CN116526468A - 考虑多类型备用辅助服务的高比例可再生能源电力系统优化调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种考虑多类型备用辅助服务的高比例可再生能源电力系统优化调度方法，包括以下步骤：获取电力系统的运行数据，确定每个新能源场站在不同关键出力场景下的有功出力，以及每个关键出力场景的发生概率；代入日前两阶段随机优化调度模型；所述日前两阶段随机优化调度模型以系统总运行成本最小为目标，所述日前两阶段随机优化调度模型的约束条件考虑了各机组的一次和三次备用容量限制；求解日前两阶段随机优化调度模型，将模型的输出参数用于电力系统调度。本发明考虑多种电源以及灵活性负荷需求响应提供的多种类型备用辅助服务来应对不同时间尺度的风电、光伏不确定性，提升新能源利用水平。

Description

考虑多类型备用辅助服务的高比例可再生能源电力系统优化 调度方法
技术领域
本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种考虑多类型备用辅助服务的高比例可再生能源电力系统优化调度方法。
背景技术
随着碳中和目标的加速推进，可再生能源装机和电量比重持续上升。在交直流混联大电网中，风电、光伏由于自身的不确定性，大规模接入会带来系统供需平衡波动、安全风险提升、惯量水平下降等一系列问题。传统条件下提供备用的资源较为固定，主要来源于在线机组的发电余量、空闲机组、水电机组等。随着新型电力系统的建设和电力市场的开放，大量各类灵活性平衡资源都将参与市场交易，提供优质的备用辅助服务来提高电网对可再生能源的承载能力。
抽水蓄能具有快速启停、快速功率调节的特性，能随时响应系统突发调节需求；同时它具有抽水和发电双向调节能力，能有效缓解因新能源出力不稳定导致的高峰负荷供给问题和因低谷时段新能源大发导致的消纳困难问题。现有的含可再生能源的电力系统主要聚焦于对能量的调度或者能量与单一备用的调度，还没有充分发挥灵活性负荷提供不同类型备用辅助服务的优势，导致备用资源未得到精细化利用，增加了系统运行成本。故研究一种考虑多类型备用辅助服务的高比例可再生能源电力系统优化调度方法有显著的意义。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种考虑多类型备用辅助服务的高比例可再生能源电力系统优化调度方法，考虑抽水蓄能实现新能源发电与电力负荷在时间上的解耦，考虑多种电源以及灵活性负荷需求响应提供的多种类型备用辅助服务来应对不同时间尺度的风电、光伏不确定性，提升新能源利用水平。
本发明采用的技术方案是：一种考虑多类型备用辅助服务的高比例可再生能源电力系统优化调度方法，包括以下步骤：
获取电力系统的运行数据，包括新能源场站和电力系统的负荷日前预测值，各机组参数以及日前/部署的一次和三次备用容量价格；其中，各机组包括火电机组、抽水蓄能机组和灵活性负荷；一次备用容量为用于平抑当前电力不平衡的备用；三次备用容量为用于平抑预期电力不平衡的备用；
确定每个新能源场站在不同关键出力场景下的有功出力，以及每个关键出力场景的发生概率；
将电力系统的运行数据、各新能源场站在各关键出力场景下的有功出力和各关键出力场景的的发生概率代入日前两阶段随机优化调度模型；
所述日前两阶段随机优化调度模型以系统总运行成本最小为目标，所述总运行成本包括日前总运营成本和实时调节成本；日前总运营成本和实时调节成本中均包括各机组提供一次和三次备用容量所产生的费用；
所述日前两阶段随机优化调度模型的约束条件包括：日前调度约束和实时运行约束，均考虑了各机组的一次和三次备用容量限制；
求解日前两阶段随机优化调度模型，将模型的输出参数用于电力系统调度；
所述输出参数包括：各机组的日前一次和三次备用容量、实时部署的一次和三次备用容量、有功出力/抽水量、机组组合；新能源站的弃风量、弃光量和切负荷量。
上述技术方案中，所述日前两阶段随机优化调度模型如下式：
其中,f为总运行成本；f1为日前总运营成本，f1 TU/f1 PS/f1 FL分别表示火电机组/抽水蓄能机组/灵活性负荷的日前运行成本；f2,s为场景s下的实时调节成本，分别表示第s个场景下火电机组/抽水蓄能机组/灵活性负荷/限风与弃光/切系统负荷的实时运行成本，s∈S；S为考虑的场景总数，ps为场景概率，ΨTU、ΨPS、ΨFL、ΨW、ΨB分别为火电机组、抽水蓄能机组、灵活性负荷、新能源场站集合、电力系统节点集合，ΦTU为火电机组燃料成本线性化分段的集合，ΛT为调度时段集合；
为第it个火电机组启动费用，/>表示第t个时段第it个火电机组启动变量，为第it个火电机组在最小输出功率情况下的燃料成本，/>为第t个时段第it个火电机组的开机状态，/>第it个火电机组i线性化后第k段的斜率，/>第it个火电机组第k个线性化分段在第t个时段的出力，/>为第it个火电机组上调三次备用容量的价格，为第t个时段第it个火电机组上调的三次备用容量，/>为第it个火电机组下调的三次备用容量价格，/>为第t个时段第it个火电机组的下调的三次备用容量，为第it个火电机上调一次备用容量的价格，/>为第t个时段第it个火电机组上调的一次备用容量，/>为第it个火电机组下调一次备用容量价格，/>为第t个时段下第it个火电机组下调的一次备用容量；
