CN110570008A - 流域梯级下游电站发电量全额收购的日前市场出清方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流域梯级下游电站发电量全额收购的日前市场出清方法。本发明中梯级水电下游电站全额收购的方法能够处理好梯级水电上下游不同业主利益分配问题，保证市场交易平衡。本发明中上下游联合出清的方式，能够做到严格不弃水，保证了水资源与发电资源的最大化利用。
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下游电站发电量全额收购的日前市场出清方法。
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下游电站发电量全额收购的日前市场出清方法解决了上下游电站由于信息不对称而造成交易结果无法执行的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种流域梯级下游电站发电量全额收购的日前市场出清方法，包括以下步骤：
S1、根据上游电站的发电量与输出来水量之间的分段线性参数、下游电站的区间来水流量曲线以及电站发电量与输出来水量之间的分段线性参数计算上下游电站发电量的耦合关系式；
S2、采用SCUC模型和上下游电站发电量的耦合关系式对发电单位分段报价曲线进行优化计算得到各机组在运行日的各时段开机组合；
S3、采用SCED模型对发电单位分段报价曲线和运行日各时段机组开机组合进行优化计算，得到各机组在运行日各时段的出力计划和各节点边际电价，作为出清结果。
进一步地：所述步骤S1中上下游电站发电量的耦合关系式具体为：
上式中，Pd,t为下游电站d在时段t的优化出力，为上游电站u在时段t的优化出力，τu,d为上下游电站水流时滞，δt和βt分别为上、下游电站电力耦合关系式的线性参数。
进一步地：所述SCUC模型和SCED模型的目标函数均为：
上式中，I为梯级水电上游电站水电机组总台数，πi,t分别表示梯级水电上游电站水电机组i在时段t的报价，T为所考虑的总时段数，取值为96，Pi,t为机组i在时段t的优化出力，Jud,t为梯级水电下游电站在时段t的收购总额；
梯级水电下游电站在时段t的收购总额Jud,t的计算公式为：
上式中，Id为梯级水电下游电站水电机组总台数，id为梯级水电下游电站水电机组的序号，id＝1,2,…Id，为梯级水电下游电站水电机组i在时段t的收购价格，为下游电站id在时段t的优化出力。
进一步地：所述SCUC模型的约束条件包括系统负荷平衡约束、机组发电功率限制约束、机组爬坡约束、机组限制区约束、线路潮流约束、断面潮流约束和下游电站全额收购约束；
所述SCED模型的约束条件包括系统负荷平衡约束、机组发电功率限制约束、机组爬坡约束、线路潮流约束和断面潮流约束。
进一步地：所述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，Dt为时段t的系统负荷；所述机组发电功率限制约束为：
上式中，和分别为机组i在时段t的最大出力和最小出力；所述机组爬坡约束为：
Pi,t-Pi,t-1≤ΔPi U
Pi,t-1-Pi,t≤ΔPi D
上式中，ΔPi U和ΔPi D分别为机组i的最大上爬坡速率和最大下爬坡速率；所述机组限制区约束为：
上式中，和分别为机组i的第k个振动区的上限和下限，pi为机组i的优化出力；
所述线路潮流约束为：
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；
同时，将权利要求2中得到的梯级水电上下游电站电力关系式嵌入此模型中，修改相应的下标后，所述下游电站全额收购约束为：
上式中，为下游电站id在时段t的优化出力，为上游电站i在时段t的优化出力，τu,d为上下游电站水流时滞，δt和βt分别为上、下游机组电力耦合关系式的线性参数。
进一步地：所述SCUC模型通过Cplex的MIP求解器进行优化计算，所述SCED模型通过Cplex的LP求解器进行优化计算。
本发明的有益效果为：(1)本发明中梯级水电下游电站全额收购的方法能够处理好梯级水电上下游不同业主利益分配问题，保证市场交易平衡。(2)本发明中上下游联合出清的方式，能够做到严格不弃水，保证了水资源与发电资源的最大化利用。(3)相比较传统的水力约束与电力约束考虑的出清模式，本发明将水约束转变为上下游电站电力耦合关系式的求解方式，一定程度上简化了数学模型，运算过程更为简洁，求解速度进一步加快，优化结果符合不弃水的需求，为弱调节电站参与现货市场提供了新的思路。
