新能源接入条件下电力容量市场的低碳电源投资决策方法技术

本发明专利技术公开了一种新能源接入条件下电力容量市场的低碳电源投资决策方法，包括以下步骤：1)以低碳电源装机容量补贴为容量市场的激励方式，再构建容量市场的数学模型；2)构建电能市场的数学模型；3)构建模拟平衡市场的数学模型；4)根据容量市场的数学模型、电能市场的数学模型及平衡市场的数学模型构建发电机组综合利润模型；5)根据发电机组综合利润模型计算发电机组的年度综合利润，然后根据发电机组的年度综合利润构建发电机组的低碳电源投资模型，再根据发电机组的低碳电源投资模型估计发电机组的投资状态，该方法引入容量市场的激励来对电力容量市场的低碳电源投资进行决策。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低碳电源投资决策方法，具体涉及一种新能源接入条件下电力容量市场的低碳电源投资决策方法。
技术介绍
电源投资决策源于电力系统一个成熟而完备的分支：电源优化规划。然而随着电力系统的解除管制和市场化改革的深入，已经不能仅凭行政规划决定机组的建设，而须依据发电商参与电力市场的获利情况激励电源投资决策。起初发电商的利润仅来自电力市场中的电能市场和平衡服务市场。但是，80年代美国发电商由于在上述市场中获利不足而纷纷倒闭，使得电力系统在用电高峰时期备用容量不足，从而导致了大规模的停电事故，该教训表明单纯依靠电能市场和平衡服务市场的盈利无法吸引足够的资本投建机组容量，不能保障峰荷时期备用容量的充裕，因此需要在电力市场中额外添加容量市场强化对机组投资的激励。现阶段运营容量市场的国家主要包括英国、美国(宾夕法尼亚州、新泽西州和马里兰州的3个电力公司组成的区域电力协作组织PJM，新英格兰独立系统调度机构ISO-NE，纽约独立系统调度机构ISO-NY)和北欧四国(瑞典、丹麦、挪威、芬兰)，然而以往的电源投资决策方法仅考虑电能市场获利，未涉及容量市场的激励措施。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种新能源接入条件下电力容量市场的低碳电源投资决策方法，该方法引入容量市场的激励来对电力容量市场的低碳电源投资进行决策。为达到上述目的，本专利技术所述的新能源接入条件下电力容量市场的低碳电源投资决策方法包括以下步骤：1)以低碳电源装机容量补贴为容量市场的激励方式，再构建容量市场的数学模型，其中，所述容量市场的数学模型包括容量市场的目标容量、容量市场的需求曲线、容量市场的发电机组申报、容量市场的SO出清及容量市场的ELEXON结算；2)构建电能市场的数学模型，其中，所述电能市场的数学模型包括系统风电不足时的发电机组申报、SO出清及ELEXON结算、以及系统风电过剩时的发电机组申报、SO出清及ELEXON结算；3)构建模拟平衡市场的数学模型，其中，所述平衡市场的数学模型包括系统实时风电不足时的发电机组申报、SO出清及ELEXON结算、以及系统实时风电过剩时的发电机组申报、SO出清及ELEXON结算；4)根据步骤1)构建的容量市场的数学模型、步骤2)构建的电能市场的数学模型及步骤3)构建的平衡市场的数学模型构建发电机组综合利润模型；5)根据步骤4)得到的发电机组综合利润模型计算发电机组的年度综合利润，然后根据发电机组的年度综合利润构建发电机组的低碳电源投资模型，再根据发电机组的低碳电源投资模型估计发电机组的投资状态，完成电力容量市场的低碳电源投资决策。能源方案e的年度预测负荷为：dep=(1+re)4·dn---(1)]]>其中，dn为当前年度负荷，re为能源方案e的年度负荷增长率；将各能源方案的年度预测负荷根据负荷递减的方式排序，得能源方案的年度预测持续负荷曲线，再根据能源方案的年度预测持续负荷曲线及预设的容量市场LOLE指标得各能源方案的容量水平，然后使用鲁棒优化方法分析各能源方案的容量水平，得最优能源方案，其中，最优能源方案的容量水平为容量市场的目标容量。