为第t个时段第ip个抽水蓄能机组发电工况的启动费用，/>为第t个时段第ip个抽水蓄能机组发电工况的启动变量，/>为第t个时段第ip个抽水蓄能机组抽水工况的启动费用，/>为第t个时段第ip个抽水蓄能机组抽水工况的启动变量，/>为第ip个抽水蓄能机组上调三次备用容量的价格，/>为第t个时段第ip个抽水蓄能机组上调的三次备用容量，/>为第ip个抽水蓄能机组下调的三次备用容量价格，为第t个时段第ip个抽水蓄能机组的下调的三次备用容量，/>为第ip个抽水蓄能机组上调一次备用容量的价格，/>为第t个时段下第ip个抽水蓄能机组上调的一次备用容量；/>为第ip个抽水蓄能机组下调一次备用容量的价格，/>为第t个时段下第ip个抽水蓄能机组下调的一次备用容量；
为第if个灵活性负荷上调的三次备用容量价格，/>为第t个时段第if个灵活性负荷上调的三次备用容量，/>为第if个灵活性负荷下调的三次备用容量价格，/>为第t个时段第if个灵活性负荷下调的三次备用容量，/>为第if个灵活性负荷上调的一次备用容量价格，/>为第if个灵活性负荷第t个时段上调的一次备用容量，/>为第if个灵活性负荷下调的一次备用容量价格，/>为第t个时段第if个灵活性负荷下调的一次备用容量；
为第it个火电机组上调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第it个火电机组的部署的上调的三次备用容量，/>为第it个火电机组下调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第it个火电机组部署的下调的三次备用容量，/>为第it个火电机组上调的一次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第it个火电机组部署的上调的三次备用容量，/>为第it个火电机组下调的一次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第it个火电机组部署的下调的一次备用容量；
为第ip个抽水蓄能机组上调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第ip个抽水蓄能机组部署的上调的三次备用容量，/>为第ip个抽水蓄能机组下调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第ip个抽水蓄能机组部署的下调的三次备用容量，/>为第ip个抽水蓄能机组上调的一次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第ip个抽水蓄能机组部署的上调的一次备用容量，为第ip个抽水蓄能机组下调的一次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第ip个抽水蓄能机组部署的下调的一次备用容量；
为第if个灵活性负荷上调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第if个灵活性负荷机组部署的上调的三次备用容量，/>为灵活性负荷下调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第if个灵活性负荷机组部署的下调的三次备用容量，/>为第if个灵活性负荷机组上调的一次备用部署价格，为t时段灵活性负荷机组部署的上调的一次备用容量，/>为第s个场景下第t个时段第if个灵活性负荷下调的一次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第if个灵活性负荷部署的下调的一次备用容量；
CW为弃风弃光惩罚价，Δwiw,t,s为第s个场景下第t个时段第iw个新能源站的弃风弃光量，CLD为切负荷惩罚成本，ΔLib,t,s为第s个场景下第t个时段第ib个节点的切负荷量。
上述技术方案中，所述日前调度约束包括：功率平衡约束、火电机组的运行约束、抽水蓄能机组的运行约束、灵活性负荷的运行约束和基于直流潮流法的输电线路约束。
上述技术方案中，所述火电机组的运行约束包括：火电机组线性化出力约束；火电机组出力分段线性化最大值的约束；考虑启动状态和一次备用容量的火电机组向上爬坡约束；考虑停机状态和一次备用容量的火电机组向下爬坡约束；在考虑一次备用容量后的上调三次备用容量约束，受限于向上爬坡速度和机组出力上限；在考虑一次备用容量后的下调三次备用容量约束，受限于向下爬坡速度和机组出力下限；火电机组开关状态约束；火电机组启停机互斥约束；火电机组最小开机时间约束；火电机组最小停机时间约束；火电机组最小一次备用容量约束。
上述技术方案中，所述抽水蓄能机组的运行约束包括：综合考虑发电工况和抽水工况下机组功率约束；抽水蓄能机组发电工况出力区间约束；考虑上调一次备用容量后的抽水蓄能机组上调三次备用容量约束；考虑下调一次备用容量后的抽水蓄能机组下调三次备用容量约束；抽水蓄能机组发电/抽水运行工况互斥约束；抽水蓄能机组发电/抽水启动状态互斥约束；蓄能库容约束。
