CN111626641A - 基于机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清方法 - Google Patents

基于机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清方法，将电力负荷需求和发电的瞬时功率曲线建模为分段线性函数，建立运行备用约束（在线和离线），时间部署约束，潜在替代以及爬坡调度约束，对启停功率曲线进行了精细化建模，从而获得了考虑机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清的混合整数规划模型。

Description

基于机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清方法
技术领域
本发明公开了一种基于机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清方法，属于电力调度技术领域。
背景技术
尽管世界各地市场出清机制设计的种类繁多，但日前市场出清(MC)仍是电力市场的核心机制。基于机组组合的市场出清(电量和运行备用可以同时被出清)被认为是日前市场出清的最经济有效的方式。在系统和机组满足严格的技术约束时，UC(机组组合)问题调度最便宜的资源来满足负荷需求。此外，当考虑备用的分级替代时，同时出清电量和运行备用可避免不经济的不当操作和降低潜在的市场出清压力。
目前的日前调度实践没有真正使用电力系统的灵活性，甚至可能危及到电力系统的安全。每小时出清一次以及每半小时出清一次的市场出清均面临这一问题。每小时市场出清的一个固有问题是它们在供需之间实现(阶梯式)每小时电量平衡，而不是将瞬时发电功率曲线与电力需求曲线相配对。这些市场中，发电机偏离其每小时电量调度计划就会受到处罚。通过使机组的功率曲线和阶梯电量曲线相匹配来进行调度。这种阶梯行为在每个交易时间的开始和结束时产生了较大的发电量变化，在这些时间间隔内引起大的频率偏移。因此，在没有不确定性因素的情况下，电力系统安全也会受到影响，并且需要实时地调度大量的运行备用以保持供需平衡。
尽管亚小时市场或实时市场可以缓解这些问题，但不充分的日前调度计划可能会使实时市场无法处理实时不确定性。实际上，一些电网发生过电量供应不足的情况，这是由于机组具有足够的发电容量但爬坡容量不足。为了更好地使电力系统处理实时不确定性，日前市场调度需要充分利用具有足够爬坡能力的机组。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清方法，将需求和发电的瞬时功率曲线建模为小时分段线性函数，建立运行备用(在线和离线)约束，时间部署约束，潜在替代以及爬坡调度约束，对启停功率曲线进行了建模，从而获得了有效的能量和备用的调度计划。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清方法，包括：
确定机组的二次、三次和离线三次备用；
确定机组运行过程中需满足的爬坡容量约束和功率容量约束；
确定慢启动机组过程中调用二次备用和三次备用需满足的爬坡容量约束和功率容量约束；
确定快启动机组过程中调用二次备用和三次备用需满足的约束；
建立满足上述约束下的市场出清目标函数；所述市场出清目标函数以最小的成本获取能量和备用；求解所述市场出清目标函数，得到机组能量和备用调度计划。
进一步的，设定所有机组分别以其能源可变成本的20％、10％和40％提供二次、三次和离线三次备用；
所述二次备用是指在线机组为响应AGC，在负荷突变大/小，必须在15分钟内提供给负荷需求的备用；
所述三次备用是指由系统独立运行商激活，必须在30分钟内提供。
所述二次备用包括二次上备用和二次下备用；
所述三次备用包括在线三次上备用，在线三次下备用，离线三次上备用和离线三次下备用。
进一步的，所述确定机组运行过程中需满足的爬坡容量约束和功率容量约束，包括：
机组具有爬坡容量提供二次上备用和二次下备用：
Figure BDA0002544179120000021
Figure BDA0002544179120000022
其中，pg,t表示机组g在t时刻功率，t以小时为采样间隔，pg,t-1表示机组g在t-1时刻功率，
Figure BDA0002544179120000023
表示机组g二次上备用，
Figure BDA0002544179120000024
表示向上爬坡时机组g的15分钟爬坡容量，
Figure BDA0002544179120000025
表示机组g二次下备用，
Figure BDA0002544179120000026
表示向下爬坡时机组g的15分钟爬坡容量；
时刻末机组需满足功率容量约束：
Figure BDA0002544179120000027
Figure BDA0002544179120000028
其中，P g表示机组g的最小输出功率，
Figure BDA0002544179120000029
表示机组出力上限，ug,t是二进制变量，当机组出力大于出力下限Pg 该变量为1，否则为0，wg,t+1是二进制变量，当机组关闭时为1，否则为0；
机组爬坡时需满足功率容量约束：
Figure BDA0002544179120000031
Figure BDA0002544179120000032
进一步的，所述确定慢启动机组过程中调用二次备用和三次备用需满足的爬坡容量约束和功率容量约束，包括：
机组在30分钟的爬坡容量极限内运行，需满足：
Figure BDA0002544179120000033
Figure BDA0002544179120000034
其中，
Figure BDA0002544179120000035
表示机组g三次上备用，
