CN112465217A - 一种电力现货市场均衡优化方法和装置 - Google Patents

一种电力现货市场均衡优化方法和装置 Download PDF

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CN112465217A CN202011338010.8A CN202011338010A CN112465217A CN 112465217 A CN112465217 A CN 112465217A CN 202011338010 A CN202011338010 A CN 202011338010A CN 112465217 A CN112465217 A CN 112465217A
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刘思捷
白杨
林少华
蔡秋娜
龚超
余珏
高海翔
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Abstract

本申请公开了一种电力现货市场均衡优化方法和装置，方法包括：获取待优化的电力现货市场的基础数据；基于基础数据，构建考虑西电出力优化的安全约束机组组合模型；利用CPLEX算法求解安全约束机组组合模型，得到各类机组的机组组合结果；基于基础数据，构建考虑西电出力优化的安全约束经济调度模型；基于机组组合结果，设置不同时段时的安全约束经济调度目标函数和约束条件，利用CPLEX算法求解安全约束经济调度模型，得到各时段时机组对应的第一中标出力结果和西电联络线对应的第二中标出力结果；输出各时段时机组启停状态、第一中标出力结果、第二中标出力结果和节点电价，增大了省内机组的调整空间，减少了线路和断面潮流超出运行限值的风险。

Description

一种电力现货市场均衡优化方法和装置
技术领域
本申请涉及电力调度自动化技术领域，尤其涉及一种电力现货市场均衡优化方法和装置。
背景技术
近年来，随着我国电力现货市场体系的建设，电力现货市场进入试结算运行。目前南方区域电力现货市场在出清过程中，虽然能在一定程度上保证南方区域其他省内清洁能源的优先消纳，但是从电力系统网络安全性来看，负荷的剧烈变化会增加省内机组的调整难度，加大线路和断面潮流超过运行限值的风险。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种电力现货市场均衡优化方法和装置，解决了现有电力现货市场的出清计算虽然能在一定程度上保证南方区域其他省内清洁能源的优先消纳，但是从电力系统网络安全性来看，负荷的剧烈变化会增加省内机组的调整难度，加大线路和断面潮流超过运行限值的风险的技术问题。
本申请第一方面提供了一种电力现货市场均衡优化方法，包括：
获取待优化的电力现货市场的基础数据，其中，所述基础数据包括：系统数据、机组数据、联络线计划数据、负荷数据和灵敏度数据；
基于所述基础数据，构建考虑西电出力优化的安全约束机组组合模型；
利用CPLEX算法求解所述安全约束机组组合模型，得到各类机组的机组组合结果；
基于所述基础数据，构建考虑西电出力优化的安全约束经济调度模型；
基于所述机组组合结果，设置不同时段时的安全约束经济调度目标函数和约束条件，利用CPLEX算法求解所述安全约束经济调度模型，得到各时段时机组对应的第一中标出力结果和西电联络线对应的第二中标出力结果；
输出各时段时机组启停状态、所述第一中标出力结果、第二中标出力结果和节点电价。
优选地，所述安全约束机组组合模型的目标函数为：
Figure BDA0002797824750000021
其中，N为机组的总台数，T为所考虑的总时段数，Pi,t为机组i在t时段的出力，Ci,t(Pi,t)、
Figure BDA0002797824750000022
分别为机组i在时段t的运行费用、启动费用，NT为西电联络线的数量，Cj,t(Tj,t)为西电联络线j在时段t的运行费用，Tj,t为联络线j在时段t的出力，M为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子，
Figure BDA0002797824750000023
Figure BDA0002797824750000024
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
Figure BDA0002797824750000025
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
优选地，所述安全约束机组组合模型的线路潮流约束为：
Figure BDA0002797824750000026
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在时段t的母线负荷值。
优选地，所述安全约束机组组合模型的断面潮流约束为：
Figure BDA0002797824750000027
其中，
Figure BDA0002797824750000028
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，Dk,t为节点k在时段t的母线负荷值。
优选地，所述安全约束经济调度模型为：
Figure BDA0002797824750000029
其中，N为机组的总台数，T为所考虑的总时段数，Pi,t为机组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，Tj,t为联络线j在时段t的出力，Cj,t(Tj,t)为西电联络线j在时段t的运行费用，NT为西电联络线的数量，M为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子，