上述技术方案中，所述灵活性负荷的运行约束包括：考虑上调下调的一次备用容量后灵活性负荷的功耗约束，可用的灵活性负荷上调三次备用容量约束，可用的灵活性负荷下调三次备用容量。
上述技术方案中，所述实时运行约束包括：每个场景的电力再平衡约束、火电机组的实时运行约束、抽水蓄能机组的实时运行约束、灵活性负荷实时运行约束、弃风弃光约束、系统切负荷约束和输电线路约束。
上述技术方案中，所述火电机组的实时运行约束包括：每个场景下火电机组部署的上调/下调三次备用容量约束，每个场景下火电机组部署的上调/下调一次备用容量约束，备用部署后的火电机组出力爬坡约束。
上述技术方案中，所述抽水蓄能机组的实时运行约束包括：每个场景下抽水蓄能机组部署的上调/下调三次备用容量约束，每个场景下抽水蓄能机组部署的上调/下调一次备用容量约束，每个场景下蓄能库容约束。
上述技术方案中，所述灵活性负荷的实时运行约束包括：每个场景下灵活性负荷部署的上调下调三次备用容量约束，每个场景下灵活性负荷部署的上调下调一次备用容量约束。
本发明还提供了一种高比例可再生能源电力系统优化调度系统，该系统用于实现上述高比例可再生能源电力系统优化调度方法。
本发明还提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述高比例可再生能源电力系统优化调度方法步骤。
本发明的有益效果是：本发明提出了对常规火电机组、抽水蓄能机组、灵活性负荷以及可再生能源进行能量和备用协同优化的调度方法，建立了考虑风/光发电不确定性的日前两阶段随机优化调度模型。本发明抽水蓄能实现新能源发电与电力负荷在时间上的解耦，考虑多种电源以及负荷需求响应提供的多种类型备用辅助服务来应对不同时间尺度的风电、光伏不确定性，有效提高了高比例可再生能源电力系统对风电、光伏的消纳能力。本发明提出一种日前两阶段随机调度方案，对电力有功、三次备用、一次备用进行协同优化，分日前和实时两个阶段处理风电、光伏不确定性。
进一步地，本发明利用常规机组、抽水蓄能机组和灵活性负荷提供备用，在日前两阶段随机优化调度模型的目标函数和约束条件中考虑了备用资源，以应对不同时间尺度的风电、光伏不确定性。
进一步地，本发明在日前调度中考虑了发电机组、负荷和输电线路的运行约束，体现源、网、荷协调运行实现电力平衡。本发明设定的约束条件中火电机组不仅要满足一次、三次备用容量约束，还受限于自身的技术参数，即最小爬坡速度、最小启停机时间；同时对火电机组出力线性化处理，提高运算速度。
进一步地，抽水蓄能电站工况有发电、抽水和停机三种工况，本发明综合考虑了发电和抽水工况，机组出力用统一形式表示，简化了计算过程。
进一步地，本发明设定的约束条件中灵活性负荷包含电动汽车代理、中央空调、热泵等，针对不同类型可以根据自身特性对约束条件进行差异化调整，本发明不作限制，仅考虑主要的一、三次备用的约束，保证计算精度的同时提高了运算的效率。
进一步地，本发明在实时调度约束条件中考虑弃风弃光和切负荷量，表征尽可能消纳新能源、保证负荷供应。
进一步地，本发明的约束条件表征火电机组、抽水蓄能机组和灵活性负荷在实时调度中能调用的上调/下调备用容量应在日前调度能提供的上调/下调备用容量范围以内，保证调度结果在实际应用中的可行性和安全性。
附图说明
图1为本发明的日前两阶段随机优化调度模型示意图；
图2为本发明具体实施例的方法流程示意图；
图3为抽水蓄能机组提供的一次/三次备用示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，本发明提供了考虑多类型备用辅助服务的高比例可再生能源电力系统优化调度方法，包括以下步骤：
获取电力系统的运行数据，包括新能源场站和电力系统的负荷日前预测值，各机组参数以及日前/部署的一次和三次备用容量价格；其中，各机组包括火电机组、抽水蓄能机组和灵活性负荷；一次备用容量为用于解决当前电力不平衡的备用资源；三次备用容量为用于解决预期电力不平衡的备用资源；
确定每个新能源场站在不同关键出力场景下的有功出力，以及每个关键出力场景的发生概率；
将电力系统的运行数据、各新能源场站在各关键出力场景下的有功出力和各关键出力场景的的发生概率代入日前两阶段随机优化调度模型；
所述日前两阶段随机优化调度模型以系统总运行成本最小为目标，所述总运行成本包括日前总运营成本和实时调节成本；日前总运营成本和实时调节成本中均包括各机组提供一次和三次备用容量所产生的费用；
所述日前两阶段随机优化调度模型的约束条件包括：日前调度约束和实时运行约束，均考虑了各机组的一次和三次备用容量限制；
求解日前两阶段随机优化调度模型，将模型的输出参数用于电力系统调度；
所述输出参数包括：各机组的日前一次和三次备用容量、实时部署的一次和三次备用容量、有功出力/抽水量、机组组合；新能源站的弃风量、弃光量和切负荷量。
国内依照《电力系统技术导则》(GB/T 38969—2020)，将运行备用划分为负荷备用和事故备用，又根据发电机运行状态分为旋转备用和非旋转备用。国外电力市场环境下的各电网机构，出于对市场参与者进行有效约束的考虑，各运营商对备用分类时突出了对备用电源性能的具体要求。国内外的研究学者从备用功能、资源特性、响应时间和可用容量等维度可将备用分为不同的种类。本发明参照了美国国家可再生能源实验室(NREL)的工作手册《Operating Reserves and Variable Generation》中Regulating Reserve、FollowingReserve的定义，并结合故障后频率恢复过程中一次调频、三次调频2个阶段，从响应时间、调节速度上将备用资源划分为一次备用和三次备用。
