CN111049192B - 一种考虑可再生能源同台竞价的发电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑可再生能源同台竞价的发电控制方法。该方法首先建立并求解现货市场的安全约束机组组合模型，得到发电机组的启停计划；建立现货市场的安全约束经济调度模型并求解，得到约束条件的拉格朗日乘子和发电机组的发电计划，之后计算节点电价；接着，添加弃风成本最小这一目标并求解，得到可再生能源机组的发电计划，之后，按照该发电计划进行发电。现行电力现货市场仅考虑传统机组，未考虑可再生能源机组纳入市场后多类型机组同台竞价的问题，本发明方法针对此问题提供了一种考虑可再生能源同台竞价的发电控制方法，通过该方法对可再生能源机组进行发电控制，利于提高可再生能源的消纳率。

Description

一种考虑可再生能源同台竞价的发电控制方法

技术领域

本发明属于电力市场运行技术领域，具体涉及一种考虑可再生能源同台竞价的发电控制方法。

背景技术

近年来，以风电为代表的可再生能源发电得到极大发展，可再生能源发电技术日臻成熟完善，成本不断降低，市场竞争力不断增强。在未来，可再生能源的消费比重还将持续高速增长，并成为主要的能源供给形式。此外，随着电力体制改革的不断推进，现货市场的建立是必然趋势，实时电价的形成能够为市场主体提供反映时间特性与位置特性的价格信号，对于引导电力资源的合理分配起着重要作用。

如今对现货市场出清机制的研究中，不同类型机组如何合理公平地同台竞价是国内外现货市场建设所面临的重要问题之一。但现阶段所讨论的不同类型机组同台竞价主要集中在可再生能源与传统机组(如火电等)的竞争层面，而暂未考虑在可再生能源装机率日益提高的环境下，当传统机组(如燃煤机组)仅保证最小技术出力时，现货市场中可再生能源之间同台竞价的出清次序与补偿机制的设计问题。

目前电力市场中，当发电侧申报电量大于用电侧的申报电量时，通常是根据发电侧申报电量的比例去分配用电侧申报电量，未考虑可再生能源机组之间调节性能的差异，不利于提高可再生能源的消纳率。因此如何克服现有技术的不足是目前电力市场运行技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，针对现货市场中可再生能源的同台竞价问题，提供一种考虑可再生能源同台竞价的发电控制方法，通过该方法对可再生能源机组进行发电控制，利于提高可再生能源的消纳率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种考虑可再生能源同台竞价的发电控制方法，包括如下步骤：

步骤(1)，采用煤电、水电、风电三种电源类型建立现货市场的安全约束机组组合模型，并根据约束条件求解该模型，得到发电机组的启停计划；

步骤(2)，根据步骤(1)得到的发电机组的启停计划，建立现货市场的安全约束经济调度模型，并根据约束条件求解该模型，得到约束条件的拉格朗日乘子和发电机组的发电计划；

步骤(3)，根据步骤(2)得到的约束条件的拉格朗日乘子，计算得到节点电价；

步骤(4)，保持步骤(1)得到的发电机组的启停计划和步骤(2)得到的发电机组中燃煤机组的发电计划不变，于步骤(2)的现货市场的安全约束经济调度模型中添加弃风成本最小这一目标，得到双目标优化函数，对该函数进行求解，得到可再生能源机组的发电计划，之后，按照该发电计划进行发电。

进一步，优选的是，还包括如下步骤：对比添加弃风成本最小这一目标前后，可再生能源机组发电计划的变化量，由发生变化的风电场向发生变化的水电机组根据变动的大小程度支付相应的补偿费用。

进一步，优选的是，步骤(1)中，风电场现货市场的安全约束机组组合模型建立方法如下：

假设某地存在C个燃煤机组，H个水电机组，W个风电场，以购电费用最小为目标，建立的风电场现货市场的安全约束机组组合模型如式(1)所示；

式(1)中，C_c,t(P_c,t)、C_h,t(P_h,t)、C_w,t(P_w,t)分别为燃煤机组c、水电机组h、风电场w在时段t下的运行费用；

为煤电机组c在时段t下的启动费用；T为现货市场出清所考虑的总时段数。

进一步，优选的是，步骤(2)中，现货市场的安全约束经济调度模型如下：

进一步，优选的是，步骤(1)中，约束条件包括系统负荷平衡约束、系统正备用容量约束、系统负备用容量约束、线路潮流约束和发电机组特性约束，其中发电机组特性约束包括燃煤机组的上下限出力约束、爬坡速率约束、最小连续开停时间约束，水电机组的出力上下限约束、可用水量平衡约束、库容约束，风电场的出力上下限约束；