Figure BDA0002797824750000031
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
Figure BDA0002797824750000032
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
本申请第二方面提供了一种电力现货市场均衡优化装置，包括：
获取单元，用于获取待优化的电力现货市场的基础数据，其中，所述基础数据包括：系统数据、机组数据、联络线计划数据、负荷数据和灵敏度数据；
第一构建单元，用于基于所述基础数据，构建考虑西电出力优化的安全约束机组组合模型；
第一求解单元，用于利用CPLEX算法求解所述安全约束机组组合模型，得到各类机组的机组组合结果；
第二构建单元，用于基于所述基础数据，构建考虑西电出力优化的安全约束经济调度模型；
第二求解单元，用于基于所述机组组合结果，设置不同时段时的安全约束经济调度目标函数和约束条件，利用CPLEX算法求解所述安全约束经济调度模型，得到各时段时机组对应的第一中标出力结果和西电联络线对应的第二中标出力结果；
输出单元，用于输出各时段时机组启停状态、所述第一中标出力结果、第二中标出力结果和节点电价。
优选地，所述安全约束机组组合模型的目标函数为：
Figure BDA0002797824750000033
其中，N为机组的总台数，T为所考虑的总时段数，Pi,t为机组i在t时段的出力，Ci,t(Pi,t)、
Figure BDA0002797824750000034
分别为机组i在时段t的运行费用、启动费用，NT为西电联络线的数量，Cj,t(Tj,t)为西电联络线j在时段t的运行费用，Tj,t为联络线j在时段t的出力，M为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子，
Figure BDA0002797824750000035
Figure BDA0002797824750000036
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
Figure BDA0002797824750000037
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
优选地，所述安全约束机组组合模型的线路潮流约束为：
Figure BDA0002797824750000041
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在时段t的母线负荷值。
优选地，所述安全约束机组组合模型的断面潮流约束为：
Figure BDA0002797824750000042
其中，
Figure BDA0002797824750000043
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，Dk,t为节点k在时段t的母线负荷值。
优选地，所述安全约束经济调度模型为：
Figure BDA0002797824750000044
其中，N为机组的总台数，T为所考虑的总时段数，Pi,t为机组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，Tj,t为联络线j在时段t的出力，Cj,t(Tj,t)为西电联络线j在时段t的运行费用，NT为西电联络线的数量，M为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子，
Figure BDA0002797824750000045
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
Figure BDA0002797824750000046
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请提供了一种电力现货市场均衡优化方法，包括：获取待优化的电力现货市场的基础数据，其中，基础数据包括：系统数据、机组数据、联络线计划数据、负荷数据和灵敏度数据；基于基础数据，构建考虑西电出力优化的安全约束机组组合模型；利用CPLEX算法求解安全约束机组组合模型，得到各类机组的机组组合结果；基于基础数据，构建考虑西电出力优化的安全约束经济调度模型；基于机组组合结果，设置不同时段时的安全约束经济调度目标函数和约束条件，利用CPLEX算法求解安全约束经济调度模型，得到各时段时机组对应的第一中标出力结果和西电联络线对应的第二中标出力结果；输出各时段时机组启停状态、第一中标出力结果、第二中标出力结果和节点电价。
本申请中的电力现货市场均衡优化方法，在出清过程中考虑西电东送出力参与优化计算的功能，增大了省内机组的调整空间，减少了线路和断面潮流超出运行限值的风险，解决了现有电力现货市场的出清计算虽然能在一定程度上保证南方区域其他省内清洁能源的优先消纳，但是从电力系统网络安全性来看，负荷的剧烈变化会增加省内机组的调整难度，加大线路和断面潮流超过运行限值的风险的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请实施例中一种电力现货市场均衡优化方法的实施例一的流程示意图；
图2为本申请实施例中一种电力现货市场均衡优化方法的实施例二的流程示意图；
