CN112288276A - 一种考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法，包括：获取计算所需的基础数据；将基础数据输入预设的不考虑水电振动区约束的安全约束经济调度模型作为第一轮出力分配，求解各类机组的出力结果；判断是否都在可运行区间范围内，以判断是否出清成功；若出清成功，则输出各机组中标出力结果；若出清失败，根据第一轮出力分配结果和水电振动区数据更新水电机组出力上下限；根据更新后的所述水电机组出力上下限，建立基于水电振动区限制后的安全约束经济调度模型，以进行第二轮出力分配，再次各类机组的出力结果并输出。如此，本发明保证水电机组出力避开水电振动区约束的前提下提高了实时市场出清的计算效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力调度自动化技术领域，尤其涉及一种考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法、计算机终端设备及计算机可读存储介质。
背景技术
随着我国首批8个电力现货市场试点全部启动结算试运行，电力市场改革正在稳步推进。电力现货市场出清的本质是在满足系统安全运行约束的前提下实现经济效益最优，而在市场出清的过程中，市场运营机构需要考虑管理区域内的多电源运行特性及不同电源之间的协调关系。在我国以水电为主、火电为辅的部分省级/区域电网现货市场建设过程中，调度机构需要考虑最大化水资源的利用、水电出力特性、水电振动区等问题。严格考虑这些相关因素的数学模型具有高维和难以有效求解的特性。在实时市场出清过程中，若严格按照水电振动区约束建立相应精确的数学模型，则势必引入较多0-1整数变量，从而极大地降低优化计算效率，很难保证在计算时间要求内完成市场出清。
发明内容
本发明目的在于，提供一种考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法，该方法以省级电力现货市场安全约束经济调度标准化数学模型为基础，在保证水电机组出力避开水电振动区约束的前提下提高了实时市场出清的计算效率。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法，包括：
获取计算所需的基础数据；
将所述基础数据输入预设的不考虑水电振动区约束的安全约束经济调度模型作为第一轮出力分配，求解第一轮出力分配中各类机组的出力结果；
根据第一轮出力分配结果判断是否都在可运行区间范围内，以判断是否出清成功；
若出清成功，则输出各机组中标出力结果；
若出清失败，根据第一轮出力分配结果和水电振动区数据更新水电机组出力上下限；
根据更新后的所述水电机组出力上下限，建立基于水电振动区限制后的安全约束经济调度模型，以进行第二轮出力分配，并求解第二轮出力分配中各类机组的出力结果；
输出各机组中标出力结果。
在一些实施例中，所述基础数据包括：系统数据、机组数据、电厂数据、联络线数据、断面数据和灵敏度数据。
在一些实施例中，包括：构造所述预设的不考虑水电振动区约束的安全约束经济调度模型。
在一些实施例中，所述预设的不考虑水电振动区约束的安全约束经济调度模型，包括：
设定优化目标，根据优化目标建立目标函数；
建立约束条件，所述约束条件，包括：系统负荷平衡约束、系统旋转备用约束、机组出力上下限约束、机组爬坡约束、机组群出力上下限约束、线路潮流约束、断面潮流约束。
在一些实施例中，所述目标函数，包括：
N表示机组的总台数，T表示所考虑的总时段数，Pi,t表示机组i在t时段的出力，Ci,t(Pi,t)为机组i在时段t的运行费用，是与机组申报的各段出力区间和对应能量价格有关的多段线性函数，M为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子，
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
在一些实施例中，所述机组i在t时段的出力
其中，M为机组报价总段数，Pi,t,m为机组i在t时段第m个出力区间中的中标电力，
分别为机组i申报的第m个出力区间上、下界；所述机组i在时段t的运行费用
其中，M为机组报价总段数，Ci,t,m为机组i在t时段申报的第m个出力分段对应的能量价格。
在一些实施例中，所述根据第一轮出力分配结果和水电振动区数据更新水电机组出力上下限，包括：
若所述第一轮初始出力分配结果落在可运行区之内，则所述水电机组出力上下限为所述可运行区的上下限；
若所述第一轮初始出力分配结果落在振动区之内，则将所述水电机组出力就近匹配，将所述水电机组出力下限固定为振动区上限，或所述水电机组出力上限固定为振动区下限，所述水电机组出力范围为所对应的运行区。
在一些实施例中，所述考虑水电振动区限制后的安全约束经济调度模型与所述不考虑水电振动区限制后的安全约束经济调度模型的区别在于水电机组的出力范围不同。
本发明实施例还提供一种计算机终端设备，包括一个或多个处理器和存储器。存储器与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述任一实施例所述的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例所述的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速方法。
