CN109447797B - 内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法及装置，其中，该方法包括：将关于机组出力和启停状态的省内电力系统安全运行约束映射为关于机组月度可交易电量的显式约束；根据关于机组月度可交易电量的显式约束获取机组月度交易电量安全边界；以及根据机组月度交易电量安全边界组织开展省内月度集中电力交易。该方法可以确保月度集中交易结果可在系统调度中执行，提升电力系统运行的经济性、安全性。

Description

内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法及装置
技术领域
本发明涉及电力市场交易技术领域，特别涉及一种内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法及装置。
背景技术
随着我国新一轮电力体制改革的稳步推进，电力直接交易规模持续增加。直接交易电量成为电力系统调度运行的边界条件，改变了传统调度方式，对电力系统的安全稳定运行带来新的挑战。特别是新一轮电力体制改革中要求“组建相对独立的交易机构”，负责系统安全运行的调度机构与负责组织电力交易的交易机构业务解耦。在此背景下，如何在电力直接交易中内嵌考虑系统各类运行约束成为中国现阶段电力市场建设中迫切需要解决的现实问题。
月度集中电力交易以月度电量为交易标的，多采用撮合的方式出清，现有的月度集中交易系统设计均无法考虑系统运行约束。为了确保交易结果可行，已有文献多聚焦在交易结束后对交易结果进行安全校核并对不可行的交易结果进行调整。然而，在交易结束后对交易结果进行调整将造成社会福利损失，还会引发市场成员对于市场公平性、透明性的质疑。为此，在相关技术中，月度集中交易中考虑了电厂群电量约束，但仍然无法精细刻画线路容量约束、机组爬坡约束等对可交易电量的影响，且电厂群划分需要依赖人为经验。有相关的文献研究了3种针对双边交易进行安全预校核的方法，但不适用于月度集中交易。
现有的月度集中电力交易对电网运行约束考虑不够充分和细致，并且没有内嵌系统运行约束的月度集中电力交易的相关文献。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法，该方法可以确保月度集中交易结果可在系统调度中执行，提升电力系统运行的经济性、安全性。
本发明的另一个目的在于提出一种内嵌系统运行约束的月度集中电力交易装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法，包括以下步骤：将关于机组出力和启停状态的省内电力系统安全运行约束映射为关于机组月度可交易电量的显式约束；根据所述关于机组月度可交易电量的显式约束获取机组月度交易电量安全边界；根据所述机组月度交易电量安全边界组织开展省内月度集中电力交易。
本发明实施例的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法将关于机组出力和启停状态的省内电力系统安全运行约束映射为关于机组月度可交易电量的显式约束，从而使得月度集中电力交易中可以内嵌进行安全校核、形成满足系统运行约束的成交量和出清价格，可以确保月度集中交易结果可在系统调度中执行，提升电力系统运行的经济性、安全性。
另外，根据本发明上述实施例的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法还可以具有以下附加的技术特征：
其中，所述将关于机组出力和启停状态的省内电力系统安全运行约束映射为关于机组月度可交易电量的显式约束，进一步包括：建立基于直流潮流的省内电力系统运行约束条件；获取根据所述基于直流潮流的省内电力系统运行约束条件确定的关于机组出力变量、机组启停变量和机组月度交易电量的可行域；获取关于所述机组月度可交易电量的显式约束。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述获取省级电网调度机构计算机组月度交易电量安全边界，进一步包括：获取省内电力系统的运行基础数据；构建机组月度交易电量安全边界模型；根据所述运行基础数据和所述机组月度交易电量安全边界模型通过混合整数线性规划求解器求解机组月度交易电量安全边界；将所述月度交易电量安全边界发送给省级电力交易机构。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述运行基础数据包括省内机组有功出力上下限、省内机组增减速率上下限、省内机组最小连续开停机时间、省内月度母线负荷预测、月度联络线计划、省内线路有功传输极限和省内电网的潮流转移分布因子中的一项或多项。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述组织开展省内月度集中电力交易进一步包括：组织月度集中电力交易申报；根据所述机组月度交易电量安全边界进行市场出清。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种内嵌系统运行约束的月度集中电力交易装置，包括：映射模块，用于将关于机组出力和启停状态的省内电力系统安全运行约束映射为关于机组月度可交易电量的显式约束；获取模块，用于根据所述关于机组月度可交易电量的显式约束获取机组月度交易电量安全边界；交易模块，用于根据所述机组月度交易电量安全边界组织开展省内月度集中电力交易。
