CN110443645B - 基于电力现货市场的抽水蓄能机组运行策略模型建立方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电力现货市场的抽水蓄能机组运行策略模型建立方法，包括：获取现货市场的出清规则或现货市场的定价规则，确定虚拟现货市场的出清数学模型；获取现货市场规则和监管条例的历史报价数据，并对所述历史报价数据进行分析，得到历史报价数据分析结果；获取现货市场的历史出清数据并进行分析，得到典型约束情景和机组约束条件；在预设的周期内实时确定抽蓄机组的优化报价窗口，并预测所述优化报价窗口在预设时间内的负荷和系统状态；结合所述出清数学模型、所述历史报价数据分析结果、所述典型约束情景和机组约束条件、所述预设时间内的负荷和系统状态、以及确定抽蓄机组的运行约束条件，构造抽蓄机组优化报价模型。
Description
技术领域
本发明涉及机组运行优化技术领域，尤其涉及一种基于电力现货市场的抽水蓄能机组运行策略模型建立方法。
背景技术
随着电力体制改革的深入和电力市场交易产品的增加，发电机组的市场运行策略也必须随之改变，在满足市场规则和运行约束的前提下，最大化市场运营利益。抽水蓄能机组具有快速灵活响应系统事件，以及调节供、需两侧，缩小系统峰谷差，平滑系统需求曲线的能力。特别是，在系统拥有较多的启停周期长和变动出力能力较差的机组，如核电，传统的煤电机组，或是系统有较多出力可控性较差但运行成本低廉的电源，如风电，光伏等，抽水蓄能机组的市场价值更显突出、显著。
但是，抽水蓄能机组的运行策略直接影响它们自身的经济价值和市场回报。首先，纯抽水蓄能机组的在电力现货市场的利润，依赖于峰、谷时段的电力差价，因为它们低价位时从市场购电抽水，而在高电价时将抽蓄的水发电卖给现货市场。抽水功率负荷会推高该低谷负荷时段的负荷，从而是推高电价的力量。同样，在峰荷时段，抽蓄机组与其它电源竞争，形成下推电价的压力。因此，抽水蓄能机组的获利依赖自身报价。其次，现货市场价格的形成依赖于抽水蓄能机组以外的多个因素，在供给侧，其它机组的报价，电网的拓扑结构和电网传输约束。第三，短期的气候条件变化，影响诸如风电、光伏的出力，进而影响现货市场价格。第四，抽蓄机组的策略优化能力和时间窗口依赖于自身的运行条件，如上/下水库库容。所以，抽蓄机组在现货市场的报价策略和运行安排是一个复杂的优化问题。特别是，机组报价，到市场集中调度出清定价，到机组利润是一个内在的但非线性的关联关系。目前文献中处理抽水蓄能机组策略优化均是假定抽水机组的运行策略不会影响市场价格，且市场价格是事先知道的。
因此，目前现有技术中处理抽水蓄能机组策略优化均是假定抽水机组的运行策略不会影响市场价格，且市场价格是事先知道的；没有将调度出清过程内在地嵌入至抽水蓄能机组最大化经济利益的优化决策模型中，使得现有技术中的机组运行控制策略考虑不全面，不能达到最大化的经济利益。
发明内容
本发明提供了一种基于电力现货市场的抽水蓄能机组运行策略模型建立方法，通过现货市场的出清规则或定价规则，确定出清数学模型，结合历史的报价数据和出清数据对市场价格进行分析处理，将市场价格因素嵌入机组运行策略模型中，以解决现有技术没有将价格作为抽水蓄能机组优化的内在变量的技术问题，从而将调度出清过程内在地嵌入至抽水蓄能机组最大化经济利益的优化决策模型中，实现抽水蓄能机组运行策略的最大化经济利益。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于电力现货市场的抽水蓄能机组运行策略模型建立方法，包括：
获取现货市场的出清规则或现货市场的定价规则，确定虚拟现货市场的出清数学模型；
获取现货市场规则和市场披露的历史报价数据，并对所述历史报价数据进行分析，得到历史报价数据分析结果；
获取现货市场的历史出清数据并进行分析，得到典型约束情景和机组约束条件；
在预设的周期内实时确定抽蓄机组的优化报价窗口，并预测所述优化报价窗口在预设时间内的负荷和系统状态；
结合所述出清数学模型、所述历史报价数据分析结果、所述典型约束情景和机组约束条件、所述预设时间内的负荷和系统状态、以及确定抽蓄机组的运行约束条件，构造抽蓄机组优化报价模型。
作为优选方案，所述获取现货市场的出清规则或现货市场的定价规则，确定虚拟现货市场的出清数学模型，包括：