本发明实施例的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法中，以省级电力现货市场安全约束经济调度标准化数学模型为基础，在保证水电机组出力避开水电振动区约束的前提下提高了实时市场出清的计算效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明某一实施例提供的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法的流程示意图；
图2是本发明另一实施例提供的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法的水电振动区和运行区(与振动区相对)的出力曲线示意图；
图3是本发明某一实施例提供的计算机终端设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，本发明实施例提供一种考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法，包括：
S10、获取计算所需的基础数据；
S20、将所述基础数据输入预设的不考虑水电振动区约束的安全约束经济调度模型作为第一轮出力分配，求解第一轮出力分配中各类机组的出力结果；
S30、根据第一轮出力分配结果判断是否都在可运行区间范围内，以判断是否出清成功；
S60、若出清成功，则输出各机组中标出力结果；
S40、若出清失败，根据第一轮出力分配结果和水电振动区数据更新水电机组出力上下限；
S50、根据更新后的所述水电机组出力上下限，建立基于水电振动区限制后的安全约束经济调度模型，以进行第二轮出力分配，并求解第二轮出力分配中各类机组的出力结果；
S60、输出各机组中标出力结果。
具体地，首先获取计算所需的数据，将所述基础数据输入预设的不考虑水电振动区约束的安全约束经济调度模型(SCED)，调用成熟的优化算法软件包(例如CPLEX)进行求解，得到各类机组的出力结果并保存。判断第一轮求解不考虑水电振动区约束的安全约束经济调度(SCED)模型的结果中水电机组的出力是否都在其可运行区间范围内，若是则出清成功，可直接输出出清结果，若为否，则继续进行下一流程；根据第一轮出力分配和水电振动区数据确定第二轮水电机组出力上下限，水电振动区约束指的是水电机组/单元出力须避开振动区对应的出力范围，以保证水电机组的安全运行；建立考虑水电振动区限制后的安全约束经济调度(SCED)模型；调用成熟的优化算法软件包(例如CPLEX)对此模型进行求解，得到各类机组的出力结果并保存；输出各个时段机组的中标出力。
在一些实施例中，所述基础数据包括：系统数据、机组数据、电厂数据、联络线数据、断面数据和灵敏度数据。
在本实施例中，所述基础数据具体如下
系统数据：时段信息、系统负荷；机组数据：机组基本信息、机组计算参数、机组能量报价、机组初始状态、机组指定状态、机组电力约束、机组爬坡速率、机组备用约束、水电机组振动区等；电厂数据：电厂基本信息、电厂计算参数、电厂电力约束、电厂电量约束、水电厂库容水位参数、水电厂梯级关系、水电厂水位约束等；联络线数据：联络线基本信息、联络线计划功率；负荷数据：母线负荷基本信息、母线负荷预测；断面数据：断面基本信息、断面计算参数、断面包含设备、断面可切负荷功率、断面传输极限；灵敏度数据：拓扑节点基本信息、设备与拓扑节点映射、断面潮流相对于各拓扑节点的灵敏度。
在一些实施例中，包括：构造所述预设的不考虑水电振动区约束的安全约束经济调度模型。
在本实施例中，还包括步骤：构造所述预设的不考虑水电振动区约束的安全约束经济调度模型。
在一些实施例中，所述预设的不考虑水电振动区约束的安全约束经济调度模型，包括：
设定优化目标，根据优化目标建立目标函数；
建立约束条件，所述约束条件，包括：系统负荷平衡约束、系统旋转备用约束、机组出力上下限约束、机组爬坡约束、机组群出力上下限约束、线路潮流约束、断面潮流约束。
在本实施例中，所述预设的不考虑水电振动区约束的安全约束经济调度模型，首先设定优化目标，根据优化目标建立目标函数；然后建立约束条件，具体地，
(1)系统负荷平衡约束
对于每个时段t，负荷平衡约束可以描述为：
其中，Pi,t表示机组i在t时段的出力，Tj,t表示联络线j在时段t的优化功率(送入为正、输出为负)，NT为联络线总数，Dt为t时段的系统负荷。
(2)系统旋转备用约束
各个时段机组出力的上调能力总和与下调能力总和需满足实际运行的上调、下调旋转备用要求。
其中，ΔPi U为机组i最大上爬坡速率，ΔPi D为机组i最大下爬坡速率；
分别是机组i在时段t的最大、最小出力；
分别为时段t上调、下调旋转备用要求。
(3)机组出力上下限约束
机组的出力应该处于其最大/最小技术出力范围之内，其约束条件可以描述为：
若机组停机，αi,t＝0，则通过该约束条件可以将机组出力限定为0；当机组开机时，αi,t＝1，该约束条件为常规的出力上下限约束。
