CN112580987A - 一种考虑虚拟电厂可调资源可用性的负荷聚合方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种考虑虚拟电厂可调资源可用性的负荷聚合方法及装置，其中，负荷聚合方法包括：步骤S1，基于预设投标容量约束对各辅助服务品种和预测价格进行约束，将虚拟电厂的投标容量控制在满足辅助服务市场可用性要求范围内；步骤S2，基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，使其投标容量和相应辅助服务品种性能要求相一致；步骤S3，基于预设可用性等效约束对满足相应所述辅助服务品种性能要求的所述备用资源进行等效概率约束，选取满足辅助服务市场的高可用性要求的备用资源参与竞价。本发明为虚拟电厂参与电力辅助市场服务提供了依据，使虚拟电厂能够更好的参与市场辅助服务。

Description

一种考虑虚拟电厂可调资源可用性的负荷聚合方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种考虑虚拟电厂可调资源可用性的负荷聚合方法及装置。
背景技术
当前电力辅助服务市场中的技术规范和市场规则中，要求可调资源技术成熟运行稳定，对于备用服务的可用性要求也相应比较高，不论是通过备用市场出清还是双边协商，一旦确定备用责任，则要求备用资源在被调度时具有很高的可用性，调用失败的考核也相对严格。
虚拟电厂所掌握的资源处于负荷侧，包括大量的用户电气设备，以及一部分电储能装置。可调资源的可用性受其用电状态的影响，兑现中标容量须确保该部分容量在相应时段的处于运行状态，且可以降低负荷电力或停止运行，储能装置可用性则受其充放电状态的影响，要兑现中标容量须在相应时段有足够的充放电能力以满足持续时间的要求，需要虚拟电厂考虑代理资源自身运行的技术经济特点，通过一种方式聚合可调资源负荷从而达到足够的可用性概率，从而实现虚拟电厂与主网之间的等效调用，有功协同。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提出一种考虑虚拟电厂可调资源可用性的负荷聚合方法及装置，以提高虚拟电厂参与辅助服务市场的投标策略决策的科学性。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种考虑虚拟电厂可调资源可用性的负荷聚合方法，包括：
步骤S1，基于预设投标容量约束对各辅助服务品种和预测价格进行约束，将虚拟电厂的投标容量控制在满足辅助服务市场可用性要求范围内；
步骤S2，基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，使其投标容量和相应辅助服务品种性能要求相一致；
步骤S3，基于预设可用性等效约束对满足相应所述辅助服务品种性能要求的所述备用资源进行等效概率约束，选取满足辅助服务市场的高可用性要求的备用资源参与竞价。
进一步地，所述步骤S1中，基于预设投标容量约束对各辅助服务品种和预测价格进行约束，具体是基于以下公式：
Figure BDA0002850057850000021
F(yj,t)＝pj,tyj,t；
Figure BDA0002850057850000022
E(η)＝Aη；
其中，j为所述辅助服务品种的序号，i为可供集成单元的个体序号，F(yj,t)为第j种所述辅助服务类型在时段t的中标投入，C(yj,t)为第j种辅助服务类型在时段t的集成成本，E(η)为可用率要求为η时所对应得潜在考核费用，yj,t为第j种辅助服务在时段t的投标容量，xi,j为个体i用于参与第j种辅助服务类型在时段t的组合的容量，pj,t为第j种辅助服务在时段t的预测价格，γi为个体i单位容量的集成成本；A为考核系数。
进一步地，所述步骤S2中基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，包括基于容量可用性公式对备用资源的可用性进行约束：
Figure BDA0002850057850000023
0≤δi,t≤1；
其中，δi,t为个体i的可用性状态的概率分布。
进一步地，所述步骤S2中基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，包括基于响应时间约束公式对对应辅助服务类型的最小响应时间进行约束：
ri≤Rj；
其中，Rj为第j种辅助服务类型的相应时间要求，ri为个体i的最小响应时间。