获取现货市场的出清规则并根据所述出清规则确定出清数学模型；
当无法直接获取所述市场出清数学模型时，根据现货市场的定价规则和对历史数据的分析，以及其它市场资讯，构造出清数学模型并检验所构造的模型的合理性。
作为优选方案，所述出清数学模型包括出清数学规划模型的目标函数和约束条件。
作为优选方案，所述目标函数是根据发电和购电侧的报价构成的，所述约束条件包括电力供应和需求的平衡方程、机组约束和电网运行安全约束；其中，所述目标函数为：
所述约束条件为：
其中：
(1)Fl，l∈Ln，为连接节点n的线路l的电力流，Ln为所有连接节点n的线路集合；
(2)Gi，g为连接至节点n的发电主体g在交易出清模型中的第i段报价成交的发电功率，Gn为所有连接在节点n的发电主体的集合；
(3)Bi，g为连接至节点n的购电主体b在交易出清模型中的第i段报价成交的用电功率，Bn为所有连接在节点n的购电主体的集合。
作为优选方案，所述抽蓄机组优化报价模型为：
其中：
(1)
分别为抽蓄机组i的抽水负荷需求和发电报价曲线；
(2)
为给定抽蓄机组自身报价和其它市场主体报价条件下，抽蓄机组在时段t的调度出力；
(3)
为给定抽蓄机组自身报价和其它市场主体报价条件下，抽蓄机组在时段t的调度的抽水功率；
(4)
为给定抽蓄机组自身报价和其它市场主体报价条件下，抽蓄机组在时段t的市场价格。
作为优选方案，所述历史报价数据包括市场主体的报价策略或报价曲线。
作为优选方案，所述机组约束条件包括机组出清的位置、与系统数据的关联性分析数据、报价曲线、以及出清模型的约束方程。
作为优选方案，所述在预设的周期内实时确定抽蓄机组的优化报价窗口的周期时间为：一天、两天或一周。
作为优选方案，所述预测所述优化报价窗口的预设时间为每小时进行预测一次，或每15分钟进行预测一次。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本发明通过现货市场的出清规则或定价规则，确定出清数学模型，结合历史的报价数据和出清数据对市场价格进行分析处理，将市场价格因素嵌入机组运行策略模型中，以解决现有技术没有将价格作为抽水蓄能机组优化的内在变量的技术问题，从而将调度出清过程内在地嵌入至抽水蓄能机组最大化经济利益的优化决策模型中，实现抽水蓄能机组运行策略的最大化经济利益。
附图说明
图1：为本发明实施例中的抽水蓄能机组运行策略模型建立技术原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，本发明优选实施例提供了一种基于电力现货市场的抽水蓄能机组运行策略模型建立方法，包括：
S1，获取现货市场的出清规则或现货市场的定价规则，确定虚拟现货市场的出清数学模型；在本实施例中，步骤S1包括：获取现货市场的出清规则并根据所述出清规则确定出清数学模型；当无法直接获取所述出清数学模型时，根据现货市场的定价规则和对历史数据分析，以及其它市场资讯，构造出清数学模型并检验所构造出清数学模型的合理性。在本实施例中，所述出清数学模型包括出清数学规划模型的目标函数和约束条件。
在本实施例中，所述目标函数是根据发电和购电侧的报价构成的，所述约束条件包括电力供应和需求的平衡方程、机组约束和电网运行安全约束；其中，所述目标函数为：
所述约束条件为：
其中：
(1)Fl，l∈Ln，为连接节点n的线路l的电力流，Ln为所有连接节点n的线路集合；
(2)Gi，g为连接至节点n的发电主体g在交易出清模型中的第i段报价成交的发电功率，Gn为所有连接在节点n的发电主体的集合；
(3)Bi，g为连接至节点n的购电主体b在交易出清模型中的第i段报价成交的用电功率，Bn为所有连接在节点n的购电主体的集合。
S2，获取现货市场规则和市场披露的历史报价数据，并对所述历史报价数据进行分析，得到历史报价数据分析结果；在本实施例中，所述历史报价数据包括市场主体的报价策略或报价曲线。
S3，获取现货市场的历史出清数据并进行分析，得到典型约束情景和机组约束条件；在本实施例中，所述机组约束条件包括机组出清的位置、与系统数据的关联性分析数据、报价曲线、以及出清模型的约束方程。
S4，在预设的周期内实时确定抽蓄机组的优化报价窗口，并预测所述优化报价窗口在预设时间内的负荷和系统状态；在本实施例中，所述在预设的周期内实时确定抽蓄机组的优化报价窗口的周期时间为：一天、两天或一周。在本实施例中，所述预测所述优化报价窗口的预设时间为每小时进行预测一次，或每15分钟进行预测一次。
