CN111832824A - 电力调频市场交易出清及结算方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力调频市场交易出清及结算方法、装置及系统，包括基于各市场主体申报的调频信息，调频容量需求和调频里程需求，对调频辅助服务、电能量及备用辅助服务进行优化得到日前调频计划；基于日前调频计划，日前调频计划中参与调频的市场主体滚动更新的调频信息，对调频辅助服务进行出清得到滚动调频计划；对电能量和备用辅助服务进行出清，根据实时市场需求、滚动调频计划中参与调频的市场主体滚动更新的调频信息，对调频辅助服务进行出清得到实时调频计划；基于实时调频计划结算调频收益。本发明引入滚动调频，能够使调度机构对日前调频计划作适当调整，生成滚动调频计划，基于滚动调频计划获得实时调频计划，能够增加电网的安全稳定。
Description
技术领域
本发明属于电力市场调频辅助服务技术领域，具体涉及一种电力调频市场交易出清及结算方法、装置及系统。
背景技术
在新一轮电改快速推进的形势下，调频辅助服务建设已经是重中之重。“两个细则”下的计划补偿机制已不能适应电力市场发展要求，亟需建立辅助服务市场化交易机制和用户侧分担机制，积极引导和鼓励发电企业及电力用户参与辅助服务市场。
随着集中式风电、光伏等新能源的迅猛发展，使得电力系统的电源结构和网架结构发生重大变化，不利于电网的管理和安全稳定运行。高比例新能源并网，势必会挤压传统机组的发电空间，且其波动性、间歇性和难以准确预测的特点使得电网对调频的需求大幅增加，如果仅依靠火电调频，不仅无法满足电网调频需求，还会增加自身成本。现行的辅助服务计划补偿模式和力度已难以满足电网实际运行需求，需要通过市场化手段来解决电力系统调频能力和调节手段不足的问题。
因此，急需考虑风光水火储等多类型集中式电源参与调频市场，给出相应的交易出清及结算方法，促使风电、光伏等电源积极参与调频，缓解电网调频压力。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种电力调频市场交易出清及结算方法、装置及系统，引入滚动调频，能够使调度机构对日前调频计划作适当调整，生成滚动调频计划，基于滚动调频计划获得实时调频计划，能够增加电网的安全稳定。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种电力调频市场交易出清及结算方法，其特征在于，包括：
基于各市场主体申报的调频信息，以及调度机构发布的调频容量需求和调频里程需求，对调频辅助服务、电能量及备用辅助服务进行联合优化，得到日前调频计划；
基于所述日前调频计划，以及日前调频计划中包含的参与调频的市场主体滚动更新的第一调频信息，以调频费用最小为目标，对调频辅助服务进行出清，得到滚动调频计划；
对电能量和备用辅助服务进行出清，并根据实时市场需求，以及滚动调频计划中包含的参与调频的市场主体滚动更新的第二调频信息，以调频费用最小为目标，对调频辅助服务进行出清，得到实时调频计划；
基于获得的实时调频计划及各调频机组的实际调频情况，结算调频收益。
可选地，各市场主体申报的调频信息包括愿意提供调频服务的时段，以及各时段愿意提供的调频容量、调频容量价格、调频里程和调频里程价格；
所述日前调频计划的获取方法包括：
根据各市场主体的机会成本和调频性能指标，对各市场主体申报的调频容量价格和调频里程价格进行调整；
基于所述愿意提供调频服务的时段，各时段愿意提供的调频容量和调频里程，调整后的调频容量价格和调频里程价格，以及调度机构发布的调频容量需求和调频里程需求，利用日前市场出清模型对调频辅助服务、电能量及备用辅助服务进行联合优化，获得日前调频计划，所述日前调频计划包括各日前调度时段的机组组合、参与调频的市场主体、调频主体中标的调频容量值和调频里程值。
可选地，调整后的调频容量价格的计算公式为：
式中：ρc,i为市场主体i调整后的调频容量报价，
为市场主体i原始的调频容量报价；
为市场主体i的机会成本；
调整后的调频里程价格的计算公式为：
式中：ρmi为市场主体i调整后调频里程报价，
为市场主体i原始的调频里程报价，Ki为市场主体i归一化后调频性能指标，k′i为市场主体i原始的调频性能指标；k′max为所有市场主体指标中的最大值。
可选地，所述日前市场出清模型包括日前市场目标函数和日前市场约束条件；
式中：T1为日前市场中的总时段数；t为日前市场中的调度时段；Φ为所有参与日前市场报价的多类型电源的集合{W、P、H、TH、ES}，集合中W、P、H、TH、ES分别表示风电、光伏、水电、火电和储能电站；
为其中的某一种类型电源；
为某一类型电源的总数；
表示
类型电源中机组i在日前调度时段t内提供调频服务的状态变量，为1表示提供，为0表示不提供；
和
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t原始的上、下调频容量报价和调整后的上、下调频里程报价；
和
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t中标的上、下调频容量值和上、下调频里程值；
和
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t的正、负旋转备用报价和中标的正、负旋转备用容量；
和
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t的非旋转备用报价和中标的非旋转备用容量；
和
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t的电能量报价和有功出力；Δt为日前市场单位调度时长；
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t的启、停成本；
所述日前市场约束条件包括：
系统有功功率平衡约束：
式中：PL,t为日前调度时段t的系统负荷；
分别为风电场j、光伏电站k、水电机组l、火电机组m在日前调度时段t的出力；
分别为储能电站n在日前调度时段t的充、放电功率；NW、NP、NH、NTH、NES分别为风电、光伏、水电、火电和储能电站的总数；
线路传输功率约束：
-Pline,i,max≤Pline,i,t≤Pline,i,max
式中：Pline,i,t为第i条线路在日前调度时段t的传输功率；Pline,i,max为第i条线路最大传输功率；
系统上、下调频容量约束：
式中：
分别为系统在日前调度时段t所需的上、下调频容量；
分别为水电l、火电m和储能电站n在日前调度时段t中标的上调频容量；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在日前调度时段t中标的下调频容量；
系统上、下调频里程约束：
式中：
分别为系统在日前调度时段t预估所需的上、下调频里程值，且
分别为系统历史上、下调频里程调用系数，表示系统单位调频容量所需调用的调频里程值；
分别为水电l、火电m和储能电站n在日前调度时段t中标的上调频里程值；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在日前调度时段t中标的下调频里程值；
备用约束：
式中：
分别为机组i的最大上、下爬坡功率限值；
分别为机组i在时段t+1的最大、最小出力；RSP+,t、RSP-,t、RRnsp,t分别为系统在日前调度时段t所需的正、负旋转备用容量和非旋转备用容量；
风电场下调频容量约束：
式中：
分别为风电场j在日前调度时段t申报的下调频容量和中标的负旋转备用容量；
风电场下调频里程约束：
式中：
为风电场j的历史下调频里程调用系数；
表示风电场j在日前调度时段t可能被调用的下调频里程值；
光伏电站下调频容量约束：
式中：
分别为光伏电站k在日前调度时段t申报的下调频容量和中标的负旋转备用容量；
光伏电站下调频里程约束：
式中：
为光伏电站k的历史下调频里程调用系数；
水电机组上、下调频容量约束：
式中：
分别为水电机组l在日前调度时段t的最大、最小出力；
分别为水电机组l在日前调度时段t申报的上、下调频容量和中标的正、负旋转备用容量；
水电机组上、下调频里程约束：
式中：
分别为水电机组l的历史上、下调频里程调用系数；
火电机组上、下调频容量约束：
式中：
分别为火电机组m的出力上、下限；
分别为火电机组m在日前调度时段t申报的上、下调频容量和中标的正、负旋转备用容量；
火电机组上、下调频里程约束：
式中：
分别为火电机组m的历史上、下调频里程调用系数；
电池储能电站充放电状态约束：
uch,n,t+udis,n,t≤1
