CN111061990B - 面向电力现货市场的专项输电工程两部制电价优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向电力现货市场的专项输电工程两部制电价优化方法，包括以下步骤：步骤S1:采集市场运行周期内各发电厂机组报价水平及负荷预测信息；步骤S2:构建面向电力现货市场的跨区专项输电工程两部制电价双层优化模型；步骤S3:根据得到的双层优化模型，机组报价水平及负荷预测信息下，找到使得电力现货市场发电总成本最低的专项工程最高电量输电价格，以确定电量电价回收准许收入的最优临界点。本发明可用于科学核定跨区跨省专项工程输电价格，解决电力现货市场环境下确定输电价格核价电量问题。

Description

面向电力现货市场的专项输电工程两部制电价优化方法

技术领域

本发明涉及电力优化领域，具体涉及一种面向电力现货市场的专项输电工程两部制电价优化方法。

背景技术

因此，如何进一步优化跨省跨区专项输电工程价格结构与定价机制，促进电力现货市场的高效运行和健康发展，是我国未来跨省跨区专项工程输电定价面临的主要问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种面向电力现货市场的专项输电工程两部制电价优化方法，解决电力现货市场环境下确定输电价格核价电量问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种面向电力现货市场的专项输电工程两部制电价优化方法，包括以下步骤：

步骤S1:采集市场运行周期内各发电厂机组报价水平及负荷预测信息；

步骤S2:构建面向电力现货市场的跨区专项输电工程两部制电价双层优化模型；

步骤S3:根据得到的双层优化模型，机组报价水平及负荷预测信息下，找到使得电力现货市场发电总成本最低的专项工程最高电量输电价格，以确定电量电价回收准许收入的最优临界点。

进一步的，所述双层优化模型包括上层和下层两部分；所述上层为基于一维搜索算法的专项工程电量电价优化模型，下层为计及专项工程电量输电价格的多时段电能量与备用联合经济调度模型。

进一步的，所述基于一维搜索算法的专项工程电量电价优化模型通过一维搜索算法找到可使得电力现货市场发电总成本最低水平下的专项工程最高电量输电价格具体为：

目标函数

式中：C为市场运行周期内各发电厂发电总成本，万元；t、T分别表示市场运行周期内的运行时段编号和总运行时段数；i表示机组编号，N_I和N_O分别代表区内机组和参与区内现货市场交易的区外机组的集合；k、K分别表示机组报价容量段和总段数；

为发电厂i在时段t内k报价容量段的发电出力，MW；c_i.k为发电厂i在报价容量段k内发电的短期边际成本，元/MW；P_i ^Tr表示区外机组i向区内市场送电的电量输电价，元/MWh；

不等式约束

专项工程准许收入回收约束：

P_i ^Tr≥0           (3)

式中：R^Tr为专项工程输电年准许收入；

模型的输入为预设的区外机组i的专项输电工程电量输电价格P^Tr及步长h；随着专项工程电量输电价格的提高，市场总发电成本呈现先保持不变，后逐渐增加的状态，因而在设定迭代初始值时，可选取0作为专项工程电量输电价的初始值；在确定迭代步长时，为提高迭代速度，避免步长超过既定准许收入和总用电量计算的平均输电价格，拟采取黄金分割法确定步长h与θ，即θ取0.618，步长h的取值如下公式：

式中：R^Tr为专项工程核价准许收入，Q_t电力市场t时段总负荷用电量。

进一步的，所述计及专项工程电量输电价格的多时段电能量与备用联合经济调度模型以经济调度，即系统的总发电成本最小为优化目标函数：

其运行约束条件如下：

节点功率平衡约束：

线路功率约束：

式中：

表示t时段节点s的用电负荷，MW；

表示t时段线路l中的有功潮流；G_s表示位于节点s发电厂的编号集合；L_s表示与节点s相连接的线路编号集合；b_l表示线路l的电纳；λ_l.s为潮流方向指示变量，当s为线路l的首端节点时，λ_l.s为-1，否则为1；

表示时段t节点s的相角；S_l为线路l首端及末端节点的集合；

机组发电容量约束：

机组爬坡速率约束：

线路容量及节点相角约束：

系统备用容量约束：

N＝N_O∪N_I             (14)

