CN116050734A - 本地备用与外部备用构成比例的划分方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种本地备用与外部备用构成比例的划分方法及系统，所述方法包括以本地运行总成本最低为目标，结合本地发电约束条件和备用约束条件，得到各个区域的本地备用容量；以备用容量跨区共享总成本最低为目标，结合本地发电约束条件、备用约束条件和联络线的输送能力，求解出各个区域的外部备用容量，进而得到本地备用容量与外部备用容量之间的比例。本发明通过确定各区域的本地备用容量与外部备用容量之比，能够提高电网系统运行的经济性、稳定性。

Description

本地备用与外部备用构成比例的划分方法及系统

技术领域

本发明属于电网调控技术领域，具体涉及一种本地备用与外部备用构成比例的划分方法及系统。

背景技术

发电备用容量的来源包括传统发电机组和新能源机组实时预留的发电容量、储能单位备用容量、可调节负荷的调节容量以及电能量市场上的实时现货电力，其在电力系统运行中用以实时应对可能发生的故障如发电机、线路故障以及再生能源的波动。在传统调度模式下，区域电网的备用容量一般按照计划模式为本地进行备用留取，对省间备用互济的可调用性缺乏考虑，随着新能源和电力市场的快速发展，已难以适应未来电网的发展要求。因此，当发生不平衡时，各类型备用资源能够提供的总备用容量如何进行省间备用互济，这对电力系统安全还是电能量市场而言都十分重要。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种本地备用与外部备用构成比例的划分方法及系统，通过确定各区域的本地备用容量与外部备用容量之比，在保证电网系统稳定安全运行的前提下，提升电网系统的整体运行效益。

为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种本地备用与外部备用构成比例的划分方法，包括：

以本地运行总成本最低为目标，结合本地发电约束条件和备用约束条件，得到各个区域的本地备用容量；

以备用容量跨区共享总成本最低为目标，结合本地发电约束条件、备用约束条件和联络线的输送能力，求解出各个区域的外部备用容量，进而得到本地备用容量与外部备用容量之间的比例。

可选地，所述以本地运行总成本最低为目标，结合本地发电约束条件和备用约束条件，得到各个区域的本地备用容量的步骤包括：

针对各区域，以本地运行总成本最低为目标，建立第一目标函数；

针对各区域，以本地发电约束条件和备用约束条件建立第一约束；

基于所述第一目标函数和第一约束，求解出各个区域的本地备用容量。

可选地，所述第一目标函数的表达式为：

min_n＝(C_p,n+_w,n+_EES,+_IBDR,+_wl,+_l,n)

C_wl,n＝C_LP_wlloss,t

C_l.n＝C_xP_ldloss,t

式中，C_n为区域n的本地运行总成本，C_p,n为区域n的直流配套电源运行总成本,C_w,n为区域n的新能源运行总成本，C_EES,n为区域n的储能单位运行成本，C_IBDR,n为区域n的可调节资源补偿成本，C_wl,n为区域n的弃风惩罚成本，C_l,n为区域n的失负荷惩罚成本；C_g,n为区域n的备用成本，t表示t时刻，T表示整个调度周期，N_G为发电机组集群，

和

分别为调用发电机组向上和向下备用的单位费用，

和

分别为调用的机组向上和向下备用量，C_i为直流配套电源燃料成本系，

为机组g在t时刻出力值，C_m为新能源运行维护成本系数，P_w,t为新能源机组在t时刻实际出力值；C_rw为区域n的新能源备用成本，P_{n_r,t}为各新能源机组在t时刻提供的备用容量，C_S、C_a分别为储能单位运行成本和提供备用成本系数，P_cha,t、P_dis,t分别为储能在t时刻的充电功率和放电功率，P_d,t、P_c,t为储能系统在t时刻提供上下备用容量，

为可调节资源在t时刻的响应功率，a、b、c均为补偿系数；C_L、C_x为弃风惩罚成本和失负荷惩罚成本系数，P_wlloss,t、P_ldloss,t分别为t时刻弃风容量和失负荷容量。

可选地，所述第一约束包括：发电机组出力约束、发电机组爬坡约束、发电机组备用容量约束、新能源出力预测区间约束、新能源出力运行区间约束、新能源出力约束、新能源备用约束、储能备用约束、区域负荷平衡约束；