步骤(2)中，约束条件包括系统负荷平衡约束、线路潮流约束和发电机组特性约束，其中发电机组特性约束包括燃煤机组的上下限出力约束、爬坡速率约束，水电机组的出力上下限约束、可用水量平衡约束、库容约束，风电场的出力上下限约束。

进一步，优选的是，

(1)系统负荷平衡约束

对于每一时段t，负荷平衡约束为：

式(2)中，P_c,t、P_h,t、P_w,t分别为燃煤机组c、水电机组h、风电场w在时段t下的出力；T_j,t为省间联络线j在时段t下的功率，送入功率为正，输出功率为负；D_t为时段t的电力系统总负荷；

(2)系统正备用容量约束

式(3)中，U_c,t、U_h,t分别为燃煤机组c、水电机组h在时段t下的启停状态，“1”表示开机，“0”表示停机；

分别为燃煤机组c和水电机组h在时段t的最大出力；

为时段t的系统正备用容量要求；

(3)系统负备用容量约束

式(4)中，

分别为燃煤机组c和水电机组h在时段t的最小出力；

为时段t的系统负备用容量要求。

(4)线路潮流约束

式(5)中，

为线路l的潮流传输极限；G_l-c、G_l-h、G_l-w分别为燃煤机组c、水电机组h、风电场w所在节点对线路l的输出功率转移分布因子；G_l-k为节点k对线路l的功率转移因子；D_k,t为节点k在时段t的负荷；

(5)发电机组特性约束

①燃煤机组

燃煤机组的上下限出力约束如(6)所示：

燃煤机组爬坡速率约束如式(7)、(8)所示：

式(7)～式(8)中，

分别为燃煤机组c的最大上、下爬坡速率；

燃煤机组的最小连续开停时间约束如式(9)、(10)所示：

式(9)～式(10)中，T_U(c)、T_D(c)分别为燃煤机组c的最小连续开机时间和最小连续停机时间；

分别为燃煤机组c在时段t时已经连续开机的时间和连续停机的时间，用状态变量U_c,t表示，如式(11)、(12)所示：

②水电机组

水电机组的出力上下限约束为：

水电厂的可用水量平衡约束为：

式(14)中，

表示t时刻机组耗水量；S_h表示可用水总量，T为现货市场出清所考虑的总时段数；

水电厂库容约束为：

X_h,min≤X_t,h≤X_h,max  (15)

式(15)中，X_h,min、X_h,max分别为水库h的总库容、死库容；X_t,h为水库h在时段t的库容。

③风电场

风电场的出力上下限约束如式(16)所示：

式(16)中，

为风电场w在时段t的预测出力。

进一步，优选的是，步骤(3)节点电价的计算公式为：

式(18)中，LMP_t,k为节点k在时段t下的节点电价，G_l-k为节点k对线路l的功率转移因子，λ_t为负荷平衡约束的拉格朗日乘子，ξ_tl、σ_tl为线路潮流约束的拉格朗日乘子。

进一步，优选的是，所述的双目标优化函数为：

式(19)中，C_c,t(P_c,t)、C_h,t(P_h,t)、C_w,t(P_w,t)分别为燃煤机组c、水电机组h、风电场w在时段t下的运行费用；P_c,t、P_h,t、P_w,t分别为燃煤机组c、水电机组h、风电场w在时段t下的出力；

为风电场w在时段t的预测出力；δ表示弃风惩罚系数。

进一步，优选的是，对双目标优化函数进行求解采用线性加权法。

进一步，优选的是，步骤(5)的具体方法为：

1)对于风电机组的最终出力计划为步骤(4)的可再生能源机组的发电计划中风电出力，按步骤(3)得到的节点电价进行结算，即：

F_w,t＝P′_w,t×LMP_t,w  (21)

式(21)中，F_w,t为风电场w在时段t下的收益，P′_w,t为步骤(4)得到可再生能源机组的发电计划中风电场w在时段t下的出力，LMP_t,w为风电场w所处节点在时段t下的节点电价；

2)对于风电场发生变动的出力，补偿费用计算公式如下：

W_w,t＝B_w,t×C_B  (22)

B_w,t＝P′_w,t-P″_w,t  (23)