式中：

分别表示机组i的最大和最小发电出力能力，MW；

分别表示机组i的最大下爬坡速率和最大上爬坡速率，MW/h；P_l ^max表示线路l的最大输电能力，MW；S为系统中所有节点的集合；R_es为系统要求的备用容量占总负荷的比率；N为系统内所有机组的集合。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明可用于科学核定我国跨区跨省专项工程输电价格，解决电力现货市场环境下确定输电价格核价电量问题。

附图说明

图1是本发明一实施例中模拟区外机组参与区内现货市场的四节点系统；

图2是本发明一实施例中现货市场仿真系统各时段负荷情况；

图3是本发明一实施例中不同电量电价水平下区外机组发电出力中标情况；

图4是本发明一实施例中面向电力现货市场的跨区专项输电工程两部制电价双层优化模型示意图；

图5是本发明一实施例中基于一维搜索算法的专项工程电量电价优化模型；

图6是本发明一实施例中输电价格、用户购电总成本与发电总成本；

图7是本发明一实施例中计及输电价格的多时段电力现货市场仿真模型；

图8是本发明一实施例中区外机组发电短期边际成本与两部制输电价回收准许收入比例临界值；

图9是本发明一实施例中不同输电价格结构下容量电价回收准许收入比例的临界点情况。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

请参照图4，本发明提供一种面向电力现货市场的专项输电工程两部制电价优化方法，包括以下步骤：

步骤S1:采集市场运行周期内各发电厂机组报价水平及负荷预测信息；

步骤S2:构建面向电力现货市场的跨区专项输电工程两部制电价双层优化模型；

步骤S3:根据得到的双层优化模型，机组报价水平及负荷预测信息下，找到使得电力现货市场发电总成本最低的专项工程最高电量输电价格，以确定电量电价回收准许收入的最优临界点。

在本实施例中，以四节点系统为例，对区外机组通过以“输电功能”为主的专项工程参与区内电力现货市场的情况进行仿真分析，系统接线情况如图1。

其中，G₁，G₂和G₃是A地区电力市场内发电机组，分别连接在系统内的S₁，S₂和S₃节点；G₄是区外机组，与系统中的S₄节点相连，并通过专项输电工程l₄接入系统中的S₁节点，参与A地区电力市场

假定参与A地区电力市场的机组均按照其发电的短期边际成本分段报价，在现货市场运行的各时段机组报价不进行修改，各机组的装机容量、各段发电出力极限以及各段发电的短期边际成本如下表：

表1现货市场仿真系统中各机组参数(MW,元/MW)

系统的典型年负荷曲线如图2，其中2月是负荷低谷月，12月是高峰月。各时段负荷情况如图2；假定跨区专项输电工程按照经营期定价法核定的年准许收入为9亿元/年，忽略容量电费对电力现货市场交易的影响。

在本实施例中，以系统典型日的负荷情况进行仿真，在专项工程电量输电价水平不断提高的情况下，区外机组G₄各时段中标出力情况如图3：图中不同颜色的曲线表示在不同电量输电价水平下，区外机组G₄在各时段的中标出力情况，曲线下覆盖的面积即为专项工程的输电量情况。由图可知，随着电量输电价格水平的提高，区外机组G₄的中标出力不断下降，且系统负荷低谷时段区外机组中标发电出力降低幅度大于系统高峰负荷时段，专项工程输电量也随之降低。

参考图4，在本实施例中，所述双层优化模型包括上层和下层两部分；所述上层为基于一维搜索算法的专项工程电量电价优化模型，下层为计及专项工程电量输电价格的多时段电能量与备用联合经济调度模型。所述基于一维搜索算法的专项工程电量电价优化模型通过一维搜索算法找到可使得电力现货市场发电总成本最低水平下的专项工程最高电量输电价格具体为：

目标函数

式中：C为市场运行周期内各发电厂发电总成本，万元；t、T分别表示市场运行周期内的运行时段编号和总运行时段数；i表示机组编号，N_I和N_O分别代表区内机组和参与区内现货市场交易的区外机组的集合；k、K分别表示机组报价容量段和总段数；