Figure BDA0002544179120000036
表示向上爬坡时机组g的30分钟爬坡容量；
Figure BDA0002544179120000037
表示机组g三次下备用，
Figure BDA0002544179120000038
表示向下爬坡时机组g的30分钟爬坡容量；
机组在15分钟的爬坡容量极限内运行，需满足：
Figure BDA0002544179120000039
Figure BDA00025441791200000310
时刻末机组需满足功率容量约束：
Figure BDA00025441791200000311
Figure BDA00025441791200000312
机组向下爬坡时需满足功率极限约束：
Figure BDA00025441791200000313
Figure BDA00025441791200000314
机组输出功率满足功率极限约束：
Figure BDA00025441791200000315
Figure BDA00025441791200000316
还需满足：
Figure BDA0002544179120000041
Figure BDA0002544179120000042
其中，Egt为电量竞标，
Figure BDA0002544179120000043
是类型k的备用，
Figure BDA0002544179120000044
是类型k备用的竞标量，eg,t是计划出力量。进一步的，所述确定快启动机组过程中调用二次备用和三次备用需满足的约束，包括：
快启动机组的总功率输出需满足：
Figure BDA0002544179120000045
其中，
Figure BDA0002544179120000046
表示快启动机组g的总功率输出；
调度的离线三次上备用需满足功率约束：
Figure BDA0002544179120000047
调度的离线三次下备用需满足功率约束：
Figure BDA0002544179120000048
其中，
Figure BDA0002544179120000049
为30分钟快启动开机容量，
Figure BDA00025441791200000410
为30分钟快启动关机容量，
Figure BDA00025441791200000411
是二进制变量，如果提供离线三次上备用，等于1，否则为0；
机组在下状态但不是停机状态下能够提供离线三次上备用，需满足：
Figure BDA00025441791200000412
机组在上状态但不是开机状态下能够提供离线三次下备用，需满足：
Figure BDA00025441791200000413
ug,t＝0，则
Figure BDA00025441791200000414
ug,t＝1，则
Figure BDA00025441791200000415
机组能够提供离线三次下备用需满足的爬坡容量约束：
Figure BDA00025441791200000416
Figure BDA00025441791200000417
机组30分钟时的爬坡容量约束：
Figure BDA0002544179120000051
机组15分钟时的爬坡容量约束：
Figure BDA0002544179120000052
总输出功率需满足的功率容量约束：
Figure BDA0002544179120000053
Figure BDA0002544179120000054
机组30分钟时的功率容量约束：
Figure BDA0002544179120000055
机组15分钟时的功率容量约束：
Figure BDA0002544179120000056
其中，
Figure BDA0002544179120000057
是机组g离线三次下备用。
进一步的，所述建立满足上述约束下的市场出清目标函数，包括：
Figure BDA0002544179120000058
其中，G是发电机组数量，T是时间间隔，有1h，15min以及30min三种，K是备用类型，有二次上、下备用，在线三次上、下备用，离线三次上、下备用6种，
Figure BDA0002544179120000059
备用类型k的成本，
Figure BDA00025441791200000510
是备用类型k的备用出力，
Figure BDA00025441791200000511
是开机成本，δg,s,t开机类型s是否开机或关机，1是开机0关机，
Figure BDA00025441791200000512
关机成本，
Figure BDA00025441791200000513
空载成本，
Figure BDA00025441791200000514
线性可变生产成本。
进一步的，所述求解所述市场出清目标函数，得到机组能量和备用调度计划，包括：
过MIP求解器求解所述市场出清目标函数，得出eg,t,pg,t,
Figure BDA00025441791200000515
ug,t,vg,t,wg,t,δg,s,t。
进一步的，所述市场出清目标函数需满足约束：
需求约束：
Figure BDA00025441791200000516
Figure BDA0002544179120000061
Figure BDA0002544179120000062
Figure BDA0002544179120000063
Figure BDA0002544179120000064
其中，Dt是负荷需求，
Figure BDA0002544179120000065
是二次上备用需求，
Figure BDA0002544179120000066
是二次下备用需求，
Figure BDA0002544179120000067
是在线三次上备用需求；
机组状态变量、启动状态变量和关闭状态变量约束：
