CN110751383A - 一种基于多策略融合降维的电力现货市场出清计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多策略融合降维的电力现货市场出清计算方法，首先获取开展电力现货市场出清计算的电网范围和计算周期，确定计算边界；然后开展相近时段归并分析，减少进入出清计算的时段数目；建立松弛安全约束机组组合模型并进行求解，根据计算结果开展无效启停变量辨识与有效安全约束辨识，减少进入出清计算的启停变量与安全约束数目；建立时段归并的安全约束机组组合降维出清模型，快速求解获得机组组合结果；基于机组组合结果开展全时段经济调度及安全校核分析，并将越限时段及监视断面加入机组组合降维出清模型，通过迭代计算，最终获得电力现货市场出清结果。

Description

一种基于多策略融合降维的电力现货市场出清计算方法
技术领域
本发明属于电力系统调度自动化技术领域，具体涉及一种基于多策略融合降维的电力现货市场出清计算方法。
背景技术：
电力现货市场是完整电力市场体系的重要组成部分，为电力短期供需平衡提供了市场化手段。在电力现货市场中，电力调度交易机构主要采用安全约束机组组合(SecurityConstrained Unit Commitment，SCUC)与安全约束经济调度(Security ConstrainedEconomic Dispatch，SCED)应用软件来完成日前和实时调度。
随着现代电力系统的快速发展，电网规模进一步扩大，发电调度所考虑的机组数目不断增大，电网运行的输电通道限制日益显著，使得SCUC问题变得异常的庞大和复杂。与此同时，长周期机组组合可以在更长的时间跨度内统筹考虑电网运行效益，其优化效果明显高于短期机组组合，长周期细粒度机组组合的计算得到越来越多的关注，但受多时段计算规模的影响，计算性能得不到保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多策略融合降维的电力现货市场出清计算方法，以解决现有技术中导致的多时段计算规模的计算性能得不到保障的缺陷。
一种基于多策略融合降维的电力现货市场出清计算方法，包括如下步骤：
获取开展电力现货市场出清计算的计算周期，并以此建立松弛模型；
根据松弛模型计算获得发电机组的有功出力结果以及输电断面的潮流结果；
根据发电机组的有功出力结果，辨识得到安全约束机组组合决策中的必开必停类机组和缓冲类机组；
根据输电断面的潮流结果，辨识安全约束机组组合决策中的有效断面；
根据有效断面，建立降维安全约束机组组合模型，获得缓冲类机组的启停状态结果；
根据缓冲类机组的启停状态结果和必开必停类机组的启停状态，建立安全约束经济调度模型；
通过安全约束经济调度模型对电力现货市场进行出清计算。
进一步的，所述松弛模型的建立方法包括：
根据电网的全网负荷在计算周期内不同时段的变化趋势，对相近计算时段进行归并；
减少进入优化的时段数目，缩小计算时段规模；
选择目标函数：
Figure BDA0002223115040000021
式中，T为时段归并后所包含的计算时段数；I为系统中发电机组总个数；Pi,t为发电机组i在时段t的有功出力；Ci为机组i在的运行成本；
约束条件表示为：
Figure BDA0002223115040000031
Pi,t≤Pi,max；
-△i≤Pi,t-Pi,t-1≤△i；
Figure BDA0002223115040000033
式中，Lt为系统在时段t的负荷需求；Pi,max为机组i输出功率的上限；△i为机组i每时段爬坡速率的最大值；Fl,t为第t个时段输电断面l的潮流，N为电网计算节点集合；Pn,t为第t个时段节点n的发电功率；ln,t为第t个时段节点n的负荷功率；Sn,l,t为第t个时段节点n的注入功率对第l个输电断面的灵敏度；
Figure BDA0002223115040000034
和pl 分别为第l个输电断面的潮流上下限。
进一步的，所述降维安全约束机组组合模型的建立方法包括如下步骤：
确定目标函数表示为：
Figure BDA0002223115040000035
约束条件：
Figure BDA0002223115040000041
Pi,minui,t≤Pi,t≤Pi,maxui,t；
-△i·Nt≤Pi,t-Pi,t-1≤△i·Nt；
