CN116896104A - 一种计及荷电状态电能量与调频市场联合出清方法及系统 - Google Patents

一种计及荷电状态电能量与调频市场联合出清方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于综合能源技术领域，公开了一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法包括，根据电能量与调频市场联合出清框架构建计及火电机组分段报价，储能充放电成本的电能量市场预出清模型；基于电能量市场预出清结果，计算调频资源的机会成本；划分多类型储能SOC运行区，计算储能动态调频申报边界，明确混合储能参与调频的能量管理策略；考虑调频机会成本，以调频总成本最小为优化目标，构建调频市场出清模型，生成电能量市场实时发电计划。本发明能够降低电能量和调频联合市场的出清成本，引导市场主体参与电网调节，促进资源优化配置。

Description

一种计及荷电状态电能量与调频市场联合出清方法及系统
技术领域
本发明属于综合能源技术领域，尤其涉及电能和调频辅助服务市场联合出清方法及存储介质。
背景技术
随着电力市场改革的发展，电力现货市场建设节奏逐步加快，新能源以及新型市场主体大规模进入市场，其出力的波动性以及不确定性给电力系统供需平衡、调频以及调峰能力带来了一系列挑战。如何在考虑储能在荷电状态的同时保证储能申报尽可能大的调频容量以获得可观的调频市场收益，提高储能参与调频市场的积极性，是储能参与电能量和调频市场联合出清过程中亟待解决的问题。在独立出清方面，独立出清方式不需要考虑调频辅助服务市场的机会成本，相较于联合出清流程虽然较为简单，但是忽略了电能量市场与调频市场紧密耦合的运行特性，导致发电资源的非经济调用，增加购电成本。在联合出清方面，目前研究主要集中于通过机会成本实现电能量市场与调频市场的衔接，实现资源的在两个市场之间的最优配置。有文章在分析美国电力市场运行机制基础上，提出了单一时段的电能、调频和备用联合优化的数学模型，并给出调频和备用的结算方法。部分学者提出考虑储能设备充放电计划的电能和基于调频效果的调频服务协同优化市场模型。部分研究考虑储能设备调频里程与调频容量的耦合关系，提出了储能同时参加电能量市场和调频市场的联合优化调度模型。上述联合出清模型中虽然涉及了储能资源，但是没有考虑储能在参与联合市场时的荷电状态，储能在调频市场中多为按比例进行调频容量申报。
相较于常规机组，储能具有响应迅速、控制精确、双向调节的特性且集电能市场削峰填谷、辅助服务市场调频等功能于一身，在促进新能源消纳、平衡电力供需方面具有显著优势。然而储能资源具备独特的能量有限性，其充放电能力受到功率上限以及荷电状态限制，如何充分考虑储能自身运行特性，设计合理的电能市场与辅助服务市场出清机制，对引导市场主体参与电网调节，促进资源优化配置具有重要意义。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，提供一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法，考虑了储能在参与电能量市场出清后的荷电状态，在保证电能量与调频联合出清成本的前提下，尽可能使系统荷电状态维持在浅充浅放区，能够引导市场主体参与电网调节，促进资源优化配置。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法，包括：
根据电能量与调频市场联合出清框架构建计及火电机组分段报价，储能充放电成本的电能量市场预出清模型；
基于电能量市场预出清结果，计算调频资源的机会成本；
划分多类型储能SOC运行区，计算储能动态调频申报边界，明确混合储能参与调频的能量管理策略；
考虑调频机会成本，以调频总成本最小为优化目标，构建调频市场出清模型，生成电能量市场实时发电计划。
作为本发明所述的计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的一种优选方案，其中：所述电能量市场预出清模型包括，首先，以调用机组参与电能量市场的运行成本最小为目标，构建目标函数表示为：
其中，Pi，t为火电机组i的的总中标出力，Ci，t为火电机组i的在电能量市场的申报价格，分别为储能在电能量市场的放电价格和充电价格，和为储能的放电容量和充电容量；
其次，构建目标函数的约束条件包括火电机组出力约束、火电机组分段报价约束、储能荷电状态SOC约束、储能充放电约束、潮流约束。