Figure BDA0002544179120000068
机组最小启停时间约束：
Figure BDA0002544179120000069
Figure BDA00025441791200000610
其中，TUg和TDg是指的最小开、关机时间；
启动类型约束：
Figure BDA00025441791200000611
Figure BDA00025441791200000612
其中，Sg是启动时段，
Figure BDA00025441791200000613
是启动段时间间隔第s+1段，T是指研究总时段，
Figure BDA00025441791200000614
是启动段时间间隔第s段，δg,s,t是二进制变量，如果机组开机或者已经处于开机运行状态则为1，否则为0；
总功率输出约束：
Figure BDA00025441791200000615
其中，
Figure BDA00025441791200000616
是开机持续时间，
Figure BDA00025441791200000617
是开机爬坡过程的第i个间隔开始时的输出功率，
Figure BDA00025441791200000618
是停机爬坡过程第i个间隔开始时的输出功率，
Figure BDA00025441791200000619
是停机持续时间加1h；
电量调度约束：
Figure BDA0002544179120000071
爬坡约束：
Figure BDA0002544179120000072
其中，
Figure BDA0002544179120000073
是以1h为时间间隔的向上爬坡和向下爬坡。
本发明的有益效果为：
本发明电量调度建模为分段线性函数，并且将不同容量的爬坡约束应用到分段线性功率曲线上，克服了传统调度机组的发电量建模为一个阶梯函数，无法有效处理机组调度的灵活性，且违反了机组爬坡约束的问题。
附图说明
图1是本发明中二次备用、功率曲线和爬坡之间的关系图。
图2是本发明中上备用、功率曲线和爬坡之间的关系。
图3是本发明中机组运行状态和启停功率曲线图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本发明提供一种基于机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清方法，包括以下步骤：
步骤一、获取初始数据：
获取考虑开机和关机功率轨迹的电力系统机组数据和电网机组调度中心得出的电力系统未来24小时负荷需求数据。为了简单起见，假设所有机组分别以其能源可变成本的20％、10％和40％提供二级、三级和离线三级储备。
本发明将备用类型分为二次上备用，二次下备用，在线三次上备用，在线三次下备用，离线三次上备用，离线三次下备用。
二次备用是指在线机组为响应AGC，在负荷突变大/小，必须在15分钟内提供给负荷需求的备用。三次备用是指由系统独立运行商激活，必须在30分钟内提供。三次备用是用于产生二次备用或防止激活二次备用。
二次备用与三次备用在同一个调度当中可以选择其中一个备用或者同时选择两个备用参与进去。
步骤二、机组运行过程中基于爬坡调度方法的爬坡容量约束和功率容量约束：
2A、爬坡容量约束：在计划输出功率的基础上，电力系统机组在15分钟内增加的功率量是二次上备用，电力系统机组在15分钟内减少的功率量是二次下备用。
如图1所示，EB段表示的是二次上备用，即高于计划输出功率B的功率量，BF段表示的是二次下备用，即低于计划输出功率B的功率量，以下约束保证了机组具有爬坡容量提供二次上备用(EB)和二次下备用(BF)：
Figure BDA0002544179120000081
Figure BDA0002544179120000082
其中，pg,t表示机组g在t时刻功率，pg,t-1表示机组g在t-1时刻功率，
Figure BDA0002544179120000083
表示机组g二次上备用，
Figure BDA0002544179120000084
表示向上爬坡时机组g的15分钟爬坡容量，
Figure BDA0002544179120000085
表示机组g二次下备用，
Figure BDA0002544179120000086
表示向下爬坡时机组g的15分钟爬坡容量。
结合图1，约束公式(1)表示当机组向上爬坡时，计划功率曲线(BA)与二次上备用(EB)之和表示机组15分钟的爬坡量，其和不能超过机组的15分钟爬坡容量。约束公式(1)表示当机组向下爬坡时，计划功率曲线(AB)与二次下备用(BF)之和表示机组15分钟的爬坡量，其和不能超过机组的15分钟爬坡容量。
如图1所示，由于功率曲线小时时间段内呈线性，功率曲线在15分钟内产生的爬坡偏移量是1小时产生的爬坡偏移量的四分之一。
机组1小时的可用备用量直接取决于机组在这1小时的功率曲线。例如，计划功率减小，则机组的二次上(下)备用增加(减少)。在图1中，二次上备用(EB)甚至大于15分钟的爬坡速率极限。2B、功率容量约束：机组的备用(图1中颜色较浅的灰色区域)不能超过时刻末(时间间隔末尾的点，与下一时刻开始首点相重合)的容量约束：
Figure BDA0002544179120000087
Figure BDA0002544179120000088
其中，P g表示机组g的最小输出功率，
Figure BDA0002544179120000089
表示机组出力上限，ug,t是二进制变量，当机组出力大于出力下限Pg 该变量为1，否则为0，wg,t+1是二进制变量，当机组关闭时为1，否则为0。
约束(3)确保了机组g最小输出功率P g等于启动(关闭)功率曲线结束(开始)的瞬时功率，从而使高于P g部分的功率曲线与启动(关闭)功率曲线相连接。这在图3中可以观察到，式(3)使得pg,t在4时刻和9时刻结束时取值为0(pg,4＝0，pg,9＝0)，这分别是机组上状态的开始和结束时的临界。