其中，发电机组出力约束为：

式中：

分别为机组g在t时刻提供的上下备用容量，

分别为机组g出力上下限，i_g,t为是否出力决策变量；

发电机组爬坡约束为：

式中：R_U,g和R_D,g为时刻t内机组g上下爬坡最值，u_g,t、v_g,t分别为上下爬坡速率，

为机组g在t-1时刻出力值；

分别为机组g在t-1时刻提供的上下备用容量；

发电机组备用容量约束为：

式中：

和

为机组g从第一阶段过渡到第二阶段的可提供的向上和向下备用最大值；R^-,min为系统需要向下提供总备用容量的最小值；

和

分别为调用的机组向上和向下备用量；

为机组g在t时刻的考虑备用的实际出力值；

新能源出力预测区间约束为：

式中：P_w,t为新能源在t时刻的出力值，

为新能源在t时刻的出力预测值，

分别为新能源在t时刻的出力正负预测差值；

新能源出力运行区间约束为：

式中：

为新能源在t时刻的出力正负差值；

新能源出力约束为：

新能源备用约束为：

式中：

为新能源机组在t时刻出力值，P_{n_r,t}为各新能源机组在t时刻提供的备用容量；

储能备用约束为：

P_dmin,t≤P_d,t≤P_dmax,t

P_cmin,t≤P_c,t≤P_cmax,t

式中：P_d,t、P_c,t为储能系统在t时刻提供上下备用容量，P_dmin,t、P_dmax,t、P_cmin,t、P_cmax,t为储能单位在t时刻提供上下备用容量最值；

区域负荷平衡约束为：

式中：P_w,t为新能源机组在t时刻实际出力值；P_g,t为直流配套机组在t时刻实际出力值；P_EES,t为储能设备在t时刻实际出力值；P_l,t为可调节资源在t时刻实际响应值；P_ld,t为区域在t时刻的总负荷；N_w为新能源机组集群；N_EES为储能机组集群；N_l为可调节负荷集群。

可选地，所述基于所述第一目标函数和第一约束，求解出各个区域的本地备用容量，包括以下步骤：

基于所述第一目标函数和第一约束，得出区域n本地各类资源的备用容量；

加总所述本地各类资源的备用容量，获得区域n的本地备用容量。

可选地，所述以备用容量跨区共享总成本最低为目标，结合本地发电约束条件、备用约束条件和联络线的输送能力，求解出各个区域的外部备用容量的步骤包括：

针对各区域，以备用容量跨区共享总成本最低为目标，建立第二目标函数；

针对各区域，以本地发电约束条件、备用约束条件和联络线的输送能力建立第二约束；

基于所述第二目标函数和第二约束，求解出各个区域的外部备用容量，进而得到本地备用容量与外部备用容量之间的比例。

可选地，所述第二目标函数的表达式为：

minC_total＝(C_p,n+C_w,n+C_EES,n+C_IBDR,n+C_wl,n+C_l,n+C_b,nP_b,nm+C_z,n)

C_wl,n＝C_LP_wlloss,t

C_l.n＝C_xP_ldloss,t

P_b,nm＝α_nmR_n

C_z,n＝k_b,nmα_nmR_n

式中，C_total为备用容量跨区共享总成本，C_g,n为区域n的备用成本，C_p,n为区域n的直流配套电源运行总成本，C_w,n为区域n的新能源运行总成本，C_EES,n为区域n的储能运行成本，C_IBDR,n为区域n的可调节资源补偿成本，C_wl,n为分别区域n的弃风惩罚成本，C_l,n为区域n的失负荷惩罚成本；C_z,n为备用补偿成本；C_i为直流配套电源燃料成本系数，

为机组g在t时刻出力值，t表示t时刻，T表示整个调度周期，C_m为新能源运行维护成本系数，

为新能源机组在t时刻实际出力值；C_rw为区域n的新能源备用成本，P_{n_r,t}为各新能源机组在t时刻提供的备用容量，C_S、C_a分别为储能单位运行成本和提供备用成本系数；P_cha,t、P_dis,t分别为储能在t时刻的充电功率和放电功率，P_d,t、P_c,t为储能单位在t时刻提供上下备用容量，

为可调节资源在t时刻的响应功率；a、b、c均为补偿系数；C_L、C_x为弃风惩罚成本和失负荷惩罚成本系数，P_wlloss,t、P_ldloss,t分别为t时刻弃风容量和失负荷容量；k_b,nm为区域n向区域m共享时的单位共享备用容量补偿成本系数；α_nm为区域n向区域m共享时的共享备用容量占区域n的本地总备用容量的比值；R_n为区域n的本地总共享备用容量；C_b,n为跨区共享备用容量单价；P_b,nm为区域n与区域m共享备用容量。

可选地，所述第二约束条件包括：发电机组出力约束、发电机组爬坡约束、发电机组备用容量约束、新能源出力预测区间约束、新能源出力运行区间约束、新能源出力约束、新能源备用约束、储能备用约束、区域负荷平衡约束、联络线模型约束、功率调整速率约束、相邻时段不可反向调整约束、调整次数约束、稳定运行持续时间约束和购买容量约束；

