CN114004387A - 一种电力中长期交易分步安全校核方法及系统 - Google Patents

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CN114004387A CN202110853852.5A CN202110853852A CN114004387A CN 114004387 A CN114004387 A CN 114004387A CN 202110853852 A CN202110853852 A CN 202110853852A CN 114004387 A CN114004387 A CN 114004387A
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任守东
刘敦楠
梁凯
刘宇
贺欢
金宇坤
高洋
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朱皓泽
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North China Electric Power University
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State Grid Corp of China SGCC
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Abstract

本发明涉及一种电力中长期交易分步安全校核方法及系统，包括以下步骤：步骤1、选取典型数据；步骤2、建立事前安全校核模型，对步骤1中所选取的各典型日数据进行弹性事前预校核；步骤3、根据步骤2的弹性预校核结果，进行中长期电量计划分解；步骤4、建立中长期交易事后安全校核模型，对步骤3中分解后的日电量进行事后安全校核，若无法通过安全约束，则重新调整发电计划。能够精确、高效地对机组以及电厂的中长期交易进行安全校核，有利于充分利用线路输电容量，提高市场运行效率。

Description

一种电力中长期交易分步安全校核方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统自动控制技术领域，涉及电力交易安全校核方法及 系统，尤其是一种电力中长期交易分步安全校核方法及系统。
背景技术
当前完善的电力现货市场还未建立，电力交易的分散决策给电网安全带 来了较大的不确定性。在安全校核时，由于交易电量未分解为分时曲线，需 由调度机构安排发电计划予以执行，而在实际运行过程中，各时段的系统负 荷、电网运行方式、清洁能源出力、网络约束、直流送电曲线组合等均不相 同，在此情况下调度机构无法实现交易双方电力的一一匹配，也无法在中长 期阶段对电量交易计划进行分时安全校核。
目前，电力交易中的安全校核方法主要集中在电力现货市场出清系统以 及算法优化方面，没有对中长期电量交易的安全校核方法及系统。在综合考 虑电网运行安全的前提下，如何实现对中长期电量交易进行精细、高效的校 核，成为本领域技术人员亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种电力中长期交易分步 安全校核方法，能够实现对中长期电量交易进行精细、高效的校核。
本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
一种电力中长期交易分步安全校核方法，包括以下步骤：
步骤1、选取典型数据；
步骤2、建立事前安全校核模型，对步骤1中所选取的各典型日数据进 行弹性事前预校核；
步骤3、根据步骤2的弹性预校核结果，进行中长期电量计划分解；
步骤4、建立中长期交易事后安全校核模型，对步骤3中分解后的日电量 进行事后安全校核，若无法通过安全约束，则重新调整发电计划。
而且，所述步骤1的具体方法为：采用场景分析的方法，调度机构根据 历史数据，选择确定多个次月典型日的数据。
而且，所述步骤2的具体方法为：
建立以机组的电量最大或最小为目标函数的事前安全校核模型，计算不 同极限电量对应不同的目标函数：
Figure BDA0003183361660000021
式中:Pi，t为发电机组i在时段t的有功出力；T为优化总时段数；NG为发电机 组总数；H0为发电计划周期内的时段长度；
