CN109978329A - 一种考虑响应性能指标的调频辅助服务市场出清决策方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑响应性能指标的调频辅助服务市场出清决策方法，在日前调频辅助服务市场中，根据日前备用需求、调频商的信息申报等形成调频服务日前备用容量的购买计划；当进入实时市场时，根据日前交易计划与超短期负荷预测，对日前购买的调频计划进行修正，补充缺少的调频容量，同时基于机组实时运行情况，考虑日前中标的调频商无法提供的调频容量部分，建立日前‑实时联动调频出清模型，再根据实时的频率变化进行电量调用。保证了系统频率控制的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电力市场调频辅助服务方法，尤其涉及一种考虑响应性能指标的调频辅助服 务市场出清决策机制。
背景技术
国外调频辅助服务的模式有四种：非竞争型、竞标型、现货市场竞价型和双边合同型。 主要采用优先级法、顺序法、和联合调度法进行调度。调度约束主要包括电量约束，即电能 与旋转备用的限制；爬坡约束，即上升速度和下降速度的限制；以及容量约束，即系统的响 应约束等。例如，美国PJM、新英格兰、澳大利亚调频市场等各国的调频辅助服务市场都有 其各自的特点，对于交易周期、交易方式、结算价格、费用组成以及参与对象的制定都是考 虑到本国或者某区域内电网的特点进行制定的，从而使得调频服务更加可靠与经济。
调频市场运行机制的设计目前有如下方法：
文献一《电力市场中辅助服务的获取与定价》(电网技术2002年第26卷第7期)对国外PJM调频辅助服务市场的交易模式进行了分析，PJM根据实时市场的负荷比例将调频义务分配到负荷服务企业(Load Serving Entity，LSE)，LSE可以利用自己的发电资源或通过签订 合同让其他服务商代替自己完成相应的调频义务，同时PJM辅助备用市场提供该项服务买卖。 当调频服务商的调频容量超过自身调频义务时，在结算过程中，超过部分将根据该时段机组 所处类别计算报酬。对于用户和无法完成自身义务的调频电厂，将以平均调频价格支付给 PJM，由PJM根据最小成本的原则为其购买调频服务。调频服务由市场公开招标来获取，其 定价根据总支付费用最小的原则，确定出清价格。调频服务商日前向PJM提交投标的信息， 包括调频能力和调频价格。PJM为调频服务商提供了一个可以对调频辅助服务进行买卖的以 市场运行模式的系统。
文献二《电力辅助服务市场(ASM)国际比较研究》(华东电力2003年第7期)介绍了加 州调频辅助服务市场，分为向上调节和向下调节市场，由接入系统且处于运行的机组提供。 实际运行中，由AGC机组和计划协调公司(Scheduling Coordinator，SC)提供市场所需的调 频容量，将频率控制在一定的范围内。调频服务商通过加州组织的辅助服务投标竞争的市场 获得市场参与资格。调频辅助服务的价格分为日前市场价格和小时前市场价格。在竞标过程 中，加州ISO根据投标信息中的容量报价，按照市场出清价格来确定调频服务最终定价。结 算根据服务商的调频容量与实时的市场出清价格来计算。罚金通过对服务商的调节性能考核 得到的。调频费用将由每个SC根据自身的负荷情况以及自身发电量按一定比例进行支付。
文献三《澳大利亚国家电力市场的最新发展状况》(电网技术2004年第28卷第24期) 分析了澳大利亚电力市场的辅助服务，澳大利亚调频辅助服务采用现货市场竞价型和双边合 同混合模式。澳洲能源市场运营商AEMO负责全国互联电网的调度和电力市场的交易管理， 采用总成本最小的协调优化方法，将电能和辅助服务联合调度。AEMO根据澳大利亚的市场 规则将各种频率控制辅助服务的需求预先进行计算并将各地区频率辅助服务需求提前一周 公布。由频率调节的服务商进行报价，报价要素为：报价分为十个非零功率段，这十个段功 率的报价单调递增，报价必须在交易日前一天结束，还包括最大出力限制，最小出力限制以 及上调断电、下调断电等。澳大利亚调频市场以5min一个调度周期，分别对每种调频服务 制定一个出清价格。
文献四《挪威水电资源的开发和利用》(西北水力发电2004年第20卷第3期)从水电角 度分析了挪威的调频市场，，挪威的调频服务属于非竞争型，机组强制参与调频，且价格固定。 挪威调频辅助服务由基础调频辅助服务和超额调频辅助服务组成，基础辅助服务强制要求参 与，且没有额外报酬；有调节裕度的机组可以通过提供超额辅助服务获得额外报酬。挪威的 水电装机容量远大于负荷与备用容量的需求。机组运行处于最佳运行点时，系统也处于较好 的安全稳定状态。挪威的调频辅助服务在保证了电网系统安全稳定的基础上还促进了水电的 大规模消纳。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种考虑响应性能指标的 调频辅助服务市场实时-日前联动出清决策方法。