作为本发明所述的计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的一种优选方案，其中：所述计算调频资源的机会成本包括，构建火电调频资源的机会成本和储能调频资源的机会成本；
所述火电调频资源的机会成本计算表示为：
所述储能调频资源的机会成本计算表示为：
其中，为火电机组调频的机会成本，为电能量市场预出清后的预估节点电价，a、b、c分别为火电机组的出力成本系数，为储能e的调频机会成本，为储能e在时段t的调频申报容量，分别为储能在扣除调频申报容量前、后的现货电能量市场收益，其中由调频辅助服务市场出清前的现货电能量市场出清获得，表示第e个储能电站在t时刻的充电电量，表示第e个储能电站在t时刻的放电电量。
作为本发明所述的计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的一种优选方案，其中：所述储能动态调频申报边界包括，将储能电站SOC划分5个运行区，分别为过度充电区、深度放电区、浅充浅放区、深度充电区、过度放电区；
根据储能在电能量市场预出清后的荷电状态设计以下混合储能动态调频申报边界表示为：
其中，为运行上限，为理想上限，为理想下限，为运行下限，为储能在调频市场的申报容量边界，为储能在调频市场的上调频申报容量边界，为储能在调频市场的下调频申报容量边界，为储能的理想运行点，SOCe，t为储能e在t时段内的储能荷电状态。
作为本发明所述的计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的一种优选方案，其中：所述能量管理策略包括，混合储能参与调频的能量管理策略表示为：
其中，为飞轮储能在调频市场上申报边界，为锂电池储能在调频市场上申报边界，为飞轮储能在调频市场下申报边界，为锂电池储能在调频市场下申报边界，为总调频需求，为高调频信号的调频需求，为低调频信号的调频需求，分别为飞轮储能的上、下调频中标容量，分别为锂电池储能的上、下调频中标容量，分别为火电机组的上、下调频中标容量。
作为本发明所述的计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的一种优选方案，其中：所述调频机会成本包括，调整后的调频容量价格、里程价格以及预估机会成本计算表示为：
其中，为调频资源的调频容量报价，为调整后的调频容量价格，为调频资源的调频里程报价，为调频资源的预估机会成本，为调整后的调频里程价格，αx为调频市场根据历史数据得到每单位容量所提供的调频里程，调频里程报价通过αx系数调整，别为调整后的调频机会成本，为归一化后的综合调频性能指标。
作为本发明所述的计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的一种优选方案，其中：所述优化目标包括，首先，考虑调频资源的机会成本、容量成本和里程成本，以调频总成本最小为优化目标的具体形式如下：
其中，为火电机组i在时刻的中标调频容量，为储能e在时刻t的中标调频容量；
其次，构建目标函数的约束条件包括火电机组出力约束、火电机组分段报价约束、储能荷电状态SOC约束、储能充放电约束、潮流约束。
本发明的另外一个目的是提供了一种计及储能荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法及存储介质，构建了考虑混合储能荷电状态的调频市场动态申报边界，可以在降低电能量与调频联合出清成本同时尽可能的使储能处在浅充浅放区，保证储能系统的安全稳定运行。
一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清系统，其特征在于，包括荷电状态预测模块，出清算法模块，储能SOC运行模块，调频市场出清模块，实时监测模块。
所述荷电状态预测模块，通过对用户用电历史数据进行分析，预测未来一段时间内的负荷需求，并将预测结果反馈给市场运营者和发电商。
所述出清算法模块，实现电能量与调频市场联合出清的算法，根据市场需求和发电端资源情况进行出清，并生成相应的出清结果。
所述储能SOC运行模块，实时地测量和计算出储能系统中电池组的充放电电量，以及当前电池组的SOC值。
所述调频市场出清模块，实时快速调整发电机组的输出功率，维持电网的频率稳定。