其中，所需要考虑的约束包括：系统负荷平衡约束、系统备用约束、机 组出力上下限约束和线路潮流约束；
(1)系统负荷平衡约束
Figure BDA0003183361660000022
式中:Dt为时段t的电网总负荷；
(2)系统备用约束
Figure BDA0003183361660000031
式中:αi，t为发电机组i在时段t的启停机状态变量，为0～1的整数；
Figure BDA0003183361660000032
i为 机组i的最大技术出力；RP为系统旋转备用率；
(3)机组出力上下限约束
Figure BDA0003183361660000033
式中:
Figure BDA0003183361660000034
i为机组i的最小技术出力；
(4)线路潮流约束
Figure BDA0003183361660000035
式中:K为系统中的负荷节点总数；L为系统拓扑中的线路总数；Pl，m目标为线路 l传输功率的上限；Pl，min为线路l传输功率的下限；Dj，t为电网中节点j在时段t的 节点负荷预测值；Gl-i为机组i对线路l的节点－线路功率转移分布因子；Gl-j为 负荷j对线路l的节点－线路功率转移分布因子。
而且，所述步骤3的具体方法为：
在月度弹性预校核后，调度机构根据最新的交易计划和系统信息，按电 量完成进度均衡原则，将中长期电量计划分解为逐日机组开机组合和发电出 力计划。
而且，所述步骤4的具体方法为：
所述中长期交易事后安全校核模型以系统运行成本最小为目标函数:
Figure BDA0003183361660000041
式中:
Figure BDA0003183361660000042
为发电机组i的发电成本函数，与机组发电量和发电煤耗有关；
Figure BDA0003183361660000043
为发电机组i的启停成本函数，反映了机组启停产生的损耗；
Figure BDA0003183361660000044
为电量约 束松弛变量；M为松弛变量的惩罚系数，取一个很大的正数。
其需要满足的约束条件包括系统负荷平衡约束、系统备用约束、机组出 力上下限约束、线路潮流约束和合约电量约束；
(1)系统负荷平衡约束
Figure BDA0003183361660000045
式中:Dt为时段t的电网总负荷。
(2)系统备用约束
Figure BDA0003183361660000046
式中:αi，t为发电机组i在时段t的启停机状态变量，为0～1的整数；
Figure BDA0003183361660000047
i为 机组i的最大技术出力；RP为系统旋转备用率。
(3)机组出力上下限约束
Figure BDA0003183361660000048
式中:
Figure BDA0003183361660000049
i为机组i的最小技术出力。
(4)线路潮流约束
Figure BDA00031833616600000410
式中:K为系统中的负荷节点总数；L为系统拓扑中的线路总数；Pl，m目标为线路 l传输功率的上限；Pl，min为线路l传输功率的下限；Dj，t为电网中节点j在时段t的 节点负荷预测值；Gl-i为机组i对线路l的节点－线路功率转移分布因子；Gl-j为 负荷j对线路l的节点－线路功率转移分布因子；
(5)合约电量约束
Figure BDA0003183361660000051
式中:Wi为发电机组i的合约电量。
事后安全校核后，若无法通过安全约束，则重新调整发电计划。
一种电力中长期交易分步安全校核系统，包括：
数据选取模块，用于选取典型数据；
事前安全校核模型模块，用于建立事前安全校核模型，对数据选取模块 中所选取的各典型日数据进行弹性事前预校核；
中长期电量计划分解模块，用于根据事前安全校核模型模块的弹性预校 核结果，进行中长期电量计划分解；
中长期交易事后安全校核模块，用于建立中长期交易事后安全校核模型， 对中长期电量计划分解模块中分解后的日电量进行事后安全校核，若无法通 过安全约束，则重新调整发电计划。
本发明的优点和有益效果：
本发明结合电力市场过渡期对中长期交易安全校核的实际需求和当前电 力调度运行现状，提出了考虑安全约束闭环优化的中长期交易分步安全校核 方法及系统，采用本发明所提出的中长期交易安全校核方法及系统，能够精 确、高效地对机组以及电厂的中长期交易进行安全校核，有利于充分利用线 路输电容量，提高市场运行效率。