一次备用能瞬时、自动响应连续快速频繁变化的负荷和出力导致的当前的电力不平衡；三次备用和一次备用类似，但调节时间较慢、幅度更大，以覆盖新能源出力和电力负荷的不确定性和随机性，甚至突发事故，即预期的电力不平衡。响应时间是指该资源从不提供备用到提供一定备用容量的具体时间，调节速度是指该资源在一定时间内能提供的可用备用容量，它们是衡量其备用能力的重要指标。备用的响应时间越短，发挥作用越快；调节速度越快，对功率平衡的贡献就越大。以响应时间、调节速度反映备用资源响应能力的快速性，同时涵盖发电与负荷两侧的备用资源，能够作为新形势下以资源特性区分备用的主要特性参数，满足备用的精细化管理需求。本具体实施例中涉及到的各类备用资源响应时间、调节速度及备用属性划分参考下表。
本具体实施例提供了一种考虑多类型备用辅助服务的高比例可再生能源电力系统优化调度方法，包括以下步骤：
1)获取电力系统基本数据，包括新能源场站和电力系统负荷日前预测值，各机组参数以及日前/部署一次三次备用容量价格，所述各机组参数包括各机组的功率上下限、成本系数、启停费用、最小开/停机时间、爬坡速度及初始启停时间、初始状态、系统备用容量最小需求，抽蓄机组抽水功率，抽水/发电水电电量转换系数，蓄能水库初始余量，输电线路最大传输功率等。其中，新能源场站包括风电站和光伏站。
2)场景确定，根据日前预测的新能源场站出力，计及新能源场站出力的不确定性，筛选S个新能源场站关键出力场景，第ib个新能源场站在场景s下每个时段的有功出力为[Wib，1，s，Wib，2，s，...，Wib，t，s，...，Wib，T，s]，及每个场景的发生概率ps，其中Nj为新能源场站的个数。上述有功出力和发生概率均可以通过电力系统当前的运行状态计算获取。
由于新能源场站输出的每个实时场景都与日前预测值有偏差，因此每个实时场景都需要进行电力再平衡，这可以通过火电机组、抽水蓄能机组和灵活性负荷的部署备用来实现。抽水蓄能机组通过抽水的方式实现新能源发电与电力负荷在时间上的解耦，需要注意的是在抽水的过程中需要满足蓄能库容。
本具体实施例建立不同备用资源参与多类型辅助服务模型，对常规火电机组、抽水蓄能机组、灵活性负荷建立能量与多类型备用的耦合关系模型。该模型提出了一次备用、三次备用容量间的协调关系。本具体实施例将该耦合关系模型运用于后续的日前两阶段随机优化调度模型求解过程中。
如图3所示，以抽水蓄能为例。抽水蓄能机组主要有两种典型的运行工况：抽水和发电。在任意调度时段，机组只能以一种状态(抽水、发电和停机)运行，用0-1变量表示，当发电或者抽水时状态变量取值为1，停机状态时取值为0。
抽水蓄能模型可以用虚拟发电机/电动机描述，发电工况下，其出力与水电机组相似，满足最大最小技术出力；抽水工况下，由于水泵水轮机在抽水状态下，其导叶固定在最优开度处，从系统吸收的有功功率一般为额定值，故虚拟电动机的抽水功率基本维持不变，因此，综合考虑发电工况和抽水工况，机组功率出力区间为特别地，抽蓄机组功率出力下限P PS＝-pPS,pump，其中pPS,pump为抽水蓄能机组在虚拟电动机状态下的抽水功率。
为了提供一次备用，抽蓄机组日前实际运行区间为日前最大出力比上限/>小从而提供上调一次备用，实际最小出力比下限P PS大从而提供一次下调一次备用。类似地，三次上调下调备用容量取决于日前计划和日前运行边界。
进一步优选地，所述的抽水蓄能机组提供的一次、三次备用如下(1a-1j)：
rPS,r_up,cap＝rPS,r_dn,cap
(1b)
rPS,f_dn,cap≤pPS,DA-(P PS+rPS,r_up,cap)·xPS (1c)
pPS,pre＝pPS,DA+rPS,f_up-rPS,f_dn
(1e)
pPS,bal＝pPS,pre+rPS,r_up-rPS,r_dn
(1f)
0≤ΔrPS,r_dn≤rPS,r_dn,cap·xPS
(1g)
0≤ΔrPS,r_up≤rPS,r_up,cap·xPS
(1h)
0≤ΔrHP,f_dn≤rHP,f_dn,cap·xPS
(1i)
0≤ΔrHP,f_up≤rHP,f_up,cap·xPS
(1j)
其中，xPS为开机(发电或抽水)/停机状态，P PS、为抽蓄机组最大、最小技术出力，pPS,DA、pPS,pre、pPS,bal为抽蓄日前计划出力、实时预计划出力、实时平衡出力，rPS,r_dn,cap、rPS ,r_up,cap、rPS,f_dn,cap、rPS,f_up,cap为抽蓄机组日前提供的一次下调、一次上调、三次下调、三次上调备用容量，ΔrPS,r_dn,cap、ΔrPS,r_up,cap、ΔrPS,f_dn,cap、ΔrPS,f_up,cap为抽蓄机组实时部署的一次下调、一次上调、三次下调、三次上调备用容量。