所述实时监测模块，实时监测电力系统的运行状态，包括电网负荷、发电端出力信息，并将监测结果反馈给市场运营者和发电商，以便进行及时的调整和决策。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清所述的方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清所述的方法的步骤。
本发明的有益效果：本发明所设计的混合储能的动态调频动申报策略可以有效保证储能系统响应调频信号时的安全性，避免储能进入过度充放电区域，在降低联合出清成本的同时尽可能维持储能运行在理想运行点，提高储能参与调频市场的积极性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明一个实施例提供的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的工作方法流程示意图。
图2为本发明一个实施例提供的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的电能量与调频市场联合出清求解流程图。
图3为本发明一个实施例提供的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的混合储能荷电状态分区图。
图4为本发明一个实施例提供的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的现货电能量市场调频辅助服务市场的联合出清框架图。
图5为本发明一个实施例提供的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的各节点负荷需求曲线图。
图6为本发明一个实施例提供的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的上下调频容量需求曲线图。
图7为本发明一个实施例提供的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的场景2下火电机组扣除调频中标容量前后的电能量市场中标结果图。
图8为本发明一个实施例提供的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的场景2下电能量市场出清价格。
图9为本发明一个实施例提供的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的场景2下的各机组调频机会成本。
图10为本发明一个实施例提供的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的场景2下电能量市场预出清后储能SOC以及上下调频申报容量。
图11为本发明一个实施例提供的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的场景2下各调频资源在调频市场的中标容量。
图12为本发明一个实施例提供的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的场景2下储能在调频市场的中标容量及联合出清后储能SOC。
图13为本发明一个实施例提供的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的场景2下调频辅助服务市场出清价格。
图14为本发明一个实施例提供的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的场景1和场景2的联合出清结果对比。
图15为本发明一个实施例提供的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清系统的工作流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法，包括：
S1：根据电能量与调频市场联合出清框架构建计及火电机组分段报价，储能充放电成本的电能量市场预出清模型。
更进一步的，以调用机组参与电能量市场的运行成本最小为目标，主要包括火电机组的运行成本，储能的充放电成本，目标函数可表示为：
构建目标函数表示为：
其中，Pi，t为火电机组i的总中标出力，Ci，t为火电机组i的在电能量市场的申报价格，分别为储能在电能量市场的放电价格和充电价格，和为储能的放电容量和充电容量。
应说明的是，构建目标函数的约束条件包括火电机组出力约束、火电机组分段报价约束、储能荷电状态SOC约束、储能充放电约束、潮流约束：