附图说明
图1是本发明的处理流程图；
图2是本发明的依据事前安全校核模型的各电厂的极限电量图；
图3是本发明的根据事前校核所得电量极限和基数电量，给出的各电厂 的电量计划示意图；
图4是本发明的具体实施方式中对各时段的正备用率和负备用率进行对 比分析结果图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：
一种电力中长期交易分步安全校核方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、选取典型数据；
采用场景分析的方法，调度机构根据历史数据，选择确定多个次月典型 日的数据。
步骤2、建立事前安全校核模型，对步骤1中所选取的各典型日数据进 行弹性事前预校核；
所述步骤2的具体方法为：
调度机构对各典型日数据进行弹性预校核，根据预校核限值将中长期交 易电量分为约束内电量和约束外电量；其中，约束内电量表示安全校核基本 能通过，可形成预校核结果；而约束外电量可能无法通过日前校核，不作为 预校核结果。
在本实施例中，步骤2的事前安全校核以机组(机组群或电厂)的电量最大 或最小为目标函数，计算不同极限电量对应不同的目标函数：
Figure BDA0003183361660000071
式中:Pi，t为发电机组i在时段t的有功出力；T为优化总时段数；NG为发电机 组总数；H0为发电计划周期内的时段长度；
其中，所需要考虑的约束包括：系统负荷平衡约束、系统备用约束、机 组出力上下限约束和线路潮流约束；
(1)系统负荷平衡约束
Figure BDA0003183361660000072
式中:Dt为时段t的电网总负荷；
(2)系统备用约束
Figure BDA0003183361660000073
式中:αi，t为发电机组i在时段t的启停机状态变量，为0～1的整数；
Figure BDA0003183361660000074
i为 机组i的最大技术出力；RP为系统旋转备用率；
(3)机组出力上下限约束
Figure BDA0003183361660000075
式中:
Figure BDA0003183361660000076
i为机组i的最小技术出力；
(4)线路潮流约束
Figure BDA0003183361660000081
式中:K为系统中的负荷节点总数；L为系统拓扑中的线路总数；Pl，m目标为线路 l传输功率的上限；Pl，min为线路l传输功率的下限；Dj，t为电网中节点j在时段t的 节点负荷预测值；Gl-i为机组i对线路l的节点－线路功率转移分布因子；Gl-j为 负荷j对线路l的节点－线路功率转移分布因子。
步骤3、根据步骤2的弹性预校核结果，进行中长期电量计划分解；
所述步骤3的具体方法为：
在月度弹性预校核后，调度机构根据最新的交易计划和系统信息，按电 量完成进度均衡原则，将中长期电量计划分解为逐日机组开机组合和发电出 力计划。
步骤4、建立中长期交易事后安全校核模型，对步骤3中分解后的日电 量进行事后安全校核；
所述步骤4的具体方法为：
基于最新的负荷预测、网络拓扑及线路约束和清洁电源出力预测等数据， 对日电量进行安全校核，当安全校核不通过，则重新调整计划。
在本实施例中，中长期交易事后安全校核模型本质上是一个考虑安全约 束的中长期机组组合模型；该模型以系统运行成本最小(包括机组运行成本与 机组启停成本)为目标函数:
Figure BDA0003183361660000082
式中:
Figure BDA0003183361660000083
为发电机组i的发电成本函数，与机组发电量和发电煤耗有关；
Figure BDA0003183361660000084
为发电机组i的启停成本函数，反映了机组启停产生的损耗；
Figure BDA0003183361660000091
为电量约 束松弛变量；M为松弛变量的惩罚系数，取一个很大的正数。
其需要满足的约束条件包括系统负荷平衡约束、系统备用约束、机组出 力上下限约束、线路潮流约束和合约电量约束；
(1)系统负荷平衡约束
Figure BDA0003183361660000092
式中:Dt为时段t的电网总负荷。
(2)系统备用约束
Figure BDA0003183361660000093
式中:αi，t为发电机组i在时段t的启停机状态变量，为0～1的整数；
Figure BDA0003183361660000094