Figure BDA0002223115040000044
其中，T为时段归并后，计算周期所含时段数；I为系统中发电机组总个数；Pi,t为发电机组i在归并时段t的有功出力；Ci为机组i在的运行成本；Si为机组i的开机成本；yi,t为机组i在归并时段t是否有停机到开机状态变化的标志；Lt为系统在归并时段t的负荷需求；Rt为系统在归并时段t的旋转备用需求；Pi,max和Pi,min分别为机组i输出功率的上下限；ui,t为机组i在归并时段t的启停状态；zi,t为机组i在归并时段t是否有开机到停机状态变化的标志；UTi和DTi分别为机组i的最小开机时间和最小停机时间；△i为机组i每时段爬坡速率的最大值；Nt为归并时段t所包含的时段数目；和pij 分别表示支路ij的潮流上下限；pij,t为支路ij在归并时段t的潮流，通过调用商用求解器求解降维安全约束机组组合模型，以此获得优化结果。
进一步的，时段归并的方法包括如下步骤：
设Lt为时段t的系统负荷，则相邻时段t和t+1的系统负荷变化率为：
△Lt＝|Lt-Lt+1|/Lt；
对全部时段进行系统负荷变化率的计算，找到最小变化率△Lt所对应的时段；
将时段t和t+1归并为一个新的时段；
根据系统负荷的变化率，重复进行时段归并，直至最小变化率△Lt大于设定的阈值，或者归并后剩下的时段数目达到预设数目。
进一步的，所述计算周期的获取方法包括如下步骤：
获取电网拓扑结构和发电机组运行参数；
确定需要开展电力现货市场出清计算的电网范围和计算周期；
获取计划数据，确定电力现货市场出清计算的边界，将边界作为模型中表达式的参数信息。
进一步的，所述安全约束机组组合决策中的必开必停类机组为电网运行中的必开发电机组或者必停发电机组，不需要在安全约束机组组合中进行机组状态的优化决策；
缓冲类机组为无法提前确定开停机状态的发电机组，需要在安全约束机组组合中进行机组状态的优化决策；
根据发电机组的有功出力结果Pi,t与其物理出力下限Pi,min之间的关系，划分发电机组的决策模式，如果
Figure BDA0002223115040000051
则发电机组i在时段t为必开必停类机组；
式中，ui,t为机组i在时段t的启停状态，α为必停机组判定系数；β为必开机组判定系数；如果α*Pi,min<Pi,t<β*Pi,min，则发电机组i在时段t为缓冲类机组。
进一步的，所述安全约束机组组合决策中的有效断面为电网运行中会制约机组运行的输电断面，需要在安全约束机组组合中建立约束条件；
无效断面为电网运行中会不影响机组运行的输电断面，不需要在安全约束机组组合中考虑；
根据输电断面的潮流结果Fl,t与其物理输电限值
Figure BDA0002223115040000061
之间的关系，划分输电断面的起作用类型；
如果则输电断面l在时段t为无效断面；
式中，γ为起作用约束判定系数；如果
Figure BDA0002223115040000063
则输电断面l在时段t为有效断面。
进一步的，所述安全约束经济调度模型的建立方法包括如下步骤：
以缓冲类机组的启停状态结果以及必开必停类机组的启停状态为基础，建立全部计算时段的安全约束经济调度模型；
采用线性规划算法进行求解，求解获得优化模型的结果；
若存在部分时段的系统平衡约束无法满足，则将该时段加入计算时段集合，进行时段的重新归并；
否则根据安全约束经济调度模型优化求解获得的机组出力，进行安全校核；
若校验结果中没有新增输电断面潮流越限，则根据机组组合方案和出力计划得到电力现货市场出清的计算结果；
否则将新增输电断面加入有效断面集合，重新获取缓冲类机组的启停状态结果。
本发明的优点在于：本发明提出了一种基于多策略融合降维的电力现货市场出清计算方法：
1)通过相近时段归并、无效启停变量辨识和有效安全约束辨识等策略，降低了进入机组组合优化计算的时段规模、变量维度以及约束维度，缩小了机组组合的状态组合空间与约束矩阵空间，提升了机组组合的求解效率；
2)通过全时段经济调度及安全校核分析与机组组合降维出清的迭代计算，获得更为详细的计算结果，并保证降维后的机组组合出清模型计算结果满足各类电网运行约束，保障了计算结果的有效性；
3)通过多种模型降维策略的融合，缩小了机组组合问题可行域，得到更加紧凑的有效优化空间，在不影响机组组合最优解的前提下，提升计算效率，模型降维方法计算过程清晰，计算结果稳定，具有较高的适用性。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种基于多策略融合降维的电力现货市场出清计算方法，