图3为本申请实施例中一种电力现货市场均衡优化装置的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种电力现货市场均衡优化方法和装置，解决了现有电力现货市场的出清计算虽然能在一定程度上保证南方区域其他省内清洁能源的优先消纳，但是从电力系统网络安全性来看，负荷的剧烈变化会增加省内机组的调整难度，加大线路和断面潮流超过运行限值的风险的技术问题。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请第一方面提供了一种电力现货市场均衡优化方法。
请参阅图1，本申请实施例中一种电力现货市场均衡优化方法的实施例一的流程示意图，包括：
步骤101、获取待优化的电力现货市场的基础数据，其中，基础数据包括：系统数据、机组数据、联络线计划数据、负荷数据和灵敏度数据。
步骤102、基于基础数据，构建考虑西电出力优化的安全约束机组组合模型。
本实施例中的安全约束机组组合模型的目标函数为：
Figure BDA0002797824750000061
其中，N为机组的总台数，T为所考虑的总时段数，Pi,t为机组i在t时段的出力，Ci,t(Pi,t)、
Figure BDA0002797824750000062
分别为机组i在时段t的运行费用、启动费用，NT为西电联络线的数量，Cj,t(Tj,t)为西电联络线j在时段t的运行费用，Tj,t为联络线j在时段t的出力，M为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子，
Figure BDA0002797824750000063
Figure BDA0002797824750000064
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
Figure BDA0002797824750000065
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
其中，安全约束机组组合模型的线路潮流约束为：
Figure BDA0002797824750000066
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在时段t的母线负荷值。
安全约束机组组合模型的断面潮流约束为：
Figure BDA0002797824750000071
其中，
Figure BDA0002797824750000072
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，Dk,t为节点k在时段t的母线负荷值。
步骤103、利用CPLEX算法求解安全约束机组组合模型，得到各类机组的机组组合结果。
安全约束机组组合模型的目标函数和约束条件构成的西电出力优化的安全约束机组组合模型，本质上是一个混合整数线性规划模型，可以利用CPLEX算法进行求解，得到各类机组的机组组合结果并保存。
步骤104、基于基础数据，构建考虑西电出力优化的安全约束经济调度模型。
可以理解的是，本实施例中安全约束经济调度模型为：
Figure BDA0002797824750000073
其中，N为机组的总台数，T为所考虑的总时段数，Pi,t为机组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，Tj,t为联络线j在时段t的出力，Cj,t(Tj,t)为西电联络线j在时段t的运行费用，NT为西电联络线的数量，M为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子，
Figure BDA0002797824750000074
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
Figure BDA0002797824750000075
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
步骤105、基于机组组合结果，设置不同时段时的安全约束经济调度目标函数和约束条件，利用CPLEX算法求解安全约束经济调度模型，得到各时段时机组对应的第一中标出力结果和西电联络线对应的第二中标出力结果。
在通过步骤103计算的机组组合结果的基础上，通过设置不同时段的安全约束经济调度目标函数和约束条件，利用CPLEX算法对安全约束经济调度模型进行优化计算，得到各时段时机组对应的第一中标出力结果和西电联络线对应的第二中标出力结果。
步骤106、输出各时段时机组启停状态、第一中标出力结果、第二中标出力结果和节点电价。
本实施例中的电力现货市场均衡优化方法，在出清过程中考虑西电东送出力参与优化计算的功能，增大了省内机组的调整空间，减少了线路和断面潮流超出运行限值的风险，解决了现有电力现货市场的出清计算虽然能在一定程度上保证南方区域其他省内清洁能源的优先消纳，但是从电力系统网络安全性来看，负荷的剧烈变化会增加省内机组的调整难度，加大线路和断面潮流超过运行限值的风险的技术问题。
以上为本申请实施例提供的一种电力现货市场均衡优化方法的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种电力现货市场均衡优化方法的实施例二。
请参阅图2，本申请实施例中一种电力现货市场均衡优化方法的实施例二的流程示意图，包括：
S1、获取基础数据。
本实施例中的基础数据包括：系统数据、机组数据、联络线计划数据、负荷数据和灵敏度数据。
其中，系统数据为：时段信息、系统负荷。机组数据为：机组基本信息、机组计算参数、机组启动报价、机组能量报价、机组初始状态、机组电力约束、机组群电力约束、机组爬坡速率、机组最小连续开停机时间、机组日最大启动次数、新能源机组(风电机组、光伏机组)日前预测出力。联络线计划数据为：联络线基本信息、联络线计划功率。负荷数据为：母线负荷预测。灵敏度数据为：机组、负荷注入功率对线路、断面潮流的发电转移分布因子。