技术方案：一种考虑响应性能指标的调频辅助服务市场出清决策方法，包括如下步骤：
(1)根据负荷变化情况，确定日前备用容量的需求；
(2)进行日前调频容量出清；
(3)在实时调频容量市场中，利用超短期负荷预测，对调频容量需求进行修正；
(4)对实时调频容量市场出清；
(5)通过日前备用容量出清结果与实时调频容量出清结果确定调频商总的中标调频容量， 根据实时的频率变化在中标容量的范围内进行电量调用。
所述步骤(1)具体包括如下内容：
由负荷变化趋势确定每个发电机的出力曲线，得到下个时间段机组出力变化的趋势：
TrendLoad(t)＝(Load(t+Δt)-Load(t))/Δt
其中，Load(t)为t时刻的负荷数据；TrendLoad(t)为t时刻的负荷变化趋势；
得到日前备用所需的上下调节容量：
其中，分别为t时刻系统日前备用上调与下调容量需求；α为负 荷系数；β为新能源系数；Pref(i,t)为在t时刻第i个调频商的出力大小；Gtype(i)为第i个调频 商的类型，0表示传统类型，1表示新能源；γ为负荷变化趋势系数。
所述步骤(2)具体包括如下内容：
建立日前上调节调频出清模型和日前下调节调频出清模型；
市场购买调频容量目标使得总的购买备用容量的费用与调频性能的综合系数最低；
约束条件包括等式约束和不等式约束，所述等式约束为各个调频商的备用容量总和等于 总的备用容量需求，不等式约束为每个调频商的备用容量低于调频商备用容量的上限。
所述日前上调节调频出清模型的目标函数为：
式中，N为参与市场的调频商的个数；为第i个调频商的上调节备用容量的单 位容量投标价格；为第i个调频商中标的上调节备用容量；sort_factor(i)为第i个调 频商的调频响应性能系数：
式中，sort_factor为调频商的响应性能参数；RFM、e、RT分别为调频商的调频速率、调节精度、响应时间；
所述等式约束为：
式中，为某个时段系统所需要的上调备用容量。
所述不等式约束为：
式中，为调频商日前上调备用容量的上限。
所述日前下调节调频出清模型的目标函数为：
式中，N为参与市场的调频商的个数；为第i个调频商的下调节容量的单位容 量投标价格；为第i个调频商中标的下调节容量；sort_factor(i)为第i个调频商的 调频响应性能系数：
式中，sort_factor为调频商的响应性能参数；RFM、e、RT分别为调频商的调频速率、调节精度、响应时间；
所述等式约束为:
式中，为某个时段系统所需要的下调频容量。
所述不等式约束为：
式中，为调频商日前下调节容量的上限。
所述步骤(3)具体包括如下内容：
(3.1)根据日前的负荷预测Loadday(t)及超短期负荷预测值Loadrt(t)，求出两者的预测差 值DFM(t)：
DFM(t)＝Loadrt(t)-Loadday(t)
当DFM(t)≥0时，
当DFM(t)＜0时，
式中，DFM(t)为t时刻超短期负荷预测与日前预测的偏差；为t时 刻根据超短期负荷预测得到的调频容量需求；Cor、Cod为根据预测误差的正态分布得到的容 量增加和减少倍数；为调频容量的固定值；
(3.2)根据超短期负荷预测，对调频容量进行修正，并考虑日前市场中标而实时市场无 法提供的备用容量部分：
当时，
当时，
当时，
当时，
式中，为t时刻在实时市场上调节与下调节容量所需的修正量； 为t时刻日前中标的调频商无法提供的上下调节容量总和； 是t时刻日前中标的第i个调频商无法提供的上下调节容量。
所述步骤(4)具体包括如下内容：
建立出清优化模型，包括实时上调节调频出清模型和实时下调节调频出清模型；
市场购买调频容量目标使得总的购买调频容量的费用与调频性能的综合系数最低；
约束条件包括等式约束和不等式约束，所述等式约束为各个机组的调频容量总和等于总 的调频需求，不等式约束为每个调频商的调频容量低于机组实时调频商调频容量上限的修正 量。
所述实时上调节调频出清模型的目标函数为：
式中，N为参与市场的调频商的个数；为第i个调频商的上调节容量的单位容 量投标价格；sort_factor(i)为第i个调频商的调频响应性能系数；为第i个调频商中标 的上调节容量；
所述等式约束为：