其中，发电机组出力约束为：

式中：

为机组g在t时刻出力值；

分别为机组g在t时刻提供的上下备用容量；

分别为机组g出力上下限；i_g,t为是否出力决策变量；

发电机组爬坡约束为：

式中：R_U,g和R_D,g为时刻t内机组g上下爬坡最值，u_g,t、v_g,t分别为上下爬坡速率，

为机组g在t-1时刻出力值；

分别为机组g在t-1时刻提供的上下备用容量；

发电机组备用容量约束为：

式中：

和

为机组g从第一阶段过渡到第二阶段的可提供的向上下备用最大值；R^+,min、R^-,min分别为系统需要向上下总备用容量的最小值；

和

分别为调用的机组向上和向下备用量；

为机组g在t时刻的考虑备用的实际出力值；

新能源出力预测区间约束为：

式中：P_w,t为新能源在t时刻的出力值；

为新能源在t时刻的出力预测值；

分别为新能源在t时刻的出力正负预测差值；

新能源出力运行区间约束为：

式中：

为为新能源在t时刻的出力正负差值；

新能源出力约束为：

新能源备用约束为：

式中：

为新能源机组在t时刻出力值；P_{n_r,t}为各新能源机组在t时刻提供的备用容量；

储能备用约束为：

P_dmin,t≤P_d,t≤P_dmax,t

P_cmin,t≤P_c,t≤P_cmax,t

式中：P_d,t、P_c,t为储能单位在t时刻提供上下备用容量；P_dmin,t、P_dmax,t、P_cmin,t、P_cmax,t为储能单位在t时刻提供上下备用容量最值；

区域负荷平衡约束为：

式中：P_w,t为新能源机组在t时刻实际出力值；P_g,t为直流配套机组在t时刻实际出力值；P_EES,t为储能设备在t时刻实际出力值；P_l,t为可调节资源在t时刻实际响应值；P_ld,t为区域在t时刻的总负荷；N_w为新能源机组集群；N_EES为储能机组集群；N_l为可调节负荷集群。

联络线模型约束为：

式中：P_l,t为联络线功率，

为联络线功率上下限；u_l,t为联络线传输决策变量；

功率调整速率约束为：

式中：ω_l,t、γ_l,t为调整速率系数；

分别为向上、向下调整速率。

相邻时段不可反向调整约束为；

式中：

为t时刻向外输送决策变量；

为t时刻向内输送调整决策变；

调整次数约束为：

式中：

为t时刻调整次数；

为调整总数；

稳定运行持续时间约束为：

式中：

表示在t时刻向外、向内输送容量稳定运行时间；

购买容量约束为：

0≤P_b,nm,t≤P_l,t

式中：P_b,nm,t为t时刻区域n向区域m输送的跨区备用容量，跨区备用输送容量不超过区域n、m之间的联络线输送功率。

可选地，所述基于所述第二目标函数和第二约束，求解出各个区域的外部备用容量的步骤包括：

基于所述第二目标函数和第二约束，求解出区域n与区域m共享备用容量；

基于区域n与区域m共享备用容量，以及外部备用容量计算公式，计算出区域n的外部备用容量；

所述外部备用容量计算公式为：

式中，P_B,n为区域n的外部备用容量，N为区域总数，P_b,nm为区域n与区域m共享备用容量。

第二方面，本发明提供了一种本地备用与外部备用构成比例的划分系统，包括存储介质和处理器；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面中任一项所述的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明首先计算出每个区域的各类资源备用容量，获得各区域的本地备用容量；然后，通过设定联络线的输送能力和跨区域之间的共享代价，确定出各个区域的外部备用容量，进而得到本地备用容量与外部备用容量之间的比例法，能够提高系统运行的经济性、稳定性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明一种实施例的本地备用与外部备用构成比例的划分方法的流程图；

图2为本发明一种实施例的河南、江西本地总备用容量示意图；

图3为本发明一种实施例的湖南省外地备用容量需求示意图；

图4为河南和江西两省的各时刻各类型资源可提供的备用容量示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

实施例1

本发明实施例中提供了一种本地备用与外部备用构成比例的划分方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)以本地运行总成本最低为目标，结合本地发电约束条件和备用约束条件，得到各个区域的本地备用容量；

(2)以备用容量跨区共享总成本最低为目标，结合本地发电约束条件、备用约束条件和联络线的输送能力，求解出各个区域的外部备用容量，进而得到本地备用容量与外部备用容量之间的比例。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述以本地运行总成本最低为目标，结合本地发电约束条件和备用约束条件，得到各个区域的本地备用容量的步骤包括：

针对各区域，以本地运行总成本最低为目标，建立第一目标函数；

针对各区域，以本地发电约束条件和备用约束条件建立第一约束；

基于所述第一目标函数和第一约束，求解出各个区域的本地备用容量。

其中，所述第一目标函数的表达式为：

minC_n＝(C_p,n+C_w,n+C_EES,n+C_IBDR,n+C_wl,n+C_l,n)