式中：uch,n,t、udis,n,t为0-1变量，分别为储能电站n在日前调度时段t的充电、放电标志；
电池储能电站功率约束：
式中：
分别为t时刻储能电站n的充、放电功率；
分别为其充、放电最大功率；
电池储能电站上、下调频容量约束：
式中：
分别为储能电站n在日前调度时段t中标的上、下调频容量；
分别为储能电站n在日前调度时段t申报的上、下调频容量和中标的正、负旋转备用容量；
电池储能电站上、下调频里程约束：
式中：
为储能电站n的历史上、下调频里程调用系数；
电池储能电站荷电状态约束：
0.2≤SOCn,t≤0.8
式中：SOCn,t、SOCn,t-1分别为储能电站n在时段t和t-1的荷电状态，取值范围为[0,1]，为1表示电池完全充满，SOC处于20％～80％之间时调频性能较好；
为储能电站n的最大容量；
各电源容量约束：
对于承担调频辅助服务或备用辅助服务的机组，其出力与上调频容量、正旋转备用容量之和需满足其出力上限，其出力与下调频容量、负旋转备用容量之差需满足其出力下限：
式中：
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t的最大、最小出力；
各电源出力上下限约束：
式中：
为0-1变量，
分别表示
类型电源中机组i在日前调度时段t处于停机、启动状态；风电场、光伏电站和储能电站的最小出力为0；
各电源爬坡约束：
式中：
分别为
类型电源中机组i的爬坡、滑坡功率限值。
可选地，所述滚动调频计划的获得方法包括：
基于日前调频计划中包含的参与调频的市场主体滚动更新的第一调频信息，以及日前调频计划中的各时段机组组合，利用滚动调频市场出清模型，以调频费用最小为目标对调频辅助服务进行单独优化出清，得到滚动调频计划，所述滚动调频计划包括各滚动调度时段的参与调频的市场主体、调频主体中标的调频容量和调频里程值，其中，所述第一调频信息包括各市场主体愿意提供调频服务的时段，以及各时段愿意提供的调频容量和调频里程。
可选地，所述滚动调频市场出清模型包括滚动调频市场目标函数和滚动调频市场约束条件；
所述滚动调频市场目标函数为：
式中：T2为滚动调频市场中的总时段数；Φ为所有参与滚动调频市场的多类型电源的集合{W、P、H、TH、ES}，集合中W、P、H、TH、ES分别表示风电、光伏、水电、火电和储能电站；
为其中的某一种类型电源；
为某一类型电源的总数；
表示
类型电源中机组i在滚动调度时段t内提供调频服务的状态变量，为1表示提供，为0表示不提供；
分别为
类型电源中机组i在滚动调度时段t调整后的上、下调频容量报价和调整后的上、下调频里程报价；
和
分别为
类型电源中机组i在滚动调度时段t中标的上、下调频容量值和上、下调频里程值；
所述滚动调频市场约束条件包括：
系统上、下调频容量约束：
式中，
分别为系统在滚动调度时段t所需的上、下调频容量；
分别为水电l、火电m和储能电站n在滚动调度时段t中标的上调频容量；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在滚动调度时段t中标的下调频容量；
系统上、下调频里程约束：
式中：
分别为系统在滚动调度时段t预估所需的上、下调频里程值，且
分别为系统历史上、下调频里程调用系数，表示系统单位调频容量所需调用的调频里程值；
分别为水电l、火电m和储能电站n在滚动调度时段t中标的上调频里程值；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在滚动调度时段t中标的下调频里程值；
风电场下调频容量约束：
式中：
分别为风电场j在滚动调度时段t的出力和申报的下调频容量；
风电场下调频里程约束：
式中：
为风电场j的历史下调频里程调用系数；
表示风电场j在滚动调度时段t可能被调用的下调频里程值；
光伏电站下调频容量约束：
式中：
分别为光伏电站k在滚动调度时段t的出力和申报的下调频容量；
光伏电站下调频里程约束：
式中：
为光伏电站k的历史下调频里程调用系数；
水电机组上、下调频容量约束：
式中：
分别为水电机组l在滚动调度时段t的出力和最大、最小出力；
分别为水电机组l在滚动调度时段t申报的上、下调频容量；
水电机组上、下调频里程约束：
式中：
分别为水电机组l的历史上、下调频里程调用系数；
火电机组上、下调频容量约束：
式中：
分别为火电机组m的出力和出力上、下限；
分别为火电机组m在滚动调度时段t申报的上、下调频容量；
火电机组上、下调频里程约束：
式中：
分别为火电机组m的历史上、下调频里程调用系数；
电池储能电站充放电状态约束：
uch,n,t+udis,n,t≤1
式中：uch,n,t、udis,n,t为0-1变量，分别为储能电站n在滚动调度时段t的充电、放电标志；
电池储能电站功率约束：
式中：
分别为t时刻储能电站n的充、放电功率；
分别为其充、放电最大功率；
电池储能电站上、下调频容量约束：
式中：
分别为储能电站n在滚动调度时段t中标的上、下调频容量和申报的上、下调频容量；
分别为储能电站n在滚动调度时段t的充、放电功率；
电池储能电站上、下调频里程约束：
式中：
为储能电站n的历史上、下调频里程调用系数；
电池储能电站荷电状态约束：
0.2≤SOCn,t≤0.8
式中：SOCn,t、SOCn,t-1分别为储能电站n在时段t和t-1的荷电状态，取值范围为[0,1]，为1表示电池完全充满，SOC处于20％～80％之间时调频性能较好；
为储能电站n的最大容量；
各电源容量约束：
对于承担调频辅助服务或备用辅助服务的机组，其出力与上调频容量、正旋转备用容量之和需满足其出力上限，其出力与下调频容量、负旋转备用容量之差需满足其出力下限：
式中：
分别为
类型电源中机组i在滚动调度时段t的最大、最小出力；
各电源出力上下限约束：
式中：
为0-1变量，
分别表示
类型电源中机组i在滚动调度时段t处于停机、启动状态；风电场、光伏电站和储能电站的最小出力为0；
各电源爬坡约束：
式中：
分别为
类型电源中机组i的爬坡、滑坡功率限值；
其中，各类型电源在时段t的出力及中标的备用容量均为日前市场出清得到的计划。
可选地，所述实时调频计划的获得方法包括以下步骤：
对实时电能量和备用辅助服务进行出清；
基于出清结果，根据实时市场需求，以及滚动调频计划中包含的参与调频的市场主体滚动更新的第二调频信息，利用实时市场出清模型以调频费用最小为目标对调频辅助服务进行出清，其中，所述第二调频信息包括各市场主体愿意提供调频服务的时段，以及各时段愿意提供的调频容量和调频里程；
基于实时调频出清结果，得到实时调频计划，所述实时调频计划包括实时调度时段各调频市场主体的中标调频容量和中标调频里程值，以及边际容量价格和边际里程价格；
将所述实时调频计划发送至调度机构，供调度机构根据各调频市场主体实际执行的AGC指令确定其实际调频容量和实际调频里程值。
8.根据权利要求7所述的一种电力调频市场交易出清及结算方法，其特征在于：所述实时市场出清模型包括实时市场目标函数和实时市场约束条件；
所述实时市场目标函数为：
式中：
分别为
类型电源中机组i在实时调度时段调整后的上、下调频容量报价和调整后的上、下调频里程报价；
分别为
类型电源中机组i在实时调度时段中标的上、下调频容量值和上、下调频里程值；
所述实时市场约束条件包括：
系统上、下调频容量约束：
式中，
分别为系统在实时调度时段所需的上、下调频容量；
分别为水电l、火电m和储能电站n在实时调度时段中标的上调频容量；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在实时调度时段中标的下调频容量；
系统上、下调频里程约束：
式中：
分别为系统在实时调度时段预估所需的上、下调频里程值，且
分别为系统历史上、下调频里程调用系数，表示系统单位调频容量所需调用的调频里程值；
分别为水电l、火电m和储能电站n在实时调度时段中标的上调频里程值；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在实时调度时段中标的下调频里程值；
风电场下调频容量约束：
式中：
分别为风电场j在实时调度时段的出力和中标的负旋转备用容量；
为风电场j申报的下调频容量；
风电场下调频里程约束：
式中：
为风电场j的历史下调频里程调用系数；
表示风电场j可能被调用的下调频里程值；
光伏电站下调频容量约束：
式中：
分别为光伏电站k在实时调度时段的出力和中标的负旋转备用容量；
为光伏电站k申报的下调频容量；
光伏电站下调频里程约束：
式中：
为光伏电站k的历史下调频里程调用系数；
水电机组上、下调频容量约束：
式中：
分别为水电机组l在实时调度时段的出力和中标的正、负旋转备用容量；
