一种耦合水电弃能消纳的日前现货市场多阶段出清方法技术

本发明专利技术提出一种耦合水电弃能消纳的日前现货市场多阶段出清方法。第一阶段引入弃能电站报价修正策略，通过等比例调减弃能电站报价，实现市场优先出清，从自身角度消纳弃能；第二阶段引入上游电站电量控制策略，利用下游电站弃能反向推算上游电站应消减电量，构建日电量控制约束，从上游电站电量角度消纳弃能；第三阶段引入上游电站出力控制策略，考虑梯级滞时精细化推算上游电站各时段出力上限，构建了出力控制约束，从上游电站电力角度消纳弃能；最后基于“谁获利、谁负责”的公平性原则，构建了多阶段结算补偿策略。本发明专利技术能够有效协调上下游电站出清电量，避免报价不匹配导致的竞争性弃水，为高比例水电市场现货交易提供了新的思路。思路。思路。

【技术实现步骤摘要】
一种耦合水电弃能消纳的日前现货市场多阶段出清方法


[0001]本专利技术涉及电力市场领域及水电调度运行领域，特别涉及一种耦合水电弃能消纳的日前现货市场多阶段出清方法。
技术背景
[0002]我国电力市场改革已经进入深水区，如何建立适合我国电网特点和市场化机制的模型和方法，是现阶段电力市场改革的破冰关键。对于水电装机占比超过电网70％，发电量超过80％，主要由大型梯级水电站群构成的云南、四川高比例水电电网，如何解决水电参与电力现货市场的出清问题，就成为电力现货市场建设面临的难点和痛点问题。
[0003]不同于火电为主系统，水电为主系统梯级上下游间存在紧密的时空耦合联系，使得调节性能较差的下游电站发电能力极大受制于上游电站的发电决策。在以购电费用最小或社会福利最大为目标的出清规则下，当上游电站报价低、下游电站报价高时，下游电站极有可能会因为上游电站中标电量多而产生竞争性弃水。因此，如何在高比例水电电力现货市场出清中，尽可能减少弃水、促进清洁能源消纳就成为必须要解决的核心问题。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提出一种耦合水电弃能消纳的日前现货市场多阶段出清方法，并基于云南电网构建测试系统进行实例分析，结果显示本专利技术成果能够有效协调上下游电站出清电量，避免报价不匹配导致的竞争性弃水。
[0005]本专利技术技术方案：
[0006]一种耦合水电弃能消纳的日前现货市场多阶段出清方法，具体步骤如下：
[0007](1)根据各电站投标信息及电网运行约束、市场边界条件，构建常规出清模型M，并计算确定常规出清结果；
[0008]常规出清模型M具体构建如下：
[0009]1)目标函数
[0010]系统购电费用最小(见式(20))。
[0011]2)约束条件
[0012]负荷平衡约束、线路潮流约束、梯级水电站相关约束以及火电机组运行约束(见式(21)
‑
(39))。
[0013](2)若常规出清结果发生弃能，则引入多阶段弃能消纳策略，逐阶段优化出清，以减少水电站弃水。
[0014]第一阶段：弃能电站报价修正策略；即通过调减弃能电站报价，使其能够优先出清，从而减少弃能。本阶段主要从弃能电站自身出发，通过调减弃能电站报价，使其能够优先出清，以获得更多的中标电量，减少弃能；同时需要引入两类约束以保证再次出清结果的合理性。具体步骤如下：
[0015]1)修正弃能电站报价
[0016]对于产生弃能的电站，引入一个修正系数(小于1)，通过将各段报价与修正系数相乘，确定最终的弃能修正报价，修正后的报价应小于当前市场所有市场主体的报价。若常规市场出清后有多个电站弃能，则应在保持弃能电站原报价序列的基础上修正报价，即满足式(1)，以确保在有限的市场空间内优先消纳原报价更低的弃能电量。
[0017][0018]式中：λ
i,k
和λ
j,k
分别为弃能电站i和j修正前第k段电能量报价；λ
′
i,k
和λ
′
j,k
分别为弃能电站i和j修正后第k段电能量报价。
[0019]2)构建控制约束
[0020]控制约束包括非弃能电站弃能控制约束、弃能电站弃能控制约束以及弃能电站出力控制约束。具体构建方法如下：
[0021]a)非弃能电站弃能控制约束。常规出清中非弃能的电站，在本阶段出清中仍不能产生弃能。即满足式(2)：
[0022][0023]式中：QS
′
i,t
为非弃能电站i在本阶段出清中时段t的弃水流量。
[0024]b)弃能电站弃能控制约束。常规出清中弃能的电站，在本阶段出清中不能产生新的弃能。即满足式(3)：
[0025][0026]式中：QS
i,t
为弃能电站i在常规出清中时段t的弃水流量。