式(22)～(23)中，W_w,t为风电场w在时段t下支付的补偿费用，B_w,t为风电场w在时段t下发生变动的出力部分，P″_w,t为步骤(2)得到的发电机组的发电计划中风电场w在时段t下的计划出力，C_B为补偿性价格；

3)对于水电机组的最终出力计划为步骤(4)的可再生能源机组的发电计划中水电出力，按步骤(3)得到的节点电价进行结算，即：

F_h,t＝P′_h,t×LMP_t,h  (24)

式(24)中，F_h,t为水电机组h在时段t下的收益，P′_h,t为步骤4步骤(4)得到可再生能源机组的发电计划中水电机组h在时段t下的出力，LMP_t,h为水电机组h所处节点在时段t下的节点电价。

4)对于水电机组发生变动的出力，补偿费用计算公式如下：

H_h,t＝B_h,t×C_B  (25)

B_h,t＝P′_h,t-P″_h,t  (26)

式(25)～(26)中，H_h,t为水电机组h在时段t下收取的补偿费用，B_h,t为水电机组w在时段t下发生变动的出力部分，P″_w,t为步骤2步骤(2)得到的发电机组的发电计划中水电机组w在时段t下的计划出力；

本发明还同时提供一种考虑可再生能源同台竞价的发电控制系统，包括：

数据采集与模型构建模块，用于采用煤电、水电、风电三种电源类型建立现货市场的安全约束机组组合模型，并根据约束条件求解该模型，得到发电机组的启停计划；

第一处理模块，用于根据发电机组的启停计划，建立现货市场的安全约束经济调度模型，并根据约束条件求解该模型，得到约束条件的拉格朗日乘子和发电机组的发电计划；并根据约束条件的拉格朗日乘子，计算得到节点电价；

发电控制模块，用于保持发电机组的启停计划和发电机组中燃煤机组的发电计划不变，于现货市场的安全约束经济调度模型中添加弃风成本最小这一目标，得到双目标优化函数，对该函数进行求解，得到可再生能源机组的发电计划，之后，按照该发电计划控制发电。

本申请式(11)、(12)中的U_c,m与U_c,t含义一致，只是m为变量t的具体取值，为了累加求解而设置的一个变量符号，没有含义。

节点电价(Locational Marginal Price，LMP)：指在满足各类设备和资源的运行特性和约束条件的情况下，在某一节点增加单位负荷需求时的边际成本。

本发明提到的“系统”均表示“电力系统”，即由发电厂、送变电线路、供配电所和用电等环节组成的大型网络，送变电线路交汇的点即为节点。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

现行电力现货市场仅考虑传统机组(如燃煤机组、燃气机组等)，未考虑可再生能源机组纳入市场后多类型机组同台竞价的问题，本发明方法针对此问题提供了一种考虑可再生能源同台竞价的发电控制方法，通过该方法对可再生能源机组进行发电控制，利于提高可再生能源的消纳率。

同时，本发明在保障光伏、风电等波动性、随机性强的机组出力的同时，对因此受到影响的其他机组进行相应补偿，补偿原则为“谁受益谁支付”，保证了各类型发电机组参与市场的积极性。本发明方法能够解决电网可再生能源高渗透率的背景下现货市场的出清次序问题，有利于在减少弃风(光)率的同时保证电力市场的公平性，能够界定可再生能源电厂的责任，实用性强。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为本发明方法场补偿费用计算方法示意图；

图3为本发明考虑可再生能源同台竞价的发电控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本发明提出了一种考虑可再生能源同台竞价的发电控制方法，属于电力市场运行技术领域。随着可能生能源装机容量和发电量的日益提高，将对现货市场的出清结果产生很大影响。为了使电力现货市场的顶层设计尽可能保证合理性和公平性，本发明提出了一种考虑可再生能源同台竞价的发电控制方法，其步骤如下：1)建立现货市场的安全约束机组组合模型(SCUC模型)，对该模型进行求解，输出发电机组的启停计划；2)在已知发电机组启停计划的背景下，建立现货市场的安全约束经济调度模型(SCED模型)，对该模型进行求解，输出约束条件的拉格朗日乘子和发电机组的发电计划；3)根据各约束条件的拉格朗日乘子计算节点电价；4)于步骤2的SCED模型的目标函数中添加弃风成本最小这一目标，将目标函数变为双目标优化，对该模型进行求解，输出可再生能源机组的发电计划，现货市场的节点电价维持步骤3的结果不变，按照该发电计划控制进行发电；5)对比添加弃风成本最小这一目标函数前后，可再生能源机组发电计划的变化量，由发生变化的风电场向发生变化的水电机组根据变动的大小程度支付相应的补偿费用。