分别为水电机组l的最大、最小出力；
分别为水电机组l申报的上、下调频容量；
水电机组上、下调频里程约束：
式中：
分别为水电机组l的历史上、下调频里程调用系数；
火电机组上、下调频容量约束：
式中：
分别为火电机组m在实时调度时段的出力和中标的正、负旋转备用容量；
分别为火电机组m的出力上、下限；
分别为火电机组m申报的上、下调频容量；
火电机组上、下调频里程约束：
式中：
分别为火电机组m的历史上、下调频里程调用系数；
电池储能电站充放电状态约束：
uch,n+udis,n≤1
式中：uch,n、udis,n为0-1变量，分别为储能电站n在实时调度时段的充电、放电标志；
电池储能电站功率约束：
式中：
分别为储能电站n的充、放电功率；
分别为其充、放电最大功率；
电池储能电站上、下调频容量约束：
式中：
分别为储能电站n在实时调度时段中标的上、下调频容量；
分别为储能电站n申报的上、下调频容量；
分别为储能电站n在实时调度时段的充、放电功率和中标的正、负旋转备用容量；
电池储能电站上、下调频里程约束：
式中：
为储能电站n的历史上、下调频里程调用系数；
电池储能电站荷电状态约束：
0.2≤SOCn≤0.8
式中：SOCn为储能电站n在实时调度时段的荷电状态；
各电源容量约束：
对于承担调频辅助服务或备用辅助服务的机组，其出力与上调频容量、正旋转备用容量之和需满足其出力上限，其出力与下调频容量、负旋转备用容量之差需满足其出力下限：
式中：
分别为
类型电源中机组i在实时调度时段的最大、最小出力；
各电源出力上下限约束：
式中：
为0-1变量，
分别表示
类型电源中机组i在实时调度时段处于停机、启动状态；风电场、光伏电站和储能电站的最小出力为0；
其中，各类型电源在实时调度时段的出力及中标的备用容量均为实时市场出清完电能量和备用辅助服务后得到的值。
可选地，所述调频收益按边际价格进行结算，并由发电侧和用户侧按一定比例共同分摊；
所述调频收益的计算公式为：
Ai＝Ac,i+Am,i＝ρ′cRc,i+ρ′mRm,i
式中：ρ′c、ρ′m分别为调频市场主体i在该调度周期的容量结算价格和里程结算价格；Rc,i、Rm,i分别为市场主体i在该调度时段的实际调频容量、实际调频里程值；Ai、Ac,i、Am,i分别为市场主体i在该调度周期的总调频收益、调频容量收益和调频里程收益，上、下调频收益的计算方法相同；
所述调频收益由发电侧和用户侧按以下公式进行分摊：
式中：FG,j、FL,j分别为发电商j和电力用户j的调频分摊费用；α为发电侧的分摊比例，可以根据市场发展程度和实际情况进行调整；F为总的调频分摊费用；QG,j、QL,j分别为发电商j的发电量和电力用户j的用电量；NG、NL分别为发电商和电力用户的总数。
第二方面，本发明提供了一种电力调频市场交易出清及结算装置，其特征在于包括：
日前调频计划计算单元，用于基于各市场主体申报的调频信息，以及调度机构发布的调频容量需求和调频里程需求，对调频辅助服务、电能量及备用辅助服务进行联合优化，得到日前调频计划；
滚动调频计划计算单元，用于基于所述日前调频计划，以及日前调频计划中包含的参与调频的市场主体滚动更新的第一调频信息，以调频费用最小为目标，对调频辅助服务进行出清，得到滚动调频计划；
实时调频计划计算单元，用于对电能量和备用辅助服务进行出清，并根据实时市场需求，以及滚动调频计划中包含的参与调频的市场主体滚动更新的第二调频信息，以调频费用最小为目标，对调频辅助服务进行出清，得到实时调频计划；
调频收益计算单元，用于基于获得的实时调频计划及各调频机组的实际调频情况，结算调频收益。
第三方面，本发明提供了一种电力调频市场交易出清及结算系统，包括：包括存储介质和处理器；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1-9中任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明引入了滚动调频，基于所述日前调频计划，以及日前调频计划中包含的参与调频的市场主体滚动更新的调频信息，以调频费用最小为目标，对调频辅助服务进行单独优化出清，得到滚动调频计划，有效应对系统各种预测偏差及非计划状况，滚动调频市场每小时运行一次，得到下一小时各调度时段的调频机组组合及各机组中标的调频容量，并得到下下个小时的调频计划，以便留作备案，能够增加电网的安全稳定。
(2)本发明为了考虑各机组的机会成本问题以及不同机组调频性能不同的问题，对机组申报的调频容量价格和调频里程价格进行调整，即将机会成本纳入调频容量报价中，而调频里程报价考虑调频性能指标，有利于衡量机组提供调频服务质量的好坏，并计算因预留调频容量而所损失的电能量市场竞价收益。
(3)本发明设计的调频市场主体除了火电厂外，还考虑了水电厂、集中式风电场、集中式光伏电站、储能电站等多类型电源，有利于提高电网的调频能力，满足电网调频需求。
(4)本发明设计的调频辅助服务交易标的考虑了调频容量和调频里程，并区分上调频和下调频。考虑调频里程能够更好的体现各主体的实际调频量和调频价值，而区分上、下调频是考虑风电场和光伏电站的出力特性，即通常运行在最大功率点，使其无法通过增加出力来参与上调频，只能通过降低出力的方法来参与下调频。
(5)为了调动市场主体参与调频的积极性，本文采用边际价格进行结算，并由发电侧和用户侧共同分摊调频费用。边际价格结算即以调度时段中被调用调频市场主体的容量(里程)价格的边际作为该调度时段的容量(里程)结算价格。调频费用由发电侧和用户侧按一定比例共同分摊是考虑到我国处于现货市场初期，这个比例可以根据市场发展程度和实际情况进行调整，待现货市场成熟后，再完全由用户侧进行分摊。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是电力调频市场交易出清及结算流程图；
图2是电力调频市场交易出清时序图；
图3是日前市场交易出清时序图；
图4是滚动调频市场交易出清时序图；
图5是实时市场交易出清时序图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
本发明提出了一种电力调频市场交易出清及结算方法，考虑了调频容量和调频里程两种交易标的，区分了上、下调频服务，并根据各调频市场主体的机会成本和调频性能指标分别对调频容量报价和调频里程报价进行调整；提出了日前市场联合竞价、滚动调频市场单独竞价、实时市场顺序竞价的交易出清机制(即先出清电能量和备用服务，再出清调频服务)，给出了相应的调频市场出清模型；采取了考虑机会成本的容量补偿和考虑调频性能指标的里程补偿的两部制补偿机制，并由发电侧和用户侧共同分摊调频费用。
下面根据图1所示的风光水火储多类型电源参与的调频市场交易出清及结算的流程图和图2所示的风光水火储多类型电源参与的调频市场交易出清时序图，对本发明的具体步骤进行详细的说明。
步骤1：日前市场每隔24h运行一次，调度机构根据风光水火储等市场主体申报的调频信息，对调频、电能量及备用进行联合优化，得到未来24h的日前调频计划，以确保出清结果既能满足电能和备用服务需求，又能有足够的在线调频机组和上下调频容量满足调频需求。日前市场的交易出清时序图如图3所示。
该步骤1包括如下内容：
步骤1-1：竞价日(D-1)11:00前，调度机构根据日前负荷预测曲线、日前新能源机组出力预测曲线及历史调频里程调用系数等信息，发布次日各日前调度时段(15min)的调频容量需求和调频里程需求等信息。
步骤1-2：竞价日14:00前，风光水火储等市场主体根据步骤1-1发布的信息，申报愿意提供调频服务的时段、各日前调度时段愿意提供的调频容量、调频容量价格、调频里程和调频里程价格等。
步骤1-3：竞价日17:00前，调度机构根据各调频市场主体的机会成本和调频性能指标分别对步骤1-2申报的调频容量价格和调频里程价格进行调整。
该步骤1-3包括如下内容：
步骤1-3-1：计算调频机会成本，即调频机组因预留调频容量而导致该部分容量无法参与电能量市场的竞价所损失的收益：
式中：
为忽略成本变化后简化的机会成本；pi为机组i日前或实时某个调度时段对应的节点边际电价；ei为机组i的运行成本；glmp,i为机组i在不参与调频时，根据日前或实时节点边际电价计算出的可中标出力；gr,i为机组i实际中标出力；tlo,i为机组i提供此次调频的时间。
在现货市场发展初期，可以允许机组在申报调频容量价格时考虑自身的机会成本。现货市场成熟后，可以根据实时出清得到的节点边际电价来计算机会成本。
步骤1-3-2：从调节速率指标k1、调节精度指标k2、响应时间指标k3三个方面，对调频机组每次响应AGC指令后的动作情况进行评价衡量，最后得出综合调频性能指标k。