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，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进行电能量价格以及上游电站发电量与输出来水量之间的分段线性参数。
下游电站无需申报电能量价格，只需申报其区间来水流量曲线以及电站发电量与输出来水量之间的分段线性参数。
如图1所示，一种流域梯级下游电站发电量全额收购的日前市场出清方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据上游电站的电能量价格信息、发电量与输出来水量之间的分段线性参数、下游电站的区间来水流量曲线以及电站发电量与输出来水量之间的分段线性参数计算上下游电站发电量的耦合关系式；
上下游电站发电量的耦合关系式具体为：
上式中，Pd,t为Pd,t为下游电站d在时段t的优化出力，为上游电站u在时段t的优化出力，τu,d为上下游电站水流时滞，δt和βt分别为上、下游电站电力耦合关系式的线性参数。
S2、采用SCUC模型和上下游电站发电量的耦合关系式对发电单位分段报价曲线进行优化计算得到各机组在运行日的各时段开机组合；
S3、采用SCED模型对发电单位分段报价曲线和运行日各时段机组开机组合进行优化计算，得到各机组在运行日各时段的出力计划和各节点边际电价，作为出清结果。
SCUC模型和SCED模型均包括目标函数和约束条件。
SCUC模型的目标函数为：
上式中，I为梯级水电上游电站水电机组总台数，πi,t分别表示梯级水电上游电站水电机组i在时段t的报价，T为所考虑的总时段数，取值为96，Pi,t为机组i在时段t的优化出力，Jud,t为梯级水电下游电站在时段t的收购总额；
梯级水电下游电站在时段t的收购总额Jud,t的计算公式为：
上式中，Id为梯级水电下游电站水电机组总台数，id为梯级水电下游电站水电机组的序号，id＝1,2,…Id，为梯级水电下游电站水电机组i在时段t的收购价格，为下游电站id在时段t的优化出力，为下游电站id在时段t的收购价格系数。
SCUC模型的约束条件包括系统负荷平衡约束、机组发电功率限制约束、机组爬坡约束、机组限制区约束、线路潮流约束、断面潮流约束和下游电站全额收购约束。
所述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，Dt为时段t的系统负荷；
所述机组发电功率限制约束为：
上式中，和分别为机组i在时段t的最大出力和最小出力；
所述机组爬坡约束为：
Pi,t-Pi,t-1≤ΔPi U
Pi,t-1-Pi,t≤ΔPi D
上式中，ΔPi U和ΔPi D分别为机组i的最大上爬坡速率和最大下爬坡速率；
所述机组限制区约束为：
上式中，和分别为机组i的第k个振动区的上限和下限，pi为机组i的优化出力；
所述线路潮流约束为：
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；
同时，将权利要求2中得到的梯级水电上下游电站电力关系式嵌入此模型中，修改相应的下标后，所述下游电站全额收购约束为：
上式中，为下游电站id在时段t的优化出力，为上游电站i在时段t的优化出力，τu,d为上下游电站水流时滞，δt和βt分别为上、下游机组电力耦合关系式的线性参数。
SCED模型的目标函数为：
上式中，I为梯级水电上游电站水电机组总台数，πi,t分别表示梯级水电上游电站水电机组i在时段t的报价，T为所考虑的总时段数，取值为96，Pi,t为机组i在时段t的优化出力，Jud,t为梯级水电下游电站在时段t的收购总额；
梯级水电下游电站在时段t的收购总额Jud,t的计算公式为：
上式中，Id为梯级水电下游电站水电机组总台数，id为梯级水电下游电站水电机组的序号，id＝1,2,…Id，为梯级水电下游电站水电机组i在时段t的收购价格，为下游电站id在时段t的优化出力。
SCED模型的约束条件包括系统负荷平衡约束、机组发电功率限制约束、机组爬坡约束、线路潮流约束和断面潮流约束。
