CN112365193A - 考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法及装置，构建了包含电网、发电商和柔性负荷商等主体的集中式电力市场，建立了相应的出清优化模型并设计了出清机制，综合考虑了多主体和多方面因素，为使优化目标合理化、市场化，将社会总福利最大化设立为优化目标；同时考虑了电力系统运行中的节点安全约束和线路安全约束，并可以根据各条线路的不同情况设置不同的安全裕度，提高电力系统的运行稳定性，从而兼顾安全性与经济性。

Description

考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统调度技术领域，具体是一种考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法及装置。
背景技术
随着电力市场改革的持续推进，主动配电网的建设和售电侧逐步开放为提升市场效率带来了一定成效，与此同时，柔性负荷的发展使得需求侧具有更高的灵活性。然而，电力市场改革和发展在为市场中各主体带来经济效益的同时，也给电力系统的安全稳定运行带来了极大的挑战，因此，兼顾电力市场交易的经济性与安全性，找到二者之间的平衡至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法及装置，以解决电力市场交易中存在的安全问题，并在此基础上使社会总福利达到最大，使安全性与经济性得到平衡。
为解决上述技术问题，本发明提出一种考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法，包括以下步骤：
步骤一：构建集中式的电力市场结构；
步骤二：根据构建的电力市场结构建立集中式的电力市场出清优化模型，所述集中式的电力市场出清优化模型包括使社会总体福利最大化的目标函数和约束条件；
步骤三：根据建立的电力市场出清优化模型执行集中式的电力市场出清机制。
进一步地，所述步骤一中，电力市场包括市场主体和配电网设施，其中市场主体包括电网、配备智能电表的发电商、柔性负荷商，所述配电网设施包括用于电能传输的配电网络设备、用于信息交换的通讯网络设备；发电商的集合记为
Figure BDA0002810774950000021
柔性负荷商的集合记为
Figure BDA0002810774950000022
并假设
Figure BDA0002810774950000023
发电商和柔性负荷商均只与电网进行信息交换，各发电商将自己的出力、各柔性负荷商将自己的需求分别上报给电网；然后，电网建立所述步骤二中的集中式电力市场出清优化模型并进行求解；最后，电网公布出清结果，各市场主体执行交易方案。
进一步地，所述步骤二中，所述目标函数为：
Figure BDA0002810774950000024
Figure BDA0002810774950000025
Figure BDA0002810774950000026
其中，pi表示发电商i的发电量，pdj表示柔性负荷商j的需求量，Ci(pi)是发电商i的发电成本，与发电量pi成二次函数关系，ai、bi、ci是其成本系数，Uj(pdj)是柔性负荷商j购电所产生的效用，βj和
Figure BDA0002810774950000027
是柔性负荷商j的效用函数的参数，T是考虑线路传输安全裕度的安全成本。
进一步地，所述约束条件包括发电商和柔性负荷商的约束条件：
Figure BDA0002810774950000031
Figure BDA0002810774950000032
其中，公式(4)为发电商i的有功出力约束，
Figure BDA0002810774950000033
pi 分别表示发电商i的有功出力上、下限，公式(5)为柔性负荷商j的需求约束，
Figure BDA0002810774950000034
pdj 分别表示柔性负荷商j的需求上、下限，本发明仅考虑发电商的总发电量可以满足负荷需求的情形。
进一步地，所述约束条件还包括线路传输安全约束条件：
PGD＝B·θ (6)
Figure BDA0002810774950000036
Pij≤(1-mij)Pij,max (8)
Figure BDA0002810774950000037
其中，公式(6)为配电网节点安全约束，
Figure BDA0002810774950000038
表示各节点的注入功率，其中
Figure BDA0002810774950000039
表示柔性负荷商j的总需求量，B为节点电纳矩阵，θ为电压相角向量，θi表示节点i处的电压相角；公式(7)和(8)为配电网线路安全约束，Xij表示线路i-j的阻抗，Pij表示线路i-j的潮流，Pij,max表示线路i-j的潮流上限；公式(9)为节点功率平衡约束，