调节速率指标k1是指机组响应AGC指令速率与标准调节速率之比：
式中：PE、PS与TE、TS分别为机组结束、开始响应AGC时的出力与时刻；v为机组某次响应AGC指令的调节速率；vN为标准调节速率，即所有调频机组调节速率绝对值的平均值。
调节精度指标k2是衡量机组响应AGC控制指令的精确程度：
式中：ΔP为机组实际出力值与AGC指令值的偏差量；ΔPN为调频机组调节允许误差(一般为1.5％PN)。
响应时间指机组接收到AGC指令，到其可靠跨出与调节方向一致的调节死区所用的时间。响应时间指标k3是衡量机组响应时间t与标准响应时间tN的程度：
其中：标准响应时间为所有调频机组响应时间的平均值。
综合调频性能指标k是三个指标的综合体现：
k＝α1k1×α2k2×α3k3
式中：α1，α2，α3为权重系数，可取k1＝k2＝k3＝1。
步骤1-3-3：根据步骤1-3-1所计算的机会成本和步骤1-3-2所计算的调频性能指标分别对调频主体申报的调频容量报价和调频里程报价进行调整，即将机会成本纳入调频容量报价中，而调频里程报价考虑调频性能指标，以便考虑各机组的机会成本问题以及不同机组调频性能不同的问题。
调整后的调频容量报价为：
式中：ρc,i和
分别为市场主体i调整后的和原始的调频容量报价；
为市场主体i简化后的机会成本。
为横向比较不同市场主体间的调频性能差异，先对综合调频性能指标进行归一化处理：
式中：Ki和k′i分别为市场主体i归一化后和原始的综合调频性能指标；k′max为所有市场主体综合指标中的最大值。
则调整后的调频里程报价为：
式中：ρm,i和
分别为市场主体i调整后和原始的调频里程报价。
步骤1-4：竞价日17:00前，调度机构根据步骤1-2申报的调频信息和步骤1-3得到的调整后报价，由日前市场出清模型对调频、电能量和备用进行联合优化。
该步骤1-4包括如下内容：
在日前市场中，以购买调频、电能量及备用服务费用最小为目标进行联合优化出清：
日前市场目标函数：
式中：T1为日前市场中的总时段数，这里考虑96个时段，故T1取96；日前市场中调度时段t的时长为15min；Φ为所有参与日前市场报价的多类型电源的集合{W、P、H、TH、ES}，集合中W、P、H、TH、ES分别表示风电、光伏、水电、火电和储能电站；
为其中的某一种类型电源；
为某一类型电源的总数；
表示
类型电源中机组i在日前调度时段t内提供调频服务的状态变量，为1表示提供，为0表示不提供；
和
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t原始的上、下调频容量报价和调整后的上、下调频里程报价；
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t中标的上、下调频容量值和上、下调频里程值；
和
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t的正、负旋转备用报价和中标的正、负旋转备用容量；
和
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t的非旋转备用报价和中标的非旋转备用容量；
和
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t的电能量报价和有功出力；Δt为日前市场单位调度时长；
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t的启、停成本。
日前市场约束条件：
(1)系统约束
1)系统有功功率平衡约束
式中：PL,t为日前调度时段t的系统负荷；
分别为风电场j、光伏电站k、水电机组l、火电机组m在日前调度时段t的出力；
分别为储能电站n在日前调度时段t的充、放电功率；NW、NP、NH、NTH、NES分别为风电、光伏、水电、火电和储能电站的总数。
2)线路传输功率约束
-Pline,i,max≤Pline,i,t≤Pline,i,max
式中：Pline,i,t为第i条线路在日前调度时段t的传输功率；Pline,i,max为第i条线路最大传输功率。
3)系统上、下调频容量约束
式中：
分别为系统在日前调度时段t所需的上、下调频容量；
分别为水电l、火电m和储能电站n在日前调度时段t中标的上调频容量；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在日前调度时段t中标的下调频容量。
4)系统上、下调频里程约束
式中：
分别为系统在日前调度时段t预估所需的上、下调频里程值，且
分别为系统历史上、下调频里程调用系数，表示系统单位调频容量所需调用的调频里程值；
分别为水电l、火电m和储能电站n在日前调度时段t中标的上调频里程值；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在日前调度时段t中标的下调频里程值。
5)备用约束
式中：
分别为机组i的最大上、下爬坡功率限值；
分别为机组i在时段t+1的最大、最小出力；RSP+,t、RSP-,t、RRnsp,t分别为系统在日前调度时段t所需的正、负旋转备用容量和非旋转备用容量。
(2)各类型电源约束
1)风电场调频约束
下调频容量约束：
式中：
分别为风电场j在日前调度时段t申报的下调频容量和中标的负旋转备用容量。
下调频里程约束：
式中：
为风电场j的历史下调频里程调用系数；
表示风电场j在日前调度时段t可能被调用的下调频里程值。
2)光伏电站调频约束
下调频容量约束：
式中，
分别为光伏电站k在日前调度时段t申报的下调频容量和中标的负旋转备用容量。
下调频里程约束：
式中：
为光伏电站k的历史下调频里程调用系数。
3)水电机组调频约束
上、下调频容量约束：
式中：
分别为水电机组l在日前调度时段t的最大、最小出力；
分别为水电机组l在日前调度时段t申报的上、下调频容量和中标的正、负旋转备用容量。
上、下调频里程约束：
式中：
分别为水电机组l的历史上、下调频里程调用系数。
4)火电机组调频约束
上、下调频容量约束：
式中：
分别为火电机组m的出力上、下限；
分别为火电机组m在日前调度时段t申报的上、下调频容量和中标的正、负旋转备用容量。
上、下调频里程约束：
式中：
分别为火电机组m的历史上、下调频里程调用系数。
5)电池储能电站约束
调频市场中仅考虑电池储能电站参与调频报价。储能电站放电时相当于上调频，充电时相当于下调频。
充放电状态约束：
uch,n,t+udis,n,t≤1
式中：uch,n,t、udis,n,t为0-1变量，分别为储能电站n在日前调度时段t的充电、放电标志。
功率约束：
式中：
分别为t时刻储能电站n的充、放电功率；
分别为其充、放电最大功率。
上、下调频容量约束：
式中：
分别为储能电站n在日前调度时段t中标的上、下调频容量；
分别为储能电站n在日前调度时段t申报的上、下调频容量和中标的正、负旋转备用容量。
上、下调频里程约束：
式中：
为储能电站n的历史上、下调频里程调用系数。
荷电状态约束：
0.2≤SOCn,t≤0.8
式中：SOCn,t、SOCn,t-1分别为储能电站n在时段t和t-1的荷电状态，取值范围为[0,1]，为1表示电池完全充满，SOC处于20％～80％之间时调频性能较好；
为储能电站n的最大容量。
6)各电源容量约束
对于承担调频或备用的机组，其出力与上调频容量、正旋转备用容量之和需满足其出力上限，其出力与下调频容量、负旋转备用容量之差需满足其出力下限：
式中：
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t的最大、最小出力。
7)各电源出力上下限约束
式中：
为0-1变量，
分别表示
类型电源中机组i在日前调度时段t处于停机、启动状态；风电场、光伏电站和储能电站的最小出力为0。
8)各电源爬坡约束
式中：
分别为
类型电源中机组i的爬坡、滑坡功率限值。
步骤1-5：根据步骤1-4的优化出清结果，得到未来24h各日前调度时段的机组组合、参与调频的市场主体、调频主体中标的调频容量和调频里程值，并将日前申报的调频价格信息封存到滚动调频市场和实时市场。
步骤2：滚动调频市场每隔1h运行一次，调度机构根据日前调频计划中包含的参与调频的风光水火储等市场主体滚动更新的调频信息，以调频费用最小为目标对调频进行单独优化出清，得到未来2h的滚动调频计划以替代步骤1所得的日前调频计划。滚动调频市场的交易出清时序图如图4所示。
该步骤2包括如下内容：