式(1a)表征考虑一次上调和下调备用容量后抽蓄机组出力范围，式(1b)保障了上调和下调一次备用为对称的，式(1c)和(1d)分别表示可用的上调下调三次备用容量范围，式(1e)表示从日前计划到实时预计划的关系，式(1f)表示从实时预计划到实时平衡的关系，式(1g)和(1h)分别表示实际能调用的上调/下调一次备用范围，式(1i)和(1j)分别表示实际能调用的最大上调/下调三次备用范围。由于抽蓄具有快速响应、灵活调节出力的特性，因此不考虑最小开停机时间及爬坡约束。本具体实施例采用上述方式进一步确定了火电机组和灵活性负荷的一次备用、三次备用容量间的协调关系，并基于该协调关系设定了日前两阶段随机优化调度模型的约束条件。
3)建立考虑风/光发电不确定性的日前两阶段随机优化调度模型，提出对常规火电机组、抽水蓄能机组、灵活性负荷以及可再生能源进行能量和备用协同优化的调度方法；
其中，x1和y2 ,s表示日前和实时调度的决策变量，式(a)和(b)分别表示日前运行约束和实时运行约束。
进一步优选地，将成本效益法引入经济学理论，以社会福利最大化为目标，本发明中具体指以系统总运行成本最小为目标。所述的日前两阶段随机优化调度模型的目标函数为：
其中,f为总运行成本；f1为日前总运营成本，f1 TU/f1 PS/f1 FL分别表示火电机组/抽水蓄能机组/灵活性负荷的日前运行成本；f2,s为场景s下的实时调节成本，分别表示第s个场景下火电机组/抽水蓄能机组/灵活性负荷/限风与弃光/切系统负荷的实时运行成本，s∈S；S为考虑的场景总数，ps为场景概率，ΨTU、ΨPS、ΨFL、ΨW、ΨB分别为火电机组、抽水蓄能机组、灵活性负荷、新能源场站集合、电力系统节点集合，ΦTU为火电机组燃料成本线性化分段的集合，ΛT为调度时段集合；
为第it个火电机组启动费用，/>表示第t个时段第it个火电机组启动变量，为第it个火电机组在最小输出功率情况下的燃料成本，/>为第t个时段第it个火电机组的开机状态，/>第it个火电机组i线性化后第k段的斜率，/>第it个火电机组第k个线性化分段在第t个时段的出力，/>为第it个火电机组上调三次备用容量的价格，为第t个时段第it个火电机组上调的三次备用容量，/>为第it个火电机组下调的三次备用容量价格，/>为第t个时段第it个火电机组的下调的三次备用容量，为第it个火电机上调一次备用容量的价格，/>为第t个时段第it个火电机组上调的一次备用容量，/>为第it个火电机组下调一次备用容量价格，/>为第t个时段下第it个火电机组下调的一次备用容量；
为第t个时段第ip个抽水蓄能机组发电工况的启动费用，/>为第t个时段第ip个抽水蓄能机组发电工况的启动变量，/>为第t个时段第ip个抽水蓄能机组抽水工况的启动费用，/>为第t个时段第ip个抽水蓄能机组抽水工况的启动变量，/>为第ip个抽水蓄能机组上调三次备用容量的价格，/>为第t个时段第ip个抽水蓄能机组上调的三次备用容量，/>为第ip个抽水蓄能机组下调的三次备用容量价格，为第t个时段第ip个抽水蓄能机组的下调的三次备用容量，/>为第ip个抽水蓄能机组上调一次备用容量的价格，/>为第t个时段下第ip个抽水蓄能机组上调的一次备用容量；/>为第ip个抽水蓄能机组下调一次备用容量的价格，/>为第t个时段下第ip个抽水蓄能机组下调的一次备用容量；
为第if个灵活性负荷上调的三次备用容量价格，/>为第t个时段第if个灵活性负荷上调的三次备用容量，/>为第if个灵活性负荷下调的三次备用容量价格，/>为第t个时段第if个灵活性负荷下调的三次备用容量，/>为第if个灵活性负荷上调的一次备用容量价格，/>为第if个灵活性负荷第t个时段上调的一次备用容量，/>为第if个灵活性负荷下调的一次备用容量价格，/>为第t个时段第if个灵活性负荷下调的一次备用容量；
为第it个火电机组上调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第it个火电机组的部署的上调的三次备用容量，/>为第it个火电机组下调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第it个火电机组部署的下调的三次备用容量，/>为第it个火电机组上调的一次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第it个火电机组部署的上调的三次备用容量，/>为第it个火电机组下调的一次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第it个火电机组部署的下调的一次备用容量；
为第ip个抽水蓄能机组上调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第ip个抽水蓄能机组部署的上调的三次备用容量，/>为第ip个抽水蓄能机组下调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第ip个抽水蓄能机组部署的下调的三次备用容量，/>为第ip个抽水蓄能机组上调的一次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第ip个抽水蓄能机组部署的上调的一次备用容量，为第ip个抽水蓄能机组下调的一次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第ip个抽水蓄能机组部署的下调的一次备用容量；