进一步地，所述步骤S2中基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，包括基于持续时间约束对持续输出电能的时间进行约束：
Figure BDA0002850057850000024
其中Lj为第j种辅助服务类型的持续时间要求，li为个体i的最大持续时间。
进一步地，所述步骤S2中基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，包括基于容量约束对单体的容量进行约束：
0≤xi,j≤Ci；
其中，Ci为待集成单体资源i的最大可用容量。
进一步地，所述步骤S3具体是基于机会约束进行可用性概率的约束：
P(g(x,ξ)≥0)≥p；
0≤p≤1；
其中，x为决策变量，ξ为随机变量，g(x,ξ)为两个变量的约束函数，为等效替代高可用性常规资源的要求。
本发明还提供一种考虑虚拟电厂可调资源可用性的负荷聚合装置，包括：
交易约束模块，用于基于预设投标容量约束对各辅助服务品种和预测价格进行约束，将虚拟电厂的投标容量控制在满足辅助服务市场可用性要求范围内；
资源组合模块，用于基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，使其投标容量和相应辅助服务品种性能要求相一致；
等效约束模块，用于基于预设可用性等效约束对满足相应所述辅助服务品种性能要求的所述备用资源进行等效概率约束，选取满足辅助服务市场的高可用性要求的备用资源参与竞价。
进一步地，所述交易约束模块基于预设投标容量约束对各辅助服务品种和预测价格进行约束，具体是基于以下公式：
Figure BDA0002850057850000031
F(yj,t)＝pj,tyj,t；
Figure BDA0002850057850000032
E(η)＝Aη；
其中，j为所述辅助服务品种的序号，i为可供集成单元的个体序号，F(yj,t)为第j种所述辅助服务类型在时段t的中标投入，C(yj,t)为第j种辅助服务类型在时段t的集成成本，E(η)为可用率要求为η时所对应得潜在考核费用，yj,t为第j种辅助服务在时段t的投标容量，xi,j为个体i用于参与第j种辅助服务类型在时段t的组合的容量，pj,t为第j种辅助服务在时段t的预测价格，γi为个体i单位容量的集成成本；A为考核系数。
进一步地，所述资源组合模块基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，具体包括：基于容量可用性公式对备用资源的可用性进行约束、基于响应时间约束公式对对应辅助服务类型的最小响应时间进行约束、基于持续时间约束对持续输出电能的时间进行约束、基于容量约束对单体的容量进行约束。
本发明实施例的有益效果在于：通过基于虚拟电厂可控备用资源的技术特点和经济特点以及备用资源的可用性等效概率，建立虚拟电厂参与辅助服务市场的投标策略决策，决策不同辅助服务类型的投标容量，以及每类备用资源需要在不同辅助服务投标容量中如何配比，从而实现了参与电力辅助服务市场收益最大化，为虚拟电厂参与电力辅助市场服务提供了依据，使虚拟电厂能够更好的参与市场辅助服务。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一一种考虑虚拟电厂可调资源可用性的负荷聚合方法的流程示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
请参照图1所示，本发明实施例一提供一种考虑虚拟电厂可调资源可用性的负荷聚合方法，包括：
步骤S1，基于预设投标容量约束对各辅助服务品种和预测价格进行约束，将虚拟电厂的投标容量控制在满足辅助服务市场可用性要求范围内；
步骤S2，基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，使其投标容量和相应辅助服务品种性能要求相一致；
步骤S3，基于预设可用性等效约束对满足相应所述辅助服务品种性能要求的所述备用资源进行等效概率约束，选取满足辅助服务市场的高可用性要求的备用资源参与竞价。