步骤2-1：T-40min时，日前调频计划中包含的参与调频的风光水火储等市场主体根据日内更新的新能源机组出力预测曲线和负荷预测曲线等信息，对未来2h各滚动调度时段(15min)内的调频申报信息进行修改更新，但不能更改步骤1-2中所申报的调频价格。若各市场主体不修改信息，则采用步骤1-2所申报的调频信息进行出清。
步骤2-2：T-30min时，基于步骤1-5所确定的各时段机组组合和步骤2-1各市场主体更新的调频信息，由滚动调频市场出清模型以调频费用最小为目标进行滚动调频出清。
该步骤2-2包括如下内容：
滚动调频市场目标函数：
式中：T2为滚动调频市场中的总时段数，这里考虑8个时段，故T2取8；滚动调频市场中调度时段t的时长为15min；Φ为所有参与滚动调频市场的多类型电源的集合{W、P、H、TH、ES}，集合中W、P、H、TH、ES分别表示风电、光伏、水电、火电和储能电站；
为其中的某一种类型电源；
为某一类型电源的总数；
表示
类型电源中机组i在滚动调度时段t内提供调频服务的状态变量，为1表示提供，为0表示不提供；
分别为
类型电源中机组i在滚动调度时段t调整后的上、下调频容量报价和调整后的上、下调频里程报价；
分别为
类型电源中机组i在滚动调度时段t中标的上、下调频容量值和上、下调频里程值。
所述滚动调频市场约束条件包括：
系统上、下调频容量约束：
式中：
分别为系统在滚动调度时段t所需的上、下调频容量；
分别为水电l、火电m和储能电站n在滚动调度时段t中标的上调频容量；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在滚动调度时段t中标的下调频容量；
系统上、下调频里程约束：
式中：
分别为系统在滚动调度时段t预估所需的上、下调频里程值，且
分别为系统历史上、下调频里程调用系数，表示系统单位调频容量所需调用的调频里程值；
分别为水电l、火电m和储能电站n在滚动调度时段t中标的上调频里程值；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在滚动调度时段t中标的下调频里程值；
风电场下调频容量约束：
式中：
分别为风电场j在滚动调度时段t的出力和申报的下调频容量；
风电场下调频里程约束：
式中：
为风电场j的历史下调频里程调用系数；
表示风电场j在滚动调度时段t可能被调用的下调频里程值；
光伏电站下调频容量约束：
式中：
分别为光伏电站k在滚动调度时段t的出力和申报的下调频容量；
光伏电站下调频里程约束：
式中：
为光伏电站k的历史下调频里程调用系数；
水电机组上、下调频容量约束：
式中：
分别为水电机组l在滚动调度时段t的出力和最大、最小出力；
分别为水电机组l在滚动调度时段t申报的上、下调频容量；
水电机组上、下调频里程约束：
式中：
分别为水电机组l的历史上、下调频里程调用系数；
火电机组上、下调频容量约束：
式中：
分别为火电机组m的出力和出力上、下限；
分别为火电机组m在滚动调度时段t申报的上、下调频容量；
火电机组上、下调频里程约束：
式中：
分别为火电机组m的历史上、下调频里程调用系数；
电池储能电站充放电状态约束：
uch,n,t+udis,n,t≤1
式中：uch,n,t、udis,n,t为0-1变量，分别为储能电站n在滚动调度时段t的充电、放电标志；
电池储能电站功率约束：
式中：
分别为t时刻储能电站n的充、放电功率；
分别为其充、放电最大功率；
电池储能电站上、下调频容量约束：
式中：
分别为储能电站n在滚动调度时段t中标的上、下调频容量和申报的上、下调频容量；
分别为储能电站n在滚动调度时段t的充、放电功率；
电池储能电站上、下调频里程约束：
式中：
为储能电站n的历史上、下调频里程调用系数；
电池储能电站荷电状态约束：
0.2≤SOCn,t≤0.8
式中：SOCn,t、SOCn,t-1分别为储能电站n在时段t和t-1的荷电状态，取值范围为[0,1]，为1表示电池完全充满，SOC处于20％～80％之间时调频性能较好；
为储能电站n的最大容量；
各电源容量约束：
对于承担调频辅助服务或备用辅助服务的机组，其出力与上调频容量、正旋转备用容量之和需满足其出力上限，其出力与下调频容量、负旋转备用容量之差需满足其出力下限：
式中：
分别为
类型电源中机组i在滚动调度时段t的最大、最小出力；
各电源出力上下限约束：
式中：
为0-1变量，
分别表示
类型电源中机组i在滚动调度时段t处于停机、启动状态；风电场、光伏电站和储能电站的最小出力为0；
各电源爬坡约束：
式中：
分别为
类型电源中机组i的爬坡、滑坡功率限值；
其中，各类型电源在时段t的出力及中标的备用容量均为日前市场出清得到的计划值。
步骤2-3：根据步骤2-2的滚动调频出清结果，得到未来2h各滚动调度时段的参与调频的市场主体、调频主体中标的调频容量和调频里程值，以替代步骤1-5所得的日前调频计划，应对系统各种预测偏差及非计划状况。
步骤3：实时市场每隔5min运行一次，在调度机构对电能量和备用出清完后，再根据实时市场需求，以及滚动调频计划中各参与调频的市场主体申报的调频信息，以调频费用最小为目标对调频进行出清，得到每个实时调度时段的实时调频计划以替代步骤2所得的滚动调频计划。实时市场的交易出清时序图如图5所示。
该步骤3包括如下内容：
步骤3-1：t-10～t-5min，在调度机构对实时电能量和备用出清结果的基础上，根据实时调频需求和滚动调频计划中获得的各市场主体更新的调频信息，由实时市场出清模型以调频费用最小为目标对调频进行出清。
该步骤3-1包括如下内容：
实时市场只考虑单一时段的优化，实时市场目标函数：
式中：
分别为
类型电源中机组i在实时调度时段调整后的上、下调频容量报价和调整后的上、下调频里程报价；
分别为
类型电源中机组i在实时调度时段中标的上、下调频容量值和上、下调频里程值；。
所述实时市场约束条件包括：
系统上、下调频容量约束：
式中：
分别为系统在实时调度时段所需的上、下调频容量；
分别为水电l、火电m和储能电站n在实时调度时段中标的上调频容量；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在实时调度时段中标的下调频容量；
系统上、下调频里程约束：
式中：
分别为系统在实时调度时段预估所需的上、下调频里程值，且
分别为系统历史上、下调频里程调用系数，表示系统单位调频容量所需调用的调频里程值；
分别为水电l、火电m和储能电站n在实时调度时段中标的上调频里程值；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在实时调度时段中标的下调频里程值；
风电场下调频容量约束：
式中：
分别为风电场j在实时调度时段的出力和中标的负旋转备用容量；
为风电场j申报的下调频容量；
风电场下调频里程约束：
式中：
为风电场j的历史下调频里程调用系数；
表示风电场j可能被调用的下调频里程值；
光伏电站下调频容量约束：
式中：
分别为光伏电站k在实时调度时段的出力和中标的负旋转备用容量；
为光伏电站k申报的下调频容量；
光伏电站下调频里程约束：
式中：
为光伏电站k的历史下调频里程调用系数；
水电机组上、下调频容量约束：
式中：
分别为水电机组l的最大、最小出力；
分别为水电机组l申报的上、下调频容量；
水电机组上、下调频里程约束：
式中：
分别为水电机组l的历史上、下调频里程调用系数；
火电机组上、下调频容量约束：
式中：
分别为火电机组m的出力上、下限；
分别为火电机组m申报的上、下调频容量；
火电机组上、下调频里程约束：
式中：
分别为火电机组m的历史上、下调频里程调用系数；
电池储能电站充放电状态约束：
uch,n+udis,n≤1
式中：uch,n、udis,n为0-1变量，分别为储能电站n在实时调度时段的充电、放电标志；
电池储能电站功率约束：
式中：
分别为储能电站n的充、放电功率；
分别为其充、放电最大功率；
电池储能电站上、下调频容量约束：
式中：
分别为储能电站n在实时调度时段中标的上、下调频容量；
分别为储能电站n申报的上、下调频容量；
电池储能电站上、下调频里程约束：
式中：
为储能电站n的历史上、下调频里程调用系数；
电池储能电站荷电状态约束：
0.2≤SOCn≤0.8
式中：SOCn为储能电站n在实时调度时段的荷电状态；
各电源容量约束：
对于承担调频辅助服务或备用辅助服务的机组，其出力与上调频容量、正旋转备用容量之和需满足其出力上限，其出力与下调频容量、负旋转备用容量之差需满足其出力下限：
式中：
分别为
类型电源中机组i在实时调度时段的最大、最小出力；
各电源出力上下限约束：
式中：
为0-1变量，
分别表示
类型电源中机组i在实时调度时段处于停机、启动状态；风电场、光伏电站和储能电站的最小出力为0；