S2、建立考虑西电出力优化的安全约束机组组合模型。
安全约束机组组合模型的目标函数为：
Figure BDA0002797824750000081
其中，N为机组的总台数，T为所考虑的总时段数，假设一天考虑96时段，则T为96，Pi,t为机组i在t时段的出力，Ci,t(Pi,t)、
Figure BDA0002797824750000082
分别为机组i在时段t的运行费用、启动费用，其中机组运行费用Ci,t(Pi,t)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。NT为西电联络线的数量，Cj,t(Tj,t)为西电联络线j在时段t的运行费用，Tj,t为联络线j在时段t的出力，其中联络线运行费用Cj,t(Tj,t)是与联络线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，
Figure BDA0002797824750000091
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
Figure BDA0002797824750000092
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
约束条件有如下：
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：
Figure BDA0002797824750000093
其中，Pi,t为机组i在t时段的出力，Tj,t为联络线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)系统正备用容量约束为：
Figure BDA0002797824750000094
其中，αi,t为机组i在t时段的启停状态，αi,t＝0为机组停机，αi,t＝1为机组开机，N为机组总台数，
Figure BDA0002797824750000095
为机组i在t时段的最大出力(一般为额定容量)，NT为联络线总数，Tj,t为联络线j在时段t的优化功率(送入为正、输出为负)Dt为t时段的系统负荷，
Figure BDA0002797824750000096
为t时段的系统正备用容量要求。
3)系统负备用容量约束为：
Figure BDA0002797824750000097
其中，
Figure BDA0002797824750000098
为机组i在t时段的最小出力，
Figure BDA0002797824750000099
为t时段的系统负备用容量要求。
4)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，可以描述为：
Figure BDA00027978247500000910
Figure BDA0002797824750000101
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，
Figure BDA0002797824750000102
Figure BDA0002797824750000103
分别是机组i在时段t的最大、最小出力，
Figure BDA0002797824750000104
分别为时段t上调、下调旋转备用要求。
5)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：
Figure BDA0002797824750000105
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。
6)机组电量约束可以描述为：
Figure BDA0002797824750000106
其中，T为所考虑的时段总数，T0为计划周期内一个时段的时间长度，若每天考虑96个时段，则每个时段为15分钟，即T0＝0.25(小时)，
Figure BDA0002797824750000107
分别为机组i的最大、最小电量。
7)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：
Figure BDA0002797824750000108
Figure BDA0002797824750000109
或简化为：
Figure BDA00027978247500001010
Figure BDA00027978247500001011
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。
机组升降出力约束由几方面因素决定：当机组处于正常运行状态时，机组的升降出力范围由ΔPi U、ΔPi D决定，当机组处于开启时刻时，机组的升降出力范围由机组的允许开机速率(此处为
Figure BDA00027978247500001012
)决定，当机组处于关停时刻时，机组的升降出力范围由机组的允许停机速率(此处为
Figure BDA00027978247500001013
)决定。
8)机组最小连续开停时间约束。由于火电机组的物理属性及实际运行需要，要求火电机组满足最小连续开机/停机时间。最小连续开停时间约束可以描述为：
Figure BDA0002797824750000111
Figure BDA0002797824750000112
其中，αi,t为机组i在t时段的启停状态，TU、TD为机组的最小连续开机时间和最小连续停机时间，
Figure BDA0002797824750000113
为机组i在t时段时已经连续开机的时间和连续停机的时间，可以用状态变量αi,t(i＝1～N,t＝1～T)来为：
Figure BDA0002797824750000114