步骤1)容量市场的火电机组申报包括火电机组的装机容量及供给价格，其中，火电机组k的装机容量ck为火电机组k的装机容量与容量市场出清决策变量的乘积；火电机组k的供给价格为火电机组k的容量价格等年值；容量市场的风电机组w的申报包括风电机组w的装机容量、供给价格及风速模拟序列，其中，风电机组w的装机容量为风电机组w的装机容量与容量市场出清决策变量的乘积，风电机组w的供给价格为风电机组w的容量价格等年值；风电机组w的风速模拟序列通过Weibull分布抽样得到；容量市场的SO出清以购买目标消减容量成本最小为目标函数，则有容量市场的SO出清的目标函数为：minΣk=1Kλkc·ckd·skc+Σw=1Wλwc·cwd·swc-fλc(cd)·cd---(15)]]>其中，容量市场的SO出清的约束条件为供给曲线和需求曲线的削减容量相同，即cd=Σk=1Kckd·skc+Σw=1Wcwd·swc---(16)]]>其中，cd为容量市场需求的削减容量，和分别为火电机组k和风电机组w供给的削减容量，和分别为火电机组和风电机组容量主市场的中拍状态，中拍为1，不中拍为0；和分别为火电机组和风电机组的容量价格等年值，为需求的削减容量和市场价格之间的分段函数；步骤1)中，容量市场的ELEXON结算包括发电机组的申报价格最大值的计算及充裕度结算，其中，发电机组的申报价格最大值λc为λc=max(maxk∈Kλkc·skc,maxw∈Wλwc·swc)---(18)]]>当发电机组交付年的电力短缺时刻，则开启容量充裕度结算机制，其中，容量充裕度结算机制的开启条件为i时刻的负荷不小于市场出清容量。系统风电不足时的发电机组申报包括系统风电不足时发电机组的出力区间及供给价格；系统风电过剩时的发电机组申报包括系统风电过剩时风电机组的出力区间及供给价格；系统实时风电不足时的发电机组申报包括系统实时风电不足时发电机组的出力区间及供给价格；系统实时风电过剩时的发电机组申报包括系统实时风电过剩时发电机组的出力区间及供给价格。发电机组综合利润模型包括发电机组年度综合成本模型、发电机组年度综合收益模型及发电机组年度综合利润模型组成，风电机组的年度综合成本模型由风电机组的运营成本及风电机组的市场规范成本组成，其中，火电机组年度综合成本模型由火电机组运营成本、市场规范成本及交易成本组成，火电机组的运营成本包括火电机组的电能可变成本、强制频率响应上调量可变成本、强制频率响应下调损失收益、启停成本及年度固定成本，其中，火电机组的电能可变成本为火电机组实时电能处理的二次函数，即Ok,ipower(pk,ie)=Akp·(pk,ie)2+Bkp·pk,ie+Ckp---(67)]]>其中，为火电机组k第i时刻的电能可变成本，为火电机组k第i时刻的电能出力，和分别为火电机组k电能可变成本的二次项系数、一次项系数和常数项；强制频率响应上调量可变成本为该火电机组强制频率响应成本的上调量，即Ok,iup(fk,iup)=VOk,if(pk,ie+fk,iup)-VOk,if(pk,ie)=Kf·Akp·(2·pk,ie+fk,iup)·fk,iup+Kf·Bkp·fk,iup---(69)]]>其中，为火电机组k第i时刻的强制频率响应上调量可变成本，为火电机组k第i时刻的强制频率响应上调出力，Kf为强制频率响应可变成本系数；强制频率响应下调量损失收益为该火电机组强制频率响应下调出力同电能市场平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新能源接入条件下电力容量市场的低碳电源投资决策方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以低碳电源装机容量补贴为容量市场的激励方式，再构建容量市场的数学模型，其中，所述容量市场的数学模型包括容量市场的目标容量、容量市场的需求曲线、容量市场的发电机组申报、容量市场的SO出清及容量市场的ELEXON结算；2)构建电能市场的数学模型，其中，所述电能市场的数学模型包括系统风电不足时的发电机组申报、SO出清及ELEXON结算、以及系统风电过剩时的发电机组申报、SO出清及ELEXON结算；3)构建模拟平衡市场的数学模型，其中，所述平衡市场的数学模型包括系统实时风电不足时的发电机组申报、SO出清及ELEXON结算、以及系统实时风电过剩时的发电机组申报、SO出清及ELEXON结算；4)根据步骤1)构建的容量市场的数学模型、步骤2)构建的电能市场的数学模型及步骤3)构建的平衡市场的数学模型构建发电机组综合利润模型；5)根据步骤4)得到的发电机组综合利润模型计算发电机组的年度综合利润，然后根据发电机组的年度综合利润构建发电机组的低碳电源投资模型，再根据发电机组的低碳电源投资模型估计发电机组的投资状态，完成电力容量市场的低碳电源投资决策。...

