CN113344636A - 电力容量市场分区出清方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

电力容量市场分区出清方法、系统、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电力容量市场分区出清方法、系统、设备及存储介质，方法包括以下步骤：获取历史负荷数据，计算容量市场各分区目标容量；根据容量市场各分区目标容量计算容量市场各分区的变容量需求曲线；基于变容量需求曲线分区建立以总剩余最大为目标的容量市场分区模型；求解容量市场分区模型得到各个机组容量中标量及各分区容量出清价格；各机组按照所在区域的容量出清价格进行结算。该方法考虑区域之间的联络线输送容量约束以及变容量需求曲线，建立容量市场分区模型，各分区按照各自的容量出清价格结算，从而对各个区域的电源投资建设起到一定的引导作用。

Description

电力容量市场分区出清方法、系统、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及电力调度领域，特别涉及一种电力容量市场分区出清方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
现货市场试结算环节中随着高比例新能源占比的提高，挤占了现货市场中常规机组的发电份额，大大降低了常规机组的发电利用小时数。而常规机组为了保证能够开机，其报价往往低于短期边际成本，造成现货市场出清价格低，导致常规机组尤其是边际机组无法回收固定成本，在机组大规模退役更新换代的环境下不利于引导电源的投资建设。
然而，现有的容量市场机制完全考虑经济性而忽略了区域间联络线的输送容量约束，同时容量需求为固定常数，不利于引导电源的投资建设，容量价格信起到的价格引导作用不明显。因此有必要考虑区域之间的联络线输送容量约束以及变容量需求曲线，建立容量市场分区模型，各分区按照各自的容量出清价格结算，从而对各个区域的电源投资建设起到一定的引导作用。
现有的容量市场机制完全考虑经济性而忽略了区域间联络线的输送容量约束，同时容量需求为固定常数，不利于引导电源的投资建设，容量价格信起到的价格引导作用不明显。
发明内容
针对当前现货市场出清价格偏低常规机组尤其是边际机组无法回收固定成本的情况下，考虑到容量市场是补偿机组固定成本、引导电源投资建设的有效机制，本发明提供一种电力容量市场分区出清方法、系统、设备及存储介质，该方法考虑区域之间的联络线输送容量约束以及变容量需求曲线，建立容量市场分区模型，各分区按照各自的容量出清价格结算，从而对各个区域的电源投资建设起到一定的引导作用。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种电力容量市场分区出清方法，包括以下步骤：
获取历史负荷数据，计算容量市场各分区目标容量；
根据容量市场各分区目标容量计算容量市场各分区的变容量需求曲线；
基于变容量需求曲线分区建立以总剩余最大为目标的容量市场分区模型；求解容量市场分区模型得到各个机组容量中标量及各分区容量出清价格；
各机组按照所在区域的容量出清价格进行结算。
作为本发明的进一步改进，所述容量市场各分区目标容量具体为：
RelReq＝Lp×(1+IRM)×(1-S)-FRR
式中，Lp、IRM、S和FRR分别为系统各分区的负荷峰值、备用率、系统强迫停运率、负荷自供应容量。
作为本发明的进一步改进，所述系统强迫停运率的确定基于历史数据，具体为：
等于交付年计划投入使用的所有机组的等效强迫停运率EFORd按照机组容量和服务小时数的加权平均值；具体计算方法为：
Figure BDA0003136526050000031
Figure BDA0003136526050000032
EFDH＝EFOH-FOH
Figure BDA0003136526050000033
Figure BDA0003136526050000034
Figure BDA0003136526050000035
Figure BDA0003136526050000036
Figure BDA0003136526050000037
其中，EFORd为机组的等效强迫停运率；Pmax为机组容量；SH为机组服务小时数；ff和fp分别为计算机组等效强迫停运率时的f系数和p系数；AH为可用小时数；FOH为机组强迫停运小时数；EFDH为机组等效计划降额小时数；EFOH为机组等效强迫停运小时数；r,T,D分别为强迫停运平均时间、平均调用间隔时间、平均运行时间；RSH为备用停机时间。
作为本发明的进一步改进，所述备用率基于系统历史负荷模型、容量模型确定，具体为：