式中，为某个时段系统所需要的上调频容量修正量；
所述不等式约束为：
式中，为调频商实时上调节容量上限修正的量：
其中，为调频商实时具有的调频容量；为调频商在日前备用容量市场中标量。
所述实时下调节调频出清模型的目标函数为：
式中，N为参与市场的调频商的个数；为第i个调频商的下调节容量的单位容 量投标价格；sort_factor(i)为第i个调频商的调频响应性能系数；为第i个调频商中 标的下调节容量；
所述等式约束为：
式中，为某个时段系统所需要的下调频容量修正量。
所述不等式约束为：
式中，为调频商实时下调节容量上限修正的量：
其中，为调频商实时具有的调频容量；为调频商在日前备用容量市场中标量。
有益效果：和现有技术相比，本发明具有如下显著进步：在主能量出清结束之后，交易 中心根据系统运行状况在日前备用容量市场购买一定量的备用容量，通过实时调频容量市场 时，根据日前交易计划与超短期负荷预测，对日前购买的调频计划进行一定的修正，补充缺 少的调频容量，同时考虑日前中标的调频商无法提供的调频容量部分。当总的调频容量最终 确定之后，根据实时的频率变化进行电量调用，保证了系统频率控制的稳定性。
附图说明
图1为调频辅助服务市场出清决策机制原理框图。
具体实施方式
图1是本发明调频辅助服务市场出清决策机制的原理框图。图中，主能量市场出清结束 之后，建立日前-实时联动调频出清模型(Day-ahead&Realtime Linkage ClearingModel,D&R LCM)。根据负荷变化情况，确定日前备用容量的需求，计算日前备用所需的上调节和下调 节容量；进行日前上调节/下调节调频出清，建立日前上调节调频出清模型和日前下调节调频 出清模型，模型的目标函数需考虑调频容量的单位容量价格和调频商的调频综合性能，其中 调频综合性能参数包括了响应时间、调节速率、调节精度，市场购买调频容量目标使得总的 购买备用容量的费用与调频响应性能的综合系数最低；考虑的约束条件包括等式约束，各个 调频商的备用容量总和等于总的备用容量需求，不等式约束为每个调频商的备用容量必须低 于调频商备用容量的上限；在实时调频容量市场中，利用超短期负荷预测，对调频容量需求 进行修正，修正过程需考虑存在的预测误差，同时应根据采集到的机组实时运行情况考虑日 前市场中标而实时市场无法提供的备用容量部分，将其计入实时调频容量需求；对实时调频 上调节/下调节调频市场出清，建立出清优化模型；确定总的调频容量，根据实时的频率变化 进行电量调用。
以下对本发明的技术方案的各个步骤作详细的说明。
步骤1、根据负荷变化情况，确定日前备用容量的需求。由负荷变化趋势确定每个发电 机的出力曲线，得到下个时间段，机组出力变化的趋势为：
TrendLoad(t)＝(Load(t+Δt)-Load(t))/Δt (1)
式中，Load(t)为t时刻的负荷数据；TrendLoad(t)为t时刻的负荷变化趋势。
因此可以得到日前备用所需的上下调节容量为：
式中，为t时刻系统日前备用上调与下调容量需求；α为负荷系数； β为新能源系数；Pref(i,t)为在t时刻第i个调频商的出力大小；Gtype(i)为第i个调频商的类型， 传统类型为0，新能源为1；γ为负荷变化趋势系数。
步骤2、进行日前调频容量出清，建立日前调频出清优化模型，模型的目标函数考虑了 调频容量的单位容量价格和调频商的响应性能指标，其中响应性能指标参数包括了响应时间、 调节速率、调节精度。市场购买调频容量目标使得总的购买备用容量的费用与调频性能的综 合系数最低；考虑的约束条件包括等式约束，各个调频商的备用容量总和等于总的备用容量 需求，不等式约束为每个调频商的备用容量必须低于调频商备用容量的上限：
响应性能指标计算：
式中，sort_factor为调频商的响应性能参数；RFM、e、RT分别为调频商的调频速率、调节精度、响应时间。
日前上调节调频出清模型(Day-ahead Up Clearing Model,DUCM)：
目标函数：
式中，N为参与市场的调频商的个数；为第i个调频商的上调节备用容量的单位 容量投标价格；sort_factor(i)为第i个调频商的调频响应性能系数；为第i个调频商中 标的上调节备用容量。
约束条件：
等式约束：
式中，为某个时段系统所需要的上调备用容量。
不等式约束：
式中，为调频商日前上调备用容量的上限。
日前下调节调频出清模型(Day-ahead Down Clearing Model,DDCM)：
目标函数：