在电力市场，发电企业单一机组可对容量申报价格采用n段报价，火电机组的分段报价约束表示为：
其中，为火电机组出力下限，为火电机组出力上限。
火电机组分段报价约束表示为：
其中，r1，r2，r3，r4分别为火电机组申报对应段的申报价格，为分段报价每段的容量差值。
储能荷电状态SOC约束表示为：
其中，SOCe，t表示第e个储能电站在t时刻的荷电状态SOC，SOCe，0表示第e个储能电站的初始状态，SOCe，t-1表示第e个储能电站在t-1时刻的SOC，表示第e个储能电站在t时刻的充电电量，表示第e个储能电站在t时刻的放电电量，表示第e个储能电站的充电效率，表示第e个储能电站的放电效率，Ee，max表示第e个储能电站的额定容量，Δt表示第e个储能电站接受AGC指令的动作周期。
储能充放电约束表示为：
其中，SOCe，max表示第e个储能电站的运行上限，SOCe，min表示第e个储能电站的运行下限，Pe，max为储能的最大充放电功率。
潮流约束表示为：
其中，Pbd，t、xbd为节点b与节点d间线路潮流、线路容量限值、电抗，δb，t、δd，t为时段t节点b与节点d相角，为时段t节点b负荷，λb，t为该约束的影子价格，作为节点b电价。
S2：基于电能量市场预出清结果，计算调频资源的机会成本。
更进一步的，基于电能量市场预出清结果，构建火电调频资源的机会成本，机会成本计算表示为：
其中，为火电机组调频的机会成本，为电能量市场预出清后的预估节点电价，a、b、c分别为火电机组的出力成本系数。
应说明的是，由于储能具有较强的时段耦合性，应在优化周期内整体考虑机会成本；对于储能来说，某时段减少的中标电量可转移至其他电价接近的时段，可能并不影响全优化周期内的中标电量；在这种情况下，储能提供调频辅助服务的机会成本将低于常规机组，储能调频资源的机会成本计算表示为：
其中，为储能e的调频机会成本，为储能e在时段t的调频申报容量，分别为储能在扣除调频申报容量前、后的现货电能量市场收益，其中由调频辅助服务市场出清前的现货电能量市场出清获得，表示第e个储能电站在t时刻的充电电量，表示第e个储能电站在t时刻的放电电量。
S3：划分多类型储能SOC运行区，计算储能动态调频申报边界，明确混合储能参与调频的能量管理策略。
更进一步的，根据储能荷电状态SOC的运行上限理想上限理想下限和运行下限将储能电站SOC划分5个运行区，分别为过度充电区、深度放电区、浅充浅放区、深度充电区、过度放电区。
应说明的是，储能参与调频市场响应AGC功率指令时储能的荷电状态与储能系统安全性、运行寿命、储能最大可调节容量、储能中标容量合中标里程都密切相关，为保证储能系统响应调频信号时的安全性，应避免储能进入过度充电区和过度放电区。为了让储能的荷电状态保持在浅充浅放区并申报尽可能大的调频容量以获得可观的调频市场收益，根据储能在电能量市场预出清后的荷电状态设计以下混合储能动态调频申报边界：
其中，为储能在调频市场的申报容量边界，为储能在调频市场的上调频申报容量边界，为储能在调频市场的下调频申报容量边界，为储能的理想运行点，SOCe，t为储能e在t时段内的储能荷电状态。
还应说明的是，飞轮储能可以应对深度充放电的调频需求，锂电池储能适合应对浅充浅放的调频需求；因此将高频信号分配给飞轮储能，低频信号分配给锂电池储能，剩余调频信号由火电机组满足，以此保证飞轮和锂电池的荷电状态维持在合适的范围内；混合储能参与调频的能量管理策略表示为：
其中，为飞轮储能在调频市场上申报边界，为锂电池储能在调频市场上申报边界，为飞轮储能在调频市场下申报边界，为锂电池储能在调频市场下申报边界，为总调频需求，为高调频信号的调频需求，为低调频信号的调频需求，分别为飞轮储能的上、下调频中标容量，分别为锂电池储能的上、下调频中标容量，分别为火电机组的上、下调频中标容量。
S4：考虑调频机会成本，以调频总成本最小为优化目标，构建调频市场出清模型，生成电能量市场实时发电计划。
更进一步的，为鼓励市场主体提升调频性能，优化调频资源配置，调频市场基于调频资源的综合调频性能对其调频容量报价、调频里程报价、预估机会成本分别进行调整，根据系统调频需求对调频组合排序价格进行边际出清；将综合调频性能指标引入价格体系中，优先选用调频性能好、成本低的调频资源，有利于促进调频资源提升自身调节性能；调整后的调频容量价格、里程价格以及预估机会成本计算表示为：
其中，为调频资源的调频容量报价，为调整后的调频容量价格，为调频资源的调频里程报价，为调频资源的预估机会成本，为调整后的调频里程价格，αx为调频市场根据历史数据得到每单位容量所提供的调频里程，调频里程报价通过αx系数调整，别为调整后的调频机会成本，为归一化后的综合调频性能指标。