Figure BDA0002797824750000115
9)机组指定状态约束包括：检修、指定开停机、指定出力等。
10)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：
Figure BDA0002797824750000116
其中，
Figure BDA0002797824750000117
为机组群j在时段t的最大、最小出力。
11)机组群电量约束。部分受限于一次能源供应约束机组群，其在日前电能量市场的中标电量应满足该机组群电量上限约束。
Figure BDA0002797824750000118
其中，T0＝96为D日的总时段数，
Figure BDA0002797824750000119
为机组群j在D日的电量上限。
12)线路潮流约束可以描述为：
Figure BDA00027978247500001110
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在时段t的母线负荷值。
Figure BDA0002797824750000121
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量。
13)断面潮流约束可以描述为：
Figure BDA0002797824750000122
其中，
Figure BDA0002797824750000123
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。
Figure BDA0002797824750000124
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量。
14)机组出力表达式为：
Figure BDA0002797824750000125
Figure BDA0002797824750000126
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，
Figure BDA0002797824750000127
分别为机组i申报的第m个出力区间上、下界。
15)机组运行费用表达式为：
Figure BDA0002797824750000128
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。
16)机组启动费用表达式为：
Figure BDA0002797824750000129
其中，
Figure BDA00027978247500001210
为机组i的单次启动费用，ηi,t为机组i在t时段为开机状态，当机组i在t时段从停机状态切换到开机状态时,ηi,t为1，否则为0。
17)机组停机费用表达式为：
Figure BDA00027978247500001211
其中，
Figure BDA00027978247500001212
为机组i的单次停机费用，γi,t为机组i在t时段为停机状态，当机组i在t时段从开机状态切换到停机状态时,γi,t为1，否则为0。
18)西电联络线出力表达式为：
Figure BDA0002797824750000131
Figure BDA0002797824750000132
其中，M为西电联络线报价总段数，Tj,t,m为联络线j在t时段第m个出力区间中的中标电力，
Figure BDA0002797824750000133
分别为联络线j申报的第m个出力区间上、下界。
19)西电联络线运行费用表达式为：
Figure BDA0002797824750000134
其中，M为西电联络线报价总段数，Ci,t,m为联络线j在t时段申报的第m个出力分段对应的价格。
S3、求解考虑西电出力优化的安全约束机组组合模型。
S2的目标函数和约束条件构成的西电出力优化的安全约束机组组合模型，本质上是一个混合整数线性规划模型，可以调用CPLEX算法对安全约束机组组合模型进行求解，得到各类机组的机组组合结果并保存。
S4、建立考虑西电出力优化的安全约束经济调度模型。
安全约束经济调度模型的目标函数为：
Figure BDA0002797824750000135
其中，N为机组的总台数，T为所考虑的总时段数，假设一天考虑96时段，则T为96，Pi,t为机组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，NT为西电联络线的数量，Cj,t(Tj,t)为西电联络线j在时段t的运行费用，Tj,t为联络线j在时段t的出力，其中联络线运行费用Cj,t(Tj,t)是与联络线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。
Figure BDA0002797824750000136
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
Figure BDA0002797824750000137
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
约束条件有如下：
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：
Figure BDA0002797824750000141
其中，Pi,t为机组i在t时段的出力，Tj,t为联络线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，可以描述为：
Figure BDA0002797824750000142
Figure BDA0002797824750000143
