CN109447715B - 一种考虑风电并网传输裕度价值的节点电价计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑风电并网传输裕度价值的节点电价计算方法。提出考虑风电并网的线路潮流传输裕度价值，并融于节点电价中，使得含风电的节点电价包含能耗、网损、阻塞以及线路传输裕度四个分量，有别于常规的节点电价，其通常仅包含前三个部分，该节点电价能充分体现风电的价值，同时提高系统风险管理能力。

Description

一种考虑风电并网传输裕度价值的节点电价计算方法

技术领域

本发明涉及电力系统优化运行领域，特别是一种考虑风电并网传输裕度价值的节点电价计算方法。

背景技术

节点电价是指某一节点负荷微增引起的供电边际成本的变化，通常包括能量、拥塞和网损三部分。节点电价能够反映电能在系统中不同地理位置的节点在不同时刻的价值，反映电力资源的稀缺程度，能提高电力资源的使用效率，优化电力资源的配置。随着大规模风电的并网，由于其节能降耗、边际运行成本低的特点，使得节点电价普遍下降。但传统的节点电价没有考虑风电并入后的网络传输裕度变化，不具备较强的风险管理能力，不利于调度人员进行线路传输裕度分析，难以较为全面的体现风电并网的价值。

本发明考虑风电并网前后线路传输裕度的变化，特别是重载荷线路裕度的变化，建立最优潮流模型，转化成拉格朗日函数，获得含风电并网传输裕度的节点电价模型，丰富了节点电价的内涵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑风电并网传输裕度价值的节点电价计算方法，提出考虑风电并网的线路潮流传输裕度价值，并融于节点电价中，使得含风电的节点电价包含能耗、网损、阻塞以及线路传输裕度四个分量，充分体现风电并网的价值，同时提高系统运行风险管理能力。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种考虑风电并网传输裕度价值的节点电价计算方法，包括如下步骤：

步骤S1、提取系统信息、运行参数和网络参数：

步骤S2：最优潮流目标函数以系统运行费用最低，运行不含风电的电力系统最优潮流，利用原-对偶内点法获得各个节点电价、重载线路编号及重载荷输电线路输送容量，计算没有含风电时各条线路的传输裕度r_l，即

其中，h_l为线路l上的潮流；F_l ^max为线路l上的最大传输容量；r_l为不含风电时重载荷线路l的传输裕度；当r_l≤α时，认为线路l是重载荷线路，α根据电网的实际运行情况取值；

步骤S3：计算风电并网传输裕度价值：

当风电并网后，原有的重载荷线路l传输裕度为r_l ^W，

若r_l ^W-r_l≥0，则风电在线路l上将产生正面网络价值；为了简化分析问题，令：

V_l ^W,T,+＝r_l ^W-r_l

式中，V_l ^W,T,+为风电在线路l上的正面网络价值；

反之，若r_l ^W-r_l≤0，则风电在线路l上产生负面网络价值V_l ^W,T,-，令

V_l ^W,T,-＝γ_l(r_l ^W-r_l)

γ_l是一个大于1的比例系数，表示在重载荷线路下继续加剧线路过载，则其负面价值应该更大；

若风电并网出现新的重载荷线路l，即r_l ^W≤α，则风电在线路l上产生负面网络价值为V_l ^W,T,N,-，令

V_l ^W,T,N,-＝r_l ^W-α

若风电并网没有使得原有的重载荷线路减载、加载或出现新的重载荷线路，则其网络价值为0；

综上，风电并网后对于线路l传输裕度价值为：

V_l ^W,T＝a_l(r_l ^W-r_l)+b_lγ(r_l ^W-r_l)+c_l(r_l ^W-α)

其中，a_l、b_l、c_l为0、1变量，对于线路l，至多有一个不为0；

步骤S4、建立考虑风电并网传输裕度价值的最优潮流模型：

风电并入电力系统，最主要的目的是在确保电力系统安全运行的前提下，尽可能地降低不可再生能源能耗水平，保持电力系统的可持续发展；因此，最优潮流目标函数为系统运行费用最低，即

a_i、b_i和c_i分别为常规发电机组i的成本函数；P_i ^G常规发电机组i的发电出力；N^G为常规发电机组的数量；

步骤S5、求解含风电的节点电价：

为了求含风电的节点电价，将步骤S4建立模型转化为拉格朗日函数，定义λ₁、λ_2l、λ_3l为等式约束的拉格朗日系数，且λ₁≥0、λ_2l≥0、λ_3l≥0；定义μ_1l、μ_2l、τ_1l，g_1i、g_2i、