为第if个灵活性负荷上调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第if个灵活性负荷机组部署的上调的三次备用容量，/>为灵活性负荷下调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第if个灵活性负荷机组部署的下调的三次备用容量，/>为第if个灵活性负荷机组上调的一次备用部署价格，为t时段灵活性负荷机组部署的上调的一次备用容量，/>为第s个场景下第t个时段第if个灵活性负荷下调的一次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第if个灵活性负荷部署的下调的一次备用容量；
CW为弃风弃光惩罚价，Δwiw,t,s为第s个场景下第t个时段第iw个新能源站的弃风弃光量，CLD为切负荷惩罚成本，ΔLib,t,s为第s个场景下第t个时段第ib个节点的切负荷量。
进一步优选地，所述的模型约束包括日前调度约束和实时运行约束；
所述日前调度约束包括：
功率平衡约束：
其中，ΨTU、ΨPS、ΨFL、ΨW、ΨB分别为火电机组、抽水蓄能机组、灵活性负荷、新能源场站集合、电力系统节点集合，表示第it个火电机组在第t个时段日前调度出力值；/>表示第ip个抽水蓄能机组在第t个时段日前调度出力值；/>表示第if个灵活性负荷在第t个时段日前调度出力值，Wiw,t表示第iw个新能源站在第t个时段日前预测值、Lib,t表示第ib个电网负荷在第t个时段日前预测值，Δwiw,t表示第iw个新能源站在第t个时段的日前弃风弃光量。
火电机组的运行约束(5a-5k)：
其中，表示第it个火电机组最大出力值、/>表示第it个火电机组最小出力值，/>和/>分别表示第it个火电机组第k个线性化分段在第t个时段出力和它的上限，为第it个火电机组在第t个时段开机0-1变量；/>为第it个火电机组在第t个时段关机0-1变量，/>和/>分别为第it个火电机组出力向上、向下爬坡速度，/>为第it个火电机组启动后最小开机时间，/>为第it个火电机组停机后最小关机时间，NT为调度时段总数，为第t个时段所需上调一次备用容量的最小值。
以上公式(5)分别表示针对第it个火电机组的约束条件：火电机组线性化出力约束；火电机组出力分段线性化最大值的约束；考虑启动状态和一次备用容量的火电机组向上爬坡约束；考虑停机状态和一次备用容量的火电机组向下爬坡约束；在考虑一次备用容量后的上调三次备用容量约束，受限于向上爬坡速度和机组出力上限；在考虑一次备用容量后的下调三次备用容量约束，受限于向下爬坡速度和机组出力下限；火电机组开关状态约束；火电机组启停机互斥约束；火电机组最小开机时间约束；火电机组最小停机时间约束；火电机组最小一次备用容量约束。
抽水蓄能机组的运行约束(6a-6j)：
其中，表示第ip个抽水蓄能机组发电工况时发电机出力，/>和/>分别表示第ip个抽水蓄能机组发电工况时发电机出力技术上限和下限，Δt为调度时间精度，t0为调度起始时段；/>表示第ip个抽水蓄能机组抽水工况时电动机功率，/>为第ip个抽水蓄能机组发电工况的0-1变量，/>为第ip个抽水蓄能机组抽水工况的0-1变量，Qip,t为第ip个抽水蓄能机组所在的电站水库在第t个时段的水库剩余容量，/>为第ip个抽水蓄能机组所在的电站水库的最小蓄水量，/>为第ip个抽水蓄能机组所在的电站水库的最大蓄水量。ΔQip,t为第ip个抽水蓄能机组所在的电站水库在第t个时段相对于起始的水库容量增量，/>为第ip个抽水蓄能机组在抽水状态下水量电量转换系数，/>为第ip个抽水蓄能机组发电状态下水量电量转换系数。/>
以上公式(6)分别表示针对第ip个抽水蓄能机组的约束条件：综合考虑发电工况和抽水工况下机组功率约束；抽水蓄能机组发电工况出力区间约束；考虑上调一次备用容量后的抽水蓄能机组上调三次备用容量约束；考虑下调一次备用容量后的抽水蓄能机组下调三次备用容量约束；抽水蓄能机组发电/抽水运行工况互斥约束；抽水蓄能机组发电/抽水启动状态互斥约束；蓄能库容约束。
灵活性负荷的运行约束(7a-7d)：
其中，和/>分别表示第if个灵活性负荷功耗的上限和下限，/>表示第if个灵活性负荷的开关状态0-1变量。
以上公式(7)分别表示针对第if个灵活性负荷的约束条件：考虑上调下调的一次备用容量后灵活性负荷的功耗约束，可用的上调三次备用容量约束，可用的下调三次备用容量。
基于直流潮流法的输电线路约束：
其中，ΘTU,d、ΘPS,d、ΘW,d、ΘFL,d分别表示电力系统节点d上火电机组、抽水蓄能机组、新能源场站和灵活性负荷的集合，ΨL为输电线路集合，分别为节点d上的火电机组、抽水蓄能机组、新能源场站、灵活性负荷和系统负荷对于输电线路l的分布系数，fl max为输电线路l最大传输功率。
所述实时运行约束包括：
每个场景的电力再平衡约束；
Wiw,t,s为第iw个新能源场站场景s下的出力值。
火电机组的实时运行约束(10a-10f)：
/>