本发明实施例的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易装置将关于机组出力和启停状态的省内电力系统安全运行约束映射为关于机组月度可交易电量的显式约束，从而使得月度集中电力交易中可以内嵌进行安全校核、形成满足系统运行约束的成交量和出清价格，可以确保月度集中交易结果可在系统调度中执行，提升电力系统运行的经济性、安全性。
另外，根据本发明上述实施例的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述映射模块进一步用于建立基于直流潮流的省内电力系统运行约束条件，获取根据所述基于直流潮流的省内电力系统运行约束条件确定的关于机组出力变量、机组启停变量和机组月度交易电量的可行域，获取关于所述机组月度可交易电量的显式约束。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述获取模块进一步用于获取省内电力系统的运行基础数据，构建机组月度交易电量安全边界模型，并且根据所述运行基础数据和所述机组月度交易电量安全边界模型通过混合整数线性规划求解器求解机组月度交易电量安全边界，将所述月度交易电量安全边界发送给省级电力交易机构。
其中，所述运行基础数据包括省内机组有功出力上下限、省内机组增减速率上下限、省内机组最小连续开停机时间、省内月度母线负荷预测、月度联络线计划、省内线路有功传输极限和省内电网的潮流转移分布因子中的一项或多项。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述交易模块进一步用于组织月度集中电力交易申报，根据所述机组月度交易电量安全边界进行市场出清。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法流程图；
图2为根据本发明一个实施例的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法流程框图；
图3为根据本发明一个实施例的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易装置结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法。
图1是本发明一个实施例的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法流程图。
如图1所示，该内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法包括以下步骤：
在步骤S101中，将关于机组出力和启停状态的省内电力系统安全运行约束映射为关于机组月度可交易电量的显式约束。
进一步地，在本发明的一个实施例中，将关于机组出力和启停状态的省内电力系统安全运行约束映射为关于机组月度可交易电量的显式约束，进一步包括：建立基于直流潮流的省内电力系统运行约束条件；获取根据基于直流潮流的省内电力系统运行约束条件确定的关于机组出力变量、机组启停变量和机组月度交易电量的可行域；获取关于所述机组月度可交易电量的显式约束。
在步骤S102中，根据关于机组月度可交易电量的显式约束获取机组月度交易电量安全边界。
进一步地，在本发明的一个实施例中，获取省级电网调度机构计算机组月度交易电量安全边界可以进一步包括：获取省内电力系统的运行基础数据；构建机组月度交易电量安全边界模型；根据运行基础数据和机组月度交易电量安全边界模型通过混合整数线性规划求解器求解机组月度交易电量安全边界；将月度交易电量安全边界发送给省级电力交易机构。
其中，运行基础数据可以包括省内机组有功出力上下限、省内机组增减速率上下限、省内机组最小连续开停机时间、省内月度母线负荷预测、月度联络线计划、省内线路有功传输极限和省内电网的潮流转移分布因子中的一项或多项。
在步骤S103中，根据机组月度交易电量安全边界组织开展省内月度集中电力交易。
进一步地，在本发明的一个实施例中，组织开展省内月度集中电力交易进一步包括：组织月度集中电力交易申报；根据机组月度交易电量安全边界进行市场出清。