Figure BDA00028107749500000310
表示线路i-j上的损耗，mij表示线路i-j的安全裕度，取值范围为0～100％，Li表示电力系统中节点i的所有相邻节点。
进一步地，所述步骤三中，集中式的电力市场出清过程为：
1)各发电商将自己的有功出力上、下限
Figure BDA0002810774950000041
pi 上报给电网；
2)各柔性负荷商预测自身需求量，并将需求量上、下限
Figure BDA0002810774950000042
pdj 上报给电网；
3)电网收集各发电商和柔性负荷商上报的信息，根据公式(1)-(9)求解优化问题，得到并公布出清结果，各市场主体执行交易方案，出清过程结束。
一种考虑线路传输安全的电力市场集中式出清装置，包括：
电力市场结构构建模块，用于构建集中式的电力市场结构；
出清优化模型建立模块，用于根据构建的电力市场结构建立集中式的电力市场出清优化模型，所述集中式的电力市场出清优化模型包括使社会总体福利最大化的目标函数和约束条件；
出清模块，用于根据建立的电力市场出清优化模型执行集中式的电力市场出清机制。
本发明的有益效果是：
1.本发明提出的电力市场集中式出清方法可以在保证电力系统安全运行的前提下，使社会总福利达到最大。
2.本发明在集中式电力市场出清模型中考虑了线路传输安全，可以提高出清方法的实用性、有效性，同时有利于电力系统安全稳定地运行，兼顾电力系统的安全性和经济性。
3.针对电力系统中不同状态的输电线路，本发明对其设置了灵活可变的安全裕度，可以增强所提出的电力市场集中式出清方法的适用性。
附图说明
图1为本发明考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法其中一个实施例的流程图；
图2为本发明的电力市场结构图；
图3为本发明的电力市场集中式出清流程图；
图4为本发明一个实施例的电力系统结构图；
图5(a)为本发明一个实施例不同案例下各发电商的发电量的仿真结果图，图5(b)为本发明一个实施例不同案例下社会总福利的仿真结果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。
请参阅图1，本发明实施例提出一种考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法，包括如下步骤：
步骤一：构建集中式的电力市场结构。如图2所示，电力市场由电网、配备智能电表的发电商、柔性负荷商等多种类型的市场主体和配电网设施组成，所述配电网设施包括用于电能传输的配电网络设备、用于信息交换的通讯网络设备。发电商的集合记为
Figure BDA0002810774950000051
柔性负荷商的集合记为
Figure BDA0002810774950000052
并假设
Figure BDA0002810774950000053
配电网络是单向的，电能经配电网络从发电商传输到柔性负荷商。通讯网络是双向的，用于发电商与电网、柔性负荷商与电网之间的双向信息交换。需要指出的是，发电商和柔性负荷商均只与电网进行信息交换，如各发电商将自己的出力、各柔性负荷商将自己的需求通过通讯网络分别上报给电网，而发电商和柔性负荷商之间不直接进行信息交换。
步骤二：根据构建的电力市场结构建立集中式的电力市场出清优化模型。建立如公式(1)-(9)所示的集中式电力市场出清优化模型，其目标函数为考虑线路传输安全的社会福利最大化，约束条件包括发电商有功出力约束、柔性负荷商需求约束、配电网节点安全约束和配电网线路安全约束。其中，本发明在线路安全约束条件中定量地考虑了线路传输安全裕度，并根据各条线路的不同情况设置了不同的安全裕度，以保证电力系统运行更加安全稳定。
具体的，所述目标函数为：
Figure BDA0002810774950000061
Figure BDA0002810774950000062
Figure BDA0002810774950000063
其中，pi表示发电商i的发电量，pdj表示柔性负荷商j的需求量，Ci(pi)是发电商i的发电成本，与发电量pi成二次函数关系，ai、bi、ci是其成本系数，Uj(pdj)是柔性负荷商j购电所产生的效用，βj和
Figure BDA0002810774950000064
是柔性负荷商j的效用函数的参数，T是考虑线路传输安全裕度的安全成本。
发电商有功出力约束、柔性负荷商需求约束具体如下：
Figure BDA0002810774950000071
Figure BDA0002810774950000072
其中，公式(4)为发电商i的有功出力约束，
Figure BDA0002810774950000073
pi 分别表示发电商i的有功出力上、下限，公式(5)为柔性负荷商j的需求约束，
Figure BDA0002810774950000074
