CN110555590A - 流域梯级上下游电站参与电力现货市场二次出清方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流域梯级上下游电站参与电力现货市场二次出清方法。本发明相比较前方所述的代理商代理机制与水电利益补偿机制，此种二次出清的方式能够保证梯级水电上下游电站作为发电商在现货市场中具有充分的参与度，无需联合竞价即保证下游电站中标量与实发量保持一致，确保市场交易平衡。
Description
技术领域
本发明涉及水资源利用技术领域，具体涉及一种流域梯级上下游电站参与电力现货市场二次出清方法。
背景技术
当前，我国各省正在积极开展电力现货市场的建设，而梯级水电作为现有规模最大的清洁能源必将参与现货市场。梯级水电具有上游电站调节能力强，而下游电站调节能力欠佳的特点，因此上游电站可根据自身优良的调蓄能力而参与市场灵活竞价；但下游电站由于依赖于上游电站的发电能力而独立竞价较为困难。同时由于我国大部分地区梯级水电上下游电站属于不同资本业主，当双方独立参与现货市场时，往往会面临交易结果无法执行的局面，不利于市场稳定。目前，针对于此问题的解决方法主要有2种。
1)采用一种梯级水电代理商代理机制推进梯级水电联合运营，扩大水资源综合利用，避免了梯级水电站上、下游消息不对称的情况。此种梯级水电站代理机制的主要内容为:(1)上游电站代理下游电站参与市场，消除信息不对称，有利于整个梯级水电站优化；(2)代理关系由双方自愿通过谈判产生的代理契约形成；(3)一旦代理关系形成，上游电站代理下游电站参与市场竞争,下游电站不再参与市场，上、下游电站间根据契约形成转移支付。
2)采用一种梯级水电利益补偿机制，即研究一种有效准确的补偿效益核定法和各方均认可并接受的补偿效益分摊法，能推动多利益主体梯级水电站群开展联合经济运行。对于该种补偿机制作者提出通过梯级实际发电量和各电站“核定电量”来测算补偿效益的方法，其中，“核定电量”是在充分考虑电站分期电价差异和电网对其增发电量吸收约束的前提下，采用还原后的天然径流，按水能计算原理求得；同时基于群决策的基本原理，构建能够兼顾不同主体对不同分摊原则偏好的补偿效益协调分摊模型，并采用改进单亲遗传算法对该模型进行求解。
上述2种方法尝试通过代理机制与补偿机制推进电力现货市场梯级水电联合运行。然而现实中各梯级水电站上游业主对于联合竞价的利益补偿和分配问题较为敏感，若协同运营无法达到预期收益时更倾向于独立的运行方式。同时，梯级水电的资本主体的市场策略属于机密类信息，整个协同交易过程难以执行。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种流域梯级上下游电站参与电力现货市场二次出清方法解决了水资源无法有效利用的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种流域梯级上下游电站参与电力现货市场二次出清方法，包括以下步骤：
S1、采用一次出清SCUC模型对上游电站发电单位分段报价曲线进行优化计算，得到运行日上游电站机组组合；
S2、采用一次出清SCED模型对上游电站发电单位分段报价曲线和运行日上游电站机组组合进行优化计算，得到上游电站各机组在运行日的各时段出力计划，作为第一次出清结果；
S3、将第一次出清结果输入水调系统中计算上游电站发电流量，得到下游电站的来水信息；
S4、根据下游电站的来水信息进行下游电站发电单位分段报价曲线的申报；
S5、采用二次出清SCUC模型对下游电站发电单位申报的分段报价曲线进行优化计算，得到运行日下游电站机组组合；
S6、采用二次出清SCED模型对下游电站发电单位申报的分段报价曲线和运行日下游电站机组组合进行优化计算，得到下游电站各机组在运行日的各时段出力计划，继承第一次出清结果，得到所有机组在运行日的各时段出力计划与节点边际电价。
进一步地：所述一次出清SCUC模型和一次出清SCED模型的目标函数均为总购电成本最小：
上式中，I为上游电站水电机组总台数，πi,t为上游电站水电机组i在时段t的报价，T为总时段数，取值为96，Pi,t为上游电站水电机组i在时段t的优化出力。
进一步地：所述一次出清SCUC模型的约束条件包括一次系统负荷平衡约束、一次机组发电功率限制约束、一次机组爬坡约束、一次机组限制区约束、一次线路潮流约束、一次断面潮流约束；
所述一次出清SCED模型的约束条件包括一次系统负荷平衡约束、一次机组发电功率限制约束、一次机组爬坡约束、一次线路潮流约束和一次断面潮流约束。
进一步地：所述一次系统负荷平衡约束为：
上式中，Tj,t为联络线j在时段t的计划功率，NT为联络线总数，D1,t为时段t的可调节上游电站的竞价空间；
所述一次机组发电功率限制约束为：
