CN115049431A - 一种水电在电力现货市场中的定价方法 - Google Patents

一种水电在电力现货市场中的定价方法 Download PDF

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CN115049431A CN202210657749.8A CN202210657749A CN115049431A CN 115049431 A CN115049431 A CN 115049431A CN 202210657749 A CN202210657749 A CN 202210657749A CN 115049431 A CN115049431 A CN 115049431A
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万靖
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State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种水电在电力现货市场中的定价方法，包括以下步骤：S1、以月度为单位进行电力现货市场模拟仿真出清，即为：基于安全约束机组组合模型(SCUC)和安全约束经济调度模型(SCED)进行以月为单位的进行模拟出清，得到水电机组出力曲线；S2、根据月度出清结果确定库容式水电机组出力曲线，在固定水电出力情况下进行日前现货市场出清，确定市场电价和其他机组出力。本发明能够优化资源配置，降低现货市场电价，提高水电消纳，加快我国电力系统市场化改革进程。

Description

一种水电在电力现货市场中的定价方法
技术领域
本发明属于电气工程领域，更具体地，涉及一种水电在电力现货市场中的定价方法。
背景技术
对于高水电装机占比的省份而言，水电如何参与现货市场是当前亟须解决的一大难题。库容式水电站可以将自然来水存储在水库中，在需要时放水发电，具有一定的调峰能力。在现货市场中合理地利用其库容调节能力可以优化发电侧资源配置，降低社会总用电成本。但在日前现货市场中，如何确定水电机组起始库容和终止库容，最大化利用其库容调节能力，是目前面临的一大难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种水电在电力现货市场中的定价方法，其能够优化发电侧资源配置，降低社会总用电成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种水电在电力现货市场中的定价方法，包括以下步骤：
S1、以月度为单位进行电力现货市场模拟仿真出清，具体为：
基于安全约束机组组合模型(SCUC)和安全约束经济调度模型(SCED)进行以月为单位模拟出清，得到水电机组出力曲线；
S2、根据月度出清结果确定库容式水电机组出力曲线，在固定水电出力情况下进行日前现货市场出清，确定市场电价和其他机组出力。
按上述方案，所述步骤S1中，所述安全约束机组组合模型(SCUC)和安全约束经济调度模型(SCED)，在以下的约束条件和目标函数的进行规划模型，具体为：
系统负荷平衡约束描述为：每个时段t内，发电机产生的电能与联络线计划功率之和与系统负荷相等，即为：
Figure BDA0003688977570000021
其中，Pi，t、Tj，t分别为机组i、联络线j在时段t的出力，Dt为时段t的系统负荷，N、NT分别为机组总台数和联络线总数；
系统正负容量约束是为了防止负荷预测偏差以及各种实际运行事故而造成的供需不平衡，系统正负备用容量描述为：
Figure BDA0003688977570000022
Figure BDA0003688977570000023
其中，αi，t为机组i在时段t的启停状态，停机时用0表示，开机时用1表示，
Figure BDA0003688977570000024
分别表示机组i在时段t的最大、最小出力，
Figure BDA0003688977570000025
分别表示时段t内的系统正、负备用容量要求；
机组出力上下限约束描述为：
Figure BDA0003688977570000026
设
Figure BDA0003688977570000027
为机组i最大上爬坡速率，
Figure BDA0003688977570000028
为机组i最大下爬坡速率，机组爬坡约束描述为：
Figure BDA0003688977570000029
Figure BDA00036889775700000210
最小连续启停时间约束是由于机组的物理属性和实际运行需要，要求机组至少连续开或停一定时间，最小连续启停时间约束表示为：
Figure BDA0003688977570000031
Figure BDA0003688977570000032
其中，TU、TD分别为机组的最小连续开机时间、最小连续停机时间，
Figure BDA0003688977570000033