基于历史负荷数据生成每周的日峰荷分布、基于历史机组停机事件生成每周的可用发电容量分布，为每一周的日峰荷分布和可用发电容量分布执行卷积操作，供电裕度小于0的区域对应的面积为LOLP，每周的LOLP相加得到年度LOLP；当年度LOLP满足系统要求时，则备用率IRM等于装机容量除以此时的年峰荷。
作为本发明的进一步改进，所述变容量需求曲线具体为：
Figure BDA0003136526050000041
式中，ρ,D分别为各分区的容量价格和容量；f1(D),f2(D),f3(D)分别为变容量需求曲线上3段折线的容量与价格的线性函数；ax,bx,cx分别为变容量需求曲线上3个关键点a,b,c的横坐标，其中
Figure BDA0003136526050000042
bx＝RelReq，
Figure BDA0003136526050000043
关键点a、b对应的纵坐标由依据各分区高峰时刻边际机组的固定成本年化得到；a',c'为常数。
作为本发明的进一步改进，所述容量市场分区模型具体为：
Figure BDA0003136526050000044
Figure BDA0003136526050000045
式中：D1,z,D2,z,D3,z分别为变容量需求曲线三段折线上的容量变量；Z为系统分区数量；ci,Pi分别为第i台发电机组的容量报价和容量申报量；n为变容量需求曲线的第n段折线；Bzv,θz分别为导纳矩阵的第z行第v列个元素、区域z的相角；λz为区域z的容量出清价格；ax,z,bx,z,cx,z分别为区域z的变容量需求曲线的三段折线对应三个关键点a、b、c对应的横坐标；分别为第i个发电机组的容量申报下限、上限；Pi,min,Pi,max为区域i和区域j之间线路的潮流限值；
Branch为网络支路集合。
作为本发明的进一步改进，所述容量出清价格结算用于对各个区域判断是否需要投资建设新电源，具体判断方法为：
若各分区的容量出清价格高于目标容量对应的价格，则需要投资建厂；
若各分区的容量出清价格低于目标容量对应的价格，则不需要投资建厂。
一种电力容量市场分区出清系统，包括：
目标容量计算模块，用于获取历史负荷数据，计算容量市场各分区目标容量；
需求曲线计算模块，用于根据容量市场各分区目标容量计算容量市场各分区的变容量需求曲线；
分区模型求解模块，用于基于变容量需求曲线分区建立以总剩余最大为目标的容量市场分区模型；求解容量市场分区模型得到各个机组容量中标量及各分区容量出清价格；
出清价格结算模块，用于各机组按照所在区域的容量出清价格进行结算。
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述电力容量市场分区出清方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述电力容量市场分区出清方法的步骤。
本发明的有益效果体现在：
本发明电力容量市场分区出清方法考虑区域之间的联络线输送容量约束以及变容量需求曲线，建立容量市场分区模型，各分区按照各自的容量出清价格结算，从而对各个区域的电源投资建设起到一定的引导作用。考虑网络约束可以克服目标交付年容量无法调出的问题，保障了系统高峰运行时的充裕度；考虑变容量需求曲线可以有效引导电源的投资建设，各分区的容量出清价格高于目标容量对应的价格，则可以促进加快投资建厂，各分区的容量出清价格低于目标容量对应的价格，则容量价格的对电厂的刺激作用不明显，投资建厂步伐将减缓。能够通过市场手段更好地帮助发电企业判断是否需要投资建设新电源，从而对各个区域的电源投资建设起到一定的引导作用。
附图说明
图1本发明变容量需求曲线示意图；
图2为本发明实施例中的系统示意图；
图3为本发明优选实施例电力容量市场分区出清方法流程示意图；
图4为本发明优选实施例电力容量市场分区出清系统结构示意图；
图5为本发明优选实施例电子设备结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
针对当前现货市场出清价格偏低常规机组尤其是边际机组无法回收固定成本的情况下，考虑到容量市场是补偿机组固定成本、引导电源投资建设的有效机制，本发明提供一种考虑网络约束及变需求曲线的容量市场分区模型。
名词解释：
目标容量：容量交付年中希望获得的总容量
变容量需求曲线：发电容量随容量价格变化而变化的三段式折线
总剩余：类似于社会福利，等于需求侧剩余与发电侧剩余的差值。
如图3所示，该方法包括：
获取历史负荷数据，计算容量市场各分区目标容量；
根据容量市场各分区目标容量计算容量市场各分区的变容量需求曲线；
