抽水蓄能机组在日前电力现货市场的双层竞价优化方法技术

本发明专利技术公开了一种抽水蓄能机组在日前电力现货市场的双层竞价优化方法：首先在报价范围内随机生成W组新报价；然后调用gurobi优化器求解市场出清模型，在全系统发电总费用最小目标下优化抽水蓄能机组的相关参数；接着以实现抽水蓄能机组在电力现货市场中获得最大收益为目标，从而通过遗传算法寻优迭代过程，直至输出最优的抽水蓄能机组报价及容量优化结果。本发明专利技术可实现抽水蓄能机组容量合理安排和优化资源配置，同时获得更高的收益，从而提高抽水蓄能电站在市场中的竞争力。

【技术实现步骤摘要】
抽水蓄能机组在日前电力现货市场的双层竞价优化方法
本专利技术属于抽水蓄能机组市场化应用领域，具体涉及抽水蓄能机组在日前电力现货市场的策略性竞价模型的应用。
技术介绍
抽水蓄能机组是一种响应快速、运行方式灵活的电源形式，由于其具有储能、调峰、调频等多种功能，因而对于间歇性能源的发展起到了重要的辅助作用。目前，全球抽水蓄能电站的装机已达1.5亿千瓦，伴随全球能源结构转型和能源消费革命，抽水蓄能机组将在保障电网安全、提供系统灵活调节和促进新能源消纳等方面发挥越来越重要的作用。随着电力工业引入市场竞争，电力市场参与主体不断增多，市场化用电量逐步增加，逐步形成了电能市场和辅助服务市场，发电商参与电力市场竞争是电力行业的发展趋势。虽然在市场起步阶段抽水蓄能机组允许参与的电能量和辅助市场仍较少，但目前对于抽水蓄能机组市场化形式的交易和补偿明显增多。目前，国内外对抽水蓄能机组的应用研究中，从抽水蓄能机组的竞价策略角度优化其应用的研究较少，在电能量和辅助市场的联合市场中开展的应用研究相对也较少。但由于抽水蓄能机组存在抽发损耗，提供的辅助服务受益对象广泛难以量化等原因，限制了抽水蓄能机组在市场中的竞争力，因此，需要通过建立模型、分析模型并求解验证后应用于提升抽水蓄能机组在市场中的竞争力，对其在市场中发挥的作用予以正确量化分析，在对抽水蓄能机组容量合理安排和优化资源配置前提下实现最大效益。另外，采用数学优化算法直接求解模型一般较为复杂，往往完全依赖于商业化软件，且模型求解结果仍有待提高对于实践的指导价值。尽管遗传算法是解决复杂问题的有效工具，例如，其能够直接对结构对象进行处理，不会受到求导和连续性的限制，对于含有0/1变量的函数的求解具有优势。但目前遗传算法在电力系统中主要应用于无功优化问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抽水蓄能机组在日前电力现货市场的双层竞价优化方法，实现抽水蓄能机组容量合理安排和优化资源配置，同时获得更高的收益。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：1)在抽水蓄能电站的(一般为一个电站)报价范围内随机生成W组报价策略，以每组报价策略代表初始遗传种群中的一个个体(采用实数编码)，并确定遗传算法的运行参数，所述运行参数包括遗传代数G、交叉概率Pc和变异概率Pm；2)以系统的发电总费用(所有机组的总报价，系统中所有机组分为两类：抽水蓄能机组和其他机组)最小为优化目标建立市场出清模型，使用分支界定法求解该市场出清模型，得到步骤1)中任意一组报价策略下抽水蓄能机组的出力(Pj(t))、抽水功率(Dj(t))，并计算电价(①将市场出清模型目标函数联合约束建立拉格朗日函数，可求解得到拉格朗日乘子λe(t)、μ+l(t)、μ-l(t)和λr(t)，通过计算节点边际电价；②由ρr(t)＝-λr(t)得到调频辅助服务市场电价)；其中所述市场出清模型的约束条件包括系统安全运行约束、抽水蓄能机组约束、其他机组约束(其他机组具体包括煤电机组、气电机组、水电机组中的一种以上机组)和电能量市场与调频辅助服务市场之间的市场关联约束；3)以抽水蓄能机组在电力现货市场中获得的收益最大为优化目标建立抽水蓄能机组效益模型(主要利用其目标函数计算适应度值)，根据步骤2)优化得到的抽水蓄能机组的出力、抽水功率及相应电价，计算每一组报价策略下抽水蓄能机组在电力现货市场获得的收益(即电能量市场收益和调频辅助服务市场收益之和减去抽水购电费用后的净收益)并作为对应个体的适应度值，然后使用遗传算法进行迭代寻优，得到抽水蓄能机组效益模型的求解结果(即最优的一组报价策略)，在迭代寻优过程中(通过遗传操作，即选择、交叉和变异，产生新的报价组合，并通过多代种群进行反复寻优)，每一代遗传种群中个体的适应度值均为对应报价策略下抽水蓄能机组的出力、抽水功率及相应电价在经所述市场出清模型优化后所对应的在电力现货市场获得的收益(根据抽水蓄能机组效益模型目标函数，可结合电价计算得到)。