Figure BDA0003688977570000034
分别为机组i在时段t时连续开机、停机的时间，
Figure BDA0003688977570000035
表示为：
Figure BDA0003688977570000036
Figure BDA0003688977570000037
水电机组出力
Figure BDA0003688977570000038
水电机组备用容量
Figure BDA0003688977570000039
和水电机组装机容量
Figure BDA00036889775700000310
满足约束条件：
Figure BDA00036889775700000311
Figure BDA00036889775700000312
设水电机组弃水量为
Figure BDA00036889775700000313
则水电出力关系需满足：
Figure BDA00036889775700000314
其中，Ei，t为水电机组i在时刻t时水库库容中储存的能量，
Figure BDA00036889775700000315
为水电机组i在时刻t的自然来水能量；
水电机组库容能量满足上下限约束和水量等式约束：
Figure BDA00036889775700000316
Figure BDA00036889775700000317
其中，
Figure BDA00036889775700000318
为水电库容容量，
Figure BDA00036889775700000319
υ h分别为最大、最小库容比例；
线路潮流约束为了保证传输线功率不会超过额定值，线路潮流约束表述为：
Figure BDA00036889775700000320
其中，
Figure BDA00036889775700000321
为线路l的潮流传输极限，Gl-i、Gl-j、Gl-k分别为机组i所在节点、联络线j所在节点和节点k对线路l的发电机输出功率转移分布因子，K为系统节点的数量，Dk，t为节点k在时段t的母线负荷，
Figure BDA0003688977570000041
分别为线路l的正、反潮流松弛变量；
断面潮流约束是为了保证断面传输功率不会超过其极限值，断面潮流约束表示为：
Figure BDA0003688977570000042
其中，
Figure BDA0003688977570000043
分别为断面s的潮流传输极限，Gs-i、Gs-j、Gs-k分别为机组i所在节点、联络线j所在节点、节点k对断面s的发电机输出功率转移分布因子，
Figure BDA0003688977570000044
分别为断面s的正、反潮流松弛变量；
安全约束机组组合模型(SCUC)的目标函数为总发电成本的最小化，目标函数公式为：
Figure BDA0003688977570000045
其中，T表示所考虑的总时段数，Gi，t(Pi，t)、
Figure BDA0003688977570000046
分别为机组i在时段t的运行费用和启动费用，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价格相关的多段线性函数，M为网络潮流约束松弛惩罚因子；
安全约束机组组合模型(SCUC)和安全约束经济调度模型(SCED)相似，模型将SCUC求解的机组启停计划作为已知量，重新以最小化总发电成本为目标，在考虑各项技术约束的情况下求解最优潮流，得到机组各个时段的出力曲线，SCED模型的负荷平衡约束、机组出力上下限约束、线路潮流约束、断面潮流约束和目标函数与SCUC模型相同，由于机组启停计划变为已知量，机组爬坡约束修改为：
Figure BDA0003688977570000047
Figure BDA0003688977570000048
现货市场采用节点电价定价机制，节点i在时段t的节点电价可以表示为：
Figure BDA0003688977570000051
其中，λt为时段t系统负荷平衡的拉格朗日乘子，
Figure BDA0003688977570000052
分别为线路l和断面s最大正、反向潮流约束拉格朗日乘子，当对应线路或断面潮流越限时，所述拉格朗日乘子为网络潮流约束松弛惩罚因子。
按上述方案，所述步骤S2中，根据月度出清结果固定水电机组出力后再进行现货市场每日出清。
实施本发明的一种水电在电力现货市场中的定价方法，具有以下有益效果：
本发明的水电在电力现货市场中的定价方法，首先根据负荷预测数据和水库来水量预测数据，以月度为时间周期进行现货市场出清，再固定水电出力进行现货市场日出清，并以此结果决定出清电价和机组出力。该方法可以优化资源配置，降低现货市场电价，提高水电消纳，加快电力系统市场化改革进程。
附图说明
图1是本发明的实施例中一月份水电机组出力曲线示意图；
图2是本发明的实施例中全年水电机组库容变化曲线示意图；
图3是本发明的实施例中现有方法与本方法所确定的市场电价持续曲线比较示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的基于数据-物理特征联合驱动的海量电力用户聚类算法，包括以下步骤：