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，
Figure BDA0002797824750000144
Figure BDA0002797824750000145
分别是机组i在时段t的最大、最小出力，
Figure BDA0002797824750000146
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：
Figure BDA0002797824750000147
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)机组电量约束可以描述为：
Figure BDA0002797824750000148
其中，T为所考虑的时段总数，T0为计划周期内一个时段的时间长度，若每天考虑96个时段，则每个时段为15分钟，即T0＝0.25(小时)，
Figure BDA0002797824750000149
分别为机组i的最大、最小电量。
5)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。
6)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：
Figure BDA0002797824750000151
其中，
Figure BDA0002797824750000152
为机组群j在时段t的最大、最小出力。
7)机组群电量约束。部分受限于一次能源供应约束机组群，其在日前电能量市场的中标电量应满足该机组群电量上限约束，可以描述为：
Figure BDA0002797824750000153
其中，T0＝96为D日的总时段数，
Figure BDA0002797824750000154
为机组群j在D日的电量上限。
8)线路潮流约束可以描述为：
Figure BDA0002797824750000155
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。
Figure BDA0002797824750000156
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量。
9)断面潮流约束可以描述为：
Figure BDA0002797824750000157
其中，
Figure BDA0002797824750000158
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。
Figure BDA0002797824750000159
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量。
10)机组出力表达式为：
Figure BDA0002797824750000161
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，
Figure BDA0002797824750000162
分别为机组i申报的第m个出力区间上、下界。
11)机组运行费用表达式为：
Figure BDA0002797824750000163
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。
12)西电联络线出力表达式为：
Figure BDA0002797824750000164
Figure BDA0002797824750000165
其中，M为西电联络线报价总段数，Tj,t,m为联络线j在t时段第m个出力区间中的中标电力，
Figure BDA0002797824750000166
分别为联络线j申报的第m个出力区间上、下界。
13)西电联络线运行费用表达式为：
Figure BDA0002797824750000167
其中，M为西电联络线报价总段数，Ci,t,m为联络线j在t时段申报的第m个出力分段对应的价格。
S5、求解考虑西电出力优化的安全约束经济调度模型。
在S3计算出的机组组合结果的基础上，通过设置不同时段的安全约束经济调度目标函数和约束条件，调用CPLEX算法对安全约束经济调度模型进行优化计算，得到不同时段的机组和西电联络线的中标出力结果。
S6、输出结果。输出包括各时段机组启停状态、机组中标出力、西电中标出力和节点电价。
本实施例中的电力现货市场均衡优化方法，在出清过程中考虑西电东送出力参与优化计算的功能，增大了省内机组的调整空间，减少了线路和断面潮流超出运行限值的风险，解决了现有电力现货市场的出清计算虽然能在一定程度上保证南方区域其他省内清洁能源的优先消纳，但是从电力系统网络安全性来看，负荷的剧烈变化会增加省内机组的调整难度，加大线路和断面潮流超过运行限值的风险的技术问题。
本申请第二方面提供了一种电力现货市场均衡优化装置。
请参阅图3，本申请实施例中一种电力现货市场均衡优化装置的结构示意图，包括：
获取单元301，用于获取待优化的电力现货市场的基础数据，其中，基础数据包括：系统数据、机组数据、联络线计划数据、负荷数据和灵敏度数据；
第一构建单元302，用于基于基础数据，构建考虑西电出力优化的安全约束机组组合模型；
第一求解单元303，用于利用CPLEX算法求解安全约束机组组合模型，得到各类机组的机组组合结果；
第二构建单元304，用于基于基础数据，构建考虑西电出力优化的安全约束经济调度模型；
第二求解单元305，用于基于机组组合结果，设置不同时段时的安全约束经济调度目标函数和约束条件，利用CPLEX算法求解安全约束经济调度模型，得到各时段时机组对应的第一中标出力结果和西电联络线对应的第二中标出力结果；