当机组向上(下)爬坡时，在15分钟时机组输出功率可能大于(小于)其最大(最小)输出功率，如图1中的E(F)点，约束(5)和约束(6)可以解决该问题。
Figure BDA0002544179120000091
Figure BDA0002544179120000092
步骤三、慢启动机组过程中调用二次备用与三次备用需满足的爬坡容量约束和功率容量约束：
3A、爬坡容量约束：二次备用和三次备用的同时调度不能超过机组的爬坡容量约束，以下约束确保机组在其30分钟的爬坡容量极限内运行：
Figure BDA0002544179120000093
Figure BDA0002544179120000094
其中，
Figure BDA0002544179120000095
表示机组g三次上备用，RUg 30'表示向上爬坡时机组g的30分钟爬坡容量；
Figure BDA0002544179120000096
表示机组g三次下备用，
Figure BDA0002544179120000097
表示向下爬坡时机组g的30分钟爬坡容量；
机组在其15分钟的爬坡容量极限内运行的约束如下：
Figure BDA0002544179120000098
Figure BDA0002544179120000101
如图2所示，约束公式(7)表示，向上爬坡时计划功率曲线与三次上备用之和表示机组30分钟的爬坡量，其和不能超过机组的30分钟爬坡容量。约束公式(9)表示，向上爬坡时计划功率曲线、三次上备用产生的15分钟爬坡量与二次上备用表示机组15分钟的爬坡量，其和不能超过机组的15分钟爬坡容量。
3B、功率容量约束：以下约束确保了时刻末机组的备用满足功率容量约束：
Figure BDA0002544179120000102
Figure BDA0002544179120000103
约束(11)-(12)表示的是时刻末机组的功率容量约束，不能确保机组在时隙中的其余时刻也都满足功率容量约束。在图2中，当机组向下爬坡时，点O和点E都可能超过最大功率极限，O点表示30min后机组功率与二次上备用和三次上备用的和；E点表示15min后机组功率与二次上备用和三次上备用的和。约束(13)-(14)确保了点O和点E都在最大功率极限之下：
Figure BDA0002544179120000104
Figure BDA0002544179120000105
类似地，约束(15)-(16)保证了机组输出功率总是大于其最小功率极限：
Figure BDA0002544179120000106
Figure BDA0002544179120000107
除了使机组的电量和备用满足约束外，还需使得电量和备用满足竞标极限约束：
Figure BDA0002544179120000108
Figure BDA0002544179120000109
其中，电量竞标Egt应大于或等于P g，
Figure BDA00025441791200001010
是类型k的备用，有二次上(下)备用和三次上(下)在线(离线)备用之分，
Figure BDA0002544179120000111
是类型k备用的竞标量，eg,t是计划出力量(不包含开机过程和关机过程的出力)。
步骤四、快启动机组过程中调用二次备用和三次备用需满足的约束：
约束(19)表示了快启动机组的总功率输出：
Figure BDA0002544179120000112
其中，
Figure BDA0002544179120000113
表示快启动机组g的总功率输出。
离线上三次备用和离线下三次备用：
由于最小输出功率P g，调度的离线上三次备用必须大于P g和小于快启动机组30分钟的功率量，如约束(20)所示；对于离线备用(非旋转备用)的建模往往忽略了技术特征P g。相似地，离线下备用必须在P g和快关闭机组30分钟的功率量之间，如约束(21)所示：
Figure BDA0002544179120000114
Figure BDA0002544179120000115
其中，
Figure BDA0002544179120000116
为30分钟快启动开机容量，
Figure BDA0002544179120000117
为30分钟快启动关机容量，
Figure BDA0002544179120000118
是二进制变量，如果提供向上离线三级储备，等于1，否则为0。
约束(22)确保了机组在下状态但不是停机状态下可提供离线上备用，约束(23)确保了机组在上状态但不是开机状态下可提供离线下备用：
Figure BDA0002544179120000119
Figure BDA00025441791200001110
两个二元变量被用来表示离线三次备用的约束，其中一个二元变量通过ug,t确定。ug,t＝0，则
Figure BDA00025441791200001111
ug,t＝1，则
Figure BDA00025441791200001112
容量约束：在时隙内需要以小于30分钟关机爬坡容量运行，机组才能提供离线下备用，约束(24)表示了机组在t时刻开始时的上限约束，约束(25)表示了机组在时刻结束时的上限约束：
Figure BDA00025441791200001113
Figure BDA00025441791200001114
其中，
Figure BDA0002544179120000121
是每小时快启动开机容量，vg,t是二进制变量，如果机组开机则是1，否则是0，
Figure BDA0002544179120000122
是每小时快启动关机容量。
约束(26)给出了在30分钟时的爬坡容量约束，约束(27)给出了在15分钟时的爬坡容量约束：
Figure BDA0002544179120000123
Figure BDA0002544179120000124