[0027]c)弃能电站出力控制约束。常规出清中弃能的电站，在本阶段出清中不能中标弃能出力之上、本不应中标的出力，故各时段需要增加最大可中标出力控制约束。即满足式(4)：
[0028][0029]式中：P
′
i,t
为弃能电站i在本阶段出清中时段t的中标出力；为弃能电站i在本阶段出清中时段t的最大可中标出力。
[0030]详细的弃能电站各时段最大可中标出力确定方法步骤如下：
[0031]步骤1：确定弃能电站各时段耗水率。根据常规出清结果，采用式(5)确定耗水率。
[0032][0033]式中：r
i,t
为弃能电站i在常规出清中时段t的耗水率；QP
i,t
为弃能电站i在常规出清中时段t的发电流量；P
i,t
为弃能电站i在常规出清中时段t的中标出力。
[0034]步骤2：确定弃能电站各时段弃能出力。采用式(6)计算弃能电站各时段弃能出力。
[0035][0036]式中：PS
′
i,t
为弃能电站i在常规出清中时段t的弃能出力；为弃能电站i在时段
t的出力上限。
[0037]步骤3：按照式(7)计算弃能电站各时段最大可中标出力。
[0038][0039]第二阶段：上游电站电量控制策略；即通过削减弃能电站上游电站成交电量，减少下泄水量，从而减少下游电站弃能。首先，从最后一个弃能时段t'开始，根据第一阶段弃能电站时段[1,t']弃能情况计算上游电站对应时段应削减电量；然后将第一阶段中标电量与应削减电量之差作为上游电站在本阶段出清中时段[1,t']的最大可中标电量，据此构建上游电站电量控制约束，并将其嵌入出清模型中，进而从“电量”角度减少下游电站弃能。
[0040]上游电站电量控制约束构建步骤如下：
[0041]步骤1：确定最后一个弃能时段t'。根据第一阶段出清结果，确定弃能电站最后一个弃水时段，并标记为t'。
[0042]步骤2：确定上游电站时段[1,t']的平均耗水率。根据第一阶段出清结果，首先采用式(5)确定各时段耗水率r
′
i
‑
1,t
，然而根据式(8)确定时段[1,t']平均耗水率。
[0043][0044]式中：r
′
i
‑1为上游电站i
‑
1在第一阶段出清中时段[1,t']平均耗水率；r
′
i
‑
1,t
为上游电站i
‑
1在第一阶段出清中时段t的耗水率。
[0045]步骤3：根据第一阶段出清中弃能电站弃能情况，按照式(9)确定上游电站应削减电量。
[0046][0047]式中：ES
″
i
‑1为上游电站i
‑
1应削减电量；Δt为时段t的小时数。
[0048]步骤4：按照式(10)计算上游电站最大可中标电量。
[0049][0050]式中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合水电弃能消纳的日前现货市场多阶段出清方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据各电站投标信息及电网运行约束、市场边界条件，构建常规出清模型M，并计算确定常规出清结果；(2)若常规出清结果发生弃能，则引入多阶段弃能消纳策略，逐阶段优化出清，以减少水电站弃水；具体如下：第一阶段：弃能电站报价修正策略；即通过调减弃能电站报价，使其能够优先出清，从而减少弃能；第二阶段：上游电站电量控制策略；即通过削减弃能电站上游电站成交电量，减少下泄水量，从而减少下游电站弃能；第三阶段：上游电站出力控制策略；即根据上下游滞时关系，削减上游电站出力，进一步精细化减少下游电站弃能；(3)根据步骤(2)中多阶段弃能消纳策略，在常规出清模型M基础上，分别引入控制性约束，构建多阶段出清模型：第一阶段出清模型M1、第二阶段出清模型M2、第三阶段出清模型M3；(4)为确保各电站获得合理补偿收益，针对第一阶段设计激励相容的结算补偿策略，针对第二、三阶段设计净收益公平分享结算补偿策略；(5)按顺序依次开展三阶段出清计算，逐阶段减少水电站弃能，并确定各阶段出清结果及节点电价；(6)根据不同阶段出清结果及节点电价，按照步骤(4)中结算补偿策略进行结算。2.根据权利要求1所述的一种耦合水电弃能消纳的日前现货市场多阶段出清方法，其特征在于，所述的常规出清模型M具体如下：A.目标函数：系统购电费用最小式中：为水电h第k段能量报价；为火电机组th第k段能量报价；为火电机组th在时段t的启动成本；为水电h在时段t的第k段能量报价中标出力；为火电机组th在时段t的第k段能量报价中标出力；火电按机组报价，水电按厂站报价；h和H分别为水电站编号和总数；th和TH分别为火电机组编号和总数；t和T分别为交易时段编号和总数；k和K分别为发电商申报能量段编号和总数；B.约束条件1)系统负荷平衡约束式中：D