(4)机组爬坡约束
机组上爬坡或下爬坡时，均应满足爬坡速率要求。爬坡约束可描述为：
Pi,t-Pi,t-1≤ΔPi U
Pi,t-1-Pi,t≤ΔPi D
其中，ΔPi U为机组i最大上爬坡速率，ΔPi D为机组i最大下爬坡速率。
(5)机组群出力上下限约束
机组群的出力应该处于其最大/最小出力范围之内，其约束条件可以描述为：
其中，
为机组群j在时段t的最大、最小出力。
(6)线路潮流约束
线路潮流约束可以描述为：
其中，Pl max为线路l的潮流传输极限；Gl-i为机组i所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子；Gl-j为联络线j所在节点对线路l的发电机输出功率转移分布因子；K为系统的节点数量；Gl-k为节点k对线路l的发电机输出功率转移分布因子；Dk,t为节点k在t时段的母线负荷值。
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量。
(7)断面潮流约束
考虑关键断面的潮流约束，该约束可以描述为：
其中，Ps min、Ps max分别为断面s的潮流传输极限；Gs-i为机组i所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子；Gs-j为联络线j所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子；Gs-k为节点k对断面s的发电机输出功率转移分布因子。
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量。
在一些实施例中，所述目标函数，包括：
N表示机组的总台数，T表示所考虑的总时段数，Pi,t表示机组i在t时段的出力，Ci,t(Pi,t)为机组i在时段t的运行费用，是与机组申报的各段出力区间和对应能量价格有关的多段线性函数，M为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子，
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
在本实施例中，所述目标函数，包括：
N表示机组的总台数，T表示所考虑的总时段数，Pi,t表示机组i在t时段的出力，Ci,t(Pi,t)为机组i在时段t的运行费用，是与机组申报的各段出力区间和对应能量价格有关的多段线性函数，M为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子，
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
在一些实施例中，所述机组i在t时段的出力
其中，M为机组报价总段数，Pi,t,m为机组i在t时段第m个出力区间中的中标电力，
分别为机组i申报的第m个出力区间上、下界；所述机组i在时段t的运行费用
其中，M为机组报价总段数，Ci,t,m为机组i在t时段申报的第m个出力分段对应的能量价格。
在一些实施例中，所述根据第一轮出力分配结果和水电振动区数据更新水电机组出力上下限，包括：
若所述第一轮初始出力分配结果落在可运行区之内，则所述水电机组出力上下限为所述可运行区的上下限；
若所述第一轮初始出力分配结果落在振动区之内，则将所述水电机组出力就近匹配，将所述水电机组出力下限固定为振动区上限，或所述水电机组出力上限固定为振动区下限，所述水电机组出力范围为所对应的运行区。
在一些实施例中，所述考虑水电振动区限制后的安全约束经济调度模型与所述不考虑水电振动区限制后的安全约束经济调度模型的区别在于水电机组的出力范围不同。
请参阅图2，在本实施例中，根据第一轮出力分配和水电振动区数据确定第二轮水电机组出力上下限。水电振动区约束指的是水电机组/单元出力须避开振动区对应的出力范围，以保证水电机组的安全运行。记水电i共有k个振动区，第k个振动区上下限为
某时刻出力上下限为
则其对应的可运行区为
若第一轮初始分配出力落在可运行区之内，则第二轮出力上下限则为该可运行区上下限，记为
若第一轮初始分配出力落在振动区之内，则将该水电第二轮的出力就近匹配，并将其最小出力固定为振动区上限，或最大出力固定为振动区下限，出力范围为所对应的运行区。
请参阅图3，本发明实施例提供一种计算机终端设备，包括一个或多个处理器和存储器。存储器与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述任意一个实施例中的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法。
处理器用于控制该计算机终端设备的整体操作，以完成上述的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该计算机终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该计算机终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static RandomAccess Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