如图2所示，下面以具体实施例对本发明实施例的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法进行描述，具体步骤如下：
1)在本发明实施例中，省级电网调度机构计算机组月度交易电量安全边界，包括4步：获取省内电力系统运行基础数据、构建机组月度交易电量安全边界模型、求解机组月度交易电量安全边界、将计算得到的机组月度交易电量安全边界发送给省级电力交易机构。
1-1)获取省内电力系统运行基础数据：
省内电力系统运行基础数据包括省内机组有功出力上下限、省内机组增减速率上下限、省内机组最小连续开停机时间、省内月度母线负荷预测、月度联络线计划、省内线路有功传输极限、省内电网的潮流转移分布因子。
1-2)构建机组月度交易电量安全边界模型。
1-2-1)建立基于直流潮流的省内电力系统运行约束条件，表达式如下：
Figure GDA0002497036580000051
Figure GDA0002497036580000052
Figure GDA0002497036580000053
Figure GDA0002497036580000061
Figure GDA0002497036580000062
Figure GDA0002497036580000063
Figure GDA0002497036580000064
其中，式1为系统功率平衡约束，式中
Figure GDA0002497036580000065
为省内发电机组i在时段t的有功出力，NG是省内可调度机组的数目，Dt是省内电力系统在时段t的总有功负荷，
Figure GDA0002497036580000066
是联络线k在时段t的计划功率(以送出为正、送入为负)，NC为该省相连联络线数目，NT是月度机组组合时段数；
式2为省内系统正、负备用约束，式中ui,t是0-1变量，表示机组i在时段t的开停机状态，0表示停机、1表示开机，
Figure GDA0002497036580000067
分别为机组i的出力上限和出力下限，r+、r-分别为省内系统的正备用率、负备用率；
式3为省内线路有功潮流约束，式中Fl为线路l的有功传输容量，NL为线路数目，
Figure GDA0002497036580000068
为节点j在时段t的有功负荷，
Figure GDA0002497036580000069
分别为发电机i、节点j和联络线k对应线路l的潮流转移分布因子；
式4为省内各机组有功出力上、下限约束；
式5为各机组的增、减出力速率约束，式中
Figure GDA00024970365800000610
分别为机组i在相邻时段增加、减少出力上限，式中ηi,t＝ui,t-ui,t-1；
式6为各机组的最小连续开、停机时间约束，其中
Figure GDA00024970365800000611
分别为机组i的最小连续开机时间、最小连续停机时间；
式7为机组月度交易电量执行约束，
Figure GDA00024970365800000612
为机组i的月度交易电量变量。
1-2-2)将约束1～6确定的关于机组出力变量、机组启停变量和机组月度交易电量的可行域记为
Figure GDA0002497036580000071
定义使得约束1～6确定的关于机组出力变量、机组启停变量的系统有解的机组月度交易电量取值范围为机组月度交易电量可行域，即：
Figure GDA0002497036580000072
式中pG为以
Figure GDA0002497036580000073
为元素的矩阵，u为以ui,t为元素的矩阵，QG为以
Figure GDA0002497036580000074
为元素的列向量。
其中，机组月度交易电量可行域Φ可通过其外边界近似，这组外边界即机组月度交易电量安全边界，其可表示为如下线性约束的形式：
Figure GDA0002497036580000075
其中，式(9a)为月度交易总量边界，(9b)为各机组月度交易电量边界，(9c)和(9d)为线路月度传输电量边界，β(a)、
Figure GDA0002497036580000076
分别各边界的右端项系数，可以分别通过如下优化问题求解：
Figure GDA0002497036580000077
1-3)采用混合整数线性规划求解器(如cplex等商业软件)，根据式10求解机组月度交易电量安全边界的右端项系数，之后通过起作用约束辨识技术剔除式9中的冗余约束(可通过cplex等求解器实现)，即可以得到用于指导月度集中交易的机组月度交易电量安全边界，记作：
Figure GDA0002497036580000078
其中，αr,i、βr分别为去除冗余约束后的第r个安全边界的不等式系数和右端项，NR为去除冗余约束后机组月度交易电量安全边界的数目。
1-4)在省内月度集中电力交易开始前，调度机构将计算得到的机组月度交易电量安全边界发送给省级电力交易机构。