S1、以月度为单位进行电力现货市场仿真出清，具体为：
电力现货市场仿真出清模型依次采用安全约束机组组合模型(SCUC)、安全约束经济调度模型(SCED)求解最优潮流，其约束条件和目标函数如下：
系统负荷平衡约束描述为：每个时段t内，发电机产生的电能与联络线计划功率之和与系统负荷相等,即为：
Figure BDA0003688977570000061
其中，Pi，t、Tj，t分别为机组i、联络线j在时段t的出力，Dt为时段t的系统负荷，N、NT分别为机组总台数和联络线总数；
系统正负容量约束是为了防止负荷预测偏差以及各种实际运行事故而造成的供需不平衡，系统正负备用容量描述为：
Figure BDA0003688977570000062
Figure BDA0003688977570000063
其中，αi，t为机组i在时段t的启停状态，停机时用0表示，开机时用1表示，
Figure BDA0003688977570000064
分别表示机组i在时段t的最大、最小出力，
Figure BDA0003688977570000065
分别表示时段t内的系统正、负备用容量要求；
机组出力上下限约束描述为：
Figure BDA0003688977570000066
设
Figure BDA0003688977570000067
为机组i最大上爬坡速率，
Figure BDA0003688977570000068
为机组i最大下爬坡速率，机组爬坡约束描述为：
Figure BDA0003688977570000069
Figure BDA0003688977570000071
最小连续启停时间约束是由于机组的物理属性和实际运行需要，要求机组至少连续开或停一定时间，最小连续启停时间约束表示为：
Figure BDA0003688977570000072
Figure BDA0003688977570000073
其中，TU、TD分别为机组的最小连续开机时间、最小连续停机时间，
Figure BDA0003688977570000074
Figure BDA0003688977570000075
分别为机组i在时段t时连续开机、停机的时间，
Figure BDA0003688977570000076
表示为：
Figure BDA0003688977570000077
Figure BDA0003688977570000078
水电机组出力
Figure BDA0003688977570000079
水电机组备用容量
Figure BDA00036889775700000710
和水电机组装机容量
Figure BDA00036889775700000711
满足约束条件：
Figure BDA00036889775700000712
Figure BDA00036889775700000713
设水电机组弃水量为
Figure BDA00036889775700000714
则水电出力关系需满足：
Figure BDA00036889775700000715
其中，Ei，t为水电机组i在时刻t时水库库容中储存的能量，
Figure BDA00036889775700000716
为水电机组i在时刻t的自然来水能量；
水电机组库容能量还需满足上下限约束和水量等式约束：
Figure BDA00036889775700000717
Figure BDA00036889775700000718
其中，
Figure BDA00036889775700000719
为水电库容容量，
Figure BDA00036889775700000720
υ h分别为最大、最小库容比例。
线路潮流约束为了保证传输线功率不会超过额定值，线路潮流约束表述为：
Figure BDA0003688977570000081
其中，
Figure BDA0003688977570000082
为线路l的潮流传输极限，Gl-i、Gl-j、Gl-k分别为机组i所在节点、联络线j所在节点和节点k对线路l的发电机输出功率转移分布因子，K为系统节点的数量，Dk，t为节点k在时段t的母线负荷，
Figure BDA0003688977570000083
分别为线路l的正、反潮流松弛变量。
断面潮流约束是为了保证断面传输功率不会超过其极限值，断面潮流约束表示为：
Figure BDA0003688977570000084
其中，
Figure BDA0003688977570000085
分别为断面s的潮流传输极限，Gs-i、Gs-j、Gs-k分别为机组i所在节点、联络线j所在节点、节点k对断面s的发电机输出功率转移分布因子，
Figure BDA0003688977570000086
分别为断面s的正、反潮流松弛变量。
SCUC模型的目标函数为总发电成本的最小化，目标函数公式为：
Figure BDA0003688977570000087
其中，T表示所考虑的总时段数，Ci，t(Pi，t)、