为不等式约束的拉格朗日系数，且μ_1l≥0、μ_2l≥0、τ_1l≥0、g_1i≥0、g_2i≥0、

根据KKT条件，在最优点处应该满足：

由上式可以得到：

λ_3l＝-τ_1l(a_l+b_lγ+c_l)

则体现风电并网充裕度价值的节点电价为：

把这种网络价值融于节点电价中，则改进后的节点电价包含4个分量：能耗、网损、阻塞以及线路传输裕度；其中，

为风电并网引起的传输裕度在节点电价中的体现。

在本发明一实施例中，所述步骤S4中，建立发考虑风电并网传输裕度价值的最优潮流模型，其约束条件包括：

(1)一般约束条件：

(1.1)系统功率平衡约束：

是节点j上的负荷，

为节点k上的风电出力；P^loss为全系统网损；N^L为负荷节点数量；N^W为风电节点的数量；

(1.2)线路输送容量上下限约束：

R_l-m、T_l-i和H_l-j分别为风电、常规发电机组、负荷对线路l传输容量灵敏度；

(1.3)机组出力约束：

P_i ^G,min≤P_i ^G≤P_i ^G,max

P_i ^G,min和P_i ^G,max为常规发电机组i的最小和最大出力；

(1.4)节点风电出力约束

为节点k上的风电最大出力；

(2)新增风电并网后传输裕度约束

β_l≤V_l ^W,T

式中，β_l(-γ_lα≤β_l≤1)为根据电网实际运行状况所设定的阈值。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明方法，提出考虑风电并网的线路潮流传输裕度价值，并融于节点电价中，使得含风电的节点电价包含能耗、网损、阻塞以及线路传输裕度四个分量，充分体现风电并网的价值，同时提高系统运行风险管理能力。

附图说明

图1为本发明方法采用的微网系统结结构图。

图2为节点负荷分布情况。

图3为风电接入前后节点电价变化情况。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供了一种基于节点电价的风电场价值评估方法，包括如下步骤：

步骤S1、提取系统信息、运行参数和网络参数：

步骤S2：最优潮流目标函数以系统运行费用最低，运行不含风电的电力系统最优潮流，利用原-对偶内点法获得各个节点电价、重载线路编号及重载荷输电线路输送容量，计算没有含风电时各条线路的传输裕度r_l，即

其中，h_l为线路l上的潮流；F_l ^max为线路l上的最大传输容量；r_l为不含风电时重载荷线路l的传输裕度；当r_l≤α时，认为线路l是重载荷线路，根据电网的实际运行情况，α可以取不同的值，如取α＝0.2，即线路传输裕度达到80％的线路传输容量时，认为线路是重载荷线路；

步骤S3：计算风电并网传输裕度价值：

风电的并入若能提供逆向潮流，使得电网中某些线路的传输裕度增加，则对系统可用的传输能力产生了正面网络价值，特别是对那些重载荷线路；反之，若风电并网增加了某些线路的传输功率，使得一些线路特别是重载荷线路的传输裕度减少，则风电产生了负面网络价值。当然，无论是正面网络价值还是负面网络价值，考虑重载荷线路更具有实际意义和运行价值。

当风电并网后，原有的重载荷线路l传输裕度为r_l ^W，

若r_l ^W-r_l≥0，则风电在线路l上将产生正面网络价值；为了简化分析问题，令：

V_l ^W,T,+＝r_l ^W-r_l

式中，V_l ^W,T,+为风电在线路l上的正面网络价值；

反之，若r_l ^W-r_l≤0，则风电在线路l上产生负面网络价值V_l ^W,T,-，令

V_l ^W,T,-＝γ_l(r_l ^W-r_l)

γ_l是一个大于1的比例系数，表示在重载荷线路下继续加剧线路过载，则其负面价值应该更大；

若风电并网出现新的重载荷线路l，即r_l ^W≤α，则风电在线路l上产生负面网络价值为V_l ^W,T,N,-，令

V_l ^W,T,N,-＝r_l ^W-α

若风电并网没有使得原有的重载荷线路减载、加载或出现新的重载荷线路，则其网络价值为0；

综上，风电并网后对于线路l传输裕度价值为：

V_l ^W,T＝a_l(r_l ^W-r_l)+b_lγ(r_l ^W-r_l)+c_l(r_l ^W-α)