其中，式(10a-10b)为每个场景下火电机组部署的上调下调三次备用容量约束，式(10c-10d)为每个场景下火电机组部署的上调下调一次备用容量约束，式(10e-10f)为备用部署后的机组出力爬坡约束。
抽水蓄能机组的实时运行约束(11a-11e)：
其中，Qip,t,s为第s个场景下第ip个抽水蓄能机组所在的电站水库在第t个时段的水库剩余容量；式(11a-11b)为每个场景下抽水蓄能机组部署的上调/下调三次备用容量约束，式(11c-11d)为每个场景下抽水蓄能机组部署的上调/下调一次备用容量约束，式(11e-11f)为每个场景下蓄能库容约束。
灵活性负荷实时运行约束：
其中，式(12a-12b)为每个场景下灵活性负荷部署的上调下调三次备用容量约束，式(12c-12d)为每个场景下灵活性负荷部署的上调下调一次备用容量约束。
弃风弃光约束：
系统切负荷约束：
输电线路约束：
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种考虑多类型备用辅助服务的高比例可再生能源电力系统优化调度方法，其特征在于：包括以下步骤：
获取电力系统的运行数据，包括新能源场站和电力系统的负荷日前预测值，各机组参数以及日前/部署的一次和三次备用容量价格；其中，各机组包括火电机组、抽水蓄能机组和灵活性负荷；一次备用容量为用于平抑当前电力不平衡的备用；三次备用容量为用于平抑预期电力不平衡的备用；
确定每个新能源场站在不同关键出力场景下的有功出力，以及每个关键出力场景的发生概率；
将电力系统的运行数据、各新能源场站在各关键出力场景下的有功出力和各关键出力场景的的发生概率代入日前两阶段随机优化调度模型；
所述日前两阶段随机优化调度模型以系统总运行成本最小为目标，所述总运行成本包括日前总运营成本和实时调节成本；日前总运营成本和实时调节成本中均包括各机组提供一次和三次备用容量所产生的费用；
所述日前两阶段随机优化调度模型的约束条件包括：日前调度约束和实时运行约束，均考虑了各机组的一次和三次备用容量限制；
求解日前两阶段随机优化调度模型，将模型的输出参数用于电力系统调度；
所述输出参数包括：各机组的日前一次和三次备用容量、实时部署的一次和三次备用容量、有功出力/抽水量、机组组合；新能源站的弃风量、弃光量和切负荷量。
2.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：所述日前两阶段随机优化调度模型如下式：
f1＝f1 TU+f1 PS+f1 FL
其中,f为总运行成本；f1为日前总运营成本，f1 TU/f1 PS/f1 FL分别表示火电机组/抽水蓄能机组/灵活性负荷的日前运行成本；f2,s为场景s下的实时调节成本，分别表示第s个场景下火电机组/抽水蓄能机组/灵活性负荷/限风与弃光/切系统负荷的实时运行成本，s∈S；S为考虑的场景总数，ps为场景概率，ΨTU、ΨPS、ΨFL、ΨW、ΨB分别为火电机组、抽水蓄能机组、灵活性负荷、新能源场站集合、电力系统节点集合，ΦTU为火电机组燃料成本线性化分段的集合，ΛT为调度时段集合；
为第it个火电机组启动费用，/>表示第t个时段第it个火电机组启动变量，/>为第it个火电机组在最小输出功率情况下的燃料成本，/>为第t个时段第it个火电机组的开机状态，/>第it个火电机组i线性化后第k段的斜率，/>第it个火电机组第k个线性化分段在第t个时段的出力，/>为第it个火电机组上调三次备用容量的价格，/>为第t个时段第it个火电机组上调的三次备用容量，/>为第it个火电机组下调的三次备用容量价格，/>为第t个时段第it个火电机组的下调的三次备用容量，/>为第it个火电机上调一次备用容量的价格，/>为第t个时段第it个火电机组上调的一次备用容量，/>为第it个火电机组下调一次备用容量价格，/>为第t个时段下第it个火电机组下调的一次备用容量；
为第t个时段第ip个抽水蓄能机组发电工况的启动费用，/>为第t个时段第ip个抽水蓄能机组发电工况的启动变量，/>为第t个时段第ip个抽水蓄能机组抽水工况的启动费用，/>为第t个时段第ip个抽水蓄能机组抽水工况的启动变量，/>为第ip个抽水蓄能机组上调三次备用容量的价格，/>为第t个时段第ip个抽水蓄能机组上调的三次备用容量，/>为第ip个抽水蓄能机组下调的三次备用容量价格，/>为第t个时段第ip个抽水蓄能机组的下调的三次备用容量，/>为第ip个抽水蓄能机组上调一次备用容量的价格，/>为第t个时段下第ip个抽水蓄能机组上调的一次备用容量；/>为第ip个抽水蓄能机组下调一次备用容量的价格，/>为第t个时段下第ip个抽水蓄能机组下调的一次备用容量；
为第if个灵活性负荷上调的三次备用容量价格，/>为第t个时段第if个灵活性负荷上调的三次备用容量，/>为第if个灵活性负荷下调的三次备用容量价格，/>为第t个时段第if个灵活性负荷下调的三次备用容量，/>为第if个灵活性负荷上调的一次备用容量价格，/>为第if个灵活性负荷第t个时段上调的一次备用容量，/>为第if个灵活性负荷下调的一次备用容量价格，/>为第t个时段第if个灵活性负荷下调的一次备用容量；