总输出功率必须大于下备用的总和，由约束(28)和约束(29)表示：
Figure BDA0002544179120000125
Figure BDA0002544179120000126
其中，
Figure BDA0002544179120000127
是机组g离线三次下备用。
约束(30)给出了在30分钟时的功率约束，约束(31)给出了在15分钟时的功率约束：
Figure BDA0002544179120000128
Figure BDA0002544179120000129
步骤五、计算效率：
二元变量的个数是MIP(混合整数规划)模型复杂程度的一个弱指标，变量vg,t,wg,t,δg,s,t可以被定义为连续的，本模型可以强制使其取二元变量定值。将这些变量定义为二元变量不会增加模型计算复杂性，同时使MIP求解器更好发挥性能。
唯一的二元变量是慢启动机组的ug,t。一方面，快启动机组需要两个额外的二元变量
Figure BDA00025441791200001210
但是它们中的一个总是通过ug,t来确定。
步骤六、建立目标函数：
市场出清的目标是以最小的成本获取电量和备用：
Figure BDA00025441791200001211
其中，G是发电机组数量，T是时间间隔，有1h，15min以及30min三种，K是备用类型，有二次上(下)备用，三次在线(离线)上(下)备用6种，
Figure BDA0002544179120000131
备用类型k的成本，为已知量，
Figure BDA0002544179120000132
是备用类型k的备用出力(MW)，
Figure BDA0002544179120000133
是开机成本，为已知量，δg,s,t开机类型s是否开机或关机，1是开机0关机，
Figure BDA0002544179120000134
关机成本，为已知量，
Figure BDA0002544179120000135
空载成本，为已知量，
Figure BDA0002544179120000136
线性可变生产成本，为已知量。
需要注意的是，开机成本
Figure BDA0002544179120000137
由两种不同操作所消耗的电量产生：首先，使火电机组处于在线状态所需要的电量，这一过程没有任何发电功率输出；其次，机组启动过程中提供给电力系统的电量所产生的成本，该过程一直持续到机组达到其最小输出功率，即机组处于上状态。使得机组处于在线状态和机组开机持续过程所消耗电量而产生的成本，取决于机组停机时间。类似地，关机成本
Figure BDA0002544179120000138
包括机组停机过程向系统提供电量而产生的成本。
过MIP求解器(混合整数规划)求解上述目标函数，得出
Figure BDA0002544179120000139
δg,s,t，wg,t，ug,t，eg,t，进而得到
Figure BDA00025441791200001310
进一步，目标函数需满足的约束条件如下：
6A)系统需求：电力系统对需求和备用的需求如下：
Figure BDA00025441791200001311
Figure BDA00025441791200001312
Figure BDA00025441791200001313
Figure BDA00025441791200001314
Figure BDA00025441791200001315
其中，
Figure BDA00025441791200001316
是总的计划出力(包括开机过程和关机过程出力)，Dt是负荷需求，
Figure BDA00025441791200001317
是二次上备用需求，
Figure BDA00025441791200001318
是二次下备用需求，
Figure BDA00025441791200001319
是三次在线上备用需求。
式(32)表示的是t时刻的供需平衡，通过满足每个小时开始时和结束时的电力需求，并考虑需求和发电的分段线性功率曲线，可以自动满足整个小时的电量平衡。约束(33)和约束(34)表示了二次上备用和二次下备用的供给量。约束(35)和约束(36)表示三次备用需求满足的约束。
6B)机组组合逻辑和最小启停时间：
式(37)给出了机组状态变量、启动状态变量和关闭状态变量之间的关系；约束公式(38)和约束公式(39)确保了机组的最小启停时间：
Figure BDA0002544179120000141
Figure BDA0002544179120000142
Figure BDA0002544179120000143
其中，TUg和TDg是指的最小开、关机时间。
最小启停时间约束保证了一个机组不能同时启动或关闭；
由式(38)和式(39)分别得到不等式vg,t≤ug,t和ug,t≤1-wg,t；
由这两个不等式得到vg,t+wg,t≤1。
6C)启动类型的选择：通过下式决定机组启动类型：
Figure BDA0002544179120000144
Figure BDA0002544179120000145
其中，Sg是启动时段，
Figure BDA0002544179120000146
是启动段时间间隔第s+1段，T是指研究总共的时刻为T，
Figure BDA0002544179120000147
是启动段时间间隔第s段，δg,s,t是二进制变量，如果机组开机或者已经处于开机运行状态则为1，否则为0。约束(40)规定了如果机组在
Figure BDA0002544179120000148
之前处于下状态，则启动段s可以被选择(δg,s,t≤1)。约束(41)强制使已经启动的机组选择唯一的启动类型。
变量δg,s,t取值为二元变量，这是由于启动成本建模的特性，式(40)的定义不包含第一个小时。