i为 机组i的最大技术出力；RP为系统旋转备用率。
(3)机组出力上下限约束
Figure BDA0003183361660000095
式中:
Figure BDA0003183361660000096
i为机组i的最小技术出力。
(4)线路潮流约束
Figure BDA0003183361660000097
式中:K为系统中的负荷节点总数；L为系统拓扑中的线路总数；Pl，m目标为线路 l传输功率的上限；Pl，min为线路l传输功率的下限；Dj，t为电网中节点j在时段t的 节点负荷预测值；Gl-i为机组i对线路l的节点－线路功率转移分布因子；Gl-j为 负荷j对线路l的节点－线路功率转移分布因子；
(5)合约电量约束
Figure BDA0003183361660000101
式中:Wi为发电机组i的合约电量。
事后组合校核后，若无法通过安全约束，则重新调整发电计划，这有利 于充分利用线路输电容量，提高市场运行效率。
一种电力中长期交易分步安全校核系统，包括：
数据选取模块，用于选取典型数据；
事前安全校核模型模块，用于建立事前安全校核模型，对数据选取模块 中所选取的各典型日数据进行弹性事前预校核；
中长期电量计划分解模块，用于根据事前安全校核模型模块的弹性预校 核结果，进行中长期电量计划分解；
中长期交易事后安全校核模块，用于建立中长期交易事后安全校核模型， 对中长期电量计划分解模块中分解后的日电量进行事后安全校核，若无法通 过安全约束，则重新调整发电计划。
在本实施例中，为了验证本发明所提出中长期交易分步安全校核方法的 有效性，本算例测试了中国某省级电网算例。该算例包含机组96台，线路921 条，节点336个，电厂15个。这里考虑年度电量安全校核，方便起见，合同电 量约束以电厂为单位考虑，一共考虑366天，每天分别考虑高峰、低谷负荷2 个时段，也即共考虑732个时段。
(1)事前校核
事前校核的核心是极限电量的计算，包括机组(电厂)极限电量、机组群极 限电量、总电量、断面电量及必开机组最低电量等。依据事前校核模型，各 电厂的极限电量如图2所示。事前校核工作可以有效地计算目标机组、电厂或 机组群的极限电量，从而为中长期交易直接交易的组织及安全校核提供边界 条件。
(2)事后校核
根据事前校核所得电量极限和基数电量，给出各电厂的电量计划如图3 所示。根据说明书所建立的数学模型，对图3所示各电厂的年度电量计划进行 校核，结果表明给定的各电厂电量计划满足要求，校核通过。此时，计算各 机组每天的开停机状态及出力，这里不再单独列出每天每台机组的开停机状 态及出力情况。
选取其中某月的计算结果，对各时段的正备用率和负备用率进行对比分 析，如图4所示。由图4可知，大多数时段系统的正备用率、负备用率均大于 备用率下限0.08，由此可见，该月的电量计划应对发电机故障退出运行、负 荷预测偏差或者开机过多的能力较强，电量计划具有良好的鲁棒性。
由该算例可如，本发明所提出的中长期交易安全校核的决策过程是合理 的，相对应的关键技术是有效的。采用本发明所提出的中长期交易安全校核 决策流程和核心技术，能够精确、高效地对机组以及电厂的中长期交易合同 进行安全校核。
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。

Claims (6)

1.一种电力中长期交易分步安全校核方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、选取典型数据；
步骤2、建立事前安全校核模型，对步骤1中所选取的各典型日数据进行弹性事前预校核；
步骤3、根据步骤2的弹性预校核结果，进行中长期电量计划分解；
步骤4、建立中长期交易事后安全校核模型，对步骤3中分解后的日电量进行事后安全校核，若无法通过安全约束，则重新调整发电计划。
2.根据权利要求1所述的一种电力中长期交易分步安全校核方法，其特征在于：所述步骤1的具体方法为：采用场景分析的方法，调度机构根据历史数据，选择确定多个次月典型日的数据。
3.根据权利要求1所述的一种电力中长期交易分步安全校核方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：
建立以机组的电量最大或最小为目标函数的事前安全校核模型，计算不同极限电量对应不同的目标函数：
Figure FDA0003183361650000011