上式中，和分别为上游电站水电机组i在时段t的最大出力和最小出力；
所述一次机组爬坡约束为：
Pi,t-Pi,t-1≤ΔPi U
Pi,t-1-Pi,t≤ΔPi D
上式中，ΔPi U和ΔPi D分别为上游电站水电机组i的最大上爬坡速率和最大下爬坡速率；
所述一次线路潮流约束为：
上式中，Pl max为线路l的潮流传输极限，Gl-i为上游电站水电机组i所在节点对路线l的发电机输出功率转移分布因子，Gl-j为联络线j所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子，Pj,t为联络线j在时段t的优化出力，K为系统的节点数量，Gl-k为节点k所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子，Dk,t为节点k在时段t的母线负荷值；
所述一次断面潮流约束为：
上式中，Ps min和Ps max分别为断面s的潮流传输下极限和上极限，Gs-i为上游电站水电机组i所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子，Gs-j为联络线j所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子，Gs-k为节点k所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子；
进一步地：所述二次出清SCUC模型和二次出清SCED模型的目标函数均为总购电成本最小：
上式中，I’为下游电站水电机组总台数，πi',t为下游电站水电机组i'在时段t的报价，T为总时段数，取值为96，Pi',t为下游电站水电机组i'在时段t的优化出力。
进一步地：所述二次出清SCUC模型的约束条件包括二次系统负荷平衡约束、二次机组发电功率限制约束、二次机组爬坡约束、二次机组限制区约束、二次线路潮流约束、二次断面潮流约束；
所述二次出清SCED模型的约束条件包括二次系统负荷平衡约束、二次机组发电功率限制约束、二次机组爬坡约束、二次线路潮流约束和二次断面潮流约束。
进一步地：所述二次系统负荷平衡约束为：
上式中，Tj,t为联络线j在时段t的计划功率，NT为联络线总数，D2,t为时段t的可调节下游电站的竞价空间；
所述二次机组发电功率限制约束为：
上式中，和分别为下游电站水电机组i'在时段t的最大出力和最小出力；
所述二次机组爬坡约束为：
上式中，和分别为下游电站水电机组i'的最大上爬坡速率和最大下爬坡速率；
所述二次机组限制区约束为：
上式中，和分别为下游电站水电机组i'的第k个振动区的上限和下限，pi'为下游电站水电机组i'的优化出力；
所述二次线路潮流约束为：
上式中，Pl max为线路l的潮流传输极限，Gl-i'为下游电站水电机组i'所在节点对路线l的发电机输出功率转移分布因子，Gl-j为联络线j所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子，Pj,t为联络线j在时段t的优化出力，K为系统的节点数量，Gl-k为节点k所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子，Dk,t为节点k在时段t的母线负荷值；
所述二次断面潮流约束为：
上式中，Ps min和Ps max分别为断面s的潮流传输下极限和上极限，Gs-i'为下游电站水电机组i'所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子，Gs-j为联络线j所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子，Gs-k为节点k所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子；
进一步地：所述一次出清SCUC模型和二次出清SCUC模型均通过Cplex软件的MIP求解器和经典Benders分解方法进行优化计算，所述一次出清SCED模型和二次出清SCED模型均通过Cplex软件的LP求解器进行优化计算。
本发明的有益效果为：(1)本发明相比较前方所述的代理商代理机制与水电利益补偿机制，此种二次出清的方式能够保证梯级水电上下游电站作为发电商在现货市场中具有充分的参与度，无需联合竞价即保证下游电站中标量与实发量保持一致，确保市场交易平衡。
(2)本发明缓解了市场垄断、水电站恶性竞争等问题。能够保证合理利用发电资源，为弱调节电站参与现货市场建设提供了思路。
(3)本发明相比较传统的水力约束与电力约束考虑的出清模式，其能够将水力约束与电力约束分别考虑，水力约束交给水调系统完成，电力出清工作交给电力现货市场完成，边界清晰，步骤简洁。同时能做到与中长期优化结果与现货市场的有效衔接。