具体地，电力辅助服务市场中，作为目前主要备用资源的火电和水电等传统电源，技术成熟、运行稳定。当前执行的辅助服务技术规范和市场规则最初也是根据这些机组的特性制定的。因此，对于备用服务的可用性要求也相应比较高。不论是通过备用市场出清还是双边协商，一旦确定备用责任，则要求备用资源在被调度时具有很高的可用性，调用失败的考核也相对严格。在成熟电力市场中，通过竞价交易获取的辅助服务主要是有功平衡相关的调频、备用服务。构建的模型包括如下技术指标：最小容量、响应时间、响应精度、持续时间、调节方向、可用性等。备用服务按响应时间的要求从短到长，分别为：旋转备用、非旋转备用和补充备用等。随着电力系统对灵活性要求的提高，还会出现更细分的备用服务种类。以旋转备用服务为例，负荷高峰时段系统备用容量不足时，虚拟电厂能控制负荷降低用电电力，在没有阻塞的情况下，从维持电力平衡的角度，与系统调度要求某台机组增加发电出力的效果是一致的。
由此，本发明实施例首先基于预设投标容量约束对各辅助服务品种和预测价格进行约束，将虚拟电厂的投标容量控制在辅助服务市场要求的范围内，虚拟电厂要筹划参与不同辅助服务品种各有的预期中标容量，这取决于对各类辅助服务价格的预测和资源集成成本的控制，并考虑资源组合可用性对考核费用的影响，使参与电力辅助服务市场的收益最大化；
接着基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，使其投标容量和相应辅助服务品种性能要求相一致，完成掌握资源对应时段的虚拟电厂资源的组合，使其投标的容量能够达到相应辅助服务品种的性能要求；
最后，由于虚拟电厂所掌握的资源处于负荷侧，包括大量的用户电气设备，以及一部分电储能装置。可调资源的可用性受其用电状态的影响，兑现中标容量须确保该部分容量在相应时段的处于运行状态，且可以降低负荷电力或停止运行；储能装置可用性则受其充放电状态的影响，要兑现中标容量须在相应时段有足够的充放电能力以满足持续时间的要求，但如上所述这些资源有其自身运行的技术经济特点，单独个体在可用性上难以与传统电源相比，但是由于数量众多，可以通过一定策略作为一个集合体统一控制，达到足够的可用性概率，从而实现备用资源的可用性等效，实现虚拟电厂整体的高可用性概率，以体现可调资源的规模效益。
作为上述实施例的实现方式，可用性等效概率本质上是一个机会约束，可以用下式表述：
基于机会约束进行可用性概率的约束：
P(g(x,ξ)≥0)≥p；
0≤p≤1；
其中，x为决策变量，ξ为随机变量，g(x,ξ)为两个变量的约束函数，为等效替代高可用性常规资源的要求。
具体地，该约束可描述为若干个需求侧资源等效替代高可用性常规资源的要求，将其参与组合的容量分别作为决策的变量，并以随机变量反应其概率分布的特性，可认为具有99％以上的可用性概率要求，例如在具体实现过程中，要替代99％具有可用性概率的1MW火电机组提供的容量，则至少需要投入3个单体容量1MW，可用性概率80％的需求侧资源在整合后可达到99.2％的可用性概率。这样通过优化组合其控制的资源，得到具有高可用性概率的虚拟电厂，达到超越常规发电资源的可用性概率。
又因为虚拟电厂参与辅助服务市场中竞价，需要决策不同时段每种辅助服务的投标容量，并考虑在对应时段在如何经济的构建满足可用性概率要求的虚拟电厂，为使虚拟电厂能够达到预期的高可用性概率，引入条件约束进行优化。
其中，基于预设投标容量约束对各辅助服务品种和预测价格进行约束，将虚拟电厂的投标容量控制在不影响市场出清价格的范围内包括：基于以下公式进行约束：
Figure BDA0002850057850000061
F(yj,t)＝pj,tyj,t；
Figure BDA0002850057850000062
E(η)＝Aη；
其中，j为所述辅助服务品种的序号，i为可供集成单元的个体序号，F(yj,t)为第j种所述辅助服务类型在时段t的中标投入，C(yj,t)为第j种辅助服务类型在时段t的集成成本，E(η)为可用率要求为η时所对应得潜在考核费用，yj,t为第j种辅助服务在时段t的投标容量，xi,j为个体i用于参与第j种辅助服务类型在时段t的组合的容量，pj,t为第j种辅助服务在时段t的预测价格，γi为个体i单位容量的集成成本；A为考核系数。
因为虚拟电厂作为价格的接受者参与辅助服务市场，并不影响市场的边际价格，其对参与电力辅助服务市场收入的预期是基于过往的成交历史数据得到的预测价格，因此引入最大投标需求作为约束，使其投标容量控制在一个不影响市场出清价格的范围内，即
0≤yj,t≤Dj,t,max；使参与电力市场辅助服务的收益最大化。
再有，基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，使其投标容量和相应所述辅助服务品种性能要求相一致包括：
基于容量可用性公式对备用资源的可用性进行约束：
Figure BDA0002850057850000071