所述步骤1中，建立现货市场的安全约束机组组合模型(SCUC模型)，对该模型进行求解，输出发电机组的启停计划，具体如下：

主要考虑水电与风电(光伏同理)两种常用的可再生电源类型，建立现货市场的SCUC模型。

1.1目标函数

假设某地存在C个燃煤机组，H个水电机组，W个风电场。目标函数为购电费用最小，如式(1)所示。

其中，C_c,t(P_c,t)、C_h,t(P_h,t)、C_w,t(P_w,t)分别为燃煤机组c、水电机组h、风电场w在时段t下的运行费用，该费用是与机组申报的各段出力区间和申报价格有关的多段线性函数；

为煤电机组c在时段t下的启动费用；T为现货市场出清所考虑的总时段数。

1.2约束条件

(1)系统负荷平衡约束

对于每一时段t，负荷平衡约束可以描述为：

其中，P_c,t、P_h,t、P_w,t分别为燃煤机组c、水电机组h、风电场w在时段t下的出力；T_j,t为省间联络线j在时段t下的功率(送入功率为正，输出功率为负)；D_t为时段t的电力系统总负荷。

(2)系统正备用容量约束

需要保证可控机组(即除风电以外的机组)的总开机容量满足系统的最小备用容量，系统正备用容量约束可以描述为：

其中，U_c,t、U_h,t分别为燃煤机组c、水电机组h在时段t下的启停状态，其中“1”表示开机，“0”表示停机；

分别为燃煤机组c和水电机组h在时段t的最大出力；

为时段t的系统正备用容量要求。

(3)系统负备用容量约束

系统负备用容量约束可以描述为：

其中，

分别为燃煤机组c和水电机组h在时段t的最小出力；

为时段t的系统负备用容量要求。

(4)线路潮流约束

式中，

为线路l的潮流传输极限；G_l-c、G_l-h、G_l-w分别为燃煤机组c、水电机组h、风电场w所在节点对线路l的输出功率转移分布因子；G_l-k为节点k对线路l的功率转移因子；D_k,t为节点k在时段t的负荷。

(5)发电机组特性约束

①燃煤机组

燃煤机组的出力应该处于其最大/最小出力范围之内，其上下限出力约束如(6)所示：

燃煤机组上爬坡或下爬坡时，应满足爬坡速率要求，其约束如式(7)、(8)所示：

其中，

分别为燃煤机组c的最大上、下爬坡速率。

燃煤机组的最小连续开停时间约束如式(9)、(10)所示：

其中，T_U(c)、T_D(c)分别为燃煤机组c的最小连续开机时间和最小连续停机时间；

分别为燃煤机组c在时段t时已经连续开机的时间和连续停机的时间，可用状态变量U_c,t表示：

②水电机组

水电机组的出力上下限约束可描述为：

水电厂的可用水量平衡约束可描述为：

其中，

表示t时刻机组耗水量；S_h表示可用水总量。

水电厂在任意时刻的库容必须在限定范围之内的约束可描述为：

X_h,min≤X_t,h≤X_h,max  (15)

其中，X_h,min、X_h,max分别为水库h的总库容、死库容；X_t,h为水库h在时段t的库容。

③风电场

风电机组的出力应该处于其最大出力范围之内，其上下限出力约束如(16)所示：

式中，

为风电场w在时段t的预测出力。

所述步骤2中，在已知发电机组启停计划的背景下，建立现货市场的安全约束经济调度模型(SCED模型)，对该模型进行求解，输出约束条件的拉格朗日乘子和发电机组的发电计划，具体如下：

在已知发电机组启停计划的背景下，已考虑机组启动费用，SCED模型的目标函数变为：

约束条件与步骤一中的SCUC模型类似，不同之处在于SCED模型不考虑系统的正、负备用容量约束和燃煤机组的最小连续开停时间约束。

值得注意的是，在高比例可再生能源的现货市场中，可再生能源机组可能存在能够满足全部负荷需求(尤其在负荷低谷期)的情况，由于可再生能源机组的边际成本为零，因此其在现货市场中的报价极低。相对于燃煤机组需考虑煤耗成本的高报价，低报价的可再生能源机组会在现货市场中优先出清，负荷需求基本可由可再生能源满足。当可再生能源机组申报价格相同且申报电量高于需求侧申报电量时，按机组申报电量的比例分配负荷需求。