基于变容量需求曲线分区建立以总剩余最大为目标的容量市场分区模型；求解容量市场分区模型得到各个机组容量中标量及各分区容量出清价格；
各机组按照所在区域的容量出清价格进行结算。
本发明能够有效指导电力企业根据自身情况及区域容量出清价格合理规划电源投资建设，引导电源投资并保障系统的长期充裕度。
以下结合附图对本发明具体进行详细说明：
考虑网络约束及变需求曲线的容量市场分区模型设计，该方法包括：
(1)确定容量市场各分区目标容量；
步骤(1)中所述容量市场各分区目标容量具体为：
RelReq＝Lp×(1+IRM)×(1-S)-FRR
式中，Lp、IRM、S和FRR分别为系统各分区的负荷峰值、备用率、系统强迫停运率、负荷自供应容量。
其中，所述系统强迫停运率S的确定基于历史数据：等于交付年计划投入使用的所有机组的等效强迫停运率EFORd按照机组容量和服务小时数的加权平均值；具体计算方法为：
Figure BDA0003136526050000081
Figure BDA0003136526050000082
EFDH＝EFOH-FOH
Figure BDA0003136526050000083
Figure BDA0003136526050000084
Figure BDA0003136526050000085
Figure BDA0003136526050000086
Figure BDA0003136526050000087
其中，EFORd为机组的等效强迫停运率；Pmax为机组容量；SH为机组服务小时数；ff和fp分别为计算机组等效强迫停运率时的f系数和p系数；AH为可用小时数；FOH为机组强迫停运小时数；EFDH为机组等效计划降额小时数；EFOH为机组等效强迫停运小时数；r,T,D分别为强迫停运平均时间、平均调用间隔时间、平均运行时间；RSH为备用停机时间。
所述系统备用率IRM基于系统历史负荷模型、容量模型确定，具体为：
基于历史负荷数据生成每周的日峰荷分布、基于历史机组停机事件生成每周的可用发电容量分布，为每一周的日峰荷分布和可用发电容量分布执行卷积操作，供电裕度小于0的区域对应的面积为LOLP，每周的LOLP相加得到年度LOLP；当年度LOLP满足系统要求时，则备用率IRM等于装机容量除以此时的年峰荷。
(2)确定各分区的变容量需求曲线；
步骤(2)中所述各分区变容量需求曲线具体为：
Figure BDA0003136526050000091
式中，ρ,D分别为各分区的容量价格和容量；f1(D),f2(D),f3(D)分别为变容量需求曲线上3段折线的容量与价格的线性函数；ax,bx,cx分别为变容量需求曲线上3个关键点a,b,c的横坐标，其中
Figure BDA0003136526050000092
bx＝RelReq，
Figure BDA0003136526050000093
关键点a、b对应的纵坐标由依据各分区高峰时刻边际机组的固定成本年化得到。ax,cx表达式中分子中的常数a,c，可根据系统需要设置，如：如果系统容量充裕时，为避免容量价格过低，可以设置较大的c'(c'∈(0,1))；如果系统容量不足时，可以设置较小的a'(a'∈(0,1))，以吸引电源投资建设。
(3)考虑容量交付时无法调出的问题，采用分区方法，建立以总剩余最大为目标的容量市场分区模型；
步骤(3)中，所述容量市场分区模型具体为：
Figure BDA0003136526050000094
Figure BDA0003136526050000095
式中：D1,z,D2,z,D3,z分别为变容量需求曲线3段折线上的容量变量；Z为系统分区数量；ci,Pi分别为第i台发电机组的容量报价和容量申报量；n为变容量需求曲线的第n段折线；Bzv,θz分别为导纳矩阵的第z行第v列个元素、区域z的相角；λz为区域z的容量出清价格；ax,z,bx,z,cx,z分别为区域z的变容量需求曲线的3个关键点a、b、c对应的横坐标；分别为第i个发电机组的容量申报下限、上限；Pi,min,Pi,max为区域i和区域j之间线路的潮流限值；Branch为网络支路集合。
(4)求解步骤(3)中的容量市场分区模型得到各个机组容量中标量及各分区容量出清价格，各机组按照所在区域的容量出清价格进行结算。
步骤(4)中，求解步骤(3)的容量市场分区模型，得到各个机组的容量中标量及各分区容量出清价格，各机组按照所在区域的容量出清价格进行结算。
所述容量出清价格结算用于对各个区域判断是否需要投资建设新电源，具体判断方法为：
若各分区的容量出清价格高于目标容量对应的价格，则需要投资建厂；
若各分区的容量出清价格低于目标容量对应的价格，则不需要投资建厂。
实施例