其中，a_l、b_l、c_l为0、1变量，对于线路l，至多有一个不为0；

步骤S4、建立考虑风电并网传输裕度价值的最优潮流模型：

风电并入电力系统，最主要的目的是在确保电力系统安全运行的前提下，尽可能地降低不可再生能源能耗水平，保持电力系统的可持续发展；因此，最优潮流目标函数为系统运行费用最低，即

a_i、b_i和c_i分别为常规发电机组i的成本函数；P_i ^G常规发电机组i的发电出力；N^G为常规发电机组的数量；

约束条件包括：

(1)一般约束条件：

(1.1)系统功率平衡约束：

是节点j上的负荷，

为节点k上的风电出力；P^loss为全系统网损；N^L为负荷节点数量；N^W为风电节点的数量；

(1.2)线路输送容量上下限约束：

R_l-m、T_l-i和H_l-j分别为风电、常规发电机组、负荷对线路l传输容量灵敏度；

(1.3)机组出力约束：

P_i ^G,min≤P_i ^G≤P_i ^G,max

P_i ^G,min和P_i ^G,max为常规发电机组i的最小和最大出力；

(1.4)节点风电出力约束

为节点k上的风电最大出力；

(2)新增风电并网后传输裕度约束

β_l≤V_l ^W,T

式中，β_l(-γ_lα≤β_l≤1)为根据电网实际运行状况所设定的阈值；根据风电并网前系统的潮流状态，如果有些线路负载率过高，接近传输极限，为了提高系统的安全稳定性裕度，希望并网风电能在这些线路上提供逆向潮流，则β_l的值可设置为大于或等于零，则风电在这些线路上的网络价值为正；反之，β_l可小于零，此时允许风电在这些线路上的网络价值为负。

步骤S5、求解含风电的节点电价：

为了求含风电的节点电价，将步骤S4建立模型转化为拉格朗日函数，定义λ₁、λ_2l、λ_3l为等式约束的拉格朗日系数，且λ₁≥0、λ_2l≥0、λ_3l≥0；定义μ_1l、μ_2l、τ_1l，g_1i、g_2i、

为不等式约束的拉格朗日系数，且μ_1l≥0、μ_2l≥0、τ_1l≥0、g_1i≥0、g_2i≥0、

根据KKT条件，在最优点处应该满足：

由上式可以得到：

λ_3l＝-τ_1l(a_l+b_lγ+c_l)

则体现风电并网充裕度价值的节点电价为：

把这种网络价值融于节点电价中，则改进后的节点电价包含4个分量：能耗、网损、阻塞以及线路传输裕度；其中，

为风电并网引起的传输裕度在节点电价中的体现。

以某一14节点微电网系统为例对含风电并网传输裕度价值的节点电价进行分析，系统结构图见图1。在节点3、11各接入一台微型燃气轮机(MT)，在节点6、12分别接入燃料电池(FC)、柴油发电机(DE)，在节点7接入风电机组(WT)。假设接入的风电机组的容量足够大。线路传输容量上限为100kW。分布式电源的参数如表1所示，网络参数如表2所示，负荷在各个节点的分布情况如图2所示。传输裕度计算结果见表3，节点电价见图3所示。

表1分布式电源的参数

类型	P<sub>min</sub>/kW	P<sub>max</sub>/kW	k<sub>om</sub>/($/kW)
				MT1	15	200	0.025
MT2	5	100	0.025
				FC	5	100	0.026
DE	5	100	0.016

表2微网系统网络参数

支路号	首端节点号	末端节点号	R(p.u.)	X(p.u.)	B(p.u.)
						1	1	2	0.0133	0.042	0.0063
2	2	3	0.0194	0.059	0.026
						3	3	4	0.0312	0.16	0.028
4	2	5	0.023	0.12	0.0071
						5	5	6	0.023	0.12	0.0071
6	6	7	0.0193	0.059	0
						7	6	8	0.032	0.084	0
8	7	9	0.034	0.17	0
						9	2	10	0.016	0.042	0.008
10	10	11	0.0193	0.059	0.026
						11	11	12	0.067	0.17	0.017
12	12	13	0.04	0.1	0
						13	11	14	0.05	0.15	0

表3未接入风电的线路传输潮流与接入风电的线路传输潮流(考虑传输裕度和不考虑传输裕度)

从表3可以看出，未接入风电重载线路包括线路2-3和6-7，接入风电不考虑线路传输裕度的重载线路为线路2-3、5-6、2-10和10-11，而考虑线路传输裕度的重载线路则变为2-3和2-10，且重载的程度下降。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种考虑风电并网传输裕度价值的节点电价计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、提取系统信息、运行参数和网络参数：