所述步骤3中，根据各约束条件的拉格朗日乘子计算节点电价，具体如下：

节点电价的计算公式可描述为：

其中，LMP_t,k为节点k在时段t下的节点电价，λ_t为负荷平衡约束的拉格朗日乘子，ξ_tl、σ_tl为线路潮流约束的拉格朗日乘子。

所述步骤4中，在维持步骤1输出的机组启停计划和步骤2输出的燃煤机组发电计划不变的背景下，于步骤2的SCED模型的目标函数中添加弃风成本最小这一目标，将目标函数变为双目标优化，对该模型进行求解，输出可再生能源机组的发电计划，按照该发电计划控制进行发电；现货市场的节点电价维持步骤3的结果不变。具体如下：

在可再生能源装机占比高的背景下，由于燃煤机组已基本运行在最小技术出力附近，给风电出让发电空间的能力较小，且燃煤机组的灵活性远低于水电机组，因此维持步骤二输出的燃煤机组的发电计划不变，在此仅考虑改变可再生能源机组的出清结果。为维持燃煤机组的发电计划不变，需将其发电计划作为步骤4中现货市场出清的边界条件。

考虑到水电厂库容可调，而风电出力无法调节，为提高可再生能源的利用率，减少弃风量，在步骤二的SCED模型的目标函数中添加弃风成本最小，使目标函数转变为双目标优化函数，即：

其中，δ表示弃风惩罚系数。

对于式(19)的求解，涉及到多目标规划问题。求解多目标优化常用的方法是线性加权法，可将式(19)转化为求解线性加权问题，即

其中，λ≥0。λ为权重系数，权重越高，说明此目标函数的优先级越大。

由于是为满足减少弃风现象、提高可再生能源利用率的目标，导致可再生能源机组的出力发生变化，但现货市场的节点电价不应受到该政策的影响，应由完全的市场主体交易行为决定，因此维持步骤3的节点电价不变，将受影响的费用放至步骤5中进行相应分配。

所述步骤5中，对比添加弃风成本最小这一目标函数前后，可再生能源机组发电计划的变化量，由发生变化的风电场向发生变化的水电机组根据变动的大小程度支付相应的补偿费用，具体如下：

添加弃风成本最小这一目标函数前后，可再生能源机组的发电计划会发生一定程度的变动，这是因为为了减少弃风率，提高可再生能源的利用率，水电机组出让了部分发电空间给风电场。为了在促进可再生能源消纳的基础上同时保证电力市场的公平性，风电场应为水电机组的灵活可控性支付相应的补偿费用。补偿费用计算方法如下：

1)对于风电机组的最终出力计划(步骤4的风电出力输出结果)，按步骤3的节点电价进行结算，即

F_w,t＝P′_w,t×LMP_t,w  (21)

式中，F_w,t为风电场w在时段t下的收益，P′_w,t为步骤4输出的风电场w在时段t下的出力，LMP_t,w为风电场w所处节点在时段t下的节点电价。

2)对于风电场发生变动的出力(步骤4的风电出力输出结果减去步骤2的风电出力输出结果)，按相关部门制定的补偿价格进行收取，该价格可根据丰水期、枯水期、风电出力季节性等不同时期制定差异性价格，体现出可再生能源的季节性，在此不作详细讨论。补偿费用计算公式如下：

W_w,t＝B_w,t×C_B  (22)

B_w,t＝P′_w,t-P″_w,t  (23)

式中，W_w,t为风电场w在时段t下支付的补偿费用，B_w,t为风电场w在时段t下发生变动的出力部分，P″_w,t为步骤2输出的风电场w在时段t下的原计划出力，C_B为相关部门制定的补偿性价格。

3)对于水电机组的最终出力计划(步骤4的水电出力输出结果)，按步骤3的节点电价进行结算，即

F_h,t＝P′_h,t×LMP_t,h  (24)

式中，F_h,t为水电机组h在时段t下的收益，P′_h,t为步骤4输出的水电机组h在时段t下的出力，LMP_t,h为水电机组h所处节点在时段t下的节点电价。

4)对于水电机组发生变动的出力(步骤2的水电出力输出结果减去步骤4的水电出力输出结果)，按相关部门制定的补偿价格进行支付，该补偿价格与2)中风电机组结算的补偿价格一致。具体计算公式如下：

H_h,t＝B_h,t×C_B  (25)