0≤δi,t≤1；
其中，δi,t为个体i的可用性状态的概率分布。
体现了非发电资源由于自身原因造成的实际可用容量的不确定性，其概率分布特性可通过采集数据后进行带入分析可得。
基于响应时间约束公式对对应辅助服务类型的最小响应时间进行约束：
ri≤Rj；
其中，Rj为第j种辅助服务类型的相应时间要求，ri为个体i的最小响应时间。即参与组合的单体资源均应满足对应辅助服务类型最小响应时间的要求。
基于持续时间约束对持续输出电能的时间进行约束：
Figure BDA0002850057850000072
其中Lj为第j种辅助服务类型的持续时间要求，li为个体i的最大持续时间。持续时间是对容量调用后对持续输出功率能力的要求，以每个时段单体备用资源的总体输出电能应不小于投标容量在最小持续时间中的输出电能，以保证提供可靠持续的电能供用户使用，即保证电能的充足。
基于容量约束对单体的容量进行约束：
0≤xi,j≤Ci；
其中，Ci为待集成单体资源i的最大可用容量。在具体实施过程中单体容量的范围要满足设定的要求以进行满足供电要求的供电量和持续的电能需求。
相应于本发明实施例一的考虑虚拟电厂可调资源可用性的负荷聚合方法，本发明实施例二提供一种考虑虚拟电厂可调资源可用性的负荷聚合装置，包括：
交易约束模块，用于基于预设投标容量约束对各辅助服务品种和预测价格进行约束，将虚拟电厂的投标容量控制在满足辅助服务市场可用性要求范围内；
资源组合模块，用于基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，使其投标容量和相应辅助服务品种性能要求相一致；
等效约束模块，用于基于预设可用性等效约束对满足相应所述辅助服务品种性能要求的所述备用资源进行等效概率约束，选取满足辅助服务市场的高可用性要求的备用资源参与竞价。
进一步地，所述交易约束模块基于预设投标容量约束对各辅助服务品种和预测价格进行约束，具体是基于以下公式：
Figure BDA0002850057850000081
F(yj,t)＝pj,tyj,t；
Figure BDA0002850057850000082
E(η)＝Aη；
其中，j为所述辅助服务品种的序号，i为可供集成单元的个体序号，F(yj,t)为第j种所述辅助服务类型在时段t的中标投入，C(yj,t)为第j种辅助服务类型在时段t的集成成本，E(η)为可用率要求为η时所对应得潜在考核费用，yj,t为第j种辅助服务在时段t的投标容量，xi,j为个体i用于参与第j种辅助服务类型在时段t的组合的容量，pj,t为第j种辅助服务在时段t的预测价格，γi为个体i单位容量的集成成本；A为考核系数。
进一步地，所述资源组合模块基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，具体包括：基于容量可用性公式对备用资源的可用性进行约束、基于响应时间约束公式对对应辅助服务类型的最小响应时间进行约束、基于持续时间约束对持续输出电能的时间进行约束、基于容量约束对单体的容量进行约束。具体的公式参见前述本发明实施例一所述。
通过上述说明可知，本发明实施例的有益效果在于：通过基于虚拟电厂可控备用资源的技术特点和经济特点以及备用资源的可用性等效概率，建立虚拟电厂参与辅助服务市场的投标策略决策，决策不同辅助服务类型的投标容量，以及每类备用资源需要在不同辅助服务投标容量中如何配比，从而实现了参与电力辅助服务市场收益最大化，为虚拟电厂参与电力辅助市场服务提供了依据，使虚拟电厂能够更好的参与市场辅助服务。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种考虑虚拟电厂可调资源可用性的负荷聚合方法，其特征在于，包括：
步骤S1，基于预设投标容量约束对各辅助服务品种和预测价格进行约束，将虚拟电厂的投标容量控制在满足辅助服务市场可用性要求范围内；
步骤S2，基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，使其投标容量和相应辅助服务品种性能要求相一致；
步骤S3，基于预设可用性等效约束对满足相应所述辅助服务品种性能要求的所述备用资源进行等效概率约束，选取满足辅助服务市场的高可用性要求的备用资源参与竞价。
2.根据权利要求1所述的负荷聚合方法，其特征在于，所述步骤S1中，基于预设投标容量约束对各辅助服务品种和预测价格进行约束，具体是基于以下公式：
Figure FDA0002850057840000011