【技术特征摘要】
1.一种新能源接入条件下电力容量市场的低碳电源投资决策方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以低碳电源装机容量补贴为容量市场的激励方式，再构建容量市场的数学模型，其中，所述容量市场的数学模型包括容量市场的目标容量、容量市场的需求曲线、容量市场的发电机组申报、容量市场的SO出清及容量市场的ELEXON结算；2)构建电能市场的数学模型，其中，所述电能市场的数学模型包括系统风电不足时的发电机组申报、SO出清及ELEXON结算、以及系统风电过剩时的发电机组申报、SO出清及ELEXON结算；3)构建模拟平衡市场的数学模型，其中，所述平衡市场的数学模型包括系统实时风电不足时的发电机组申报、SO出清及ELEXON结算、以及系统实时风电过剩时的发电机组申报、SO出清及ELEXON结算；4)根据步骤1)构建的容量市场的数学模型、步骤2)构建的电能市场的数学模型及步骤3)构建的平衡市场的数学模型构建发电机组综合利润模型；5)根据步骤4)得到的发电机组综合利润模型计算发电机组的年度综合利润，然后根据发电机组的年度综合利润构建发电机组的低碳电源投资模型，再根据发电机组的低碳电源投资模型估计发电机组的投资状态，完成电力容量市场的低碳电源投资决策。2.根据权利要求1所述的新能源接入条件下电力容量市场的低碳电源投资决策方法，其特征在于，能源方案e的年度预测负荷为：dep=(1+re)4·dn---(1)]]>其中，dn为当前年度负荷，re为能源方案e的年度负荷增长率；将各能源方案的年度预测负荷根据负荷递减的方式排序，得能源方案的年度预测持续负荷曲线，再根据能源方案的年度预测持续负荷曲线及预设的容量市场LOLE指标得各能源方案的容量水平，然后使用鲁棒优化方法分析各能源方案的容量水平，得最优能源方案，其中，最优能源方案的容量水平为容量市场的目标容量。3.根据权利要求1所述的新能源接入条件下电力容量市场的低碳电源投资决策方法，其特征在于，步骤1)容量市场的火电机组申报包括火电机组的装机容量及供给价格，其中，火电机组k的装机容量ck为火电机组k的装机容量与容量市场出清决策变量的乘积；火电机组k的供给价格为火电机组k的容量价格等年值；容量市场的风电机组w的申报包括风电机组w的装机容量、供给价格及风速模拟序列，其中，风电机组w的装机容量为风电机组w的装机容量与容量市场出清决策变量的乘积，风电机组w的供给价格为风电机组w的容量价格等年值；风电机组w的风速模拟序列通过Weibull分布抽样得到；容量市场的SO出清以购买目标消减容量成本最小为目标函数，则有容量市场的SO出清的目标函数为：minΣk=1Kλkc·ckd·skc+Σw=1Wλwc·cwd·swc-fλc(cd)·cd---(15)]]>其中，容量市场的SO出清的约束条件为供给曲线和需求曲线的削减容量相同，即cd=Σk=1Kckd·skc+Σw=1Wcwd·swc---(16)]]>其中，cd为容量市场需求的削减容量，和分别为火电机组k和风电机组w供给的削减容量，和分别为火电机组和风电机组容量主市场的中拍状态，中拍为1，不中拍为0；和分别为火电机组和风电机组的容量价格等年值，为需求的削减容量和市场价格之间的分段函数；步骤1)中，容量市场的ELEXON结算包括发电机组的申报价格最大值的计算及充裕度结算，其中，发电机组的申报价格最大值λc为λc=max(maxk∈Kλkc·skc,maxw∈Wλwc·swc)---(18)]]>当发电机组交付年的电力短缺时刻，则开启容量充裕度结算机制，其中，容量充裕度结算机制的开启条件为i时刻的负荷不小于市场出清容量。4.根据权利要求1所述的新能源接入条件下电力容量市场的低碳电源投资决策方法，其特征在于，系统风电不足时的发电机组申报包括系统风电不足时发电机组的出力区间及供给价格；系统风电过剩时的...

【专利技术属性】
技术研发人员：武泽辰，侯孚睿，王秀丽，杨争林，耿建，郑亚先，张玥，张择策，
申请(专利权)人：西安交通大学，中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61