C_wl,n＝C_LP_wlloss,t

C_l.n＝C_xP_ldloss,t

式中，C_n为区域n的本地运行总成本，C_p,n为区域n的直流配套电源运行总成本,C_w,n为区域n的新能源运行总成本，C_EES,n为区域n的储能运行成本，C_IBDR,n为区域n的可调节资源补偿成本，C_wl,n为区域n的弃风惩罚成本，C_l,n为区域n的失负荷惩罚成本；C_g,n为区域n的备用成本,t表示t时刻，T表示整个调度周期，N_G为发电机组集群，

和

分别为调用发电机组向上和向下备用的单位费用，

和

分别为调用的机组向上和向下备用量；C_i为直流配套电源燃料成本系，

为机组g在t时刻出力值；C_m为新能源运行维护成本系数，

为新能源机组在t时刻实际出力值；C_rw为区域n的新能源备用成本，P_{n_r,t}为各新能源机组在t时刻提供的备用容量；C_S、C_a分别为储能单位运行成本和提供备用成本系数,P_cha,t、P_dis,t分别为储能在t时刻的充电功率和放电功率，P_d,t、P_c,t为储能单位在t时刻提供上下备用容量；

为可调节资源在t时刻的响应功率；a、b、c均为补偿系数；C_L、C_x为弃风惩罚成本和失负荷惩罚成本系数，P_wlloss,t、P_ldloss,t分别为t时刻弃风容量和失负荷容量。

所述第一约束包括：发电机组出力约束、发电机组爬坡约束、发电机组备用容量约束、新能源出力预测区间约束、新能源出力运行区间约束、新能源出力约束、新能源备用约束、储能备用约束、区域负荷平衡约束；

其中，发电机组出力约束为：

式中：

为机组g在t时刻出力值；

分别为机组g在t时刻提供的上下备用容量；

分别为机组g最值技术出力限值；i_g,t为是否出力决策变量；

发电机组爬坡约束为：

式中：R_U,g和R_D,g为时刻t内机组g上下爬坡最值，u_g,t、v_g,t分别为上下爬坡速率，

为机组g在t-1时刻出力值；

分别为机组g在t-1时刻提供的上下备用容量；

发电机组备用容量约束为：

式中：

和

为机组g从第一阶段过渡到第二阶段的可提供的向上和向下备用最大值；R^-,min为系统需要向下提供总备用容量的最小值；

和

分别为调用的机组向上和向下备用量；

为机组g在t时刻的考虑备用的实际出力值；

新能源出力预测区间约束为：

式中：P_w,t为新能源在t时刻的出力值；

为新能源在t时刻的出力预测值；

分别为新能源在t时刻的出力正负预测差值；

新能源出力运行区间约束为：

式中：

为新能源在t时刻的出力正负差值；

新能源出力约束为：

新能源备用约束为：

式中：

为新能源机组在t时刻出力值；P_{n_r,t}为各新能源机组在t时刻提供的备用容量；

储能备用约束为：

P_dmin,t≤P_d,t≤P_dmax,t

P_cmin,≤P_c,t≤P_cmax,t

式中：P_d,t、P_c,t为储能单位在t时刻提供上下备用容量；P_dmin,t、P_dmax,t、P_cmin,t、P_cmax,t为储能单位在t时刻提供上下备用容量最值；

区域负荷平衡约束为：

式中：P_w,t为新能源机组在t时刻实际出力值；P_g,t为直流配套机组在t时刻实际出力值；P_EES,t为储能设备在t时刻实际出力值；P_l,t为可调节资源在t时刻实际响应值；P_ld,t为区域在t时刻的总负荷；N_w为新能源机组集群；N_EES为储能机组集群；N_l为可调节负荷集群。

所述基于所述第一目标函数和第一约束，求解出各个区域的本地备用容量，包括以下步骤：

基于所述第一目标函数和第一约束，得出区域n本地各类资源的备用容量；

加总所述本地各类资源的备用容量，获得区域n的本地备用容量。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述以备用容量跨区共享总成本最低为目标，结合本地发电约束条件、备用约束条件和联络线的输送能力，求解出各个区域的外部备用容量的步骤包括：

针对各区域，以备用容量跨区共享总成本最低为目标，建立第二目标函数；

针对各区域，以本地发电约束条件、备用约束条件和联络线的输送能力建立第二约束；

基于所述第二目标函数和第二约束，求解出各个区域的外部备用容量，进而得到本地备用容量与外部备用容量之间的比例。

其中，所述第二目标函数的表达式为：

minC_total＝(C_p,n+C_w,n+C_EES,n+C_IBDR,n+C_wl,n+C_l,n+C_b,nP_b,nm+C_z,n)