t
为时段t的系统总负荷；2)线路潮流约束
式中：为线路l的潮流传输极限；G
l,h
为水电h所在节点对线路l的发电输出功率转移分布因子；G
l,th
为火电th所在节点对线路l的发电输出功率转移分布因子；G
l,i
为节点i对线路l的转移分布因子；D
i,t
为节点i在时段t的母线负荷值；i和I分别为节点编号和总数；l和L分别为线路编号和总数；3)梯级水电站约束a)水量平衡方程式中：V
h,t
为电站h在时段t的库容；QN
h,t
为电站h在时段t的区间入库流量；QO
h,t
为电站h在时段t的出库流量；为电站h的第up个直接上游电站在时段t
‑
τ
h,up
的出库流量；UP
h
为电站h的直接上游电站集合；τ
h,up
为电站h到up的水流滞时；b)出库流量方程式中：QP
h,t
为电站h在时段t的发电流量；QS
h,t
为电站h在时段t的弃水流量；c)初始水位约束式中：Z
h,begin
为电站h的调度期初始水位；d)水位上下限约束式中：和Z
h
分别为电站h的水位上限和下限；e)出库流量上下游约束式中：和QO
h
分别为电站h的出库流量上限和下限；f)发电流量上下限约束式中：和QP
h
分别为电站h的发电流量上限和下限；g)弃水流量约束h)出力限制约束式中：和分别为电站h的出力上限和下限；i)净水头方程式中：ZQ
h,t
、H
h,t
及hloss
h,t
分别为电站h在时段t的尾水位、发电净水头、水头损失；
j)水位库容曲线式中：f
h,zv
(
·
)为电站h的水位库容关系函数；k)尾水位泄量曲线式中：f
h,zq
(
·
)为电站h的尾水位泄量关系函数；l)水电出力函数式中：f
h
(
·
)为电站h的出力函数；4)火电机组约束a)机组出力约束式中：α
th,t
为火电机组th在时段t的启停状态变量，α
th,t
＝1为开机状态，α
th,t
＝0为关机状态；和分别为火电机组出力上限和下限；b)机组爬坡约束b)机组爬坡约束式中：和分别为火电机组th最大上爬坡率和最大下爬坡率；c)机组最小连续开停机时间约束开停机时间约束式中：和分别为火电机组th最小连续开机时间和最小连续停机时间。3.根据权利要求1所述的一种耦合水电弃能消纳的日前现货市场多阶段出清方法，其特征在于，步骤(2)中所述的多阶段弃能消纳策略具体如下：A.第一阶段：弃能电站报价修正策略本阶段主要从弃能电站自身出发，通过调减弃能电站报价，使其能够优先出清，以获得更多的中标电量，减少弃能；同时需要引入两类约束以保证再次出清结果的合理性；1)修正弃能电站报价对于产生弃能的电站，引入一个小于1的修正系数，通过将各段报价与修正系数相乘，确定最终的弃能修正报价，修正后的报价应小于当前市场所有市场主体的报价；若常规市场出清后有多个电站弃能，则应在保持弃能电站原报价序列的基础上修正报价，即满足式(21)，以确保在有限的市场空间内优先消纳原报价更低的弃能电量；
式中：λ
i,k
和λ
j,k
分别为弃能电站i和j修正前第k段电能量报价；λ
′
i,k
和λ
′
j,k
分别为弃能电站i和j修正后第k段电能量报价；2)构建控制约束控制约束包括非弃能电站弃能控制约束、弃能电站弃能控制约束以及弃能电站出力控制约束；具体构建方法如下：a)非弃能电站弃能控制约束；常规出清中非弃能的电站，在本阶段出清中仍不能产生弃能；即满足式(22)：式中：QS
′
i,t
为非弃能电站i在本阶段出清中时段t的弃水流量；b)弃能电站弃能控制约束；常规出清中弃能的电站，在本阶段出清中不能产生新的弃能；即满足式(23)：式中：QS
i,t
为弃能电站i在常规出清中时段t的弃水流量；c)弃能电站出力控制约束；常规出清中弃能的电站，在本阶段出清中不能中标弃能出力之上、本不应中标的出力，故各时段需要增加最大可中标出力控制约束；即满足式(24)：式中：P
′
i,t
为弃能电站i在本阶段出清中时段t的中标出力；为弃能电站i在本阶段出清中时段t的最大可中标出力；弃能电站各时段最大可中标出力确定方法步骤如下：步骤1：确定弃能电站各时段耗水率；根据常规出清结果，采用式(25)确定耗水率；式中：r
i,t
为弃能电站i在常规出清中时段t的耗水率；QP
i,t
为弃能电站i在常规出清中时...

【专利技术属性】
技术研发人员：程春田，申建建，贾泽斌，蔡华祥，吕泉，王帮灿，谢蒙飞，
申请(专利权)人：昆明电力交易中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：