基于可再生能源与负荷响应的电力市场机制设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于可再生能源随机性和负荷响应的日前电力市场机制设计方法，包括以下步骤：输入系统内可再生能源发电站的历史出力功率的预测数据和实测数据；基于截断通用分布模型建模可再生能源发电的分布模型；建立电力市场日前出清模型，及售电商下可控用电设备模型；基于交替方向乘子法求解分布式日前市场出清模型与售电商下可控用电设备模型；输出日前常规机组、可再生能源发电站的计划出力曲线和售电商下可控用电设备模型的负荷功率曲线。本发明专利技术模型相比于传统含可再生能源的确定性模型，能够较大地降低社会成本，基于交替方向乘子法的分布式日前市场出清算法具备良好的收敛性和高效的计算效率。

Design method of electricity market mechanism based on renewable energy and load response

【技术实现步骤摘要】
基于可再生能源与负荷响应的电力市场机制设计方法
本专利技术涉及电力市场设计领域，具体涉及基于可再生能源与负荷响应的电力市场机制设计方法。
技术介绍
现今，中国的电力市场改革正在逐步开展，电力体制改革的重点是建立统一、开放、竞争性的电力市场体系，充分发挥市场在资源配置中的决定性作用，与欧洲和美国等国家的电力市场形成过程不同的是，中国的电力市场建设伴随着可再生能源不断发展的新趋势，中国的研究机构表示，到2050年，中国将有60％的电力来自可再生能源。目前，国内外很多学者着眼于电力市场机制的研究，对于可再生能源的处理，往往忽略了其随机性的影响。然后，在对于可再生能源接入电力市场、并通过售电商的负荷响应技术来帮助平抑可再生能源发电的随机性和波动性方面，却鲜有研究。随着可再生能源渗透率的不断提高，可再生能源发电站被要求与传统发电站一道参与电力市场交易，与火电等传统电源相比，风电，太阳能光伏发电等可再生能源具有很强的随机性(不确定性)，必须在日前电力市场机制设计予以考虑。另外，国内外研究和实践已经表明,科学地开展需求响应将为电网的经济和安全运行带来显著的效益。售电商下用户的负荷可以分为不可控负荷和可控负荷两大类，售电商可通过应用负荷响应技术来在一定程度上平抑可再生能源发电的随机性和波动性。通过考虑用户满意度函数并合理安排售电商下用户的空调负荷、电动汽车负荷等典型可控用电设备的用电功率曲线，在统调模式下降低社会的成本。然而，在传统统调模式下，交易机构或调度中心需要利用售电商下的用户满意度函数及用户的用电功率等私密信息进行求解，在实地操作中难以进行。有鉴于此，急需提供一种即考虑可再生能源随机性，且考虑负荷响应的日前电力市场机制设计方法。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是提供了一种基于可再生能源随机性和负荷响应的日前电力市场机制设计方法，包括以下步骤：S1、输入系统内可再生能源发电站的历史出力功率的预测数据和实测数据；S2、基于截断通用分布模型建模可再生能源发电的分布模型；S3、建立电力市场日前出清模型，及售电商下可控用电设备模型；S4、基于交替方向乘子法求解分布式日前市场出清模型与售电商下可控用电设备模型；S5、输出日前常规机组、可再生能源发电站的计划出力曲线和售电商下可控用电设备模型的负荷功率曲线。。在上述方法中，所述步骤S3中电力市场日前出清模型根据步骤S2中可再生能源发电的分布模型，并基于常规机组成本、可再生能源发电站的发电成本与终端用户满意度函数建立。在上述方法中，所述步骤S2中截断通用分布模型建立可再生能源发电的分布模型如下：连续型随机变量X服从一个形状参数为α、β和γ的截断通用分布，则X～V(α,β,γ)(1)其中，X为指可再生能源发电站的实测功率，α、β和γ分别为垂直参数、偏度参数和水平参数，且满足：-∞＜α，β，γ＜+∞(2)截断通用分布的PDF函数为：式中，x、代表标准化区间，即截断通用分布概率密度函数值严格非零的定义域区间；在表征可再生能源功率实际功率值时，x＝0，M为标准化系数：截断通用分布的CDF函数为：对于给定某一置信水平c，截断通用分布的CDF逆函数为：在上述方法中，所述可再生能源发电站的发电成本如下：式中，t＝{1,2,……T}为电力系统日前出清的时间周期，j＝{1,2,……J}为可再生能源发电站集合；为对于出清时间周期t下的可再生能源发电站j的实际可能功率；为出力基准值；为随机变量，为决策变量；bt为购买功率缺额的成本系数，st为卖给现货市场的价格；常规机组成本采用以下方式计算：式中，ai、bi和ci分别为常规机组的二次发电成本的二次、一次和常数项系数，为在出清时间周期t下常规机组i的负荷功率；终端用户满意度函数采用以下方式计算：式中，为在出清时间周期t下常规机组i的出力和售电商n下用户r对应的可控用电设备s的负荷功率；Unrs(·)为与用户满意度对应的函数。在上述方法中，所述电力市场日前出清模型为：基于直流潮流，最小化总社会成本的电力市场日前出清模型如下：约束条件为：其中，式(12)为常规机组的功率上下限约束，其中和分别为常规机组i的功率下限和上限；式(13)为常规机组的爬坡约束，其中为常规机组i的最大爬坡功率；式(14)为可再生能源发电站的功率限制，其中为可再生能源发电站j的装机容量；式(15)为售电商的可控负荷功率限制，其中为售电商n的可控负荷最大功率限制；式(16)为售电商自身的可控负荷功率平衡约束，其中每一个售电商服务于一个居民用户集合每一个居民用户拥有一个可控设备集合式(17)为功率平衡约束，为出清时间周期t下系统节点b对应的负荷功率，为系统节点集合；式(18)为线路传输容量约束，其中为线路l对应的允许流过的最大功率，为系统传输线路集合，Kli、Klj、Kln和Klb分别为常规机组i、可再生能源发电站j、售电商n和节点b下负荷对应的直流潮流分配系数。在上述方法中，所述售电商下可控用电设备模型为：以空调负荷和PHEV负荷模型作为研究对象，其中空调负荷的数学模型如下所示：其中，式(19)为空调负荷功率与环境变化的关系，为室内温度，εn,r,air为空气的惯性系数，为预测的室外温度，为空调负荷功率，κn,r,air为导热性系数；式(19)为室内温度范围，和分别是最低和最高室内温度；PHEV的数学模型如下所示：其中，式(22)为电动汽车从时间到时间的充电过程，其中为充电功率，En,r,ev为总的充电电量；式(23)为充电功率限制，为最小充电功率，为和最大充电功率。在上述方法中，所述交替方向乘子法如下：含线性约束的凸优化问题：对于式(7)～(23)，式(24)中x即决策变量和y即决策变量即和式(7)～(23)的增广拉格朗日函数为：式中，为与约束条件式(16)对应的拉格朗日乘子向量；在上述方法中，所述交替方向乘子法算法步骤如下：S41、初始化λ(0)＝0，当k＝1,2,3,...K；S42、更新决策变量：S43、更新对偶变量：S44、收敛判据：判断若式(28)成立，则结束算法；否则，使k＝k+1，返回步骤S42；在上述方法中，所述步骤S42中更新决策变量中的x(k)求解如下：s.t为(11)～(14)、(16)～(17)；更新决策变量中的y(k)求解过程为：本专利技术提出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于可再生能源随机性和负荷响应的日前电力市场机制设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、输入系统内可再生能源发电站的历史出力功率的预测数据和实测数据；/nS2、基于截断通用分布模型建模可再生能源发电的分布模型；/nS3、建立电力市场日前出清模型，及售电商下可控用电设备模型；/nS4、基于交替方向乘子法求解分布式日前市场出清模型与售电商下可控用电设备模型；/nS5、输出日前常规机组、可再生能源发电站的计划出力曲线和售电商下可控用电设备模型的负荷功率曲线。/n