C_wl,n＝C_LP_wlloss,t

C_l.n＝C_xP_ldloss,t

P_b,nm＝α_nmR_n

C_z,n＝k_b,nmα_nmR_n

式中，C_total为备用容量跨区共享总成本，C_g,n为区域n的备用成本，C_p,n为区域n的直流配套电源运行总成本，C_w,n为区域n的新能源运行总成本，C_EES,n为区域n的储能运行成本，C_IBDR,n为区域n的可调节资源补偿成本，C_wl,n为分别区域n的弃风惩罚成本，C_l,n为区域n的失负荷惩罚成本；C_z,n为备用补偿成本；C_i为直流配套电源燃料成本系数，

为机组g在t时刻出力值，t表示t时刻，T表示整个调度周期，C_m为新能源运行维护成本系数，

为新能源机组在t时刻实际出力值；C_rw为区域n的新能源备用成本，P_{n_r,t}为各新能源机组在t时刻提供的备用容量，C_S、C_a分别为储能单位运行成本和提供备用成本系数；P_cha,t、P_dis,t分别为储能在t时刻的充电功率和放电功率，P_d,t、P_c,t为储能单位在t时刻提供上下备用容量，

为可调节资源在t时刻的响应功率；a、b、c均为补偿系数；C_L、C_x为弃风惩罚成本和失负荷惩罚成本系数，P_wlloss,t、P_ldloss,t分别为t时刻弃风容量和失负荷容量；k_b,nm为区域n向区域m共享时的单位共享备用容量补偿成本系数；R_n为区域n的本地总共享备用容量；C_b,n为跨区共享备用容量单价；α_nm为区域n向区域m共享时的共享备用容量占区域n的本地总备用容量的比值；P_b,nm为区域n与区域m共享备用容量。

所述第二约束条件包括：发电机组出力约束、发电机组爬坡约束、发电机组备用容量约束、新能源出力预测区间约束、新能源出力运行区间约束、新能源出力约束、新能源备用约束、储能备用约束、区域负荷平衡约束、联络线模型约束、功率调整速率约束、相邻时段不可反向调整约束、调整次数约束、稳定运行持续时间约束和购买容量约束；

其中，发电机组出力约束为：

式中：

为机组g在t时刻出力值；

分别为机组g在t时刻提供的上下备用容量；

分别为机组g出力上下限；i_g,t为是否出力决策变量；

发电机组爬坡约束为：

式中：R_U,g和R_D,g为时刻t内机组g上下爬坡最值，u_g,t、v_g,t分别为上下爬坡速率，

为机组g在t-1时刻出力值；

分别为机组g在t-1时刻提供的上下备用容量；

发电机组备用容量约束为：

式中：

和

为机组g从第一阶段过渡到第二阶段的可提供的向上下备用最大值；R^-,min分别为系统需要向上下总备用容量的最小值；

和

分别为调用的机组向上和向下备用量；

为机组g在t时刻的考虑备用的实际出力值；

新能源出力预测区间约束为：

式中：P_w,t为新能源在t时刻的出力值；

为新能源在t时刻的出力预测值；

分别为新能源在t时刻的出力正负预测差值；

新能源出力运行区间约束为：

式中：

为为新能源在t时刻的出力正负差值；

新能源出力约束为：

新能源备用约束为：

式中：

为新能源机组在t时刻出力值；P_{n_r,t}为各新能源机组在t时刻提供的备用容量；

储能备用约束为：

P_dmin,t≤P_d,t≤P_dmax,t

P_cmin,t≤P_c,t≤P_cmax,t

式中：P_d,t、P_c,t为储能单位在t时刻提供上下备用容量；P_dmin,t、P_dmax,t、P_cmin,t、P_cmax,t为储能单位在t时刻提供上下备用容量最值；

区域负荷平衡约束为：

式中：P_w,t为新能源机组在t时刻实际出力值；P_g,t为直流配套机组在t时刻实际出力值；P_EES,t为储能设备在t时刻实际出力值；P_l,t为可调节资源在t时刻实际响应值；P_ld,t为区域在t时刻的总负荷；N_w为新能源机组集群；N_EES为储能机组集群；N_l为可调节负荷集群。