优选的，所述报价策略包括抽水蓄能机组的电能量市场报价ρe(w)和调频辅助服务市场报价ρr(w)，w＝1,…,W(抽水蓄能机组以所在电站为单位进行统一报价，即同一抽水蓄能电站的抽水蓄能机组报价相同)。优选的，所述市场出清模型的目标函数(下层目标函数)为：其中，分别是第i台其他机组在电能量市场、调频辅助服务市场中的报价，Pi(t)是第i台其他机组在电能量市场的出力，是第i台其他机组在调频辅助服务市场的出力；ρe是抽水蓄能机组在电能量市场中的报价，ρr是抽水蓄能机组在调频辅助服务市场中的调频里程报价，Pj(t)是第j台抽水蓄能机组在电能量市场的出力，Rj(t)是第j台抽水蓄能机组在调频辅助服务市场的调频容量；T1为电能量市场调度时刻集合(一般为96个时刻)，T2为调频辅助服务市场调度时刻集合(一般为24个时刻)，M为其他机组数，N为抽水蓄能机组数。优选的，所述系统安全运行约束包括系统负荷平衡约束、系统正备用和负备用约束、系统旋转备用约束、线路潮流约束及系统调频容量约束；4.1)系统负荷平衡约束表示为：其中，Dj(t)是第j台抽水蓄能机组的抽水功率，PL(t)是系统负荷功率，λe(t)是系统统一出清电价；t均为电能量市场调度时刻；4.2)系统正备用和负备用约束表示为：其中，Pi,max是第i台其他机组的出力上限，Pi,min是第i台其他机组的出力下限；Pj,max是第j台抽水蓄能机组的出力上限，Pj,min是第j台抽水蓄能机组的出力下限；Ui(t)表示第i台其他机组在t时刻的开停机状态(处于开机状态值为1，处于停机状态值为0)，Uj(t)表示第j台抽水蓄能机组在t时刻的开停机状态，Uj,pump(t)表示第j台抽水蓄能机组在t时刻的抽水状态(处于抽水状态值为1，未处于抽水状态值为0)；分别是正、负备用容量，除了的t是调频辅助服务市场调度时刻，其他参数的t是电能量市场调度时刻；4.3)系统旋转备用约束表示为：其中，ramp_up是上爬坡率，ramp_down是下爬坡率；Ps(t)是t时刻第s台机组在电能量市场的出力；Pt,s,max是t时刻第s台机组的出力上限；Pt+1,s,min是下一时刻(t+1时刻)第s台机组的出力下限；为上旋转备用需求，为下旋转备用需求，除了的t是调频辅助服务市场调度时刻，其他参数的t是电能量市场调度时刻；4.4)线路潮流约束表示为：其中，gl,i、gl,j、gl,k分别为第l条线路对其他机组、抽水蓄能机组、节点负荷的转移分布因子；Ll,max为第l条线路最大有功传输容量，PL,k(t)为第k个节点的注入负荷，K为系统节点数；μ+l(t)、μ-l(t)分别是正对偶变量、负对偶变量；t均为电能量市场调度时刻；4.5)系统调频容量约束表示为：其中，j()是第j台抽水蓄能机组在调频辅助服务市场的调频容量，Ri(t)是第i台其他机组在调频辅助服务市场的调频容量，RL(t本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.抽水蓄能机组在日前电力现货市场的双层竞价优化方法，其特征在于：包括以下步骤：/n1)在抽水蓄能电站的报价范围内随机生成W组报价策略，以每组报价策略代表初始遗传种群中的一个个体，并确定遗传算法的运行参数，所述运行参数包括遗传代数G、交叉概率Pc和变异概率Pm；/n2)以系统的发电总费用最小为优化目标建立市场出清模型，使用分支界定法求解该市场出清模型，得到任意一组报价策略下抽水蓄能机组的出力、抽水功率，并计算电价；其中所述市场出清模型的约束条件包括系统安全运行约束、抽水蓄能机组约束、其他机组约束和市场关联约束；/n3)以抽水蓄能机组在电力现货市场中获得的收益最大为优化目标建立抽水蓄能机组效益模型，根据步骤2)优化得到的抽水蓄能机组的出力、抽水功率及相应电价，计算每一组报价策略下抽水蓄能机组在电力现货市场获得的收益并作为对应个体的适应度值，然后使用遗传算法进行迭代寻优，得到抽水蓄能机组效益模型的求解结果，在迭代寻优过程中，每一代遗传种群中个体的适应度值均为对应报价策略下抽水蓄能机组的出力、抽水功率及相应电价在经所述市场出清模型优化后所对应的在电力现货市场获得的收益。/n