2)在本发明实施例中，省级电力交易机构组织开展省内月度集中电力交易包括2步：组织月度集中电力交易申报、考虑机组月度交易电量安全边界进行市场出清。
2-1)其中，月度集中电力交易申报是指省内电力市场成员通过技术支持系统进行报价，报价可以是单段报价，也可以是多段报价，交易机构可对最多允许申报段数进行限制(如不超过5段)。
2-2)交易机构以最大化社会福利为目标对市场成员的申报进行出清，并在出清时内嵌考虑机组月度交易电量安全边界，模型和求解方法具体如下：
2-2-1)目标函数为最大化社会福利同时保证价差大的报价对优先配对成交，表示如下：
Figure GDA0002497036580000081
其中，
Figure GDA0002497036580000082
为用户h的第
Figure GDA0002497036580000083
段报价，
Figure GDA0002497036580000084
为发电机组i的第
Figure GDA0002497036580000085
段报价，
Figure GDA0002497036580000086
为用户h的第
Figure GDA0002497036580000087
段报价与发电机组i的第
Figure GDA0002497036580000088
段报价的成交电量，是模型的决策变量，
Figure GDA0002497036580000089
为用户h的第
Figure GDA00024970365800000810
段报价与发电机组i的第
Figure GDA00024970365800000811
段报价组成报价对的权重系数，
Figure GDA00024970365800000812
2-2-2)约束条件：
Figure GDA00024970365800000813
其中，约束13为成交电量非负约束，式中nh、mi分别为用户h和发电机组i的申报段数，NH为参与交易申报的用户数目，约束14为用户h的第
Figure GDA0002497036580000091
段报价中标电量上限约束，约束15为发电机组i的第
Figure GDA0002497036580000092
段报价中标电量上限约束，约束16为机组月度交易电量安全边界约束，其中
Figure GDA0002497036580000093
为发电机组i的年度交易电量在本月的分解量。
2-2-3)采用线性规划求解器(如cplex等商业软件)求解式12～16的解及电网运行约束的月度集中电力交易出清模型，得到各市场成员各段报价的中标电量
Figure GDA0002497036580000094
该中标电量对应的出清价格为：
Figure GDA0002497036580000095
本发明实施例的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法将关于机组出力和启停状态的省内电力系统安全运行约束映射为关于机组月度可交易电量的显式约束，从而使得月度集中电力交易中可以内嵌进行安全校核、形成满足系统运行约束的成交量和出清价格，可以确保月度集中交易结果可在系统调度中执行，提升电力系统运行的经济性、安全性。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易装置。
图3是本发明一个实施例的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易装置结构图。
如图3所示，该内嵌系统运行约束的月度集中电力交易装置10包括：映射模块100、获取模块200和交易模块300。
其中，映射模块100用于将关于机组出力和启停状态的省内电力系统安全运行约束映射为关于机组月度可交易电量的显式约束。获取模块200用于根据关于机组月度可交易电量的显式约束获取机组月度交易电量安全边界。交易模块300用于根据机组月度交易电量安全边界组织开展省内月度集中电力交易。本发明实施例的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易装置10可以确保月度集中交易结果可在系统调度中执行，提升电力系统运行的经济性、安全性。
进一步地，在本发明的一个实施例中，映射模块进一步用于建立基于直流潮流的省内电力系统运行约束条件，获取根据基于直流潮流的省内电力系统运行约束条件确定的关于机组出力变量、机组启停变量和机组月度交易电量的可行域，还可以获取关于所述机组月度可交易电量的显式约束。
进一步地，在本发明的一个实施例中，获取模块进一步用于获取省内电力系统的运行基础数据，构建机组月度交易电量安全边界模型，并且根据运行基础数据和机组月度交易电量安全边界模型通过混合整数线性规划求解器求解机组月度交易电量安全边界，将月度交易电量安全边界发送给省级电力交易机构。