(4)本发明分轮次考虑上下游电站的方法，使得数学模型更为简化，同时采用benders分解辅助求解，其运算过程更为简单，优化效率更高，能够更为准确的得到优化结果。
附图说明
图1为本发明流程图；
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
电力现货日前市场开始后，将市场负荷分为两部分，分别成为可调节电站与不可调节电站的竞价空间。
根据电力调度机构发布的市场相关信息，参与市场的梯级水电上游电站采用分段报价曲线的形式进行电能量价格的申报。
如图1所示，一种流域梯级上下游电站参与电力现货市场二次出清方法，包括以下步骤：
S1、采用一次出清安全约束机组组合(Security-Constrained Unit Commitment，SCUC)模型对上游电站发电单位分段报价曲线进行优化计算，得到运行日上游电站机组组合；
S2、采用一次出清安全约束经济调度(Security-Constrained EconomicDispatch，SCED)模型对上游电站发电单位分段报价曲线和运行日上游电站机组组合进行优化计算，得到上游电站各机组在运行日的各时段出力计划，作为第一次出清结果；
所述一次出清SCUC模型和一次出清SCED模型的目标函数均为总购电成本最小：
上式中，I为上游电站水电机组总台数，πi,t为上游电站水电机组i在时段t的报价，T为所考虑的总时段数，取值为96，Pi,t为上游电站水电机组i在时段t的优化出力。
所述一次出清SCUC模型的约束条件包括一次系统负荷平衡约束、一次机组发电功率限制约束、一次机组爬坡约束、一次机组限制区约束、一次线路潮流约束、一次断面潮流约束。
所述一次出清SCED模型的约束条件包括一次系统负荷平衡约束、一次机组发电功率限制约束、一次机组爬坡约束、一次线路潮流约束和一次断面潮流约束。
所述一次系统负荷平衡约束为：
上式中，Tj,t为联络线j在时段t的计划功率，NT为联络线总数，D1,t为时段t的可调节上游电站的竞价空间；
所述一次机组发电功率限制约束为：
上式中，和分别为上游电站水电机组i在时段t的最大出力和最小出力；
所述一次机组爬坡约束为：
Pi,t-Pi,t-1≤ΔPi U
Pi,t-1-Pi,t≤ΔPi D
上式中，ΔPi U和ΔPi D分别为上游电站水电机组i的最大上爬坡速率和最大下爬坡速率；
所述一次机组限制区约束为：
上式中，和分别为上游电站水电机组i的第k个振动区的上限和下限，pi为上游电站水电机组i的优化出力；
所述一次线路潮流约束为：
上式中，Pl max为线路l的潮流传输极限，Gl-i为上游电站水电机组i所在节点对路线l的发电机输出功率转移分布因子，Gl-j为联络线j所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子，Pj,t为联络线j在时段t的优化出力，K为系统的节点数量，Gl-k为节点k所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子，Dk,t为节点k在时段t的母线负荷值；
所述一次断面潮流约束为：
上式中，Ps min和Ps max分别为断面s的潮流传输下极限和上极限，Gs-i为上游电站水电机组i所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子，Gs-j为联络线j所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子，Gs-k为节点k所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子；
所述一次控制水位区间约束为：
上式中，和分别为上游电站i在t时刻的水位上限和水位下限，Zi,t为上游电站i在t时刻的水位。
S3、将第一次出清结果输入水调系统中计算上游电站发电流量，得到下游电站的来水信息；
S4、根据下游电站的来水信息进行下游电站发电单位分段报价曲线的申报；
S5、采用二次出清SCUC模型对下游电站发电单位申报的分段报价曲线进行优化计算，得到运行日下游电站机组组合；
S6、采用二次出清SCED模型对下游电站发电单位申报的分段报价曲线和运行日下游电站机组组合进行优化计算，得到下游电站各机组在运行日的各时段出力计划，同时继承第一次出清结果，得到所有机组在运行日的各时段出力计划与节点边际电价。
所述二次出清SCUC模型和二次出清SCED模型的目标函数均为总购电成本最小：
上式中，I’为下游电站水电机组总台数，πi',t为下游电站水电机组i'在时段t的报价，T为所考虑的总时段数，取值为96，Pi',t为下游电站水电机组i'在时段t的优化出力。