pdj 分别表示柔性负荷商j的需求上、下限，本发明仅考虑发电商的总发电量可以满足负荷需求的情形。
配电网节点安全约束和配电网线路安全约束条件具体如下：
PGD＝B·θ (6)
Figure BDA0002810774950000076
Pij≤(1-mij)Pij,max (8)
Figure BDA0002810774950000077
其中，公式(6)为配电网节点安全约束，
Figure BDA0002810774950000078
表示各节点的注入功率，其中
Figure BDA0002810774950000079
表示柔性负荷商j的总需求量，B为节点电纳矩阵，θ为电压相角向量，θi表示节点i处的电压相角；公式(7)和(8)为配电网线路安全约束，Xij表示线路i-j的阻抗，Pij表示线路i-j的潮流，Pij,max表示线路i-j的潮流上限；公式(9)为节点功率平衡约束，
Figure BDA00028107749500000710
表示线路i-j上的损耗，mij表示线路i-j的安全裕度，取值范围为0～100％，Li表示电力系统中节点i的所有相邻节点。
步骤三：根据建立的电力市场出清优化模型执行集中式的电力市场出清机制，如图3所示，首先，各发电商通过通讯网络将自己的有功出力上、下限
Figure BDA0002810774950000081
pi 上报给电网；其次，各柔性负荷商依据自身负荷需求，将需求量上、下限
Figure BDA0002810774950000082
pdj 上报给电网；然后，电网根据收集到的各发电商和柔性负荷商的信息，求解公式(1)-(9)所述的出清模型，得到出清结果；最后，电网公布出清结果，各市场主体执行交易方案，出清过程结束。
上文详述了考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法的实施例，在此基础上，本发明还公开了与上述方法对应的考虑线路传输安全的电力市场集中式出清装置，包括：
电力市场结构构建模块，用于构建集中式的电力市场结构；
出清优化模型建立模块，用于根据构建的电力市场结构建立集中式的电力市场出清优化模型，所述集中式的电力市场出清优化模型包括使社会总体福利最大化的目标函数和约束条件；
出清模块，用于根据建立的电力市场出清优化模型执行集中式的电力市场出清机制。
由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
本发明提出的一种考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法及装置，在经济方面，综合考虑多主体和多方面因素，为使优化目标合理化、市场化，该方法设立社会总福利最大化作为优化目标；在安全方面，该方法考虑了电力系统运行中的节点安全约束和线路安全约束，并根据各条线路的不同情况设置了不同的安全裕度，能够提高电力系统的运行稳定性。
下面以具体实施例说明本发明的一种考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法，以图4所示的9节点电力系统为例，在MATLAB仿真环境下建立集中式的电力市场出清优化模型，设置了3个案例Case1、Case2、Case3，它们的安全等级不同。Case1中，电力系统各条线路均无安全约束，安全等级最低；Case2中，电力系统各条线路的安全裕度均为0，安全等级为中等；Case3中，电力系统各条线路的安全裕度不尽相同，安全等级最高，具体数据如表1所示：
表1电力系统各条线路的安全裕度
Figure BDA0002810774950000091
对上述出清模型进行求解，得到仿真结果如下：
如图5(a)和图5(b)所示，Case1中，求解出清模型得到三个发电商的发电量P1、P2、P3分别为140.0MW、300.0MW、270.0MW，社会总福利为7764.6；Case2中，求解出清模型得到三个发电商的发电量P1、P2、P3分别为140.0MW、250.0MW、270.0MW，社会总福利为6483.0；Case3中，求解出清模型得到三个发电商的发电量P1、P2、P3分别为140.0MW、180.0MW、210.0MW，社会总福利为4180.5。由3个案例的出清结果可以发现，电力系统线路传输安全约束会对电力市场中的交易量产生影响，从而影响到社会总福利，安全等级越高，对交易情况的影响越大，Case3的安全等级最高，对发电商2和发电商3的发电量均有较大影响，对社会总福利的影响也最大。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：构建集中式的电力市场结构；
步骤二：根据构建的电力市场结构建立集中式的电力市场出清优化模型，所述集中式的电力市场出清优化模型包括使社会总体福利最大化的目标函数和约束条件；
步骤三：根据建立的电力市场出清优化模型执行集中式的电力市场出清机制。
