t为机组i在t时刻的可售调峰容量；u_i,t为机组i在t时刻的运行状态；RU_i与RD_i分别为机组i的爬坡率与滑坡率；P_i,max为机组i的最大技术出力；P_i,deep为机组i的深度调峰门槛值；e_i,t为0/1变量，表征机组i在t时刻是否处于深度调峰状态；d_i,t为机组i在t时刻低于深度调峰门槛值的功率值；v_i,t表示机组i在t时刻是否进入深度调峰状态；w_i,t表示机组i在t时刻是否退出深度调峰状态；M_i为机组i的深度调峰最小持续时间；R_b,t为购买方省市b在t时刻的调峰需求；R_s,t为出售方省市s在t时刻出售的调峰容量；r_s,b,t为出售方省市s在t时刻出售至购买方省市b的调峰容量；p_h,t为调峰市场出清后联络线h在t时刻的优化功率；p⁰ _h,t为联络线h在t时刻的计划功率。

6.根据权利要求5所述的考虑电网安全约束的跨省调峰辅助服务交易出清方法，其特征在于：步骤(3)中：新增越限监视元件以线性化约束形式加入跨省调峰辅助服务交易优化出清模型中，约束表达为：

其中，l_i,t为节点负荷功率，S_i,j,t为节点i的注入功率对支路(i,j)的灵敏度。