下面采用具体例子进行描述。图1为本发明中所使用的各分区的变容量需求曲线的示意图；图2为本发明实施例中的系统示意图，L1、L2分别为区域1和2之间2条联络线。
各分区计算目标容量所需要的数据如表1所示。则区域1、2的目标容量均为400MW。
表1
Figure BDA0003136526050000101
各分区中存量机组的数据如表2所示。联络线L1、L2的参数如表3所示。其中a'＝57.5％，c'＝57.5％，则ax＝200,cx＝600。
表2
Figure BDA0003136526050000102
Figure BDA0003136526050000111
表3
线路编号 正方向 电抗/S 容量输送上限/MW
L1 区域1-2 0.002 20
L2 区域1-2 0.002 30
假设变容量曲线的关键点a、b、c对应的容量价格分别为：100、80、0元，则区域1、2的变容量曲线均为：
Figure BDA0003136526050000112
求解该模型，可得机组中标情况及各区域容量出清价格如表4所示、区域之间联络线上潮流如表5所示。
表4
Figure BDA0003136526050000113
表5
联络线编号 线路潮流/MW
L1 20
L2 20
各机组按照所在区域的容量出清价格进行结算，结算结果如表4所示。
各区域出清价格结果均高于目标容量对应的价格80元/MW，说明两个区域的容量均较为紧张，较高的容量出清价格可以刺激本区域电源的投资建设。
综上所述，现有的容量市场机制完全考虑经济性而忽略了区域间联络线的输送容量约束，同时容量需求为固定常数，不利于引导电源的投资建设，容量价格信起到的价格引导作用不明显。本发明考虑区域之间的联络线输送容量约束以及变容量需求曲线，建立容量市场分区模型，各分区按照各自的容量出清价格结算，从而对各个区域的电源投资建设起到一定的引导作用。
如图4所示，本发明的另一目的在于提出一种电力容量市场分区出清系统，包括：
目标容量计算模块，用于获取历史负荷数据，计算容量市场各分区目标容量；
需求曲线计算模块，用于根据容量市场各分区目标容量计算容量市场各分区的变容量需求曲线；
分区模型求解模块，用于基于变容量需求曲线分区建立以总剩余最大为目标的容量市场分区模型；求解容量市场分区模型得到各个机组容量中标量及各分区容量出清价格；
出清价格结算模块，用于各机组按照所在区域的容量出清价格进行结算。
如图5所示，本发明第三个目的是提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述电力容量市场分区出清方法的步骤。
所述电力容量市场分区出清方法包括以下步骤：
获取历史负荷数据，计算容量市场各分区目标容量；
根据容量市场各分区目标容量计算容量市场各分区的变容量需求曲线；
基于变容量需求曲线分区建立以总剩余最大为目标的容量市场分区模型；求解容量市场分区模型得到各个机组容量中标量及各分区容量出清价格；
各机组按照所在区域的容量出清价格进行结算。
本发明第四个目的是提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述电力容量市场分区出清方法的步骤。
所述电力容量市场分区出清方法包括以下步骤：
获取历史负荷数据，计算容量市场各分区目标容量；
根据容量市场各分区目标容量计算容量市场各分区的变容量需求曲线；
基于变容量需求曲线分区建立以总剩余最大为目标的容量市场分区模型；求解容量市场分区模型得到各个机组容量中标量及各分区容量出清价格；
各机组按照所在区域的容量出清价格进行结算。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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 (10)

1.一种电力容量市场分区出清方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取历史负荷数据，计算容量市场各分区目标容量；
根据容量市场各分区目标容量计算容量市场各分区的变容量需求曲线；
基于变容量需求曲线分区建立以总剩余最大为目标的容量市场分区模型；求解容量市场分区模型得到各个机组容量中标量及各分区容量出清价格；
各机组按照所在区域的容量出清价格进行结算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述容量市场各分区目标容量具体为：
RelReq＝Lp×(1+IRM)×(1-S)-FRR
式中，Lp、IRM、S和FRR分别为系统各分区的负荷峰值、备用率、系统强迫停运率、负荷自供应容量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述系统强迫停运率的确定基于历史数据，具体为：