其中，运行基础数据包括省内机组有功出力上下限、省内机组增减速率上下限、省内机组最小连续开停机时间、省内月度母线负荷预测、月度联络线计划、省内线路有功传输极限和省内电网的潮流转移分布因子中的一项或多项。
进一步地，在本发明的一个实施例中，交易模块进一步用于组织月度集中电力交易申报，根据机组月度交易电量安全边界进行市场出清。
需要说明的是，前述对内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法实施例的解释说明也适用于该实施例的装置，此处不再赘述。
本发明实施例的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易装置，将关于机组出力和启停状态的省内电力系统安全运行约束映射为关于机组月度可交易电量的显式约束，从而可在月度集中电力交易中内嵌考虑系统运行约束，可以确保月度集中交易结果可在系统调度中执行，提升电力系统运行的经济性、安全性。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法，其特征在于，包括以下步骤：
将关于机组出力和启停状态的省内电力系统安全运行约束映射为关于机组月度可交易电量的显式约束；
根据所述关于机组月度可交易电量的显式约束获取机组月度交易电量安全边界；获取省级电网调度机构计算机组月度交易电量安全边界，包括：
获取省内电力系统的运行基础数据；
构建机组月度交易电量安全边界模型；
根据所述运行基础数据和所述机组月度交易电量安全边界模型通过混合整数线性规划求解器求解机组月度交易电量安全边界；
将所述月度交易电量安全边界发送给省级电力交易机构；以及
根据所述机组月度交易电量安全边界组织开展省内月度集中电力交易。
2.根据权利要求1所述的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法，其特征在于，所述将关于机组出力和启停状态的省内电力系统安全运行约束映射为关于机组月度可交易电量的显式约束，进一步包括：
建立基于直流潮流的省内电力系统运行约束条件；
获取根据所述基于直流潮流的省内电力系统运行约束条件确定的关于机组出力变量、机组启停变量和机组月度交易电量的可行域；
获取关于所述机组月度可交易电量的显式约束。
3.根据权利要求1所述的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法，其特征在于，所述运行基础数据包括省内机组有功出力上下限、省内机组增减速率上下限、省内机组最小连续开停机时间、省内月度母线负荷预测、月度联络线计划、省内线路有功传输极限和省内电网的潮流转移分布因子中的一项或多项。
4.根据权利要求1所述的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易方法，其特征在于，所述组织开展省内月度集中电力交易进一步包括：
组织月度集中电力交易申报；
根据所述机组月度交易电量安全边界进行市场出清。
5.一种内嵌系统运行约束的月度集中电力交易装置，其特征在于，包括：
映射模块，用于将关于机组出力和启停状态的省内电力系统安全运行约束映射为关于机组月度可交易电量的显式约束；
获取模块，用于根据所述关于机组月度可交易电量的显式约束获取机组月度交易电量安全边界；所述获取模块进一步用于获取省内电力系统的运行基础数据，构建机组月度交易电量安全边界模型，并且根据所述运行基础数据和所述机组月度交易电量安全边界模型通过混合整数线性规划求解器求解机组月度交易电量安全边界，将所述月度交易电量安全边界发送给省级电力交易机构；以及
交易模块，用于根据所述机组月度交易电量安全边界组织开展省内月度集中电力交易。
6.根据权利要求5所述的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易装置，其特征在于，所述映射模块进一步用于建立基于直流潮流的省内电力系统运行约束条件，获取根据所述基于直流潮流的省内电力系统运行约束条件确定的关于机组出力变量、机组启停变量和机组月度交易电量的可行域，获取关于所述机组月度可交易电量的显式约束。
7.根据权利要求5所述的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易装置，其特征在于，所述运行基础数据包括省内机组有功出力上下限、省内机组增减速率上下限、省内机组最小连续开停机时间、省内月度母线负荷预测、月度联络线计划、省内线路有功传输极限和省内电网的潮流转移分布因子中的一项或多项。
8.根据权利要求5所述的内嵌系统运行约束的月度集中电力交易装置，其特征在于，所述交易模块进一步用于组织月度集中电力交易申报，根据所述机组月度交易电量安全边界进行市场出清。
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