步骤一：确定需要开展电力现货市场出清计算的电网范围和计算周期，进行数据准备，获取电网拓扑结构、发电机组运行参数，获取各类计划数据，包括负荷预测、备用需求等信息，以确定电力现货市场出清计算的边界；
步骤二：根据电网的全网负荷在计算周期内不同时段的变化趋势，对相近计算时段进行归并，减少进入优化的时段数目，缩小计算时段规模；
所述的电网的全网负荷的变化趋势，对相近计算时段进行归并，具体过程为：设Lt为时段t的系统负荷，则相邻时段t和t+1的系统负荷变化率为：
△Lt＝|Lt-Lt+1|/Lt
对全部时段进行系统负荷变化率的计算，找到最小变化率△Lt所对应的时段，将时段t和t+1归并为一个新的时段。根据系统负荷的变化率，重复进行时段归并，直至最小变化率△Lt大于设定的阈值，或者归并后剩下的时段数目达到预设数目，归并过程结束；
步骤三：建立时段归并后的松弛模型，采用线性规划算法，计算获得发电机组的有功出力结果，以及输电断面的潮流结果；
所描述的时段归并后的松弛模型，
目标函数表示为：
Figure BDA0002223115040000081
式中，T为时段归并后所包含的计算时段数，I为系统中发电机组总个数，Pi,t为发电机组i在时段t的有功出力，Ci为机组i在的运行成本。
约束条件表示为：
Figure BDA0002223115040000091
Pi,t≤Pi,max
-△i≤Pi,t-Pi,t-1≤△i
Figure BDA0002223115040000092
Figure BDA0002223115040000093
式中，Lt为系统在时段t的负荷需求，Pi,max为机组i输出功率的上限，△i为机组i每时段爬坡速率的最大值，Fl,t为第t个时段输电断面l的潮流，N为电网计算节点集合，Pn,t为第t个时段节点n的发电功率，ln,t为第t个时段节点n的负荷功率，Sn,l,t为第t个时段节点n的注入功率对第l个输电断面的灵敏度，
Figure BDA0002223115040000094
和pl 分别为第l个输电断面的潮流上下限；
步骤四：根据各发电机组的有功出力结果与其物理出力下限，辨识安全约束机组组合决策中的必开必停类机组和缓冲类机组；根据各输电断面的潮流结果与其物理输电限值，辨识安全约束中的有效断面；
所述安全约束机组组合决策中的必开必停机组为电网运行中的必开发电机组或者必停发电机组，不需要在安全约束机组组合中进行机组状态的优化决策；缓冲机组为无法提前确定开停机状态的发电机组，需要在安全约束机组组合中进行机组状态的优化决策。
根据发电机组的有功出力结果Pi,t与其物理出力下限Pi,min之间的关系，划分发电机组的决策模式，如果
Figure BDA0002223115040000101
则发电机组i在时段t为必开必停机组。式中，ui,t为机组i在时段t的启停状态，α为必停机组判定系数；β为必开机组判定系数。如果α*Pi,min<Pi,t<β*Pi,min，则发电机组i在时段t为缓冲机组；
步骤五：将缓冲机组的开停机状态作为组合决策变量，考虑有效断面的输电限值约束，建立相近时段归并的降维安全约束机组组合模型，采用混合整数规划算法，快速求解获得缓冲机组的启停状态结果；
所述安全约束机组组合决策中的有效断面为电网运行中会制约机组运行的输电断面，需要在安全约束机组组合中建立约束条件；无效断面为电网运行中会不影响机组运行的输电断面，不需要在安全约束机组组合中考虑。
根据各输电断面的潮流结果Fl,t与其物理输电限值
Figure BDA0002223115040000102
之间的关系，划分输电断面的起作用类型，如果
Figure BDA0002223115040000103
则输电断面l在时段t为无效断面。式中，γ为起作用约束判定系数。如果
Figure BDA0002223115040000104
则输电断面l在时段t为有效断面；
步骤六：以缓冲机组的启停状态结果，以及必开必停类机组的启停状态为基础，建立考虑全部计算时段的安全约束经济调度模型，采用线性规划算法进行求解；若存在部分时段的系统平衡约束无法满足，则将该时段加入计算时段集合，进入步骤三，否则进入步骤七；
所描述的时段归并后的降维安全约束机组组合模型，
目标函数表示为：