等于交付年计划投入使用的所有机组的等效强迫停运率EFORd按照机组容量和服务小时数的加权平均值；具体计算方法为：
Figure FDA0003136526040000011
Figure FDA0003136526040000012
EFDH＝EFOH-FOH
Figure FDA0003136526040000013
Figure FDA0003136526040000014
Figure FDA0003136526040000015
Figure FDA0003136526040000016
Figure FDA0003136526040000017
其中，EFORd为机组的等效强迫停运率；Pmax为机组容量；SH为机组服务小时数；ff和fp分别为计算机组等效强迫停运率时的f系数和p系数；AH为可用小时数；FOH为机组强迫停运小时数；EFDH为机组等效计划降额小时数；EFOH为机组等效强迫停运小时数；r,T,D分别为强迫停运平均时间、平均调用间隔时间、平均运行时间；RSH为备用停机时间。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述备用率基于系统历史负荷模型、容量模型确定，具体为：
基于历史负荷数据生成每周的日峰荷分布、基于历史机组停机事件生成每周的可用发电容量分布，为每一周的日峰荷分布和可用发电容量分布执行卷积操作，供电裕度小于0的区域对应的面积为LOLP，每周的LOLP相加得到年度LOLP；当年度LOLP满足系统要求时，则备用率IRM等于装机容量除以此时的年峰荷。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述变容量需求曲线具体为：
Figure FDA0003136526040000021
式中，ρ,D分别为各分区的容量价格和容量；f1(D),f2(D),f3(D)分别为变容量需求曲线上3段折线的容量与价格的线性函数；ax,bx,cx分别为变容量需求曲线上3个关键点a,b,c的横坐标，其中
Figure FDA0003136526040000022
bx＝RelReq，
Figure FDA0003136526040000023
关键点a、b对应的纵坐标由依据各分区高峰时刻边际机组的固定成本年化得到；a',c'为常数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述容量市场分区模型具体为：
Figure FDA0003136526040000031
Figure FDA0003136526040000032
式中：D1,z,D2,z,D3,z分别为变容量需求曲线三段折线上的容量变量；Z为系统分区数量；ci,Pi分别为第i台发电机组的容量报价和容量申报量；n为变容量需求曲线的第n段折线；Bzv,θz分别为导纳矩阵的第z行第v列个元素、区域z的相角；λz为区域z的容量出清价格；ax,z,bx,z,cx,z分别为区域z的变容量需求曲线的三段折线对应三个关键点a、b、c对应的横坐标；分别为第i个发电机组的容量申报下限、上限；Pi,min,Pi,max为区域i和区域j之间线路的潮流限值；Branch为网络支路集合。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述容量出清价格结算用于对各个区域判断是否需要投资建设新电源，具体判断方法为：
若各分区的容量出清价格高于目标容量对应的价格，则需要投资建厂；
若各分区的容量出清价格低于目标容量对应的价格，则不需要投资建厂。
8.一种电力容量市场分区出清系统，其特征在于，包括：
目标容量计算模块，用于获取历史负荷数据，计算容量市场各分区目标容量；
需求曲线计算模块，用于根据容量市场各分区目标容量计算容量市场各分区的变容量需求曲线；
分区模型求解模块，用于基于变容量需求曲线分区建立以总剩余最大为目标的容量市场分区模型；求解容量市场分区模型得到各个机组容量中标量及各分区容量出清价格；
出清价格结算模块，用于各机组按照所在区域的容量出清价格进行结算。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7任一项所述电力容量市场分区出清方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述电力容量市场分区出清方法的步骤。
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