S5，结合所述出清数学模型、所述历史报价数据分析结果、所述典型约束情景和机组约束条件、所述预设时间内的负荷和系统状态、以及确定抽蓄机组的运行约束条件，构造抽蓄机组优化报价模型。
在本实施例中，所述抽蓄机组优化报价模型为：
其中：
(1)
分别为抽蓄机组i的抽水(负荷)需求和发电报价曲线；
(2)
为给定抽蓄机组自身报价和其它市场主体报价条件下，抽蓄机组在时段t的调度出力；
(3)
为给定抽蓄机组自身报价和其它市场主体报价条件下，抽蓄机组在时段t的调度的抽水功率；
(4)
为给定抽蓄机组自身报价和其它市场主体报价条件下，抽蓄机组在时段t的市场价格。
下面结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
第一步，获取现货市场出清规则以及出清数学模型。依市场规则和监管条例，通常现货市场出清模型，至少某种简化的版本，是向市场主体开放的；如能获得出清数学模型，转第三步；否则，转第二步。
第二步，依现货市场定价规则，确定虚拟现货市场出清数学模型，即出清数学规划模型的目标函数和约束条件。目标函数是依发电和购电侧的报价构成的。约束条件包括电力供应和需求的平衡方程(依市场规则采用节点电价，区域电价，或系统统一价而定)，机组约束和电网运行安全约束；
第三步，分析历史报价数据，依市场规则和监管条例通常报价数据会有一定延迟向市场主体或向公众公开。根据行业运行经验和其它信息或第三方咨询机构，比较容易获得市场主体的近似的报价策略/报价曲线；
第四步，分析历史现货市场出清数据，甄选出系统的典型约束情景和机组约束，包括机组出清的位置，与系统供需条件、气候、季节、燃料价格等等的关联性分析，进一步识别典型的，以及可能的报价曲线，出清模型的约束方程；
第五步，确定抽蓄机组的优化报价窗口(如下一天，两天，一周等)；
第六步，预测优化报价窗口内每小时(或15分钟，依市场规则)的负荷和系统状态(直接引用市场/系统运行机构的预测，或自己预测)；
第七步，与抽蓄运行人员确定抽蓄机组的运行约束，结合以上步骤的结果，构造抽蓄机组优化报价模型。
结合图1所示：设总交易时段为T，t＝1，2，...，T，分别为各交易时段。假定抽蓄机组的优化窗口为一天，即24小时内抽蓄的水必须在该24小时内用于发电，如果市场交易结算间隔为1小时，则T＝24。发、购电主体集合分别为G，B。而g∈G，b∈B分别为发电和购电主体。发电和购电主体可以向市场交易机构报N对(Qi，Pi)，i＝1，2，...，N.价格Pi必须是非递减的。发电主体Qi之0，购电主体Bi≤0表示当市场价格在Pi或之上时，发电可增加出力不超过Qi。当市场价格在Pi或之下时，购电主体可增加购电不超过-Qi。
为了表述简洁但不失一般性，模型仅考虑抽水蓄能主体的资产由一台抽蓄机组组成。日前市场提交买电报价
和发电报价/>
其中，/>
报价曲线适用该交易日各交易时段。机组的抽水发电效率为α。
假定该抽水蓄能主体具有完全的系统状态信息和其他主体的报价信息。即该抽水蓄能主体具有完整的调度出清模型信息，即以下交易出清模型(最大化发电和购电侧的社会福利)：
满足约束条件：
节点负荷平衡方程：
λn：节点价格
其中：
(1)Fl，l∈Ln，为连接节点n的线路l的电力流(流向节点n为正，流出节点n为负)，Ln为所有连接节点n的线路集合，满足系统安全约束和Kirchhoff定律；
(2)Gi，g为连接至节点n的发电主体g在交易出清模型中的第i段报价成交的发电功率，Gn为所有连接在节点n的发电主体的集合，满足市场报价规则和机组运行约束；
(3)Bi，g为连接至节点n的购电主体b在交易出清模型中的第i段报价成交的用电功率，Bn为所有连接在节点n的购电主体的集合，满足市场报价规则和机组运行约束；
给定抽蓄机组的购电报价
和发电报价/>
和其他机组以及购电主体的发电报价(Qi，g，Pi，g)和购电报价(Qi，b，Pi，b)，i＝1，...，N，以及系统负荷D，运行条件ω，记抽蓄机组在t时段成交的购电和发电总量分别为
·
相应结算价格
·
为了简化符合，以上表达式将省略非该抽蓄机组的决策变量，即省略Qi，g，Pi，g，Qi，b，Pi，b和D，ω。