为发电厂i在时段t内k报价容量段的发电出力，MW；c_i.k为发电厂i在报价容量段k内发电的短期边际成本，元/MW；P_i ^Tr表示区外机组i向区内市场送电的电量输电价，元/MWh；

专项工程准许收入回收约束：

P_i ^Tr≥0                 (3)

式中：R^Tr为专项工程输电年准许收入；

求解流程如图5所示，模型的输入为预设的区外机组i的专项输电工程电量输电价格P^Tr及步长h；

如图6所示随着专项工程电量输电价格的提高，市场总发电成本呈现先保持不变，后逐渐增加的状态，因而在设定迭代初始值时，可选取0作为专项工程电量输电价的初始值；在确定迭代步长时，为提高迭代速度，避免步长超过既定准许收入和总用电量计算的平均输电价格，拟采取黄金分割法确定步长h与θ，即θ取0.618，步长h的取值如下公式：

式中：R^Tr为专项工程核价准许收入，Q_t电力市场t时段总负荷用电量。

在本实施例中，如图7所示，所述计及专项工程电量输电价格的多时段电能量与备用联合经济调度模型以经济调度，即系统的总发电成本最小为优化目标函数：

其运行约束条件如下：

节点功率平衡约束：

线路功率约束：

式中：

表示t时段节点s的用电负荷，MW；

表示t时段线路l中的有功潮流；G_s表示位于节点s发电厂的编号集合；L_s表示与节点s相连接的线路编号集合；b_l表示线路l的电纳；λ_l.s为潮流方向指示变量，当s为线路l的首端节点时，λ_l.s为-1，否则为1；

表示时段t节点s的相角；S_l为线路l首端及末端节点的集合；

机组发电容量约束：

机组爬坡速率约束：

线路容量及节点相角约束：

系统备用容量约束：

N＝N_O∪N_I            (14)

式中：

分别表示机组i的最大和最小发电出力能力，MW；

分别表示机组i的最大下爬坡速率和最大上爬坡速率，MW/h；

表示线路l的最大输电能力，MW；S为系统中所有节点的集合；R_es为系统要求的备用容量占总负荷的比率；N为系统内所有机组的集合。

实施例1：

以系统低谷月及高峰月的月负荷曲线为样本，以月度仿真为基础，通过两部制优化模型计算得出的电量电价回收输电准许收入比例的临界点，及对应的输电价格如下表所示：

表2两部制电价优化模型计算结果

通过优化计算可知，系统高峰月的临界点电量输电价格为72.38元/MWh，低谷月的临界点地的额输电价格为71.69元/MWh，为保证现货市场年度运行的有效性，应选择价格水平较低者71.69元MWh作为专项工程电量输电价格的上限。此外，以系统低谷时段典型日情况为例，当电量电价超过71.69元/MWh时，系统总发电成本将高于临界点电价结构下的系统总发电、购电成本，如下表：

表3不同输电价格结构下的系统总发购电成本

可以看出，当电量输电价超过71.69元/MWh，即通过电量电价回收专项输电工程准许收入比例大于12.3％时，系统总发电成本将大于1308.8万元，降低了市场竞争的效率。

通过模型计算分析可知，参与电力现货市场交易的区外机组发电的平均短期边际成本将直接影响两部制电价回收输电准许收入比例的临界点，是影响最优两部制电价结构的重要因素之一。区外机组平均发电短期边际成本变化造成临界点变化情况如图8所示，为方便分析，以容量电价回收准许收入的比例作为自变量。

由图8可知，随着区外机组平均发电短期边际成本的上升，通过容量电价回收输电准许收入比例的临界点也在上升。其原因在于，区外机组参与区内电力市场的动机之一，是其具有相对区内发电机组更低的发电短期边际成本，在区内高价机组作为中标边际机组的情况下，获得系统边际电价与自身发电短期边际成本间的差额利润。因此在不考虑跨区电量输电价的情况下，区外机组在大多数时段应属于非边际中标机组，能够获得相当于系统边际电价与自身发电短期边际成本之差的超额利润。但在存在跨区电量输电价的情况下，区外机组参与区内市场的发电短期边际成本(落地点报价)将包含跨区电量输电价。