B_h,t＝P′_h,t-P″_h,t  (26)

式中，H_h,t为水电机组h在时段t下收取的补偿费用，B_h,t为水电机组w在时段t下发生变动的出力部分，P″_w,t为步骤2输出的水电机组w在时段t下的原计划出力。

由于系统的负荷平衡约束不变与火电机组出力的边界条件不变，因此风电场发生变动的出力与水电机组发生变动的出力在每个时间节点t恒等，即

且风电支付的补偿价格与水电收取的补偿价格一致，均为C_B。

最终风电场所支付的补偿费用可全部用于补偿水电机组，补偿总费用保持收支平衡，即

图3为本发明实施例提供的考虑可再生能源同台竞价的发电控制系统结构示意图，如图3所示，本发明实施例提供了数据采集与模型构建模块101，用于采用煤电、水电、风电三种电源类型建立现货市场的安全约束机组组合模型，并根据约束条件求解该模型，得到发电机组的启停计划；第一处理模块102，用于根据发电机组的启停计划，建立现货市场的安全约束经济调度模型，并根据约束条件求解该模型，得到约束条件的拉格朗日乘子和发电机组的发电计划；并根据约束条件的拉格朗日乘子，计算得到节点电价；发电控制模块103，用于保持发电机组的启停计划和发电机组中燃煤机组的发电计划不变，于现货市场的安全约束经济调度模型中添加弃风成本最小这一目标，得到双目标优化函数，对该函数进行求解，得到可再生能源机组的发电计划，之后，按照该发电计划控制发电。

在本发明实施例中，数据采集与模型构建模块101采用煤电、水电、风电三种电源类型建立现货市场的安全约束机组组合模型，并根据约束条件求解该模型，得到发电机组的启停计划；然后第一处理模块102根据发电机组的启停计划，建立现货市场的安全约束经济调度模型，并根据约束条件求解该模型，得到约束条件的拉格朗日乘子和发电机组的发电计划；并根据约束条件的拉格朗日乘子，计算得到节点电价；最后，发电控制模块103用于保持发电机组的启停计划和发电机组中燃煤机组的发电计划不变，于现货市场的安全约束经济调度模型中添加弃风成本最小这一目标，得到双目标优化函数，对该函数进行求解，得到可再生能源机组的发电计划，之后，按照该发电计划控制发电。

本发明实施例提供的一种考虑可再生能源同台竞价的发电控制系统，通过该系统对可再生能源机组进行发电控制，利于提高可再生能源的消纳率。

本发明实施例提供的系统是用于执行上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种考虑可再生能源同台竞价的发电控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，采用煤电、水电、风电三种电源类型建立现货市场的安全约束机组组合模型，并根据约束条件求解该模型，得到发电机组的启停计划；

步骤(2)，根据步骤(1)得到的发电机组的启停计划，建立现货市场的安全约束经济调度模型，并根据约束条件求解该模型，得到约束条件的拉格朗日乘子和发电机组的发电计划；

步骤(3)，根据步骤(2)得到的约束条件的拉格朗日乘子，计算得到节点电价；

步骤(4)，保持步骤(1)得到的发电机组的启停计划和步骤(2)得到的发电机组中燃煤机组的发电计划不变，于步骤(2)的现货市场的安全约束经济调度模型中添加弃风成本最小这一目标，得到双目标优化函数，对该函数进行求解，得到可再生能源机组的发电计划，之后，按照该发电计划进行发电；

步骤(1)中，风电场现货市场的安全约束机组组合模型建立方法如下：

假设某地存在C个燃煤机组，H个水电机组，W个风电场，以购电费用最小为目标，建立的风电场现货市场的安全约束机组组合模型如式(1)所示；

式(1)中，C_c,t(P_c,t)、C_h,t(P_h,t)、C_w,t(P_w,t)分别为燃煤机组c、水电机组h、风电场w在时段t下的运行费用；

为煤电机组c在时段t下的启动费用；T为现货市场出清所考虑的总时段数；

步骤(2)中，现货市场的安全约束经济调度模型如下：

步骤(1)中，约束条件包括系统负荷平衡约束、系统正备用容量约束、系统负备用容量约束、线路潮流约束和发电机组特性约束，其中发电机组特性约束包括燃煤机组的上下限出力约束、爬坡速率约束、最小连续开停时间约束，水电机组的出力上下限约束、可用水量平衡约束、库容约束，风电场的出力上下限约束；