Figure BDA0003688977570000088
分别为机组i在时段t的运行费用和启动费用，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价格相关的多段线性函数，M为网络潮流约束松弛惩罚因子。
安全约束经济调度模型(SCED)与安全约束机组组合模型(SCUC)相似，模型将SCUC求解的机组启停计划作为已知量，重新以最小化总发电成本为目标，在考虑各项技术约束的情况下求解最优潮流，得到机组各个时段的出力曲线。SCED模型的负荷平衡约束、机组出力上下限约束、线路潮流约束、断面潮流约束和目标函数与SCUC模型相同。由于机组启停计划变为已知量，机组爬坡约束修改为：
Figure BDA0003688977570000091
Figure BDA0003688977570000092
现货市场采用节点电价定价机制，节点i在时段t的节点电价表示为：
Figure BDA0003688977570000093
其中，λt为时段t系统负荷平衡的拉格朗日乘子，
Figure BDA0003688977570000094
分别为线路l和断面s最大正、反向潮流约束拉格朗日乘子，当对应线路或断面潮流越限时，这些拉格朗日乘子为网络潮流约束松弛惩罚因子。
通过求解上述SCUC、SCED模型，即可得到以月度为单位电力现货市场出力结果。
S2、根据月度出清结果确定库容式水电机组的出力曲线，进行日前现货市场出清，确定市场电价和其他机组出力。
从步骤S1中可以得到水电机组每个时段的出力曲线，在进行日前现货市场日调度时，固定水电机组出力进行出清，约束条件和目标函数同(1)～(10)与(16)～(21)，从日出清结果中即可得到市场电价和其他机组出力曲线。
实施例
如图1-2所示，以某地实际电力市场数据为例，首先以月度为单位进行市场出清，可以得到该地水电机组全年出力曲线和库容变化曲线。
如图3所示，确定了水电机组出力后，在每日现货市场调度时，固定水电机组出力，重新进行现货市场日出清，得到市场电价和其他机组出力曲线。传现有统方法和本发明方法所确定的市场电价持续曲线。使用本发明方法确定水电机组出力可以合理利用水电库容调价能力，降低市场电价、优化资源配置、降低全社会用电总成本。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种水电在电力现货市场中的定价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、以月度为单位进行电力现货市场模拟仿真出清，具体为：
基于安全约束机组组合模型(SCUC)和安全约束经济调度模型(SCED)进行以月为单位模拟出清，得到水电机组出力曲线；
S2、根据月度出清结果确定库容式水电机组出力曲线，在固定水电出力情况下进行日前现货市场出清，确定市场电价和其他机组出力。
2.根据要求1所述的水电在电力现货市场中的定价方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述安全约束机组组合模型(SCUC)和安全约束经济调度模型(SCED)，在以下的约束条件和目标函数的进行规划模型，具体为：
系统负荷平衡约束描述为：每个时段t内，发电机产生的电能与联络线计划功率之和与系统负荷相等，即为：
Figure FDA0003688977560000011
其中，Pi，t、Tj，t分别为机组i、联络线j在时段t的出力，Dt为时段t的系统负荷，N、NT分别为机组总台数和联络线总数；
系统正负容量约束是为了防止负荷预测偏差以及各种实际运行事故而造成的供需不平衡，系统正负备用容量描述为：
Figure FDA0003688977560000012
Figure FDA0003688977560000013
其中，αi，t为机组i在时段t的启停状态，停机时用0表示，开机时用1表示，
Figure FDA0003688977560000014
分别表示机组i在时段t的最大、最小出力，
Figure FDA0003688977560000015
分别表示时段t内的系统正、负备用容量要求；
机组出力上下限约束描述为：
Figure FDA0003688977560000021
设
Figure FDA0003688977560000022
为机组i最大上爬坡速率，
Figure FDA0003688977560000023
为机组i最大下爬坡速率，机组爬坡约束描述为：
Figure FDA0003688977560000024
Figure FDA0003688977560000025
最小连续启停时间约束是由于机组的物理属性和实际运行需要，要求机组至少连续开或停一定时间，最小连续启停时间约束表示为：
Figure FDA0003688977560000026
Figure FDA0003688977560000027
其中，TU、TD分别为机组的最小连续开机时间、最小连续停机时间，