6D)总功率输出：虽然所有机组的技术约束都应用了输出变量pg,t(pg,t为高于P g部分的发电量)。慢启动机组的包含启停功率曲线的总功率输出由下式取得：
Figure BDA0002544179120000151
其中，
Figure BDA0002544179120000152
是开机持续时间，
Figure BDA0002544179120000153
是开机爬坡过程的第i个间隔开始时的输出功率，
Figure BDA0002544179120000154
是停机爬坡过程第i个间隔开始时的输出功率，
Figure BDA0002544179120000155
是停机持续时间加1h。
为了更好地理解这个约束，分析图3中的功率轨迹示例是如何从公式(42)中的三个不同部分获得的。
图3中，
Figure BDA0002544179120000156
指的是机组在开机类型s下启动过程中4个启动时段的输出功率；
Figure BDA0002544179120000157
是开机类型s下启动过程的持续时间；
Figure BDA0002544179120000158
是机组在关机类型s下关机过程中3个时段的输出功率，SDD是关机类型s下关机过程的持续时间。
表1对图3对应的时间间隔进行详细说明，三个量从上往下代表的是：
ug,t是二元变量，机组出力是否大于
Figure BDA0002544179120000159
如果大于则为1，否则为0。
vg,t是二元变量，取值1时表示机组启动，否则取值0。
wg,t是二元变量，取值1时表示机组停机，否则取值0。
表1二元变量取值说明
时刻[h] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
u<sub>t</sub> 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1
v<sub>t</sub> 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
w<sub>t</sub> 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0
机组处于上状态的输出：尽管机组在5个连续时段内处于上状态，产生了6个总功率发电量值，从
Figure BDA00025441791200001510
到
Figure BDA00025441791200001511
远大于或等于P g。当t＝4时，vg,t+1取值vg,5，确保了P g处于上状态的开始时刻。在t＝5...9时，ugt使得高于P g部分的发电输出增加。额外地，pg,t增加了高于P g部分的发电输出量。
机组关闭功率曲线：这个过程持续2小时，
Figure BDA00025441791200001512
从而，总和项取值
Figure BDA00025441791200001513
t＝10时其等于
Figure BDA0002544179120000161
t＝11时其等于
Figure BDA0002544179120000162
t取其他值时其等于0。这表示了机组启动过程的功率曲线。
6E)电量调度：机组在上状态时，发电量遵循小时分段线性功率曲线：
Figure BDA0002544179120000163
该电量用于目标函数中机组上状态时发电生产成本。机组启停过程中产生的电量通过启停成本来表示。在模型的优化问题求解后，可以通过
Figure BDA0002544179120000164
计算出调度的总发电电量。
6F)爬坡约束：机组常规爬坡约束如下：
Figure BDA0002544179120000165
其中，
Figure BDA0002544179120000166
是以1h为时间间隔的向上爬坡和向下爬坡。
实施例
将本发明所提出的基于斜坡的调度公式(标记为PropRmpSch)和传统的楼梯能量(标记为ConvlEnSch)用于表2中10机组系统的优化调度，以提供电力需求曲线。所得到的优化结果见表3所示。
表2电力系统机组的运行参数
Figure BDA0002544179120000167
Figure BDA0002544179120000171
表3 PropRmpSch和ConvlEnSch两者的最优解
Figure BDA0002544179120000172
表4 PropRmpSch和ConvlEnSch两者总成本的比较
Figure BDA0002544179120000181
表4显示了最优调度成本的比较，其中ConvlEnSch表示最高的调度成本。这可以解释如下：虽然PropRmpSch和ConvlEnSch都考虑了在SU和SD过程中产生的本征能量的成本，ConvlEnSch不包括调度阶段的这种能量。因此，ConvlEnSch不能容纳SU和S功率轨迹，这有助于满足需求(能量和斜坡)。
简而言之，传统的能源调度方法并不能保证有足够的资源来满足预期的功率分布。此外，ConvlEnSch甚至不能保证其所产生的能量剖面的可行能量传递。因此，ConvlEnSch需要实时的临时操作才能处理这些问题，保持供求平衡。然而，ProPRmpSch通过充分的资源调度来克服这些问题。
本发明提出的基于UC的市场出清模型，与常规UC模型相比：首先，电量调度计划可行；其次，运行备用(二次备用，在线三次备用，离线三次备用)可以在给定需求时间下被调度，并且满足机组的爬坡容量约束和功率容量约束。此外，本模型考虑了通常被忽略的启停过程中的功率曲线，并对它们进行优化调度，这有助于供需平衡。该模型在10机组系统和100机组系统上进行了测试，与常规UC模型相比，计算性能更好。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种基于机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清方法，其特征在于，包括：