输出单元306，用于输出各时段时机组启停状态、第一中标出力结果、第二中标出力结果和节点电价。
可选地，安全约束机组组合模型的目标函数为：
Figure BDA0002797824750000171
其中，N为机组的总台数，T为所考虑的总时段数，Pi,t为机组i在t时段的出力，Ci,t(Pi,t)、
Figure BDA0002797824750000172
分别为机组i在时段t的运行费用、启动费用，NT为西电联络线的数量，Cj,t(Tj,t)为西电联络线j在时段t的运行费用，Tj,t为联络线j在时段t的出力，M为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子，
Figure BDA0002797824750000173
Figure BDA0002797824750000174
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
Figure BDA0002797824750000175
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
可选地，安全约束机组组合模型的线路潮流约束为：
Figure BDA0002797824750000181
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在时段t的母线负荷值。
可选地，安全约束机组组合模型的断面潮流约束为：
Figure BDA0002797824750000182
其中，
Figure BDA0002797824750000183
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，Dk,t为节点k在时段t的母线负荷值。
可选地，安全约束经济调度模型为：
Figure BDA0002797824750000184
其中，N为机组的总台数，T为所考虑的总时段数，Pi,t为机组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，Tj,t为联络线j在时段t的出力，Cj,t(Tj,t)为西电联络线j在时段t的运行费用，NT为西电联络线的数量，M为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子，
Figure BDA0002797824750000185
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
Figure BDA0002797824750000186
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
本实施例中的电力现货市场均衡优化方法，在出清过程中考虑西电东送出力参与优化计算的功能，增大了省内机组的调整空间，减少了线路和断面潮流超出运行限值的风险，解决了现有电力现货市场的出清计算虽然能在一定程度上保证南方区域其他省内清洁能源的优先消纳，但是从电力系统网络安全性来看，负荷的剧烈变化会增加省内机组的调整难度，加大线路和断面潮流超过运行限值的风险的技术问题。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个待安装电网网络，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电力现货市场均衡优化方法，其特征在于，包括：
获取待优化的电力现货市场的基础数据，其中，所述基础数据包括：系统数据、机组数据、联络线计划数据、负荷数据和灵敏度数据；
基于所述基础数据，构建考虑西电出力优化的安全约束机组组合模型；
利用CPLEX算法求解所述安全约束机组组合模型，得到各类机组的机组组合结果；
基于所述基础数据，构建考虑西电出力优化的安全约束经济调度模型；
基于所述机组组合结果，设置不同时段时的安全约束经济调度目标函数和约束条件，利用CPLEX算法求解所述安全约束经济调度模型，得到各时段时机组对应的第一中标出力结果和西电联络线对应的第二中标出力结果；
输出各时段时机组启停状态、所述第一中标出力结果、第二中标出力结果和节点电价。
2.根据权利要求1所述的电力现货市场均衡优化方法，其特征在于，所述安全约束机组组合模型的目标函数为：
Figure FDA0002797824740000011
其中，N为机组的总台数，T为所考虑的总时段数，Pi,t为机组i在t时段的出力，Ci,t(Pi,t)、
Figure FDA0002797824740000012
分别为机组i在时段t的运行费用、启动费用，NT为西电联络线的数量，Cj,t(Tj,t)为西电联络线j在时段t的运行费用，Tj,t为联络线j在时段t的出力，M为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子，
Figure FDA0002797824740000013
Figure FDA0002797824740000014
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
Figure FDA0002797824740000015
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
3.根据权利要求2所述的电力现货市场均衡优化方法，其特征在于，所述安全约束机组组合模型的线路潮流约束为：
Figure FDA0002797824740000016
其中，
Figure FDA0002797824740000017
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在时段t的母线负荷值。