2.如权利要求1所述的考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法，其特征在于：所述步骤一中，电力市场包括市场主体和配电网设施，其中市场主体包括电网、配备智能电表的发电商、柔性负荷商，所述配电网设施包括用于电能传输的配电网络设备、用于信息交换的通讯网络设备；发电商的集合记为
Figure FDA0002810774940000011
柔性负荷商的集合记为
Figure FDA0002810774940000012
并假设
Figure FDA0002810774940000013
发电商和柔性负荷商均只与电网进行信息交换，各发电商将自己的出力、各柔性负荷商将自己的需求分别上报给电网；然后，电网建立所述步骤二中的集中式电力市场出清优化模型并进行求解；最后，电网公布出清结果，各市场主体执行交易方案。
3.如权利要求2所述的考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法，其特征在于：所述步骤二中，所述目标函数为：
Figure FDA0002810774940000014
Figure FDA0002810774940000015
Figure FDA0002810774940000016
其中，pi表示发电商i的发电量，pdj表示柔性负荷商j的需求量，Ci(pi)是发电商i的发电成本，与发电量pi成二次函数关系，ai、bi、ci是其成本系数，Uj(pdj)是柔性负荷商j购电所产生的效用，βj和
Figure FDA0002810774940000029
是柔性负荷商j的效用函数的参数，T是考虑线路传输安全裕度的安全成本。
4.如权利要求3所述的考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法，其特征在于：所述约束条件包括发电商和柔性负荷商的约束条件：
Figure FDA0002810774940000021
Figure FDA0002810774940000022
其中，公式(4)为发电商i的有功出力约束，
Figure FDA0002810774940000023
pi 分别表示发电商i的有功出力上、下限，公式(5)为柔性负荷商j的需求约束，
Figure FDA0002810774940000024
pdj 分别表示柔性负荷商j的需求上、下限，本发明仅考虑发电商的总发电量可以满足负荷需求的情形。
5.如权利要求4所述的考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法，其特征在于：所述约束条件还包括线路传输安全约束条件：
PGD＝B·θ (6)
Figure FDA0002810774940000025
Pij≤(1-mij)Pij，max (8)
Figure FDA0002810774940000026
其中，公式(6)为配电网节点安全约束，
Figure FDA0002810774940000027
表示各节点的注入功率，其中
Figure FDA0002810774940000028
表示柔性负荷商j的总需求量，B为节点电纳矩阵，θ为电压相角向量，θi表示节点i处的电压相角；公式(7)和(8)为配电网线路安全约束，Xij表示线路i-j的阻抗，Pij表示线路i-j的潮流，Pij，max表示线路i-j的潮流上限；公式(9)为节点功率平衡约束，
Figure FDA0002810774940000031
表示线路i-j上的损耗，mij表示线路i-j的安全裕度，取值范围为0～100％，Li表示电力系统中节点i的所有相邻节点。
6.如权利要求5所述的考虑线路传输安全的电力市场集中式出清方法，其特征在于：所述步骤三中，集中式的电力市场出清过程为：
1)各发电商将自己的有功出力上、下限
Figure FDA0002810774940000032
pi 上报给电网；
2)各柔性负荷商预测自身需求量，并将需求量上、下限
Figure FDA0002810774940000033
pdj 上报给电网；
3)电网收集各发电商和柔性负荷商上报的信息，根据公式(1)-(9)求解优化问题，得到并公布出清结果，各市场主体执行交易方案，出清过程结束。
7.一种考虑线路传输安全的电力市场集中式出清装置，其特征在于：包括
电力市场结构构建模块，用于构建集中式的电力市场结构；
出清优化模型建立模块，用于根据构建的电力市场结构建立集中式的电力市场出清优化模型，所述集中式的电力市场出清优化模型包括使社会总体福利最大化的目标函数和约束条件；
出清模块，用于根据建立的电力市场出清优化模型执行集中式的电力市场出清机制。
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