确定机组的二次、三次和离线三次备用；
确定机组运行过程中需满足的爬坡容量约束和功率容量约束；
确定慢启动机组过程中调用二次备用和三次备用需满足的爬坡容量约束和功率容量约束；
确定快启动机组过程中调用二次备用和三次备用需满足的约束；
建立满足上述约束下的市场出清目标函数；所述市场出清目标函数以最小的成本获取能量和备用；
求解所述市场出清目标函数，得到机组能量和备用调度计划。
2.根据权利要求1所述的一种基于机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清方法，其特征在于，设定所有机组分别以其能源可变成本的20％、10％和40％提供二次、三次和离线三次备用；
所述二次备用是指在线机组为响应AGC，在负荷突变大/小，必须在15分钟内提供给负荷需求的备用；
所述三次备用是指由系统独立运行商激活，必须在30分钟内提供。
所述二次备用包括二次上备用和二次下备用；
所述三次备用包括在线三次上备用，在线三次下备用，离线三次上备用和离线三次下备用。
3.根据权利要求2所述的一种基于机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清方法，其特征在于，所述确定机组运行过程中需满足的爬坡容量约束和功率容量约束，包括：
机组具有爬坡容量提供二次上备用和二次下备用：
Figure FDA0002544179110000011
Figure FDA0002544179110000012
其中，pg,t表示机组g在t时刻功率，t以小时为采样间隔，pg,t-1表示机组g在t-1时刻功率，
Figure FDA0002544179110000013
表示机组g二次上备用，
Figure FDA0002544179110000014
表示向上爬坡时机组g的15分钟爬坡容量，
Figure FDA0002544179110000015
表示机组g二次下备用，
Figure FDA0002544179110000016
表示向下爬坡时机组g的15分钟爬坡容量；
时刻末机组需满足功率容量约束：
Figure FDA0002544179110000017
Figure FDA0002544179110000018
其中，P g表示机组g的最小输出功率，
Figure FDA0002544179110000019
表示机组出力上限，ug,t是二进制变量，当机组出力大于出力下限Pg 该变量为1，否则为0，wg,t+1是二进制变量，当机组关闭时为1，否则为0；
机组爬坡时需满足功率容量约束：
Figure FDA0002544179110000021
Figure FDA0002544179110000022
4.根据权利要求3所述的一种基于机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清方法，其特征在于，所述确定慢启动机组过程中调用二次备用和三次备用需满足的爬坡容量约束和功率容量约束，包括：机组在30分钟的爬坡容量极限内运行，需满足：
Figure FDA0002544179110000023
Figure FDA0002544179110000024
其中，
Figure FDA0002544179110000025
表示机组g三次上备用，
Figure FDA0002544179110000026
表示向上爬坡时机组g的30分钟爬坡容量；
Figure FDA0002544179110000027
表示机组g三次下备用，
Figure FDA0002544179110000028
表示向下爬坡时机组g的30分钟爬坡容量；
机组在15分钟的爬坡容量极限内运行，需满足：
Figure FDA0002544179110000029
Figure FDA00025441791100000210
时刻末机组需满足功率容量约束：
Figure FDA00025441791100000211
Figure FDA00025441791100000212
机组向下爬坡时需满足功率极限约束：
Figure FDA00025441791100000213
Figure FDA00025441791100000214
机组输出功率满足功率极限约束：
Figure FDA00025441791100000215
Figure FDA0002544179110000031
还需满足：
Figure FDA0002544179110000032
Figure FDA0002544179110000033
其中，Egt为电量竞标，
Figure FDA0002544179110000034
是类型k的备用，
Figure FDA0002544179110000035
是类型k备用的竞标量，eg,t是计划出力量。
5.根据权利要求4所述的一种基于机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清方法，其特征在于，所述确定快启动机组过程中调用二次备用和三次备用需满足的约束，包括：
快启动机组的总功率输出需满足：
Figure FDA0002544179110000036
其中，
Figure FDA0002544179110000037
表示快启动机组g的总功率输出；
调度的离线三次上备用需满足功率约束：
Figure FDA0002544179110000038
调度的离线三次下备用需满足功率约束：
Figure FDA0002544179110000039
其中，
Figure FDA00025441791100000310
为30分钟快启动开机容量，
Figure FDA00025441791100000311