联络线模型约束为：

式中：P_l,t为联络线功率，

为联络线功率上下限；u_l,t为联络线传输决策变量；

功率调整速率约束为：

式中：ω_l,t、γ_l,t为调整速率系数；

分别为向上、向下调整速率。

相邻时段不可反向调整约束为；

式中：

为t时刻向外输送决策变量；

为t时刻向内输送调整决策变；

调整次数约束为：

式中：

为t时刻调整次数；

为调整总数；

稳定运行持续时间约束为：

式中：

表示在t时刻向外、向内输送容量稳定运行时间；

购买容量约束为：

0≤P_b,nm,t≤P_l,t

式中：P_b,nm,t为t时刻区域n向区域m输送的跨区备用容量，跨区备用输送容量不超过区域n、m之间的联络线输送功率。

所述基于所述第二目标函数和第二约束，求解出各个区域的外部备用容量的步骤包括：

基于所述第二目标函数和第二约束，求解出区域n与区域m共享备用容量；

基于区域n与区域m共享备用容量，以及外部备用容量计算公式，计算出区域n的外部备用容量，所述外部备用容量计算公式为：

式中，P_B,n为区域n的外部备用容量，N为区域总数。

下面结合一具体实施方式，对本发明实施例中的本地备用与外部备用构成比例的划分方法进行详细说明。

所述本地备用与外部备用构成比例的划分方法包括以下步骤：

(1)通过对电网系统中各类特色电源的特点进行研究，现得出：1)发电机组以电源的方式参与市场；2)新能源由于其出力随机性，预测出力存在偏差，其参与电力市场方式为将新能源发电容量作为提供方纳入备用市场两种方式；3)储能单位如抽水蓄能机组的优点为启停快、工况转换灵活且响应速度快，缺点为抽发存在损耗，电价机制不明，综上可将其以电源的方式单机整数倍参与备用市场，具体如表1所示：

表1新能源参与市场方式

(2)以2020年10月某日区域备用市场的情况为例进行两级备用市场本地备用与外部备用构成比例合理化划分方法的仿真分析并在华中区域进行了实例示范应用，包括以下步骤：

步骤1、获取河南省、江西省的本地总备用容量(参见图1)和湖南省外地备用总容量(参见图2)；

首先计算出河南省、江西省的各时刻本地总备用容量如图2所示。其中河南省、江西省的本地备用容量峰值分别为400MW、1200MW。

然后计算出湖南省的各时刻外地总备用容量需求如图3所示，其中湖南省的外地备用容量峰值分别为800MW。

步骤2、考虑电网省间联络线的输送能力以及共享代价，得出河南、江西两省提供给湖南省备用容量时的各类型资源中标情况。图4中为河南和江西两省的各类型资源提供备用能力中标情况，主要为各时刻各类型资源可提供的备用容量。

步骤3、进行实际示范应用；

考虑联络线输送能力和共享代价的备用共享模型已经在华中区域辅助服务市场中进行了应用，今年1-6月，备用辅助服务交易启动1次，20家市场主体参与，交易容量187万千瓦时，跨省预留备用最大50万千瓦。

可见，本发明实施例中所提两级备用市场本地备用与外部备用构成比例合理化划分方法有利于发挥区域内部各省交流互联、互为备用的运行优势，有利于促进电网开机方式更加合理，系统整体运行更加经济。

实施例2

基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种本地备用与外部备用构成比例的划分系统，包括存储介质和处理器；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据实施例1中任一项所述的方法。

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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种本地备用与外部备用构成比例的划分方法，其特征在于，包括：

以本地运行总成本最低为目标，结合本地发电约束条件和备用约束条件，得到各个区域的本地备用容量；

以备用容量跨区共享总成本最低为目标，结合本地发电约束条件、备用约束条件和联络线的输送能力，求解出各个区域的外部备用容量，进而得到本地备用容量与外部备用容量之间的比例。

2.根据权利要求1所述的一种本地备用与外部备用构成比例的划分方法，其特征在于：所述以本地运行总成本最低为目标，结合本地发电约束条件和备用约束条件，得到各个区域的本地备用容量的步骤包括：

针对各区域，以本地运行总成本最低为目标，建立第一目标函数；

针对各区域，以本地发电约束条件和备用约束条件建立第一约束；

基于所述第一目标函数和第一约束，求解出各个区域的本地备用容量。

3.根据权利要求2所述的一种本地备用与外部备用构成比例的划分方法，其特征在于：所述第一目标函数的表达式为：

minC_n＝(C_p，n+C_w，n+CE_ES，n+CI_BDR，n+C_wl，n+C_l，n)

C_wl，n＝C_LP_wlloss，t

C_l.n＝C_xP_ldloss，t

式中，C_n为区域n的本地运行总成本，C_p，n为区域n的直流配套电源运行总成本，C_w，n为区域n的新能源运行总成本，C_EES，n为区域n的储能单位运行成本，C_IBDR，n为区域n的可调节资源补偿成本，C_wl，n为区域n的弃风惩罚成本，C_l，n为区域n的失负荷惩罚成本；C_g，n为区域n的备用成本，t表示t时刻，T表示整个调度周期，N_G为发电机组集群，

和

分别为调用发电机组向上和向下备用的单位费用，

和

分别为调用的机组向上和向下备用量，C_i为直流配套电源燃料成本系，

为机组g在t时刻出力值，C_m为新能源运行维护成本系数，P_w，t为新能源机组在t时刻实际出力值；C_rw为区域n的新能源备用成本，P_{n_r，t}为各新能源机组在t时刻提供的备用容量，C_S、C_a分别为储能单位运行成本和提供备用成本系数，P_cha，t、P_dis，t分别为储能在t时刻的充电功率和放电功率，P_d，t、P_c，t为储能系统在t时刻提供上下备用容量，