Figure BDA0002223115040000111
约束条件：
Figure BDA0002223115040000112
Figure BDA0002223115040000113
Pi,minui,t≤Pi,t≤Pi,maxui,t；
Figure BDA0002223115040000114
Figure BDA0002223115040000115
-△i·Nt≤Pi,t-Pi,t-1≤△i·Nt；
Figure BDA0002223115040000116
其中，T为时段归并后，计算周期所含时段数，I为系统中发电机组总个数，Pi,t为发电机组i在归并时段t的有功出力，Ci为机组i在的运行成本，Si为机组i的开机成本，yi,t为机组i在归并时段t是否有停机到开机状态变化的标志，L't为系统在归并时段t的负荷需求，Rt为系统在归并时段t的旋转备用需求，Pi,max和Pi,min分别为机组i输出功率的上下限，ui,t为机组i在归并时段t的启停状态，zi,t为机组i在归并时段t是否有开机到停机状态变化的标志，UTi和DTi分别为机组i的最小开机时间和最小停机时间，△i为机组i每时段爬坡速率的最大值，Nt为归并时段t所包含的时段数目；
Figure BDA0002223115040000117
和pij 分别表示支路ij的潮流上下限，pij,t为支路ij在归并时段t的潮流；上述模型为降维安全约束机组组合模型，降维体现在：模型考虑的输电断面为有效断面，而非全部断面；模型考虑的发电机组为缓冲类机组，而非全部机组；
步骤七：根据安全约束经济调度模型优化求解获得的机组出力，进行安全校核；若没有新增监视元件潮流越限，则进入步骤八，否则将新增监视元件加入有效断面集合进入步骤五；
步骤八：生成满足电网安全的机组组合方案和出力计划，电力现货市场出清计算结束。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种基于多策略融合降维的电力现货市场出清计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取开展电力现货市场出清的计算周期，并以此建立松弛模型；
根据松弛模型计算获得发电机组的有功出力结果以及输电断面的潮流结果；
根据发电机组的有功出力结果，辨识得到安全约束机组组合决策中的必开必停类机组和缓冲类机组；
根据输电断面的潮流结果，辨识安全约束机组组合决策中的有效断面；
根据有效断面，建立降维安全约束机组组合模型，获得缓冲类机组的启停状态结果；
根据缓冲类机组的启停状态结果和必开必停类机组的启停状态，建立安全约束经济调度模型；
通过安全约束经济调度模型对电力现货市场进行出清计算。
2.根据权利要求1所述的一种基于多策略融合降维的电力现货市场出清计算方法，其特征在于：所述松弛模型的建立方法包括：
根据电网的全网负荷在计算周期内不同时段的变化趋势，对相近计算时段进行归并；
减少进入优化的时段数目，缩小计算时段规模；
选择目标函数：
Figure FDA0002223115030000011
式中，T为时段归并后所包含的计算时段数；I为系统中发电机组总个数；Pi,t为发电机组i在时段t的有功出力；Ci为机组i在的运行成本；
松弛模型为：Pi,t≤Pi,max；
模型约束条件表示为：
Figure FDA0002223115030000021
-△i≤Pi,t-Pi,t-1≤△i；
Figure FDA0002223115030000023
式中，Lt为系统在时段t的负荷需求；Pi,max为机组i输出功率的上限；△i为机组i每时段爬坡速率的最大值；Fl,t为第t个时段输电断面l的潮流；N为电网计算节点集合；Pn,t为第t个时段节点n的发电功率；ln,t为第t个时段节点n的负荷功率；Sn,l,t为第t个时段节点n的注入功率对第l个输电断面的灵敏度；
Figure FDA0002223115030000024
和pl 分别为第l个输电断面的潮流上下限。
3.根据权利要求1所述的一种基于多策略融合降维的电力现货市场出清计算方法，其特征在于：所述降维安全约束机组组合模型的建立方法包括如下步骤：
确定目标函数表示为：
Figure FDA0002223115030000025
约束条件：
Figure FDA0002223115030000031