Figure FDA0003688977560000028
Figure FDA0003688977560000029
分别为机组i在时段t时连续开机、停机的时间，
Figure FDA00036889775600000210
表示为：
Figure FDA00036889775600000211
Figure FDA00036889775600000212
水电机组出力
Figure FDA00036889775600000213
水电机组备用容量
Figure FDA00036889775600000214
和水电机组装机容量
Figure FDA00036889775600000215
满足约束条件：
Figure FDA00036889775600000216
Figure FDA00036889775600000217
设水电机组弃水量为
Figure FDA00036889775600000218
则水电出力关系需满足：
Figure FDA00036889775600000219
其中，Ei，t为水电机组i在时刻t时水库库容中储存的能量，
Figure FDA00036889775600000220
为水电机组i在时刻t的自然来水能量；
水电机组库容能量满足上下限约束和水量等式约束：
Figure FDA0003688977560000031
Figure FDA0003688977560000032
其中，
Figure FDA0003688977560000033
为水电库容容量，
Figure FDA0003688977560000034
v h分别为最大、最小库容比例；
线路潮流约束为了保证传输线功率不会超过额定值，线路潮流约束表述为：
Figure FDA0003688977560000035
其中，
Figure FDA0003688977560000036
为线路l的潮流传输极限，Gl-i、Gl-j、Gl-k分别为机组i所在节点、联络线j所在节点和节点k对线路l的发电机输出功率转移分布因子，K为系统节点的数量，Dk，t为节点k在时段t的母线负荷，
Figure FDA0003688977560000037
分别为线路l的正、反潮流松弛变量；
断面潮流约束是为了保证断面传输功率不会超过其极限值，断面潮流约束表示为：
Figure FDA0003688977560000038
其中，
Figure FDA0003688977560000039
分别为断面s的潮流传输极限，Gs-i、Gs-j、Gs-k分别为机组i所在节点、联络线j所在节点、节点k对断面s的发电机输出功率转移分布因子，
Figure FDA00036889775600000313
分别为断面s的正、反潮流松弛变量；
安全约束机组组合模型(SCUC)的目标函数为总发电成本的最小化，目标函数公式为：
Figure FDA00036889775600000310
Figure FDA00036889775600000311
其中，T表示所考虑的总时段数，Ci，t(Pi，t)、
Figure FDA00036889775600000312
分别为机组i在时段t的运行费用和启动费用，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价格相关的多段线性函数，M为网络潮流约束松弛惩罚因子；
安全约束机组组合模型(SCUC)和安全约束经济调度模型(SCED)相似，模型将SCUC求解的机组启停计划作为已知量，重新以最小化总发电成本为目标，在考虑各项技术约束的情况下求解最优潮流，得到机组各个时段的出力曲线，SCED模型的负荷平衡约束、机组出力上下限约束、线路潮流约束、断面潮流约束和目标函数与SCUC模型相同，由于机组启停计划变为已知量，机组爬坡约束修改为：
Figure FDA0003688977560000041
Figure FDA0003688977560000042
现货市场采用节点电价定价机制，节点i在时段t的节点电价可以表示为：
Figure FDA0003688977560000043
其中，λt为时段t系统负荷平衡的拉格朗日乘子，
Figure FDA0003688977560000044
分别为线路l和断面s最大正、反向潮流约束拉格朗日乘子，当对应线路或断面潮流越限时，所述拉格朗日乘子为网络潮流约束松弛惩罚因子。
3.根据要求1所述的水电在电力现货市场中的定价方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据月度出清结果固定水电机组出力后再进行现货市场每日出清。
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CN116454876A (zh) * 2023-04-18 2023-07-18 中国南方电网有限责任公司 电力市场水电机组的组合控制方法、装置、设备和介质

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