应说明的是，考虑调频资源的机会成本、容量成本和里程成本，以调频总成本最小为优化目标的具体形式如下：
其中，为火电机组i在时刻的中标调频容量，为储能e在时刻t的中标调频容量。
还应说明的是，构建目标函数的约束条件包括
其中，为火电机组i在t时刻的最大调频中标容量，为系统在t时刻的调频里程需求。
还应说明的是，在实时运行时段内，根据调频中标容量修改机组出力上下限后作为电能量市场的约束条件并进行滚动出清，根据电能量市场出清结果确定调频资源基准运行点，叠加调频指令后通过AGC下发执行，进行火电机组出力上下限修改和储能充放电上下限修改：
火电机组出力上下限修改表示为：
储能充放电上下限修改表示为：
实施例2
参照图2-图14，为本发明的一个实施例，提供了一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法，为了验证本发明的有益效果，通过实验进行科学论证。
本实施例基于GAMS平台，在WIN10操作系统，i7CPU，2.20GHz处理器环境下进行仿真和优化分析，具体求解流程图如图2所示。
本实施例中，采用基于IEEE-24节点系统的算例分析包含独立储能的现货电能量及调频辅助服务市场联合出清机制的实用性及有效性。系统各节点负荷需求如图5所示，系统的上下调频容量需求如图6所示，系统高调频信号需求为负荷的5％，低调频信号需求为负荷的1％。在19节点增加一台飞轮储能，记为储能1，其最大允许、最小允许的SOC容量分别90％、10％，21节点增加一台锂电池储能，记为储能2，其最大允许、最小允许的SOC容量分别80％、20％；两台独立储能的充电效率为95％、放电效率为90％；在现货电能量市场的放电报价均为700元/(MWh)，充电报价分别为300元/(MWh)。火电机组在调频市场的容量报价为13元/(MWh)，里程报价为18元/(MWh)，调频综合性能指标为0.5；储能在调频市场的容量报价为13元/(MWh)，里程报价为18元/(MWh)，调频综合性能指标为0.5；飞轮储能的容量报价为15元/(MWh)，锂电池储能的容量报价为30元/(MWh)，两台储能的里程报价均为18元/(MWh)，综合调频性能指标均为0.8。
扣除调频中标容量前后，火电机组在现货电能量市场的中标容量如图7所示。由图可知，在扣除机组调频中标容量后，火电机组在现货电能量市场的中标容量发生了变化，对于调频综合价格较低的机组，其在调频市场的中标容量增多，在电能量市场的中标电量相应降低，以保证机组资源在电能量市场和调频辅助服务市场的优化配置。
火电机组和储能设备参与电能量市场预出清后的预估机会成本如图9所示。对于常规发电机组来说，机会成本主要取决于电能量市场预估节点边际价格和市场主体的电能量市场报价之间的差值；而对于储能，由于其具有较强的时段耦合性，因此需在优化周期内整体考虑机会成本。由图9可知，绝大部分时刻，火电机组的调频机会成本都要高于储能设备的调频机会成本，间接导致了储能设备在调频市场的综合调频报价低于火电机组，使得储能设备在调频市场优先中标。
储能设备在参与时前电能量市场预出清后的SOC和其在调频市场的上下动态调频申报容量如图10所示。储能系统的安全性、运行寿命、运行成本等，都与储能的荷电状态相关，将储能的荷电状态维持在浅充浅放区，有利于延长储能运行寿命，降低储能运行成本。由图11可知，参与电能量市场预出清后，储能1在凌晨12:00到晚上8:00之间,其SOC处于深度放电区，由本发明设计的动态调频申报边界可知，此时储能1仅支持向上调频，以将储能的SOC降至浅充浅放区；而在21:00-24:00之间，储能1的荷电状态处于浅充浅放区，并运行在理想运行点之上，此时支持储能的上下调频，储能2与储能1的充放电策略相同。
各调频资源在调频辅助服务市场的中标容量如图11所示，由图可知，由于储能1的SOC大部分时间都处于深度放电区和理想运行点之上，因此储能1主要响应上调频需求，储能2在参与电能量市场预出清后其SOC大多处于浅充浅放区，因此上下调频信号都可以响应。除此之外，储能1主要可以满足幅值较大的高调频信号，储能2主要可以满足幅值较小的低调频信号，储能1的调频中标容量高于储能2的调频中标容量，剩余未被满足的调频需求按火电机组的综合调频价格排序后，顺次满足。