为可调节资源在t时刻的响应功率，a、b、c均为补偿系数；C_L、C_x为弃风惩罚成本和失负荷惩罚成本系数，P_wlloss，t、P_ldloss，t分别为t时刻弃风容量和失负荷容量。

4.根据权利要求3所述的一种本地备用与外部备用构成比例的划分方法，其特征在于：所述第一约束包括：发电机组出力约束、发电机组爬坡约束、发电机组备用容量约束、新能源出力预测区间约束、新能源出力运行区间约束、新能源出力约束、新能源备用约束、储能备用约束、区域负荷平衡约束；

其中，发电机组出力约束为：

式中：

分别为机组g在t时刻提供的上下备用容量，

分别为机组g出力上下限，i_g，t为是否出力决策变量；

发电机组爬坡约束为：

式中：R_U，g和R_D，g为时刻t内机组g上下爬坡最值，u_g，t、v_g，t分别为上下爬坡速率，

为机组g在t-1时刻出力值；

分别为机组g在t-1时刻提供的上下备用容量；

发电机组备用容量约束为：

式中：

和

为机组g从第一阶段过渡到第二阶段的可提供的向上和向下备用最大值；R^-，min为系统需要向下提供总备用容量的最小值；

和

分别为调用的机组向上和向下备用量；

为机组g在t时刻的考虑备用的实际出力值；

新能源出力预测区间约束为：

式中：P_w，t为新能源在t时刻的出力值，

为新能源在t时刻的出力预测值，

ΔP_w，t分别为新能源在t时刻的出力正负预测差值；

新能源出力运行区间约束为：

式中：

为新能源在t时刻的出力正负差值；

新能源出力约束为：

新能源备用约束为：

式中：

为新能源机组在t时刻出力值，P_{n_r，t}为各新能源机组在t时刻提供的备用容量；

储能备用约束为：

P_dmin，t≤P_d，t≤P_dmax，t

P_cmin，t≤P_c，t≤P_cmax，t

式中：P_d，t、P_c，t为储能系统在t时刻提供上下备用容量，P_dmin，t、P_dmax，t、P_cmin，t、P_cmax，t为储能单位在t时刻提供上下备用容量最值；

区域负荷平衡约束为：

式中：P_w，t为新能源机组在t时刻实际出力值；P_g，t为直流配套机组在t时刻实际出力值；

P_EES，t为储能设备在t时刻实际出力值；P_l，t为可调节资源在t时刻实际响应值；P_ld，t为区域在t时刻的总负荷；N_w为新能源机组集群；N_EES为储能机组集群；N_l为可调节负荷集群。

5.根据权利要求2所述的一种本地备用与外部备用构成比例的划分方法，其特征在于：所述基于所述第一目标函数和第一约束，求解出各个区域的本地备用容量，包括以下步骤：

基于所述第一目标函数和第一约束，得出区域n本地各类资源的备用容量；

加总所述本地各类资源的备用容量，获得区域n的本地备用容量。

6.根据权利要求1所述的一种本地备用与外部备用构成比例的划分方法，其特征在于：所述以备用容量跨区共享总成本最低为目标，结合本地发电约束条件、备用约束条件和联络线的输送能力，求解出各个区域的外部备用容量的步骤包括：

针对各区域，以备用容量跨区共享总成本最低为目标，建立第二目标函数；

针对各区域，以本地发电约束条件、备用约束条件和联络线的输送能力建立第二约束；基于所述第二目标函数和第二约束，求解出各个区域的外部备用容量，进而得到本地备用容量与外部备用容量之间的比例。

7.根据权利要求6所述的一种本地备用与外部备用构成比例的划分方法，其特征在于：所述第二目标函数的表达式为：

minC_total＝(C_p，n+C_w，n+C_EES，n+C_IBDR，n+C_wl，n+C_l，n+C_b，nP_b，nm+C_z，n)

C_wl，n＝C_LP_wlloss，t

C_l.n＝C_xP_laloss，t

P_b，nm＝α_nmR_n

C_z，n＝k_b，nmα_nmR_n

式中，C_total为备用容量跨区共享总成本，C_g，n为区域n的备用成本，C_p，n为区域n的直流配套电源运行总成本，C_w，n为区域n的新能源运行总成本，C_EES，n为区域n的储能运行成本，C_IBDR，n为区域n的可调节资源补偿成本，C_wl，n为分别区域n的弃风惩罚成本，C_l，n为区域n的失负荷惩罚成本；C_z，n为备用补偿成本；C_i为直流配套电源燃料成本系数，

为机组g在t时刻出力值，t表示t时刻，T表示整个调度周期，C_m为新能源运行维护成本系数，

为新能源机组在t时刻实际出力值；C_rw为区域n的新能源备用成本，P_{n_r，t}为各新能源机组在t时刻提供的备用容量，C_S、C_a分别为储能单位运行成本和提供备用成本系数；P_cha，t、P_dis，t分别为储能在t时刻的充电功率和放电功率，P_d，t、P_c，t为储能单位在t时刻提供上下备用容量，