【技术特征摘要】
1.基于可再生能源随机性和负荷响应的日前电力市场机制设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、输入系统内可再生能源发电站的历史出力功率的预测数据和实测数据；
S2、基于截断通用分布模型建模可再生能源发电的分布模型；
S3、建立电力市场日前出清模型，及售电商下可控用电设备模型；
S4、基于交替方向乘子法求解分布式日前市场出清模型与售电商下可控用电设备模型；
S5、输出日前常规机组、可再生能源发电站的计划出力曲线和售电商下可控用电设备模型的负荷功率曲线。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中电力市场日前出清模型根据步骤S2中可再生能源发电的分布模型，并基于常规机组成本、可再生能源发电站的发电成本与终端用户满意度函数建立。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中截断通用分布模型建立可再生能源发电的分布模型如下：
连续型随机变量X服从一个形状参数为α、β和γ的截断通用分布，则
X～V(α,β,γ)(1)
其中，X为指可再生能源发电站的实测功率，α、β和γ分别为垂直参数、偏度参数和水平参数，且满足：
-∞＜α，β，γ＜+∞(2)
截断通用分布的PDF函数为：



式中，x、代表标准化区间，即截断通用分布概率密度函数值严格非零的定义域区间；
在表征可再生能源功率实际功率值时，x＝0，M为标准化系数：



截断通用分布的CDF函数为：



对于给定某一置信水平c，截断通用分布的CDF逆函数为：





4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述可再生能源发电站的发电成本如下：






式中，t＝{1,2,……T}为电力系统日前出清的时间周期，j＝{1,2,……J}为可再生能源发电站集合；为对于出清时间周期t下的可再生能源发电站j的实际可能功率；为出力基准值；为随机变量，为决策变量；
bt为购买功率缺额的成本系数，st为卖给现货市场的价格；
常规机组成本采用以下方式计算：



式中，ai、bi和ci分别为常规机组的二次发电成本的二次、一次和常数项系数，为在出清时间周期t下常规机组i的负荷功率；
终端用户满意度函数采用以下方式计算：



式中，为在出清时间周期t下常规机组i的出力和售电商n下用户r对应的可控用电设备s的负荷功率；Unrs(·)为与用户满意度对应的函数。


5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电力市场日前出清模型为：
基于直流潮流，最小化总社会成本的电力市场日前出清模型如下：



约束条件为：










...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐程辉，张凡，曲昊源，马莉，张晓萱，赵天，宋海旭，张笑峰，徐杨，林晓斌，冯昕欣，
申请(专利权)人：国网能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11