如图9所示，在区外机组参与区内电力现货市场的发电短期边际成本低于区内中标边际机组的发电短期边际成本时，系统总购电成本不变，区外机组发电的边际发电利润将因电量输电价而降低。但当电量输电价达到一定水平时，在某些时段(特别是系统低谷时段)，区外机组将成为中标边际机组，或区外机组原本低于系统边际电价的报价将超过系统边际电价，此时系统边际电价将因专项工程电量输电价的提高而提高，进而抬高系统总购电成本。因此，两部制输电价格电量电价回收输电准许收入比例的临界点，即为在不高于该临界点比例的电价结构下，电量输电价在任何时段均不会使得区外机组成为边际机组，或使其原低于系统边际电价的报价超过任意时段的系统边际电价。

当区外机组自身发电的短期边际成本提高时，其短期边际成本距区内中标边际机组的发电成本之差将降低，即使得不影响系统出清价格及各机组中标出力的电量输电价格也在降低，通过容量电价回收输电准许收入比例的临界点在不断上升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种面向电力现货市场的专项输电工程两部制电价优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1:采集市场运行周期内各发电厂机组报价水平及负荷预测信息；

步骤S2:构建面向电力现货市场的跨区专项输电工程两部制电价双层优化模型；

步骤S3:根据得到的双层优化模型，机组报价水平及负荷预测信息下，找到使得电力现货市场发电总成本最低的专项工程最高电量输电价格，以确定电量电价回收准许收入的最优临界点；

所述双层优化模型包括上层和下层两部分；所述上层为基于一维搜索算法的专项工程电量电价优化模型，下层为计及专项工程电量输电价格的多时段电能量与备用联合经济调度模型；

所述基于一维搜索算法的专项工程电量电价优化模型通过一维搜索算法找到使得电力现货市场发电总成本最低水平下的专项工程最高电量输电价格具体为：

目标函数

式中：C为市场运行周期内各发电厂发电总成本，万元；t、T分别表示市场运行周期内的运行时段编号和总运行时段数；i表示机组编号，N_I和N_O分别代表区内机组和参与区内现货市场交易的区外机组的集合；k、K分别表示机组报价容量段和总段数；

为发电厂i在时段t内k报价容量段的发电出力，MW；c_i.k为发电厂i在报价容量段k内发电的短期边际成本，元/MW；P_i ^Tr表示区外机组i向区内市场送电的电量输电价，元/MWh；

专项工程准许收入回收约束：

式中：R^Tr为专项工程输电年准许收入；

模型的输入为预设的区外机组i的专项输电工程电量输电价格P^Tr及步长h；在设定迭代初始值时，可选取0作为专项工程电量输电价的初始值；采取黄金分割法确定步长h与θ，即θ取0.618，步长h的取值如下公式：

(4)式中：R^Tr为专项工程核价准许收入，Q_t电力市场t时段总负荷用电量；

所述计及专项工程电量输电价格的多时段电能量与备用联合经济调度模型以经济调度，即系统的总发电成本最小为优化目标函数：

其运行约束条件如下：

节点功率平衡约束：

线路功率约束：

式中：

表示t时段节点s的用电负荷，MW；

表示t时段线路l中的有功潮流；G_s表示位于节点s发电厂的编号集合；L_s表示与节点s相连接的线路编号集合；b_l表示线路l的电纳；λ_l.s为潮流方向指示变量，当s为线路l的首端节点时，λ_l.s为-1，否则为1；

表示时段t节点s的相角；S_l为线路l首端及末端节点的集合；

机组发电容量约束：

机组爬坡速率约束：

线路容量及节点相角约束：

系统备用容量约束：

N＝N_O∪N_I    (14)

式中：

分别表示机组i的最大和最小发电出力能力，MW；

分别表示机组i的最大下爬坡速率和最大上爬坡速率，MW/h；

表示线路l的最大输电能力，MW；S为系统中所有节点的集合；R_es为系统要求的备用容量占总负荷的比率；N为系统内所有机组的集合。

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