在一示例性实施例中，计算机终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific 1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述任意一个实施例中的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由计算机终端设备的处理器执行以完成上述的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
综上所述，本发明实施例的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法中，以省级电力现货市场安全约束经济调度标准化数学模型为基础，在保证水电机组出力避开水电振动区约束的前提下提高了实时市场出清的计算效率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法，其特征在于，包括：
获取计算所需的基础数据；
将所述基础数据输入预设的不考虑水电振动区约束的安全约束经济调度模型作为第一轮出力分配，求解第一轮出力分配中各类机组的出力结果；
根据第一轮出力分配结果判断是否都在可运行区间范围内，以判断是否出清成功；
若出清成功，则输出各机组中标出力结果；
若出清失败，根据第一轮出力分配结果和水电振动区数据更新水电机组出力上下限；
根据更新后的所述水电机组出力上下限，建立基于水电振动区限制后的安全约束经济调度模型，以进行第二轮出力分配，并求解第二轮出力分配中各类机组的出力结果；
输出各机组中标出力结果。
2.根据权利要求1所述的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法，其特征在于，所述基础数据包括：系统数据、机组数据、电厂数据、联络线数据、断面数据和灵敏度数据。
3.根据权利要求1所述的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法，其特征在于，包括：
构造所述预设的不考虑水电振动区约束的安全约束经济调度模型。
4.根据权利要求3所述的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法，其特征在于，所述预设的不考虑水电振动区约束的安全约束经济调度模型，包括：
设定优化目标，根据优化目标建立目标函数；
建立约束条件，所述约束条件，包括：系统负荷平衡约束、系统旋转备用约束、机组出力上下限约束、机组爬坡约束、机组群出力上下限约束、线路潮流约束、断面潮流约束。
5.根据权利要求4所述的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法，其特征在于，所述目标函数，包括：
N表示机组的总台数，T表示所考虑的总时段数，Pi,t表示机组i在t时段的出力，Ci,t(Pi,t)为机组i在时段t的运行费用，是与机组申报的各段出力区间和对应能量价格有关的多段线性函数，M为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子，
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
6.根据权利要求5所述的考虑水电振动区约束的实时市场快速计算方法，其特征在于，所述机组i在t时段的出力
其中，M为机组报价总段数，Pi,t,m为机组i在t时段第m个出力区间中的中标电力，
分别为机组i申报的第m个出力区间上、下界；所述机组i在时段t的运行费用
其中，M为机组报价总段数，Ci,t,m为机组i在t时段申报的第m个出力分段对应的能量价格。
7.根据权利要求1所述的考虑水电振动区约束的实时市场快速计算方法，其特征在于，所述根据第一轮出力分配结果和水电振动区数据更新水电机组出力上下限，包括：
若所述第一轮初始出力分配结果落在可运行区之内，则所述水电机组出力上下限为所述可运行区的上下限；
若所述第一轮初始出力分配结果落在振动区之内，则将所述水电机组出力就近匹配，将所述水电机组出力下限固定为振动区上限，或所述水电机组出力上限固定为振动区下限，所述水电机组出力范围为所对应的运行区。
8.根据权利要求7所述的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法，其特征在于，所述考虑水电振动区限制后的安全约束经济调度模型与所述不考虑水电振动区限制后的安全约束经济调度模型的区别在于水电机组的出力范围不同。
9.一种计算机终端设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至8任一项所述的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的考虑水电振动区约束的实时市场出清快速计算方法。
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