式中，N为参与市场的调频商的个数；为第i个调频商的下调节容量的单位容 量投标价格；sort_factor(i)为第i个调频商的调频响应性能系数；为第i个调频商中 标的下调节容量。
约束条件：
等式约束:
式中，为某个时段系统所需要的下调频容量。
不等式约束：
式中，为调频商日前下调节容量的上限。
步骤3、在实时调频容量市场中，利用超短期负荷预测，对调频容量需求进行修正，修 正过程需考虑存在的预测误差。同时应考虑日前市场中标而实时市场无法提供的备用容量部 分，将其计入实时调频容量需求。
a)根据日前的负荷预测Loadday(t)及超短期负荷预测值Loadrt(t)，求出两者的预测差值 DFM(t)。
DFM(t)＝Loadrt(t)-Loadday(t) (11)
当DFM(t)≥0时，
当DFM(t)＜0时，
式中，DFM(t)为t时刻超短期负荷预测与日前预测的偏差；为t时 刻根据超短期负荷预测得到的调频容量需求；Cor、Cod为根据预测误差的正态分布得到的容 量增加和减少倍数；为调频容量的固定值。
b)根据超短期负荷预测，对调频容量进行修正，并考虑日前市场中标而实时市场无法提 供的备用容量部分。
当时，
当时，
当时，
当时，
式中，为t时刻在实时市场上调节与下调节容量所需的修正量； 为t时刻日前中标的调频商无法提供的上下调节容量总和； 是t时刻日前中标的第i个调频商无法提供的上下调节容量。
步骤4、对实时调频容量市场出清，建立出清优化模型，模型的目标函数考虑了调频容 量的单位容量价格和调频机组的调频综合性能。市场购买调频容量目标使得总的购买调频容 量的费用与调频性能的综合系数最低；考虑的约束条件包括等式约束，各个机组的调频容量 总和等于总的调频需求，不等式约束为每个调频商的调频容量必须低于机组实时调频商调频 容量上限的修正量。
式中，为调频商实时具有的调频容量；为调频商在日前备用容 量市场中标量；为机组实时调频商调频容量上限的修正量。
实时上调节调频出清模型(Realtime Up Clearing Model,RUCM)：
目标函数：
式中，N为参与市场的调频商的个数；为第i个调频商的上调节容量的单位容 量投标价格；sort_factor(i)为第i个调频商的调频响应性能系数；为第i个调频商中标 的上调节容量。
约束条件：
等式约束：
式中，为某个时段系统所需要的上调频容量修正量。
不等式约束：
式中，为调频商实时上调节容量上限修正的量。
实时下调节调频出清模型(Realtime Down Clearing Model,RDCM)：
目标函数：
式中，N为参与市场的调频商的个数；为第i个调频商的下调节容量的单位容 量投标价格；sort_factor(i)为第i个调频商的调频响应性能系数；为第i个调频商中 标的下调节容量。
约束条件：
等式约束：
式中，为某个时段系统所需要的下调频容量修正量。
不等式约束：
式中，为调频商实时下调节容量上限修正的量。
步骤5、通过日前备用容量出清结果与实时调频容量出清结果确定调频商总的中标调频 容量，根据实时的频率变化在中标容量的范围内进行电量调用。
式中，为日前备用容量与实时调频容量的总和。
Claims (9)
1.一种考虑响应性能指标的调频辅助服务市场出清决策方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据负荷变化情况，确定日前备用容量的需求；
(2)进行日前调频容量出清；
(3)在实时调频容量市场中，利用超短期负荷预测，对调频容量需求进行修正；
(4)对实时调频容量市场出清；
(5)通过日前备用容量出清结果与实时调频容量出清结果确定调频商总的中标调频容量，根据实时的频率变化在中标容量的范围内进行电量调用。
2.根据权利要求1所述的调频辅助服务市场出清决策方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括如下内容：
由负荷变化趋势确定每个发电机的出力曲线，得到下个时间段机组出力变化的趋势：
TrendLoad(t)＝(Load(t+Δt)-Load(t))/Δt
其中，Load(t)为t时刻的负荷数据；TrendLoad(t)为t时刻的负荷变化趋势；
得到日前备用所需的上下调节容量：
其中，分别为t时刻系统日前备用上调与下调容量需求；α为负荷系数；β为新能源系数；Pref(i,t)为在t时刻第i个调频商的出力大小；Gtype(i)为第i个调频商的类型，0表示传统类型，1表示新能源；γ为负荷变化趋势系数。