Figure FDA0002223115030000032
Pi,minui,t≤Pi,t≤Pi,maxui,t；
Figure FDA0002223115030000033
Figure FDA0002223115030000034
-△i·Nt≤Pi,t-Pi,t-1≤△i·Nt；
Figure FDA0002223115030000035
其中，T为时段归并后，计算周期所含时段数；I为系统中发电机组总个数；Pi,t为发电机组i在归并时段t的有功出力；Ci为机组i在的运行成本；Si为机组i的开机成本；yi,t为机组i在归并时段t是否有停机到开机状态变化的标志；Lt为系统在归并时段t的负荷需求；Rt为系统在归并时段t的旋转备用需求；Pi,max和Pi,min分别为机组i输出功率的上下限；ui,t为机组i在归并时段t的启停状态；zi,t为机组i在归并时段t是否有开机到停机状态变化的标志；UTi和DTi分别为机组i的最小开机时间和最小停机时间；△i为机组i每时段爬坡速率的最大值；Nt为归并时段t所包含的时段数目；
Figure FDA0002223115030000036
和pij 分别表示支路ij的潮流上下限；pij,t为支路ij在归并时段t的潮流。
4.根据权利要求1所述的一种基于多策略融合降维的电力现货市场出清计算方法，其特征在于：时段归并的方法包括如下步骤：
设Lt为时段t的系统负荷，则相邻时段t和t+1的系统负荷变化率为：
△Lt＝|Lt-Lt+1|/Lt；
对全部时段进行系统负荷变化率的计算，找到最小变化率△Lt所对应的时段；
将时段t和t+1归并为一个新的时段；
根据系统负荷的变化率，重复进行时段归并，直至最小变化率△Lt大于设定的阈值，或者归并后剩下的时段数目达到预设数目。
5.根据权利要求1所述的一种基于多策略融合降维的电力现货市场出清计算方法，其特征在于：所述计算周期的获取方法包括如下步骤：
获取电网拓扑结构和发电机组的运行参数；
确定需要开展电力现货市场出清的电网范围和计算周期；
获取计划数据，确定电力现货市场出清计算的边界。
6.根据权利要求1所述的一种基于多策略融合降维的电力现货市场出清计算方法，其特征在于：所述安全约束机组组合决策中的必开必停类机组为电网运行中的必开发电机组或者必停发电机组，不需要在安全约束机组组合中进行机组状态的优化决策；
所述缓冲类机组为无法提前确定开停机状态的发电机组，需要在安全约束机组组合中进行机组状态的优化决；
根据发电机组的有功出力结果Pi,t与其物理出力下限Pi,min之间的关系，划分发电机组的决策模式，如果
Figure FDA0002223115030000041
则发电机组i在时段t为必开必停类机组；
式中，ui,t为机组i在时段t的启停状态；α为必停机组判定系数；β为必开机组判定系数；如果α*Pi,min<Pi,t<β*Pi,min，则发电机组i在时段t为缓冲类机组。
7.根据权利要求1所述的一种基于多策略融合降维的电力现货市场出清计算方法，其特征在于：所述安全约束机组组合决策中的有效断面为电网运行中会制约机组运行的输电断面，需要在安全约束机组组合中建立约束条件；
根据输电断面的潮流结果Fl,t与其物理输电限值
Figure FDA0002223115030000053
之间的关系，划分输电断面的起作用类型；
如果
Figure FDA0002223115030000051
则输电断面l在时段t为无效断面；
式中，γ为起作用约束判定系数；如果
Figure FDA0002223115030000052
则输电断面l在时段t为有效断面。
8.根据权利要求1所述的一种基于多策略融合降维的电力现货市场出清计算方法，其特征在于：所述安全约束经济调度模型的建立方法包括如下步骤：
以缓冲类机组的启停状态结果以及必开必停类机组的启停状态为基础，建立全部计算时段的安全约束经济调度模型；
若存在部分时段的系统平衡约束无法满足，则将该时段加入计算时段集合，进行时段的重新归并；
否则根据安全约束经济调度模型优化求解获得的机组出力，进行安全校核；
若校验结果中没有新增输电断面潮流越限，则根据机组组合方案和出力计划得到电力现货市场出清的计算结果；
否则将新增输电断面加入有效断面集合，重新获取缓冲类机组的启停状态结果。
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