其中，各类型电源在实时调度时段的出力及中标的备用容量均为实时市场出清完电能量和备用辅助服务后得到的值。
步骤3-2：t-5min时，根据步骤3-1的实时调频出清结果，得到实时调度时段(5min)各调频市场主体的中标调频容量和中标调频里程值，以及边际容量价格和边际里程价格(均是调整后的价格)。
步骤3-3：t～t+5min，基于步骤3-2的调频计划对该调度时段进行实时调度，并由调度机构根据各调频市场主体实际执行的AGC指令确定其实际调频容量和实际调频里程值。
步骤4：T+90min时，基于步骤3中获得的实时调频计划及各调频机组的实际调频情况，对其调频收益进行结算。
该步骤4包括如下内容：
步骤4-1：根据步骤3-2所得边际容量价格、边际里程价格以及步骤3-3所得实际调频容量、实际调频里程值，对调频市场主体采取考虑机会成本的容量补偿和考虑调频性能指标的里程补偿的两部制调频费用结算方法，调频费用结算方法(即调频市场主体的调频收益计算方法)为：
Ai＝Ac,i+Am,i＝ρ′cRc,i+ρ′mRm,i
式中：ρ′c、ρ′m分别为调频市场主体i在该调度周期的容量结算价格和里程结算价格；Rc,i、Rm,i分别为市场主体i在该调度时段的实际调频容量、实际调频里程值；Ai、Ac,i、Am,i分别为市场主体i在该调度周期的总调频收益、调频容量收益和调频里程收益，上、下调频收益的计算方法相同。这里单独计算每个调度时段的调频收益而未采用多个调度时段的算术平均值作为结算价格是因为其能更准确反映实际收益情况。
步骤4-2：步骤4-1得到的调频费用(即调频收益)应由发电侧和用户侧按一定比例共同分摊，待现货市场成熟后，再完全由用户侧进行分摊。发电侧的分摊对象为各发电商，按其上网电量比例进行分摊；用户侧分摊对象为全体用户，按其用电量进行分摊：
式中：FG,j、FL,j分别为发电商j和电力用户j的调频分摊费用；α为发电侧的分摊比例，可以根据市场发展程度和实际情况进行调整；F为总的调频分摊费用(等于总的补偿费用)；QG,j、QL,j分别为发电商j的发电量和电力用户j的用电量；NG、NL分别为发电商和电力用户的总数。
步骤4-3：在运行日后一天，交易机构根据步骤4-1的结果发布各调频机组的调频容量收益和调频里程收益。
效果验证：
表1给出不同类型电源的调频信息，假设机组的机会成本纳入了调频容量报价，假设各机组的历史上、下调频里程调用系数相等，这里均用历史调频里程调用系数表示。
表1不同类型电源的调频信息
对申报的价格进行调整，具体如表2所示。由于机组在申报调频容量时已经考虑了机会成本，所以调整后的容量报价不变，调频里程报价则是根据综合性能指标进行调整。
表2不同类型电源的调频报价调整
由表2可以看出，虽然储能电站的调频报价较高，但由于其调频性能好，使得调整后的里程报价较低，故排序价格也较低。因此，提高机组的调频性能指标或者降低自身报价，有利于机组在市场出清时中标。
为了分析不同调频需求下各类型电源参与调频服务的情况，本文假设了3种场景，如表3所示。
表3某调度周期的调频需求场景
根据3.3节的调频市场出清模型(不考虑电能量和备用)，对3种场景下各类型电源的上、下调频服务进行出清，得到的中标情况如下表所示。
表4上调频服务中标情况
表5下调频服务中标情况
从表4和表5可以看出，由于风电、光伏和火电机组2的调整后的调频价格较高，所以其他机组优先中标，在其他机组不能满足调频需求时，才考虑他们参与调频。
表6上调频服务出清结果
表6给出了3种场景下的上调频服务出清结果。虽然考虑调频里程补偿增加了调频费用，但有利于激励各机组提供更多更优质的调频服务，否则机组的实际调频量与补偿费用不符。另外对比了边际结算和报价结算两种方式，表面上看按报价结算的费用更低，但算例中没有考虑各市场主体报价的自主性，只是基于成本报价，而实际中各市场主体都是逐利的，为了追求自身利益的最大化，会抬高报价并研究竞价策略，这不利于调频市场的发展。虽然按边际价格结算时，由于火电机组2的上调频容量价格较高使得边际容量价格较高，进而拉高了整个调频服务费用，但是边际价格结算有利于使处在价格边际的市场主体通过降低自身报价或提高自身调频性能来获得更多的收益，进而使调频价格更加接近真实成本。因此，采用边际价格结算的方式不仅能够逐步降低电网调频费用，也能够提高电网的调频能力，更有利于调频市场的可持续发展。
表7下调频服务出清结果
对比分析表7可知，调频需求越大，风电、光伏参与调频的收益越高，且在相同调频容量需求下，风电、光伏的调频收益随调频里程需求的增大而增高。在场景3中，如果风电、光伏不参与调频，则系统的调频资源不够，会导致其弃风、弃光，损失其发电收益。因此，风电、光伏等多类型电源参与调频，不仅能缓解电网调频压力，也能增加风电、光伏的收益，进而激励更多调频市场主体参与调频。
实施例2
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种电力调频市场交易出清及结算装置，其特征在于包括：
日前调频计划计算单元，用于基于各市场主体申报的调频信息，以及调度机构发布的调频容量需求和调频里程需求，对调频辅助服务、电能量及备用辅助服务进行联合优化，得到日前调频计划；
滚动调频计划计算单元，用于基于所述日前调频计划，以及日前调频计划中包含的参与调频的市场主体滚动更新的调频信息，以调频费用最小为目标，对调频辅助服务进行出清，得到滚动调频计划；
实时调频计划计算单元，用于对电能量和备用辅助服务进行出清，并根据实时市场需求，以及滚动调频计划中包含的参与调频的市场主体滚动更新的调频信息，以调频费用最小为目标，对调频辅助服务进行出清，得到实时调频计划；
调频收益计算单元，用于基于获得的实时调频计划及各调频机组的实际调频情况，结算调频收益。
其余部分均与实施例1相同。
实施例3
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种电力调频市场交易出清及结算系统，包括：包括存储介质和处理器；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面中任一项所述方法的步骤。
本发明提出的一种风光水火储多类型电源参与的电力调频市场交易出清及结算方法，能够激励风电、光伏等多类型电源参与调频，缓解电网调频压力，增加风电、光伏的收益，进而激励更多调频市场主体参与调频，对于电力系统频率稳定具有一定的实用意义。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
以上显示和描述了本发明的基本原理和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 (11)
1.一种电力调频市场交易出清及结算方法，其特征在于，包括：
基于各市场主体申报的调频信息，以及调度机构发布的调频容量需求和调频里程需求，对调频辅助服务、电能量及备用辅助服务进行联合优化，得到日前调频计划；
基于所述日前调频计划，以及日前调频计划中包含的参与调频的市场主体滚动更新的第一调频信息，以调频费用最小为目标，对调频辅助服务进行出清，得到滚动调频计划；
对电能量和备用辅助服务进行出清，并根据实时市场需求，以及滚动调频计划中包含的参与调频的市场主体滚动更新的第二调频信息，以调频费用最小为目标，对调频辅助服务进行出清，得到实时调频计划；
基于获得的实时调频计划及各调频机组的实际调频情况，结算调频收益。
2.根据权利要求1所述的一种电力调频市场交易出清及结算方法，其特征在于：各市场主体申报的调频信息包括愿意提供调频服务的时段，以及各时段愿意提供的调频容量、调频容量价格、调频里程和调频里程价格；
所述日前调频计划的获取方法包括：
根据各市场主体的机会成本和调频性能指标，对各市场主体申报的调频容量价格和调频里程价格进行调整；
基于所述愿意提供调频服务的时段，各时段愿意提供的调频容量和调频里程，调整后的调频容量价格和调频里程价格，以及调度机构发布的调频容量需求和调频里程需求，利用日前市场出清模型对调频辅助服务、电能量及备用辅助服务进行联合优化，获得日前调频计划，所述日前调频计划包括各日前调度时段的机组组合、参与调频的市场主体、调频主体中标的调频容量值和调频里程值。
3.根据权利要求2所述的一种电力调频市场交易出清及结算方法，其特征在于：调整后的调频容量价格的计算公式为：
式中：ρc,i为市场主体i调整后的调频容量报价，
为市场主体i原始的调频容量报价；
为市场主体i的机会成本；
调整后的调频里程价格的计算公式为：
式中：ρm,i为市场主体i调整后调频里程报价，
为市场主体i原始的调频里程报价，Ki为市场主体i归一化后调频性能指标，k′i为市场主体i原始的调频性能指标；k′max为所有市场主体指标中的最大值。