【技术特征摘要】
1.抽水蓄能机组在日前电力现货市场的双层竞价优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)在抽水蓄能电站的报价范围内随机生成W组报价策略，以每组报价策略代表初始遗传种群中的一个个体，并确定遗传算法的运行参数，所述运行参数包括遗传代数G、交叉概率Pc和变异概率Pm；
2)以系统的发电总费用最小为优化目标建立市场出清模型，使用分支界定法求解该市场出清模型，得到任意一组报价策略下抽水蓄能机组的出力、抽水功率，并计算电价；其中所述市场出清模型的约束条件包括系统安全运行约束、抽水蓄能机组约束、其他机组约束和市场关联约束；
3)以抽水蓄能机组在电力现货市场中获得的收益最大为优化目标建立抽水蓄能机组效益模型，根据步骤2)优化得到的抽水蓄能机组的出力、抽水功率及相应电价，计算每一组报价策略下抽水蓄能机组在电力现货市场获得的收益并作为对应个体的适应度值，然后使用遗传算法进行迭代寻优，得到抽水蓄能机组效益模型的求解结果，在迭代寻优过程中，每一代遗传种群中个体的适应度值均为对应报价策略下抽水蓄能机组的出力、抽水功率及相应电价在经所述市场出清模型优化后所对应的在电力现货市场获得的收益。


2.根据权利要求1所述抽水蓄能机组在日前电力现货市场的双层竞价优化方法，其特征在于：所述报价策略包括抽水蓄能机组的电能量市场报价和调频辅助服务市场报价。


3.根据权利要求1所述抽水蓄能机组在日前电力现货市场的双层竞价优化方法，其特征在于：所述市场出清模型的目标函数为：



其中，分别是第i台其他机组在电能量市场、调频辅助服务市场中的报价，Pi(t)、分别是第i台其他机组在电能量市场、调频辅助服务市场的出力，ρe是抽水蓄能机组在电能量市场的报价，ρr是抽水蓄能机组在调频辅助服务市场中的调频里程报价，Pj(t)是第j台抽水蓄能机组在电能量市场的出力，Rj(t)是第j台抽水蓄能机组在调频辅助服务市场的调频容量，T1为电能量市场调度时刻集合，T2为调频辅助服务市场调度时刻集合，M为其他机组数，N为抽水蓄能机组数。