步骤(2)中，约束条件包括系统负荷平衡约束、线路潮流约束和发电机组特性约束，其中发电机组特性约束包括燃煤机组的上下限出力约束、爬坡速率约束，水电机组的出力上下限约束、可用水量平衡约束、库容约束，风电场的出力上下限约束；

步骤(3)节点电价的计算公式为：

式(18)中，LMP_t,k为节点k在时段t下的节点电价，G_l-k为节点k对线路l的功率转移因子，λ_t为负荷平衡约束的拉格朗日乘子，ξ_tl、σ_tl为线路潮流约束的拉格朗日乘子；

所述的双目标优化函数为：

式(19)中，C_c,t(P_c,t)、C_h,t(P_h,t)、C_w,t(P_w,t)分别为燃煤机组c、水电机组h、风电场w在时段t下的运行费用；P_c,t、P_h,t、P_w,t分别为燃煤机组c、水电机组h、风电场w在时段t下的出力；

为风电场w在时段t的预测出力；δ表示弃风惩罚系数。

2.根据权利要求1所述的考虑可再生能源同台竞价的发电控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：对比添加弃风成本最小这一目标前后，可再生能源机组发电计划的变化量，由发生变化的风电场向发生变化的水电机组根据变动的大小程度支付相应的补偿费用。

3.根据权利要求1所述的考虑可再生能源同台竞价的发电控制方法，其特征在于：

(1)系统负荷平衡约束

对于每一时段t，负荷平衡约束为：

式(2)中，P_c,t、P_h,t、P_w,t分别为燃煤机组c、水电机组h、风电场w在时段t下的出力；T_j,t为省间联络线j在时段t下的功率，送入功率为正，输出功率为负；D_t为时段t的电力系统总负荷；

(2)系统正备用容量约束

式(3)中，U_c,t、U_h,t分别为燃煤机组c、水电机组h在时段t下的启停状态，“1”表示开机，“0”表示停机；

分别为燃煤机组c和水电机组h在时段t的最大出力；

为时段t的系统正备用容量要求；

(3)系统负备用容量约束

式(4)中，

分别为燃煤机组c和水电机组h在时段t的最小出力；R_t ^D为时段t的系统负备用容量要求；

(4)线路潮流约束

式(5)中，

为线路l的潮流传输极限；G_l-c、G_l-h、G_l-w分别为燃煤机组c、水电机组h、风电场w所在节点对线路l的输出功率转移分布因子；G_l-k为节点k对线路l的功率转移因子；D_k,t为节点k在时段t的负荷；

(5)发电机组特性约束

①燃煤机组

燃煤机组的上下限出力约束如式(6)所示：

燃煤机组爬坡速率约束如式(7)、(8)所示：

式(7)～式(8)中，

分别为燃煤机组c的最大上、下爬坡速率；

燃煤机组的最小连续开停时间约束如式(9)、(10)所示：

式(9)～式(10)中，T_U(c)、T_D(c)分别为燃煤机组c的最小连续开机时间和最小连续停机时间；

分别为燃煤机组c在时段t时已经连续开机的时间和连续停机的时间，用状态变量U_c,t表示，如式(11)、(12)所示：

②水电机组

水电机组的出力上下限约束为：

水电厂的可用水量平衡约束为：

式(14)中，

表示t时刻机组耗水量；S_h表示可用水总量，T为现货市场出清所考虑的总时段数；

水电厂库容约束为：

X_h,min≤X_t,h≤X_h,max              (15)

式(15)中，X_h,min、X_h,max分别为水库h的总库容、死库容；X_t,h为水库h在时段t的库容；

③风电场

风电场的出力上下限约束如式(16)所示：

式(16)中，

为风电场w在时段t的预测出力。

4.根据权利要求1所述的考虑可再生能源同台竞价的发电控制方法，其特征在于：对双目标优化函数进行求解采用线性加权法。

5.根据权利要求1所述的考虑可再生能源同台竞价的发电控制方法，其特征在于：步骤(5)的具体方法为：

1)对于风电机组的最终出力计划为步骤(4)的可再生能源机组的发电计划中风电出力，按步骤(3)得到的节点电价进行结算，即：

F_w,t＝P′_w,t×LMP_t,w                            (21)

式(21)中，F_w,t为风电场w在时段t下的收益，P′_w,t为步骤(4)得到可再生能源机组的发电计划中风电场w在时段t下的出力，LMP_t,w为风电场w所处节点在时段t下的节点电价；