4.根据权利要求2所述的一种电力调频市场交易出清及结算方法，其特征在于：所述日前市场出清模型包括日前市场目标函数和日前市场约束条件；
式中：T1为日前市场中的总时段数；t为日前市场中的调度时段；Φ为所有参与日前市场报价的多类型电源的集合{W、P、H、TH、ES}，集合中W、P、H、TH、ES分别表示风电、光伏、水电、火电和储能电站；
为其中的某一种类型电源；
为某一类型电源的总数；
表示
类型电源中机组i在日前调度时段t内提供调频服务的状态变量，为1表示提供，为0表示不提供；
和
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t原始的上、下调频容量报价和调整后的上、下调频里程报价；
和
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t中标的上、下调频容量值和上、下调频里程值；
和
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t的正、负旋转备用报价和中标的正、负旋转备用容量；
和
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t的非旋转备用报价和中标的非旋转备用容量；
和
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t的电能量报价和有功出力；Δt为日前市场单位调度时长；
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t的启、停成本；
所述日前市场约束条件包括：
系统有功功率平衡约束：
式中：PL,t为日前调度时段t的系统负荷；
分别为风电场j、光伏电站k、水电机组l、火电机组m在日前调度时段t的出力；
分别为储能电站n在日前调度时段t的充、放电功率；NW、NP、NH、NTH、NES分别为风电、光伏、水电、火电和储能电站的总数；
线路传输功率约束：
-Pline,i,max≤Pline,i,t≤Pline,i,max
式中：Pline,i,t为第i条线路在日前调度时段t的传输功率；Pline,i,max为第i条线路最大传输功率；
系统上、下调频容量约束：
式中：
分别为系统在日前调度时段t所需的上、下调频容量；
分别为水电l、火电m和储能电站n在日前调度时段t中标的上调频容量；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在日前调度时段t中标的下调频容量；
系统上、下调频里程约束：
式中：
分别为系统在日前调度时段t预估所需的上、下调频里程值，且
分别为系统历史上、下调频里程调用系数，表示系统单位调频容量所需调用的调频里程值；
分别为水电l、火电m和储能电站n在日前调度时段t中标的上调频里程值；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在日前调度时段t中标的下调频里程值；
备用约束：
式中：
分别为机组i的最大上、下爬坡功率限值；
分别为机组i在时段t+1的最大、最小出力；RSP+,t、RSP-,t、RRnsp,t分别为系统在日前调度时段t所需的正、负旋转备用容量和非旋转备用容量；
风电场下调频容量约束：
式中：
分别为风电场j在日前调度时段t申报的下调频容量和中标的负旋转备用容量；
风电场下调频里程约束：
式中：
为风电场j的历史下调频里程调用系数；
表示风电场j在日前调度时段t可能被调用的下调频里程值；
光伏电站下调频容量约束：
式中：
分别为光伏电站k在日前调度时段t申报的下调频容量和中标的负旋转备用容量；
光伏电站下调频里程约束：
式中：
为光伏电站k的历史下调频里程调用系数；
水电机组上、下调频容量约束：
式中：
分别为水电机组l在日前调度时段t的最大、最小出力；
分别为水电机组l在日前调度时段t申报的上、下调频容量和中标的正、负旋转备用容量；
水电机组上、下调频里程约束：
式中：
分别为水电机组l的历史上、下调频里程调用系数；
火电机组上、下调频容量约束：
式中：
分别为火电机组m的出力上、下限；
分别为火电机组m在日前调度时段t申报的上、下调频容量和中标的正、负旋转备用容量；
火电机组上、下调频里程约束：
式中：
分别为火电机组m的历史上、下调频里程调用系数；
电池储能电站充放电状态约束：
uch,n,t+udis,n,t≤1
式中：uch,n,t、udis,n,t为0-1变量，分别为储能电站n在日前调度时段t的充电、放电标志；
电池储能电站功率约束：
式中：
分别为t时刻储能电站n的充、放电功率；
分别为其充、放电最大功率；
电池储能电站上、下调频容量约束：
式中：
分别为储能电站n在日前调度时段t中标的上、下调频容量；
分别为储能电站n在日前调度时段t申报的上、下调频容量和中标的正、负旋转备用容量；
电池储能电站上、下调频里程约束：
式中：
为储能电站n的历史上、下调频里程调用系数；
电池储能电站荷电状态约束：
0.2≤SOCn,t≤0.8
式中：SOCn,t、SOCn,t-1分别为储能电站n在时段t和t-1的荷电状态，取值范围为[0,1]，为1表示电池完全充满，SOC处于20％～80％之间时调频性能较好；
为储能电站n的最大容量；
各电源容量约束：
对于承担调频辅助服务或备用辅助服务的机组，其出力与上调频容量、正旋转备用容量之和需满足其出力上限，其出力与下调频容量、负旋转备用容量之差需满足其出力下限：
式中：
分别为
类型电源中机组i在日前调度时段t的最大、最小出力；
各电源出力上下限约束：
式中：
为0-1变量，
分别表示
类型电源中机组i在日前调度时段t处于停机、启动状态；风电场、光伏电站和储能电站的最小出力为0；
各电源爬坡约束：
式中：
分别为
类型电源中机组i的爬坡、滑坡功率限值。
5.根据权利要求1所述的一种电力调频市场交易出清及结算方法，其特征在于：所述滚动调频计划的获得方法包括：
基于日前调频计划中包含的参与调频的市场主体滚动更新的第一调频信息，以及日前调频计划中的各时段机组组合，利用滚动调频市场出清模型，以调频费用最小为目标对调频辅助服务进行单独优化出清，得到滚动调频计划，所述滚动调频计划包括各滚动调度时段的参与调频的市场主体、调频主体中标的调频容量和调频里程值，其中，所述第一调频信息包括各市场主体愿意提供调频服务的时段，以及各时段愿意提供的调频容量和调频里程。
6.根据权利要求5所述的一种电力调频市场交易出清及结算方法，其特征在于：所述滚动调频市场出清模型包括滚动调频市场目标函数和滚动调频市场约束条件；
所述滚动调频市场目标函数为：
式中：T2为滚动调频市场中的总时段数；Φ为所有参与滚动调频市场的多类型电源的集合{W、P、H、TH、ES}，集合中W、P、H、TH、ES分别表示风电、光伏、水电、火电和储能电站；
为其中的某一种类型电源；
为某一类型电源的总数；
表示
类型电源中机组i在滚动调度时段t内提供调频服务的状态变量，为1表示提供，为0表示不提供；
分别为
类型电源中机组i在滚动调度时段t调整后的上、下调频容量报价和调整后的上、下调频里程报价；
和
分别为
类型电源中机组i在滚动调度时段t中标的上、下调频容量值和上、下调频里程值；
所述滚动调频市场约束条件包括：
系统上、下调频容量约束：
式中，
分别为系统在滚动调度时段t所需的上、下调频容量；
分别为水电l、火电m和储能电站n在滚动调度时段t中标的上调频容量；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在滚动调度时段t中标的下调频容量；
系统上、下调频里程约束：
式中：
分别为系统在滚动调度时段t预估所需的上、下调频里程值，且
分别为系统历史上、下调频里程调用系数，表示系统单位调频容量所需调用的调频里程值；
分别为水电l、火电m和储能电站n在滚动调度时段t中标的上调频里程值；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在滚动调度时段t中标的下调频里程值；风电场下调频容量约束：
式中：
分别为风电场j在滚动调度时段t的出力和申报的下调频容量；
风电场下调频里程约束：
式中：
为风电场j的历史下调频里程调用系数；
表示风电场j在滚动调度时段t可能被调用的下调频里程值；
光伏电站下调频容量约束：
式中：
分别为光伏电站k在滚动调度时段t的出力和申报的下调频容量；
光伏电站下调频里程约束：
式中：
为光伏电站k的历史下调频里程调用系数；
水电机组上、下调频容量约束：
式中：