所述二次出清SCUC模型的约束条件包括二次系统负荷平衡约束、二次机组发电功率限制约束、二次机组爬坡约束、二次机组限制区约束、二次线路潮流约束、二次断面潮流约束。
所述二次出清SCED模型的约束条件包括二次系统负荷平衡约束、二次机组发电功率限制约束、二次机组爬坡约束、二次线路潮流约束和二次断面潮流约束。
所述二次系统负荷平衡约束为：
上式中，Tj,t为联络线j在时段t的计划功率，NT为联络线总数，D2,t为时段t的可调节下游电站的竞价空间；
所述二次机组发电功率限制约束为：
上式中，和分别为下游电站水电机组i'在时段t的最大出力和最小出力，αi',t为下游电站水电机组i'在时段t是否出力的状态变量；
所述二次机组爬坡约束为：
上式中，和分别为下游电站水电机组i'的最大上爬坡速率和最大下爬坡速率；
所述二次机组限制区约束为：
上式中，和分别为下游电站水电机组i'的第k个振动区的上限和下限，pi'为下游电站水电机组i'的优化出力；
所述二次线路潮流约束为：
上式中，Pl max为线路l的潮流传输极限，Gl-i'为下游电站水电机组i'所在节点对路线l的发电机输出功率转移分布因子，Gl-j为联络线j所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子，Pj,t为联络线j在时段t的优化出力，K为系统的节点数量，Gl-k为节点k所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子，Dk,t为节点k在时段t的母线负荷值；
所述二次断面潮流约束为：
上式中，Ps min和Ps max分别为断面s的潮流传输下极限和上极限，Gs-i'为下游电站水电机组i'所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子，Gs-j为联络线j所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子，Gs-k为节点k所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子；
所述一次出清SCUC模型和二次出清SCUC模型均通过Cplex软件的MIP求解器和经典Benders分解方法进行优化计算，所述一次出清SCED模型和二次出清SCED模型均通过Cplex软件的LP求解器进行优化计算。
Claims (8)
1.一种流域梯级上下游电站参与电力现货市场二次出清方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用一次出清SCUC模型对上游电站发电单位分段报价曲线进行优化计算，得到运行日上游电站机组组合；
S2、采用一次出清SCED模型对上游电站发电单位分段报价曲线和运行日上游电站机组组合进行优化计算，得到上游电站各机组在运行日的各时段出力计划，作为第一次出清结果；
S3、将第一次出清结果输入水调系统中计算上游电站发电流量，得到下游电站的来水信息；
S4、根据下游电站的来水信息进行下游电站发电单位分段报价曲线的申报；
S5、采用二次出清SCUC模型对下游电站发电单位申报的分段报价曲线进行优化计算，得到运行日下游电站机组组合；
S6、采用二次出清SCED模型对下游电站发电单位申报的分段报价曲线和运行日下游电站机组组合进行优化计算，得到下游电站各机组在运行日的各时段出力计划，同时继承第一次出清结果，得到所有机组在运行日各时段出力计划与节点边际电价。
2.根据权利要求1所述的流域梯级上下游电站参与电力现货市场二次出清方法，其特征在于，所述一次出清SCUC模型和一次出清SCED模型的目标函数均为总购电成本最小：
上式中，I为上游电站水电机组总台数，πi,t为上游电站水电机组i在时段t的报价，T为总时段数，Pi,t为上游电站水电机组i在时段t的优化出力。
3.根据权利要求2所述的流域梯级上下游电站参与电力现货市场二次出清方法，其特征在于，所述一次出清SCUC模型的约束条件包括一次系统负荷平衡约束、一次机组发电功率限制约束、一次机组爬坡约束、一次机组限制区约束、一次线路潮流约束、一次断面潮流约束；
所述一次出清SCED模型的约束条件包括一次系统负荷平衡约束、一次机组发电功率限制约束、一次机组爬坡约束、一次线路潮流约束和一次断面潮流约束。
4.根据权利要求3所述的流域梯级上下游电站参与电力现货市场二次出清方法，其特征在于，所述一次系统负荷平衡约束为：
上式中，Tj,t为联络线j在时段t的计划功率，NT为联络线总数，D1,t为时段t的可调节上游电站的竞价空间；
所述一次机组发电功率限制约束为：