为可调节资源在t时刻的响应功率；a、b、c均为补偿系数；C_L、C_x为弃风惩罚成本和失负荷惩罚成本系数，P_wlloss，t、P_ldloss，t分别为t时刻弃风容量和失负荷容量；k_b，nm为区域n向区域m共享时的单位共享备用容量补偿成本系数；α_nm为区域n向区域m共享时的共享备用容量占区域n的本地总备用容量的比值；R_n为区域n的本地总共享备用容量；C_b，n为跨区共享备用容量单价；P_b，nm为区域n与区域m共享备用容量。

8.根据权利要求7所述的一种本地备用与外部备用构成比例的划分方法，其特征在于：所述第二约束条件包括：发电机组出力约束、发电机组爬坡约束、发电机组备用容量约束、新能源出力预测区间约束、新能源出力运行区间约束、新能源出力约束、新能源备用约束、储能备用约束、区域负荷平衡约束、联络线模型约束、功率调整速率约束、相邻时段不可反向调整约束、调整次数约束、稳定运行持续时间约束和购买容量约束；

其中，发电机组出力约束为：

式中：

为机组g在t时刻出力值；

分别为机组g在t时刻提供的上下备用容量；

分别为机组g出力上下限；i_g，t为是否出力决策变量；

发电机组爬坡约束为：

式中：R_U，g和R_D，g为时刻t内机组g上下爬坡最值，u_g，t、v_g，t分别为上下爬坡速率，

为机组g在t-1时刻出力值；

分别为机组g在t-1时刻提供的上下备用容量；

发电机组备用容量约束为：

式中：

和

为机组g从第一阶段过渡到第二阶段的可提供的向上下备用最大值；R^+,min、R^-,min分别为系统需要向上下总备用容量的最小值；

和

分别为调用的机组向上和向下备用量；

为机组g在t时刻的考虑备用的实际出力值；

新能源出力预测区间约束为：

式中：P_w,t为新能源在t时刻的出力值；

为新能源在t时刻的出力预测值；

Δ P_w,t 分别为新能源在t时刻的出力正负预测差值；

新能源出力运行区间约束为：

式中：

为为新能源在t时刻的出力正负差值；

新能源出力约束为：

新能源备用约束为：

式中：

为新能源机组在t时刻出力值；P_{n_r,t}为各新能源机组在t时刻提供的备用容量；

储能备用约束为：

P_dmin，t≤P_d，t≤P_dmax，t

P_cmin，t≤P_c，t≤P_cmax，t

式中：P_d，t、P_c，t为储能单位在t时刻提供上下备用容量；P_dmin，t、P_dmax，t、P_cmin，t、P_cmax，t为储能单位在t时刻提供上下备用容量最值；

区域负荷平衡约束为：

式中：P_w，t为新能源机组在t时刻实际出力值；P_g，t为直流配套机组在t时刻实际出力值；P_EES，t为储能设备在t时刻实际出力值；P_l，t为可调节资源在t时刻实际响应值；P_ld，t为区域在t时刻的总负荷；N_w为新能源机组集群；N_EES为储能机组集群；N_l为可调节负荷集群。

联络线模型约束为：

式中：P_l，t为联络线功率，

为联络线功率上下限；u_l，t为联络线传输决策变量；功率调整速率约束为：

式中：ω_l，t、γ_l，t为调整速率系数；

分别为向上、向下调整速率。

相邻时段不可反向调整约束为；

式中：

为t时刻向外输送决策变量；

为t时刻向内输送调整决策变；

调整次数约束为：

式中：

为t时刻调整次数；

为调整总数；

稳定运行持续时间约束为：

式中：

表示在t时刻向外、向内输送容量稳定运行时间；

购买容量约束为：

0≤P_b，nm，t≤P_l，t

式中：P_b，nm，t为t时刻区域n向区域m输送的跨区备用容量，跨区备用输送容量不超过区域n、m之间的联络线输送功率。

9.根据权利要求8所述的一种本地备用与外部备用构成比例的划分方法，其特征在于：

所述基于所述第二目标函数和第二约束，求解出各个区域的外部备用容量的步骤包括：基于所述第二目标函数和第二约束，求解出区域n与区域m共享备用容量；

基于区域n与区域m共享备用容量，以及外部备用容量计算公式，计算出区域n的外部备用容量；

所述外部备用容量计算公式为：

式中，P_B，n为区域n的外部备用容量，N为区域总数，P_b，m为区域n与区域m共享备用容量。

10.一种本地备用与外部备用构成比例的划分系统，其特征在于：包括存储介质和处理器；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1-9中任一项所述的方法。

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