4.根据权利要求1所述抽水蓄能机组在日前电力现货市场的双层竞价优化方法，其特征在于：所述系统安全运行约束包括系统负荷平衡约束、系统正备用和负备用约束、系统旋转备用约束、线路潮流约束及系统调频容量约束；
4.1)系统负荷平衡约束表示为：



其中，Pi(t)是第i台其他机组在电能量市场的出力，Pj(t)是第j台抽水蓄能机组在电能量市场的出力，Dj(t)是第j台抽水蓄能机组的抽水功率，PL(t)是系统负荷功率，λe(t)是系统统一出清电价，M为其他机组数，N为抽水蓄能机组数；
4.2)系统正备用和负备用约束表示为：






其中，Pi，max是第i台其他机组的出力上限，Pi，min是第i台其他机组的出力下限，Pj，max是第j台抽水蓄能机组的出力上限，Pj，min是第j台抽水蓄能机组的出力下限，Ui(t)表示第i台其他机组在t时刻的开停机状态，Uj(t)表示第j台抽水蓄能机组在t时刻的开停机状态，Uj，pump(t)表示第j台抽水蓄能机组在t时刻的抽水状态，PL(t)是系统负荷功率，分别是正、负备用容量，M为其他机组数，N为抽水蓄能机组数；
4.3)系统旋转备用约束表示为：






其中，ramp_up是上爬坡率，ramp_down是下爬坡率，Ps(t)是t时刻第s台机组在电能量市场的出力，Pt，s，max是t时刻第s台机组的出力上限，Pt+1，s，min是下一时刻第s台机组的出力下限，为上旋转备用需求，为下旋转备用需求，M为其他机组数，N为抽水蓄能机组数；
4.4)线路潮流约束表示为：



其中，gl，i、gl，j、gl，k分别为第l条线路对其他机组、抽水蓄能机组、节点负荷的转移分布因子，Ll，max为第l条线路最大有功传输容量，PL，k(t)为第k个节点的注入负荷，Pi(t)是第i台其他机组在电能量市场的出力，Pj(t)是第j台抽水蓄能机组在电能量市场的出力，Dj(t)是第j台抽水蓄能机组的抽水功率，K为系统节点数，M为其他机组数，N为抽水蓄能机组数，μ+l(t)、μ-l(t)分别是正对偶变量、负对偶变量；
4.5)系统调频容量约束表示为：



其中，Rj(t)是第j台抽水蓄能机组在调频辅助服务市场的调频容量，Ri(t)是第i台其他机组在调频辅助服务市场的调频容量，RL(t)为系统在t时刻的调频容量需求，λr(t)为系统在t时刻的调频电价，M为其他机组数，N为抽水蓄能机组数。


5.根据权利要求1所述抽水蓄能机组在日前电力现货市场的双层竞价优化方法，其特征在于：所述抽水蓄能机组约束包括出力上下限约束、发电/抽水同时性约束、库容约束、最大启停次数约束及调频上下限约束；
5.1)出力上下限约束表示为：
Uj(t)Pj，min≤Pj(t)≤Uj(t)Pj，max
其中，Uj(t)表示第j台抽水蓄能机组在t时刻的开停机状态，Pj，max是第j台抽水蓄能机组的出力上限，Pj，min是第j台抽水蓄能机组的出力下限，Pj(t)是第j台抽水蓄能机组在电能量市场的出力；
5.2)发电/抽水同时性约束表示为：
0≤max(Uj(t))...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐克强，李泽文，张勇，别朝红，王科，周浩然，聂涌泉，刘凡，何越，刘起兴，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44