上式中，和分别为上游电站水电机组i在时段t的最大出力和最小出力；
所述一次机组爬坡约束为：
Pi,t-Pi,t-1≤ΔPi U
Pi,t-1-Pi,t≤ΔPi D
上式中，ΔPi U和ΔPi D分别为上游电站水电机组i的最大上爬坡速率和最大下爬坡速率；
所述一次机组限制区约束为：
上式中，和分别为上游电站水电机组i的第k个振动区的上限和下限，pi为上游电站水电机组i的优化出力；
所述一次线路潮流约束为：
上式中，Pl max为线路l的潮流传输极限，Gl-i为上游电站水电机组i所在节点对路线l的发电机输出功率转移分布因子，Gl-j为联络线j所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子，Pj,t为联络线j在时段t的优化出力，K为系统的节点数量，Gl-k为节点k所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子，Dk,t为节点k在时段t的母线负荷值；
所述一次断面潮流约束为：
上式中，Ps min和Ps max分别为断面s的潮流传输下极限和上极限，Gs-i为上游电站水电机组i所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子，Gs-j为联络线j所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子，Gs-k为节点k所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子。
5.根据权利要求1所述的流域梯级上下游电站参与电力现货市场二次出清方法，其特征在于，所述二次出清SCUC模型和二次出清SCED模型的目标函数均为总购电成本最小：
上式中，I’为下游电站水电机组总台数，πi',t为下游电站水电机组i'在时段t的报价，T为总时段数，Pi',t为下游电站水电机组i'在时段t的优化出力。
6.根据权利要求5所述的流域梯级上下游电站参与电力现货市场二次出清方法，其特征在于，所述二次出清SCUC模型的约束条件包括二次系统负荷平衡约束、二次机组发电功率限制约束、二次机组爬坡约束、二次机组限制区约束、二次线路潮流约束、二次断面潮流约束；
所述二次出清SCED模型的约束条件包括二次系统负荷平衡约束、二次机组发电功率限制约束、二次机组爬坡约束、二次线路潮流约束和二次断面潮流约束。
7.根据权利要求6所述的流域梯级上下游电站参与电力现货市场二次出清方法，其特征在于，所述二次系统负荷平衡约束为：
上式中，Tj,t为联络线j在时段t的计划功率，NT为联络线总数，D2,t为时段t的可调节下游电站的竞价空间；
所述二次机组发电功率限制约束为：
上式中，和分别为下游电站水电机组i'在时段t的最大出力和最小出力；
所述二次机组爬坡约束为：
上式中，和分别为下游电站水电机组i'的最大上爬坡速率和最大下爬坡速率；
所述二次机组限制区约束为：
上式中，和分别为下游电站水电机组i'的第k个振动区的上限和下限，pi'为下游电站水电机组i'的优化出力；
所述二次线路潮流约束为：
上式中，Pl max为线路l的潮流传输极限，Gl-i'为下游电站水电机组i'所在节点对路线l的发电机输出功率转移分布因子，Gl-j为联络线j所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子，Pj,t为联络线j在时段t的优化出力，K为系统的节点数量，Gl-k为节点k所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子，Dk,t为节点k在时段t的母线负荷值；
所述二次断面潮流约束为：
上式中，Ps min和Ps max分别为断面s的潮流传输下极限和上极限，Gs-i'为下游电站水电机组i'所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子，Gs-j为联络线j所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子，Gs-k为节点k所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子。
8.根据权利要求1所述的流域梯级上下游电站参与电力现货市场二次出清方法，其特征在于，所述一次出清SCUC模型和二次出清SCUC模型均通过Cplex软件的MIP求解器和经典Benders分解方法进行优化计算，所述一次出清SCED模型和二次出清SCED模型均通过Cplex软件的LP求解器进行优化计算。
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