2)对于风电场发生变动的出力，补偿费用计算公式如下：

W_w,t＝B_w,t×C_B                             (22)

B_w,t＝P′_w,t-P″_w,t                             (23)

式(22)～(23)中，W_w,t为风电场w在时段t下支付的补偿费用，B_w,t为风电场w在时段t下发生变动的出力部分，P″_w,t为步骤(2)得到的发电机组的发电计划中风电场w在时段t下的计划出力，C_B为补偿性价格；

3)对于水电机组的最终出力计划为步骤(4)的可再生能源机组的发电计划中水电出力，按步骤(3)得到的节点电价进行结算，即：

F_h,t＝P′_h,t×LMP_t,h                   (24)

式(24)中，F_h,t为水电机组h在时段t下的收益，P′_h,t为步骤4步骤(4)得到可再生能源机组的发电计划中水电机组h在时段t下的出力，LMP_t,h为水电机组h所处节点在时段t下的节点电价；

4)对于水电机组发生变动的出力，补偿费用计算公式如下：

H_h,t＝B_h,t×C_B                                  (25)

B_h,t＝P′_h,t-P″_h,t                                  (26)

式(25)～(26)中，H_h,t为水电机组h在时段t下收取的补偿费用，B_h,t为水电机组w在时段t下发生变动的出力部分，P″_h，t为步骤2步骤(2)得到的发电机组的发电计划中水电机组h在时段t下的计划出力；

风电场发生变动的出力与水电机组发生变动的出力在每个时间节点t恒等，即

补偿总费用保持收支平衡，即

6.一种考虑可再生能源同台竞价的发电控制系统，采用权利要求1所述的考虑可再生能源同台竞价的发电控制方法，其特征在于，包括：

数据采集与模型构建模块，用于采用煤电、水电、风电三种电源类型建立现货市场的安全约束机组组合模型，并根据约束条件求解该模型，得到发电机组的启停计划；

第一处理模块，用于根据发电机组的启停计划，建立现货市场的安全约束经济调度模型，并根据约束条件求解该模型，得到约束条件的拉格朗日乘子和发电机组的发电计划；并根据约束条件的拉格朗日乘子，计算得到节点电价；

发电控制模块，用于保持发电机组的启停计划和发电机组中燃煤机组的发电计划不变，于现货市场的安全约束经济调度模型中添加弃风成本最小这一目标，得到双目标优化函数，对该函数进行求解，得到可再生能源机组的发电计划，之后，按照该发电计划控制发电；

步骤(1)中，风电场现货市场的安全约束机组组合模型建立方法如下：

假设某地存在C个燃煤机组，H个水电机组，W个风电场，以购电费用最小为目标，建立的风电场现货市场的安全约束机组组合模型如式(1)所示；

式(1)中，C_c,t(P_c,t)、C_h,t(P_h,t)、C_w,t(P_w,t)分别为燃煤机组c、水电机组h、风电场w在时段t下的运行费用；

为煤电机组c在时段t下的启动费用；T为现货市场出清所考虑的总时段数；

步骤(2)中，现货市场的安全约束经济调度模型如下：

步骤(1)中，约束条件包括系统负荷平衡约束、系统正备用容量约束、系统负备用容量约束、线路潮流约束和发电机组特性约束，其中发电机组特性约束包括燃煤机组的上下限出力约束、爬坡速率约束、最小连续开停时间约束，水电机组的出力上下限约束、可用水量平衡约束、库容约束，风电场的出力上下限约束；

步骤(2)中，约束条件包括系统负荷平衡约束、线路潮流约束和发电机组特性约束，其中发电机组特性约束包括燃煤机组的上下限出力约束、爬坡速率约束，水电机组的出力上下限约束、可用水量平衡约束、库容约束，风电场的出力上下限约束；

步骤(3)节点电价的计算公式为：

式(18)中，LMP_t,k为节点k在时段t下的节点电价，G_l-k为节点k对线路l的功率转移因子，λ_t为负荷平衡约束的拉格朗日乘子，ξ_tl、σ_tl为线路潮流约束的拉格朗日乘子；

所述的双目标优化函数为：

式(19)中，C_c,t(P_c,t)、C_h,t(P_h,t)、C_w,t(P_w,t)分别为燃煤机组c、水电机组h、风电场w在时段t下的运行费用；P_c,t、P_h,t、P_w,t分别为燃煤机组c、水电机组h、风电场w在时段t下的出力；

为风电场w在时段t的预测出力；δ表示弃风惩罚系数。

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