所述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，Dt为时段t的系统负荷；
所述机组发电功率限制约束为：
上式中，和分别为机组i在时段t的最大出力和最小出力；
所述机组爬坡约束为：
Pi,t-Pi,t-1≤ΔPi U
Pi,t-1-Pi,t≤ΔPi D
上式中，ΔPi U和ΔPi D分别为机组i的最大上爬坡速率和最大下爬坡速率；
所述线路潮流约束为：
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SCUC模型通过Cplex的MIP求解器进行优化计算，所述SCED模型通过Cplex的LP求解器进行优化计算。
Claims (6)
1.一种流域梯级下游电站发电量全额收购的日前市场出清方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据上游电站的发电量与输出来水量之间的分段线性参数、下游电站的区间来水流量曲线以及电站发电量与输出来水量之间的分段线性参数计算上下游电站发电量的耦合关系式；
S2、采用SCUC模型和上下游电站发电量的耦合关系式对发电单位分段报价曲线进行优化计算得到各机组在运行日的各时段开机组合；
S3、采用SCED模型对发电单位分段报价曲线和运行日各时段机组开机组合进行优化计算，得到各机组在运行日各时段的出力计划和各节点边际电价，作为出清结果。
2.根据权利要求1所述的流域梯级下游电站发电量全额收购的日前市场出清方法，其特征在于，所述步骤S1中上下游电站发电量的耦合关系式具体为：
上式中，Pd,t为下游电站d在时段t的优化出力，为上游电站u在时段t的优化出力，τu,d为上下游电站水流时滞，δt和βt分别为上、下游电站电力耦合关系式的线性参数。
3.根据权利要求1所述的流域梯级下游电站发电量全额收购的日前市场出清方法，其特征在于，所述SCUC模型和SCED模型的目标函数均为：
上式中，I为梯级水电上游电站水电机组总台数，πi,t分别表示梯级水电上游电站水电机组i在时段t的报价，T为总时段数，Pi,t为机组i在时段t的优化出力，Jud,t为梯级水电下游电站在时段t的收购总额；
梯级水电下游电站在时段t的收购总额Jud,t的计算公式为：
上式中，Id为梯级水电下游电站水电机组总台数，id为梯级水电下游电站水电机组的序号，id＝1,2,…Id，为梯级水电下游电站水电机组i在时段t的收购价格，为下游电站id在时段t的优化出力。
4.根据权利要求3所述的流域梯级下游电站发电量全额收购的日前市场出清方法，其特征在于，所述SCUC模型的约束条件包括系统负荷平衡约束、机组发电功率限制约束、机组爬坡约束、机组限制区约束、线路潮流约束、断面潮流约束和下游电站全额收购约束；
所述SCED模型的约束条件包括系统负荷平衡约束、机组发电功率限制约束、机组爬坡约束、线路潮流约束和断面潮流约束。
5.根据权利要求4所述的流域梯级下游电站发电量全额收购的日前市场出清方法，其特征在于，所述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，Dt为时段t的系统负荷；
所述机组发电功率限制约束为：
上式中，和分别为机组i在时段t的最大出力和最小出力；
所述机组爬坡约束为：
Pi,t-Pi,t-1≤ΔPi U
Pi,t-1-Pi,t≤ΔPi D
上式中，ΔPi U和ΔPi D分别为机组i的最大上爬坡速率和最大下爬坡速率；
所述机组限制区约束为：
上式中，和分别为机组i的第k个振动区的上限和下限，pi为机组i的优化出力；
所述线路潮流约束为：
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；
所述下游电站全额收购约束为：
上式中，为下游电站id在时段t的优化出力，为上游电站i在时段t的优化出力，τu,d为上下游电站水流时滞，δt和βt分别为上、下游电站电力耦合关系式的线性参数。
6.根据权利要求1所述的流域梯级下游电站发电量全额收购的日前市场出清方法，其特征在于，所述SCUC模型通过Cplex的MIP求解器进行优化计算，所述SCED模型通过Cplex的LP求解器进行优化计算。
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