F(yj,t)＝pj,tyj,t；
Figure FDA0002850057840000012
E(η)＝Aη；
其中，j为所述辅助服务品种的序号，i为可供集成单元的个体序号，F(yj,t)为第j种所述辅助服务类型在时段t的中标投入，C(yj,t)为第j种辅助服务类型在时段t的集成成本，E(η)为可用率要求为η时所对应得潜在考核费用，yj,t为第j种辅助服务在时段t的投标容量，xi,j为个体i用于参与第j种辅助服务类型在时段t的组合的容量，pj,t为第j种辅助服务在时段t的预测价格，γi为个体i单位容量的集成成本；A为考核系数。
3.根据权利要求1所述的负荷聚合方法，其特征在于，所述步骤S2中基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，包括基于容量可用性公式对备用资源的可用性进行约束：
Figure FDA0002850057840000013
0≤δi,t≤1；
其中，δi,t为个体i的可用性状态的概率分布。
4.根据权利要求1所述的负荷聚合方法，其特征在于，所述步骤S2中基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，包括基于响应时间约束公式对对应辅助服务类型的最小响应时间进行约束：
ri≤Rj；
其中，Rj为第j种辅助服务类型的相应时间要求，ri为个体i的最小响应时间。
5.根据权利要求1所述的负荷聚合方法，其特征在于，所述步骤S2中基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，包括基于持续时间约束对持续输出电能的时间进行约束：
Figure FDA0002850057840000021
其中Lj为第j种辅助服务类型的持续时间要求，li为个体i的最大持续时间。
6.根据权利要求1所述的负荷聚合方法，其特征在于，所述步骤S2中基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，包括基于容量约束对单体的容量进行约束：
0≤xi,j≤Ci；
其中，Ci为待集成单体资源i的最大可用容量。
7.根据权利要求1所述的负荷聚合方法，其特征在于，所述步骤S3具体是基于机会约束进行可用性概率的约束：
P(g(x,ξ)≥0)≥p；
0≤p≤1；
其中，x为决策变量，ξ为随机变量，g(x,ξ)为两个变量的约束函数，为等效替代高可用性常规资源的要求。
8.一种考虑虚拟电厂可调资源可用性的负荷聚合装置，其特征在于，包括：
交易约束模块，用于基于预设投标容量约束对各辅助服务品种和预测价格进行约束，将虚拟电厂的投标容量控制在满足辅助服务市场可用性要求范围内；
资源组合模块，用于基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，使其投标容量和相应辅助服务品种性能要求相一致；
等效约束模块，用于基于预设可用性等效约束对满足相应所述辅助服务品种性能要求的所述备用资源进行等效概率约束，选取满足辅助服务市场的高可用性要求的备用资源参与竞价。
9.根据权利要求8所述的负荷聚合装置，其特征在于，所述交易约束模块基于预设投标容量约束对各辅助服务品种和预测价格进行约束，具体是基于以下公式：
Figure FDA0002850057840000031
F(yj,t)＝pj,tyj,t；
Figure FDA0002850057840000032
E(η)＝Aη；
其中，j为所述辅助服务品种的序号，i为可供集成单元的个体序号，F(yj,t)为第j种所述辅助服务类型在时段t的中标投入，C(yj,t)为第j种辅助服务类型在时段t的集成成本，E(η)为可用率要求为η时所对应得潜在考核费用，yj,t为第j种辅助服务在时段t的投标容量，xi,j为个体i用于参与第j种辅助服务类型在时段t的组合的容量，pj,t为第j种辅助服务在时段t的预测价格，γi为个体i单位容量的集成成本；A为考核系数。
10.根据权利要求8所述的负荷聚合装置，其特征在于，所述资源组合模块基于预设组合约束对虚拟电厂的备用资源进行组合，具体包括：基于容量可用性公式对备用资源的可用性进行约束、基于响应时间约束公式对对应辅助服务类型的最小响应时间进行约束、基于持续时间约束对持续输出电能的时间进行约束、基于容量约束对单体的容量进行约束。
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