3.根据权利要求1所述的调频辅助服务市场出清决策方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括如下内容：
建立日前上调节调频出清模型和日前下调节调频出清模型；
市场购买调频容量目标使得总的购买备用容量的费用与调频性能的综合系数最低；
约束条件包括等式约束和不等式约束，所述等式约束为各个调频商的备用容量总和等于总的备用容量需求，不等式约束为每个调频商的备用容量低于调频商备用容量的上限。
4.根据权利要求3所述的调频辅助服务市场出清决策方法，其特征在于：所述日前上调节调频出清模型的目标函数为：
式中，N为参与市场的调频商的个数；为第i个调频商的上调节备用容量的单位容量投标价格；为第i个调频商中标的上调节备用容量；sort_factor(i)为第i个调频商的调频响应性能系数：
式中，sort_factor为调频商的响应性能参数；RFM、e、RT分别为调频商的调频速率、调节精度、响应时间；
所述等式约束为：
式中，为某个时段系统所需要的上调备用容量。
所述不等式约束为：
式中，为调频商日前上调备用容量的上限。
5.根据权利要求3所述的调频辅助服务市场出清决策方法，其特征在于：所述日前下调节调频出清模型的目标函数为：
式中，N为参与市场的调频商的个数；为第i个调频商的下调节容量的单位容量投标价格；为第i个调频商中标的下调节容量；sort_factor(i)为第i个调频商的调频响应性能系数：
式中，sort_factor为调频商的响应性能参数；RFM、e、RT分别为调频商的调频速率、调节精度、响应时间；
所述等式约束为:
式中，为某个时段系统所需要的下调频容量。
所述不等式约束为：
式中，为调频商日前下调节容量的上限。
6.根据权利要求1所述的调频辅助服务市场出清决策方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括如下内容：
(3.1)根据日前的负荷预测Loadday(t)及超短期负荷预测值Loadrt(t)，求出两者的预测差值DFM(t)：
DFM(t)＝Loadrt(t)-Loadday(t)
当DFM(t)≥0时，
当DFM(t)＜0时，
式中，DFM(t)为t时刻超短期负荷预测与日前预测的偏差；为t时刻根据超短期负荷预测得到的调频容量需求；Cor、Cod为根据预测误差的正态分布得到的容量增加和减少倍数；为调频容量的固定值；
(3.2)根据超短期负荷预测，对调频容量进行修正，并考虑日前市场中标而实时市场无法提供的备用容量部分：
当时，
当时，
当时，
当时，
式中，为t时刻在实时市场上调节与下调节容量所需的修正量；为t时刻日前中标的调频商无法提供的上下调节容量总和； 是t时刻日前中标的第i个调频商无法提供的上下调节容量。
7.根据权利要求1所述的调频辅助服务市场出清决策方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括如下内容：
建立出清优化模型，包括实时上调节调频出清模型和实时下调节调频出清模型；
市场购买调频容量目标使得总的购买调频容量的费用与调频性能的综合系数最低；
约束条件包括等式约束和不等式约束，所述等式约束为各个机组的调频容量总和等于总的调频需求，不等式约束为每个调频商的调频容量低于机组实时调频商调频容量上限的修正量。
8.根据权利要求1所述的调频辅助服务市场出清决策方法，其特征在于，所述实时上调节调频出清模型的目标函数为：
式中，N为参与市场的调频商的个数；为第i个调频商的上调节容量的单位容量投标价格；sort_factor(i)为第i个调频商的调频响应性能系数；为第i个调频商中标的上调节容量；
所述等式约束为：
式中，为某个时段系统所需要的上调频容量修正量；
所述不等式约束为：
式中，为调频商实时上调节容量上限修正的量：
其中，为调频商实时具有的调频容量；为调频商在日前备用容量市场中标量。
9.根据权利要求1所述的调频辅助服务市场出清决策方法，其特征在于，所述实时下调节调频出清模型的目标函数为：
式中，N为参与市场的调频商的个数；为第i个调频商的下调节容量的单位容量投标价格；sort_factor(i)为第i个调频商的调频响应性能系数；为第i个调频商中标的下调节容量；
所述等式约束为：
式中，为某个时段系统所需要的下调频容量修正量。
所述不等式约束为：
式中，为调频商实时下调节容量上限修正的量：
其中，为调频商实时具有的调频容量；为调频商在日前备用容量市场中标量。
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