步骤S2：最优潮流目标函数以系统运行费用最低，运行不含风电的电力系统最优潮流，利用原-对偶内点法获得各个节点电价、重载荷线路编号及重载荷线路输送容量，计算没有含风电时各条线路的传输裕度r_l，即

其中，h_l为线路l上的潮流；F_l ^max为线路l上的最大传输容量；r_l为不含风电时线路l的传输裕度；当r_l≤α时，认为线路l是重载荷线路，α根据电网的实际运行情况取值；

步骤S3：计算风电并网传输裕度价值：

当风电并网后，原有的重载荷线路l传输裕度变为r_l ^W，

若r_l ^W-r_l≥0，则风电在线路l上将产生正面网络价值；为了简化分析问题，令：

V_l ^W,T,+＝r_l ^W-r_l

式中，V_l ^W,T,+为风电在线路l上的正面网络价值；

反之，若r_l ^W-r_l≤0，则风电在线路l上产生负面网络价值V_l ^W,T,-，令

V_l ^W,T,-＝γ_l(r_l ^W-r_l)

γ_l是一个大于1的比例系数，表示在重载荷线路下继续加剧线路过载，则其负面网络价值更大；

若风电并网出现新的重载荷线路l，即r_l ^W≤α，则风电在线路l上产生负面网络价值为V_l ^W,T,N,-，令

V_l ^W,T,N,-＝r_l ^W-α

若风电并网没有使得原有的重载荷线路减载、加载或出现新的重载荷线路，则其网络价值为0；

综上，风电并网后对于线路l传输裕度价值为：

V_l ^W,T＝a_l(r_l ^W-r_l)+b_lγ(r_l ^W-r_l)+c_l(r_l ^W-α)

其中，a_l、b_l、c_l为0、1变量，对于线路l，至多有一个不为0；

步骤S4、建立考虑风电并网传输裕度价值的最优潮流模型：

风电并入电力系统，最主要的目的是在确保电力系统安全运行的前提下，尽可能地降低不可再生能源能耗水平，保持电力系统的可持续发展；因此，最优潮流目标函数为系统运行费用最低，即

a_i、b_i和c_i分别为常规发电机组i的成本函数；P_i ^G常规发电机组i的发电出力；N^G为常规发电机组的数量；

步骤S5、求解含风电的节点电价：

为了求含风电的节点电价，将步骤S4建立模型转化为拉格朗日函数，定义λ₁、λ_2l、λ_3l为等式约束的拉格朗日系数，且λ₁≥0、λ_2l≥0、λ_3l≥0；定义μ_1l、μ_2l、τ_1l，g_1i、g_2i、

为不等式约束的拉格朗日系数，且μ_1l≥0、μ_2l≥0、τ_1l≥0、g_1i≥0、g_2i≥0、

根据KKT条件，在最优点处应该满足：

由上式可以得到：

λ_3l＝-τ_1l(a_l+b_lγ+c_l)

则体现风电并网传输裕度价值的节点电价为：

把风电并网传输裕度价值融于节点电价中，则改进后的节点电价包含4个分量：能耗、网损、阻塞以及线路传输裕度；其中，节点电价中的

体现了风电并网传输裕度价值。

2.根据权利要求1所述的一种考虑风电并网传输裕度价值的节点电价计算方法，其特征在于，所述步骤S4中，建立考虑风电并网传输裕度价值的最优潮流模型，其约束条件包括：

(1)一般约束条件：

(1.1)系统功率平衡约束：

P_j ^L是节点j上的负荷，

为节点k上的风电出力；P^loss为全系统网损；N^L为负荷节点数量；N^W为风电节点的数量；

(1.2)线路输送容量上下限约束：

-F_l ^max≤h_l≤F_l ^max

R_l-m、T_l-i和H_l-j分别为风电、常规发电机组、负荷对线路l传输容量灵敏度；

(1.3)机组出力约束：

P_i ^G,min≤P_i ^G≤P_i ^G,max

P_i ^G,min和P_i ^G,max为常规发电机组i的最小和最大出力；

(1.4)节点风电出力约束

为节点k上的风电最大出力；

(2)新增风电并网后传输裕度约束

β_l≤V_l ^W,T

式中，β_l，-γ_lα≤β_l≤1，为根据电网实际运行状况所设定的阈值。

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