飞轮储能和锂电池储能在调频市场的中标容量以及联合出清后的SOC值如图12所示。由图可知，本发明所提方法考虑了储能在电能量市场预出清后的荷电状态，在储能荷电状态较高时，允许其在调频市场响应较大容量的上调频信号，荷电状态较低时允许其在调频市场响应较大容量的下调频信号，而当其在浅充浅放区时，允许储能响应上下调频信号，以此来保证储能联合出清后的SOC值维持在理想运行点附近。
图13进一步展示了调频辅助服务市场的出清价格，由图可以看出，调频辅助服务市场综合调频价格的变化趋势与图8中的预估节点边际电价和图9中的预估机会成本变化趋势基本吻合，这是由于电能量与调频市场由机会成本实现电能量价格和调频价格的联动，在电能量市场出清价格较高的时段，机组因提供调频服务而损失的电能量市场收益更多，因此在调频市场中得到的收益应该更高，如此才能激励机组积极参与电网调频。除此之外，在计算调频资源的排序价格时，已将调频资源的调频成本和机会成本计算在内，在边际出清时将综合调频价格由低到高进行排序，自动筛选综合成本最低的调频资源优先中标，实现成本最小化。
为验证实施例1所提方法的有效性，本实施例分别设置如下两个场景进行对比分析，场景一：固定调频申报容量下的电能量与调频市场联合出清；场景2：动态调频申报容量的电能量与调频市场联合出清。
在不同场景下，电能量市场和调频辅助服务市场的购售能收益如图14所示，场景2的电能量市场出清成本比场景1高了419322元，这主要是因为在本发明的混合储能能量管理策略下，储能参与调频市场的容量要高于比固定申报容量下的储能调频中标容量，相较于固定申报容量，申报方式更加灵活，且考虑了储能的荷电状态，这就导致在场景2下，储能为了获取更高的调频收益而更愿意参与调频市场，进而导致了电能量市场运行成本的增加。场景2下的调频运行成本比场景1低了4363238元，总联合出清成本比场景1低了16916元，证明利用计及储能荷电状态和运行成本的电能量与调频市场联合出清方法，能够降低市场联合出清成本，激励储能资源参与电网调节，实现资源的优化配置。
应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
实施例3
本发明第三个实施例，其不同于前两个实施例的是：
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)、便携式计算机盘盒(磁装置)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤装置以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
实施例4
参照图15，为本发明的第四个实施例，该实施例提供了一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清系统，包括荷电状态预测模块，出清算法模块，储能SOC运行模块，调频市场出清模块，实时监测模块。
荷电状态预测模块通过对用户用电历史数据进行分析，预测未来一段时间内的负荷需求，并将预测结果反馈给市场运营者和发电商。
出清算法模块实现电能量与调频市场联合出清的算法，根据市场需求和发电端资源情况进行出清，并生成相应的出清结果。
储能SOC运行模块实时地测量和计算出储能系统中电池组的充放电电量，以及当前电池组的SOC值。
调频市场出清模块实时快速调整发电机组的输出功率，维持电网的频率稳定。
实时监测模块实时监测电力系统的运行状态，包括电网负荷、发电端出力信息，并将监测结果反馈给市场运营者和发电商，以便进行及时的调整和决策。
应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法，其特征在于：包括，
根据电能量与调频市场联合出清框架构建计及火电机组分段报价，储能充放电成本的电能量市场预出清模型；
基于电能量市场预出清结果，计算调频资源的机会成本；
划分多类型储能SOC运行区，计算储能动态调频申报边界，明确混合储能参与调频的能量管理策略；
考虑调频机会成本，以调频总成本最小为优化目标，构建调频市场出清模型，生成电能量市场实时发电计划。
2.如权利要求1所述的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法，其特征在于：所述电能量市场预出清模型包括，首先，以调用机组参与电能量市场的运行成本最小为目标，构建目标函数表示为：
其中，Pi，t为火电机组i的总中标出力，Ci，t为火电机组i的在电能量市场的申报价格，分别为储能在电能量市场的放电价格和充电价格，和为储能的放电容量和充电容量；