为第it个火电机组上调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第it个火电机组的部署的上调的三次备用容量，/>为第it个火电机组下调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第it个火电机组部署的下调的三次备用容量，/>为第it个火电机组上调的一次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第it个火电机组部署的上调的三次备用容量，/>为第it个火电机组下调的一次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第it个火电机组部署的下调的一次备用容量；
为第ip个抽水蓄能机组上调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第ip个抽水蓄能机组部署的上调的三次备用容量，/>为第ip个抽水蓄能机组下调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第ip个抽水蓄能机组部署的下调的三次备用容量，/>为第ip个抽水蓄能机组上调的一次备用部署价格，为第s个场景下第t个时段第ip个抽水蓄能机组部署的上调的一次备用容量，为第ip个抽水蓄能机组下调的一次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第ip个抽水蓄能机组部署的下调的一次备用容量；
为第if个灵活性负荷上调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第if个灵活性负荷机组部署的上调的三次备用容量，/>为灵活性负荷下调的三次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第if个灵活性负荷机组部署的下调的三次备用容量，/>为第if个灵活性负荷机组上调的一次备用部署价格，/>为t时段灵活性负荷机组部署的上调的一次备用容量，/>为第s个场景下第t个时段第if个灵活性负荷下调的一次备用部署价格，/>为第s个场景下第t个时段第if个灵活性负荷部署的下调的一次备用容量；
CW为弃风弃光惩罚价，Δwiw,t,s为第s个场景下第t个时段第iw个新能源站的弃风弃光量，CLD为切负荷惩罚成本，ΔLib,t,s为第s个场景下第t个时段第ib个节点的切负荷量。
3.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：所述日前调度约束包括：功率平衡约束、火电机组的运行约束、抽水蓄能机组的运行约束、灵活性负荷的运行约束和基于直流潮流法的输电线路约束。
4.根据权利要求3所述的一种方法，其特征在于：所述火电机组的运行约束包括：火电机组线性化出力约束；火电机组出力分段线性化最大值的约束；考虑启动状态和一次备用容量的火电机组向上爬坡约束；考虑停机状态和一次备用容量的火电机组向下爬坡约束；在考虑一次备用容量后的上调三次备用容量约束，受限于向上爬坡速度和机组出力上限；在考虑一次备用容量后的下调三次备用容量约束，受限于向下爬坡速度和机组出力下限；火电机组开关状态约束；火电机组启停机互斥约束；火电机组最小开机时间约束；火电机组最小停机时间约束；火电机组最小一次备用容量约束。
5.根据权利要求3所述的一种方法，其特征在于：所述抽水蓄能机组的运行约束包括：综合考虑发电工况和抽水工况下机组功率约束；抽水蓄能机组发电工况出力区间约束；考虑上调一次备用容量后的抽水蓄能机组上调三次备用容量约束；考虑下调一次备用容量后的抽水蓄能机组下调三次备用容量约束；抽水蓄能机组发电/抽水运行工况互斥约束；抽水蓄能机组发电/抽水启动状态互斥约束；蓄能库容约束。
6.根据权利要求3所述的一种方法，其特征在于：所述灵活性负荷的运行约束包括：考虑上调下调的一次备用容量后灵活性负荷的功耗约束，可用的灵活性负荷上调三次备用容量约束，可用的灵活性负荷下调三次备用容量。
7.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于：所述实时运行约束包括：每个场景的电力再平衡约束、火电机组的实时运行约束、抽水蓄能机组的实时运行约束、灵活性负荷实时运行约束、弃风弃光约束、系统切负荷约束和输电线路约束。
8.根据权利要求7所述的一种方法，其特征在于：所述火电机组的实时运行约束包括：每个场景下火电机组部署的上调/下调三次备用容量约束，每个场景下火电机组部署的上调/下调一次备用容量约束，备用部署后的火电机组出力爬坡约束。
9.根据权利要求7所述的一种方法，其特征在于：所述抽水蓄能机组的实时运行约束包括：每个场景下抽水蓄能机组部署的上调/下调三次备用容量约束，每个场景下抽水蓄能机组部署的上调/下调一次备用容量约束，每个场景下蓄能库容约束。
10.根据权利要求7所述的一种方法，其特征在于：所述灵活性负荷的实时运行约束包括：每个场景下灵活性负荷部署的上调下调三次备用容量约束，每个场景下灵活性负荷部署的上调下调一次备用容量约束。
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