为30分钟快启动关机容量，
Figure FDA00025441791100000312
是二进制变量，如果提供离线三次上备用，等于1，否则为0；
机组在下状态但不是停机状态下能够提供离线三次上备用，需满足：
Figure FDA00025441791100000313
机组在上状态但不是开机状态下能够提供离线三次下备用，需满足：
Figure FDA00025441791100000314
ug,t＝0，则
Figure FDA00025441791100000315
ug,t＝1，则
Figure FDA00025441791100000316
机组能够提供离线三次下备用需满足的爬坡容量约束：
Figure FDA00025441791100000317
Figure FDA0002544179110000041
机组30分钟时的爬坡容量约束：
Figure FDA0002544179110000042
机组15分钟时的爬坡容量约束：
Figure FDA0002544179110000043
总输出功率需满足的功率容量约束：
Figure FDA0002544179110000044
Figure FDA0002544179110000045
机组30分钟时的功率容量约束：
Figure FDA0002544179110000046
机组15分钟时的功率容量约束：
Figure FDA0002544179110000047
其中，
Figure FDA0002544179110000048
是机组g离线三次下备用。
6.根据权利要求5所述的一种基于机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清方法，其特征在于，所述建立满足上述约束下的市场出清目标函数，包括：
Figure FDA0002544179110000049
其中，G是发电机组数量，T是时间间隔，有1h，15min以及30min三种，K是备用类型，有二次上、下备用，在线三次上、下备用，离线三次上、下备用6种，
Figure FDA00025441791100000410
备用类型k的成本，
Figure FDA00025441791100000411
是备用类型k的备用出力，
Figure FDA00025441791100000412
是开机成本，δg,s,t开机类型s是否开机或关机，1是开机0关机，
Figure FDA00025441791100000413
关机成本，
Figure FDA00025441791100000414
空载成本，
Figure FDA00025441791100000415
线性可变生产成本。
7.根据权利要求6所述的一种基于机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清方法，其特征在于，所述求解所述市场出清目标函数，得到机组能量和备用调度计划，包括：
过MIP求解器求解所述市场出清目标函数，得出eg,t,pg,t,
Figure FDA0002544179110000051
ug,t,vg,t,wg,t,δg,s,t。
8.根据权利要求6所述的一种基于机组爬坡特性的能量和备用联合市场出清方法，其特征在于，所述市场出清目标函数需满足约束：
需求约束：
Figure FDA0002544179110000052
Figure FDA0002544179110000053
Figure FDA0002544179110000054
Figure FDA0002544179110000055
Figure FDA0002544179110000056
其中，Dt是负荷需求，
Figure FDA0002544179110000057
是二次上备用需求，
Figure FDA0002544179110000058
是二次下备用需求，
Figure FDA0002544179110000059
是在线三次上备用需求；
机组状态变量、启动状态变量和关闭状态变量约束：
Figure FDA00025441791100000510
机组最小启停时间约束：
Figure FDA00025441791100000511
Figure FDA00025441791100000512
其中，TUg和TDg是指的最小开、关机时间；
启动类型约束：
Figure FDA00025441791100000513
Figure FDA00025441791100000514
其中，Sg是启动时段，
Figure FDA00025441791100000515
是启动段时间间隔第s+1段，T是指研究总时段，
Figure FDA00025441791100000516
是启动段时间间隔第s段，δg,s,t是二进制变量，如果机组开机或者已经处于开机运行状态则为1，否则为0；
总功率输出约束：
Figure FDA0002544179110000061
其中，
Figure FDA0002544179110000062
是开机持续时间，
Figure FDA0002544179110000063
是开机爬坡过程的第i个间隔开始时的输出功率，
Figure FDA0002544179110000064
是停机爬坡过程第i个间隔开始时的输出功率，
Figure FDA0002544179110000065
是停机持续时间加1h；
电量调度约束：
Figure FDA0002544179110000066
爬坡约束：
Figure FDA0002544179110000067
其中，
Figure FDA0002544179110000068
是以1h为时间间隔的向上爬坡和向下爬坡。
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