抽蓄机组报价满足以下约束，即t时段可以出力的最大功率不能超过机组额定出力水平，第二不能超过上水库可用的水量。后者为t时段之前已抽的水量减去已用的水量。称该条件为“抽发平衡约束”。
综上述，抽水蓄能机组优化报价模型如下：
满足：
(1)抽发平衡约束；
(2)报价规则；
(3)抽蓄机组运行约束。
即，选择报价参数：
最大化优化窗口t＝1，…，T内的总利润。
本发明给抽水蓄能机组提供了理论上严谨，逻辑上合理的优化报价模型。修正了现有方法在模型假设上的不足。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于电力现货市场的抽水蓄能机组运行策略模型建立方法，其特征在于，包括：
获取现货市场的出清规则或现货市场的定价规则，确定虚拟现货市场的出清数学模型；
获取现货市场规则和市场披露的历史报价数据，并对所述历史报价数据进行分析，得到历史报价数据分析结果；
获取现货市场的历史出清数据并进行分析，得到典型约束情景和机组约束条件；
在预设的周期内实时确定抽蓄机组的优化报价窗口，并预测所述优化报价窗口在预设时间内的负荷和系统状态；
结合所述出清数学模型、所述历史报价数据分析结果、所述典型约束情景和机组约束条件、所述预设时间内的负荷和系统状态、以及确定抽蓄机组的运行约束条件，构造抽蓄机组优化报价模型，其中，所述抽蓄机组优化报价模型为：
其中：
(1)
分别为抽蓄机组i的抽水负荷需求和发电报价曲线；
(2)
为给定抽蓄机组自身报价和其它市场主体报价条件下，抽蓄机组在时段t的调度出力；
(3)
为给定抽蓄机组自身报价和其它市场主体报价条件下，抽蓄机组在时段t的调度的抽水功率；
(4)
为给定抽蓄机组自身报价和其它市场主体报价条件下，抽蓄机组在时段t的市场价格；
(5)
表示抽水负荷大小，/>
表示抽水负荷大小对应的抽水报价；/>
表示发电负荷大小，/>
发电负荷大小对应的发电报价，P表示价格，Q表示负荷；上标p表示是抽水报价,上标s表示是发电报价。
2.如权利要求1所述的基于电力现货市场的抽水蓄能机组运行策略模型建立方法，其特征在于，所述获取现货市场的出清规则或现货市场的定价规则，确定虚拟现货市场的出清数学模型，包括：
获取现货市场的出清规则并根据所述出清规则确定出清数学模型；
当无法直接获取市场出清数学模型时，根据现货市场的定价规则和对历史数据的分析，以及其它市场资讯构造出清数学模型并检验所构造的模型的合理性。
3.如权利要求2所述的基于电力现货市场的抽水蓄能机组运行策略模型建立方法，其特征在于，所述出清数学模型包括出清数学规划模型的目标函数和约束条件。
4.如权利要求3所述的基于电力现货市场的抽水蓄能机组运行策略模型建立方法，其特征在于，所述目标函数是根据发电和购电侧的报价构成的，所述约束条件包括电力供应和需求的平衡方程、机组约束和电网运行安全约束；其中，所述目标函数为：
所述约束条件为：
其中：
(1)Fl,l∈Ln,为连接节点n的线路l的电力流，Ln为所有连接节点n的线路集合；
(2)Gi,g为连接至节点n的发电主体g在交易出清模型中的第i段报价成交的发电功率，Gn为所有连接在节点n的发电主体的集合；
(3)Bi,b为连接至节点n的购电主体b在交易出清模型中的第i段报价成交的用电功率，Bn为所有连接在节点n的购电主体的集合；
(4)Pi,g为连接至节点n的发电主体g在交易出清模型中的第i段报价成交的价格；
(5)Pi,b为连接至节点n的购电主体b在交易出清模型中的第i段报价成交的的价格。
5.如权利要求1所述的基于电力现货市场的抽水蓄能机组运行策略模型建立方法，其特征在于，所述历史报价数据包括市场主体的报价策略或报价曲线。
6.如权利要求1所述的基于电力现货市场的抽水蓄能机组运行策略模型建立方法，其特征在于，所述机组约束条件包括机组出清的位置、与系统数据的关联性分析数据、报价曲线、以及出清模型的约束方程。
7.如权利要求1所述的基于电力现货市场的抽水蓄能机组运行策略模型建立方法，其特征在于，所述在预设的周期内实时确定抽蓄机组的优化报价窗口的周期时间为：一天、两天或一周。
8.如权利要求1所述的基于电力现货市场的抽水蓄能机组运行策略模型建立方法，其特征在于，所述预测所述优化报价窗口的预设时间为每小时进行预测一次，或每15分钟进行预测一次。
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