分别为水电机组l在滚动调度时段t的出力和最大、最小出力；
分别为水电机组l在滚动调度时段t申报的上、下调频容量；
水电机组上、下调频里程约束：
式中：
分别为水电机组l的历史上、下调频里程调用系数；
火电机组上、下调频容量约束：
式中：
分别为火电机组m的出力和出力上、下限；
分别为火电机组m在滚动调度时段t申报的上、下调频容量；
火电机组上、下调频里程约束：
式中：
分别为火电机组m的历史上、下调频里程调用系数；
电池储能电站充放电状态约束：
uch,n,t+udis,n,t≤1
式中：uch,n,t、udis,n,t为0-1变量，分别为储能电站n在滚动调度时段t的充电、放电标志；
电池储能电站功率约束：
式中：
分别为t时刻储能电站n的充、放电功率；
分别为其充、放电最大功率；
电池储能电站上、下调频容量约束：
式中：
分别为储能电站n在滚动调度时段t中标的上、下调频容量和申报的上、下调频容量；
分别为储能电站n在滚动调度时段t的充、放电功率；
电池储能电站上、下调频里程约束：
式中：
为储能电站n的历史上、下调频里程调用系数；
电池储能电站荷电状态约束：
0.2≤SOCn,t≤0.8
式中：SOCn,t、SOCn,t-1分别为储能电站n在时段t和t-1的荷电状态，取值范围为[0,1]，为1表示电池完全充满，SOC处于20％～80％之间时调频性能较好；
为储能电站n的最大容量；
各电源容量约束：
对于承担调频辅助服务或备用辅助服务的机组，其出力与上调频容量、正旋转备用容量之和需满足其出力上限，其出力与下调频容量、负旋转备用容量之差需满足其出力下限：
式中：
分别为
类型电源中机组i在滚动调度时段t的最大、最小出力；
各电源出力上下限约束：
式中：
为0-1变量，
分别表示
类型电源中机组i在滚动调度时段t处于停机、启动状态；风电场、光伏电站和储能电站的最小出力为0；
各电源爬坡约束：
式中：
分别为
类型电源中机组i的爬坡、滑坡功率限值；
其中，各类型电源在时段t的出力及中标的备用容量均为日前市场出清得到的计划值。
7.根据权利要求1所述的一种电力调频市场交易出清及结算方法，其特征在于：所述实时调频计划的获得方法包括以下步骤：
对实时电能量和备用辅助服务进行出清；
基于出清结果，根据实时市场需求，以及滚动调频计划中包含的参与调频的市场主体滚动更新的第二调频信息，利用实时市场出清模型以调频费用最小为目标对调频辅助服务进行出清，其中，所述第二调频信息包括各市场主体愿意提供调频服务的时段，以及各时段愿意提供的调频容量和调频里程；
基于实时调频出清结果，得到实时调频计划，所述实时调频计划包括实时调度时段各调频市场主体的中标调频容量和中标调频里程值，以及边际容量价格和边际里程价格；
将所述实时调频计划发送至调度机构，供调度机构根据各调频市场主体实际执行的AGC指令确定其实际调频容量和实际调频里程值。
8.根据权利要求7所述的一种电力调频市场交易出清及结算方法，其特征在于：所述实时市场出清模型包括实时市场目标函数和实时市场约束条件；
所述实时市场目标函数为：
式中：
分别为
类型电源中机组i在实时调度时段调整后的上、下调频容量报价和调整后的上、下调频里程报价；
分别为
类型电源中机组i在实时调度时段中标的上、下调频容量值和上、下调频里程值；
所述实时市场约束条件包括：
系统上、下调频容量约束：
式中，
分别为系统在实时调度时段所需的上、下调频容量；
分别为水电l、火电m和储能电站n在实时调度时段中标的上调频容量；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在实时调度时段中标的下调频容量；
系统上、下调频里程约束：
式中：
分别为系统在实时调度时段预估所需的上、下调频里程值，且
分别为系统历史上、下调频里程调用系数，表示系统单位调频容量所需调用的调频里程值；
分别为水电l、火电m和储能电站n在实时调度时段中标的上调频里程值；
分别为风电j、光伏k、水电l、火电m和储能电站n在实时调度时段中标的下调频里程值；
风电场下调频容量约束：
式中：
分别为风电场j在实时调度时段的出力和中标的负旋转备用容量；
为风电场j申报的下调频容量；
风电场下调频里程约束：
式中：
为风电场j的历史下调频里程调用系数；
表示风电场j可能被调用的下调频里程值；
光伏电站下调频容量约束：
式中：
分别为光伏电站k在实时调度时段的出力和中标的负旋转备用容量；
为光伏电站k申报的下调频容量；
光伏电站下调频里程约束：
式中：
为光伏电站k的历史下调频里程调用系数；
水电机组上、下调频容量约束：
式中：
分别为水电机组l在实时调度时段的出力和中标的正、负旋转备用容量；
分别为水电机组l的最大、最小出力；
分别为水电机组l申报的上、下调频容量；
水电机组上、下调频里程约束：
式中：
分别为水电机组l的历史上、下调频里程调用系数；
火电机组上、下调频容量约束：
式中：
分别为火电机组m在实时调度时段的出力和中标的正、负旋转备用容量；
分别为火电机组m的出力上、下限；
分别为火电机组m申报的上、下调频容量；
火电机组上、下调频里程约束：
式中：
分别为火电机组m的历史上、下调频里程调用系数；
电池储能电站充放电状态约束：
uch,n+udis,n≤1
式中：uch,n、udis,n为0-1变量，分别为储能电站n在实时调度时段的充电、放电标志；
电池储能电站功率约束：
式中：
分别为储能电站n的充、放电功率；
分别为其充、放电最大功率；
电池储能电站上、下调频容量约束：
式中：
分别为储能电站n在实时调度时段中标的上、下调频容量；
分别为储能电站n申报的上、下调频容量；
分别为储能电站n在实时调度时段的充、放电功率和中标的正、负旋转备用容量；
电池储能电站上、下调频里程约束：
式中：
为储能电站n的历史上、下调频里程调用系数；
电池储能电站荷电状态约束：
0.2≤SOCn≤0.8
式中：SOCn为储能电站n在实时调度时段的荷电状态；
各电源容量约束：
对于承担调频辅助服务或备用辅助服务的机组，其出力与上调频容量、正旋转备用容量之和需满足其出力上限，其出力与下调频容量、负旋转备用容量之差需满足其出力下限：
式中：
分别为
类型电源中机组i在实时调度时段的最大、最小出力；
各电源出力上下限约束：
式中：
为0-1变量，
分别表示
类型电源中机组i在实时调度时段处于停机、启动状态；风电场、光伏电站和储能电站的最小出力为0；
其中，各类型电源在实时调度时段的出力及中标的备用容量均为实时市场出清完电能量和备用辅助服务后得到的值。
9.根据权利要求7所述的一种电力调频市场交易出清及结算方法，其特征在于：所述调频收益按边际价格进行结算，并由发电侧和用户侧按一定比例共同分摊；
所述调频收益的计算公式为：
Ai＝Ac,i+Am,i＝ρ′cRc,i+ρ′mRm,i
式中：ρ′c、ρ′m分别为调频市场主体i在该调度周期的容量结算价格和里程结算价格；Rc,i、Rm,i分别为市场主体i在该调度时段的实际调频容量、实际调频里程值；Ai、Ac,i、Am,i分别为市场主体i在该调度周期的总调频收益、调频容量收益和调频里程收益，上、下调频收益的计算方法相同；
所述调频收益由发电侧和用户侧按以下公式进行分摊：
式中：FG,j、FL,j分别为发电商j和电力用户j的调频分摊费用；α为发电侧的分摊比例，可以根据市场发展程度和实际情况进行调整；F为总的调频分摊费用；QG,j、QL,j分别为发电商j的发电量和电力用户j的用电量；NG、NL分别为发电商和电力用户的总数。
10.一种电力调频市场交易出清及结算装置，其特征在于包括：
日前调频计划计算单元，用于基于各市场主体申报的调频信息，以及调度机构发布的调频容量需求和调频里程需求，对调频辅助服务、电能量及备用辅助服务进行联合优化，得到日前调频计划；
滚动调频计划计算单元，用于基于所述日前调频计划，以及日前调频计划中包含的参与调频的市场主体滚动更新的第一调频信息，以调频费用最小为目标，对调频辅助服务进行出清，得到滚动调频计划；
实时调频计划计算单元，用于对电能量和备用辅助服务进行出清，并根据实时市场需求，以及滚动调频计划中包含的参与调频的市场主体滚动更新的第二调频信息，以调频费用最小为目标，对调频辅助服务进行出清，得到实时调频计划；
调频收益计算单元，用于基于获得的实时调频计划及各调频机组的实际调频情况，结算调频收益。
11.一种电力调频市场交易出清及结算系统，其特征在于，包括：包括存储介质和处理器；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1-9中任一项所述方法的步骤。
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