式中:Pi，t为发电机组i在时段t的有功出力；T为优化总时段数；NG为发电机组总数；H0为发电计划周期内的时段长度；
其中，所需要考虑的约束包括：系统负荷平衡约束、系统备用约束、机组出力上下限约束和线路潮流约束；
(1)系统负荷平衡约束
Figure FDA0003183361650000021
式中:Dt为时段t的电网总负荷；
(2)系统备用约束
Figure FDA0003183361650000022
式中:αi，t为发电机组i在时段t的启停机状态变量，为0～1的整数；
Figure FDA0003183361650000023
为机组i的最大技术出力；RP为系统旋转备用率；
(3)机组出力上下限约束
Figure FDA0003183361650000024
式中:
Figure FDA0003183361650000025
为机组i的最小技术出力；
(4)线路潮流约束
Figure FDA0003183361650000026
式中:K为系统中的负荷节点总数；L为系统拓扑中的线路总数；Pl，max为线路l传输功率的上限；Pl，min为线路l传输功率的下限；Dj，t为电网中节点j在时段t的节点负荷预测值；Gl-i为机组i对线路l的节点－线路功率转移分布因子；Gl-j为负荷j对线路l的节点－线路功率转移分布因子。
4.根据权利要求1所述的一种电力中长期交易分步安全校核方法，其特征在于：所述步骤3的具体方法为：
在月度弹性预校核后，调度机构根据最新的交易计划和系统信息，按电量完成进度均衡原则，将中长期电量计划分解为逐日机组开机组合和发电出力计划。
5.根据权利要求1所述的一种电力中长期交易分步安全校核方法，其特征在于：所述步骤4的具体方法为：
所述中长期交易事后安全校核模型以系统运行成本最小为目标函数:
Figure FDA0003183361650000031
式中:
Figure FDA0003183361650000032
为发电机组i的发电成本函数，与机组发电量和发电煤耗有关；
Figure FDA0003183361650000033
为发电机组i的启停成本函数，反映了机组启停产生的损耗；
Figure FDA0003183361650000034
为电量约束松弛变量；M为松弛变量的惩罚系数，取一个很大的正数；
其需要满足的约束条件包括系统负荷平衡约束、系统备用约束、机组出力上下限约束、线路潮流约束和合约电量约束；
(1)系统负荷平衡约束
Figure FDA0003183361650000035
式中:Dt为时段t的电网总负荷；
(2)系统备用约束
Figure FDA0003183361650000036
式中:αi，t为发电机组i在时段t的启停机状态变量，为0～1的整数；
Figure FDA0003183361650000037
为机组i的最大技术出力；RP为系统旋转备用率；
(3)机组出力上下限约束
Figure FDA0003183361650000038
式中:
Figure FDA0003183361650000041
为机组i的最小技术出力；
(4)线路潮流约束
Figure FDA0003183361650000042
式中:K为系统中的负荷节点总数；L为系统拓扑中的线路总数；Pl，max为线路l传输功率的上限；Pl，min为线路l传输功率的下限；Dj，t为电网中节点j在时段t的节点负荷预测值；Gl-i为机组i对线路l的节点－线路功率转移分布因子；Gl-j为负荷j对线路l的节点－线路功率转移分布因子；
(5)合约电量约束
Figure FDA0003183361650000043
式中:Wi为发电机组i的合约电量；
事后安全校核后，若无法通过安全约束，则重新调整发电计划。
6.一种电力中长期交易分步安全校核系统，其特征在于：包括：
数据选取模块，用于选取典型数据；
事前安全校核模型模块，用于建立事前安全校核模型，对数据选取模块中所选取的各典型日数据进行弹性事前预校核；
中长期电量计划分解模块，用于根据事前安全校核模型模块的弹性预校核结果，进行中长期电量计划分解；
中长期交易事后安全校核模块，用于建立中长期交易事后安全校核模型，对中长期电量计划分解模块中分解后的日电量进行事后安全校核，若无法通过安全约束，则重新调整发电计划。
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