其次，构建目标函数的约束条件包括火电机组出力约束、火电机组分段报价约束、储能荷电状态SOC约束、储能充放电约束、潮流约束。
3.如权利要求2所述的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法，其特征在于：所述计算调频资源的机会成本包括，构建火电调频资源的机会成本和储能调频资源的机会成本；
所述火电调频资源的机会成本计算表示为：
所述储能调频资源的机会成本计算表示为：
其中，为火电机组调频的机会成本，为电能量市场预出清后的预估节点电价，a、b、c分别为火电机组的出力成本系数，为储能e的调频机会成本，为储能e在时段t的调频申报容量，分别为储能在扣除调频申报容量前、后的现货电能量市场收益，其中由调频辅助服务市场出清前的现货电能量市场出清获得，表示第e个储能电站在t时刻的充电电量，表示第e个储能电站在t时刻的放电电量。
4.如权利要求3所述的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法，其特征在于：所述储能动态调频申报边界包括，将储能电站SOC划分5个运行区，分别为过度充电区、深度放电区、浅充浅放区、深度充电区、过度放电区；
根据储能在电能量市场预出清后的荷电状态设计以下混合储能动态调频申报边界表示为：
其中，为运行上限，为理想上限，为理想下限，为运行下限，为储能在调频市场的申报容量边界，为储能在调频市场的上调频申报容量边界，为储能在调频市场的下调频申报容量边界，为储能的理想运行点，SOCe，t为储能e在t时段内的储能荷电状态。
5.如权利要求4所述的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法，其特征在于：所述能量管理策略包括，混合储能参与调频的能量管理策略表示为：
其中，为飞轮储能在调频市场上申报边界，为锂电池储能在调频市场上申报边界，为飞轮储能在调频市场下申报边界，为锂电池储能在调频市场下申报边界，为总调频需求，为高调频信号的调频需求，为低调频信号的调频需求，分别为飞轮储能的上、下调频中标容量，分别为锂电池储能的上、下调频中标容量，分别为火电机组的上、下调频中标容量。
6.如权利要求5所述的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法，其特征在于：所述调频机会成本包括，调整后的调频容量价格、里程价格以及预估机会成本计算表示为：
其中，为调频资源的调频容量报价，为调整后的调频容量价格，为调频资源的调频里程报价，为调频资源的预估机会成本，为调整后的调频里程价格，αx为调频市场根据历史数据得到每单位容量所提供的调频里程，调频里程报价通过αx系数调整，别为调整后的调频机会成本，为归一化后的综合调频性能指标。
7.如权利要求6所述的一种计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法，其特征在于：所述优化目标包括，首先，考虑调频资源的机会成本、容量成本和里程成本，以调频总成本最小为优化目标的具体形式如下：
其中，为火电机组i在时刻的中标调频容量，为储能e在时刻t的中标调频容量；
其次，构建目标函数的约束条件包括火电机组出力约束、火电机组分段报价约束、储能荷电状态SOC约束、储能充放电约束、潮流约束。
8.一种采用如权利要求1～7任一所述的计及荷电状态的电能量与调频市场联合出清方法的系统，其特征在于：包括荷电状态预测模块，出清算法模块，储能SOC运行模块，调频市场出清模块，实时监测模块；
所述荷电状态预测模块，通过对用户用电历史数据进行分析，预测未来一段时间内的负荷需求，并将预测结果反馈给市场运营者和发电商；
所述出清算法模块，实现电能量与调频市场联合出清的算法，根据市场需求和发电端资源情况进行出清，并生成相应的出清结果；
所述储能SOC运行模块，实时地测量和计算出储能系统中电池组的充放电电量，以及当前电池组的SOC值；
所述调频市场出清模块，实时快速调整发电机组的输出功率，维持电网的频率稳定；
所述实时监测模块，实时监测电力系统的运行状态，包括电网负荷、发电端出力信息，并将监测结果反馈给市场运营者和发电商，以便进行及时的调整和决策。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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