4.根据权利要求2所述的电力现货市场均衡优化方法，其特征在于，所述安全约束机组组合模型的断面潮流约束为：
Figure FDA0002797824740000021
其中，
Figure FDA0002797824740000022
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，Dk,t为节点k在时段t的母线负荷值。
5.根据权利要求1所述的电力现货市场均衡优化方法，其特征在于，所述安全约束经济调度模型为：
Figure FDA0002797824740000023
其中，N为机组的总台数，T为所考虑的总时段数，Pi,t为机组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，Tj,t为联络线j在时段t的出力，Cj,t(Tj,t)为西电联络线j在时段t的运行费用，NT为西电联络线的数量，M为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子，
Figure FDA0002797824740000024
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
Figure FDA0002797824740000025
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
6.一种电力现货市场均衡优化装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取待优化的电力现货市场的基础数据，其中，所述基础数据包括：系统数据、机组数据、联络线计划数据、负荷数据和灵敏度数据；
第一构建单元，用于基于所述基础数据，构建考虑西电出力优化的安全约束机组组合模型；
第一求解单元，用于利用CPLEX算法求解所述安全约束机组组合模型，得到各类机组的机组组合结果；
第二构建单元，用于基于所述基础数据，构建考虑西电出力优化的安全约束经济调度模型；
第二求解单元，用于基于所述机组组合结果，设置不同时段时的安全约束经济调度目标函数和约束条件，利用CPLEX算法求解所述安全约束经济调度模型，得到各时段时机组对应的第一中标出力结果和西电联络线对应的第二中标出力结果；
输出单元，用于输出各时段时机组启停状态、所述第一中标出力结果、第二中标出力结果和节点电价。
7.根据权利要求6所述的电力现货市场均衡优化装置，其特征在于，所述安全约束机组组合模型的目标函数为：
Figure FDA0002797824740000031
其中，N为机组的总台数，T为所考虑的总时段数，Pi,t为机组i在t时段的出力，Ci,t(Pi,t)、
Figure FDA0002797824740000032
分别为机组i在时段t的运行费用、启动费用，NT为西电联络线的数量，Cj,t(Tj,t)为西电联络线j在时段t的运行费用，Tj,t为联络线j在时段t的出力，M为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子，
Figure FDA0002797824740000033
Figure FDA0002797824740000034
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
Figure FDA0002797824740000035
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
8.根据权利要求7所述的电力现货市场均衡优化装置，其特征在于，所述安全约束机组组合模型的线路潮流约束为：
Figure FDA0002797824740000036
其中，
Figure FDA0002797824740000037
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在时段t的母线负荷值。
9.根据权利要求7所述的电力现货市场均衡优化装置，其特征在于，所述安全约束机组组合模型的断面潮流约束为：
Figure FDA0002797824740000038
其中，
Figure FDA0002797824740000039
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，Dk,t为节点k在时段t的母线负荷值。
10.根据权利要求6所述的电力现货市场均衡优化装置，其特征在于，所述安全约束经济调度模型为：
Figure FDA0002797824740000041
其中，N为机组的总台数，T为所考虑的总时段数，Pi,t为机组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，Tj,t为联络线j在时段t的出力，Cj,t(Tj,t)为西电联络线j在时段t的运行费用，NT为西电联络线的数量，M为用于市场出清优化的网络潮流约束松弛罚因子，
Figure FDA0002797824740000042
分别为线路l的正、反向潮流松弛变量，NL为线路总数，
Figure FDA0002797824740000043
分别为断面s的正、反向潮流松弛变量，NS为断面总数。
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CN116757388A (zh) * 2023-04-20 2023-09-15 中国南方电网有限责任公司 一种基于冗余约束筛选的电力市场出清方法及装置

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