水电与电转气结合的中长期风水火发电量双层规划方法技术

本发明专利技术涉及水电与电转气结合的中长期风水火发电量双层规划方法，包括：预测中长期风电、水电出力和负荷电量，对风电不确定性建立随机场景集；以购电商购电成本最小为目标，建立中长期电能市场购电模型；以发电商收益最大为目标，建立基于合约转让机制的风水火发电优化配置模型；求解双层规划模型，得到最优的电转气容量和各发电商的最优发电方案。本发明专利技术利用双层规划的上层中长期电能市场购电模型，实现了电能市场购电成本最小；双层规划的下层基于合约转让机制的风水火发电优化配置模型，求解得到最优电转气容量配置，各发电商合约电量，提高了水电调节灵活性，提升了风电在中长期消纳占比，实现了电转气设备以及能源优化配置。置。置。

【技术实现步骤摘要】
水电与电转气结合的中长期风水火发电量双层规划方法


[0001]本专利技术属于新能源优化控制领域，具体涉及一种水电与电转气结合的中长期风水火发电量双层规划方法。

技术介绍

[0002]为了改善水电调节灵活性，提升风电在中长期的消纳比例，风火水发电商与电网签订中长期合约。风电实际出力具有明显的波动性和随机性，这使得风电在中长期市场的中标电量较低。日渐成熟的电转气技术能实现电能对氢气和天然气的转换。电转气具有能量转移和大规模储能的特点，可广泛应用于电力系统中，具有消纳弃风/弃水的积极作用，能够提供调峰调频等服务。但是电转气的投资成本较高，若其单独作为投资运营主体，会面临选址、建设投资较大以及成本回收困难等问题。水电是优质的调节能源，可以为系统提供调节服务。但其参与调节，会产生大量弃水，导致发电量较少，降低了经济效益与竞争力，参与系统调节主动性不高。

技术实现思路

[0003]本专利技术的技术问题是风电具有波动性和随机性，导致风电发电商不能履行中长期合约，甚至弃风等现象，如何在保证电力系统安全稳定运行的前提下，改善电网系统调节灵活性，提高清洁能源的比例成为亟需解决的问题。
[0004]本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种水电与电转气结合的中长期风水火发电量双层规划方法，采用风电品质分段思想，风电出力预测分成确定部分和不确定部分；引入电转气与水电进行联合调节，一方面在水电站内配置电转气，解决了电转气选址问题，另一方面，电转气能通过将多余弃水转换成气体进行出售，给水电带来直接的售能效益外，可提高水电参与系统调节的主动性；并引入中长期合约转让机制，水电、火电可将中长期发电合约转让给风电。双层规划的上层为中长期电能市场购电模型，上层规划使电能市场购电成本最小；下层为基于合约转让机制的风水火发电优化配置模型，双层规划的下层利用水电与电转气联合调节的方式，促进水电对风电的发电合约转让，提高风电消纳比例，优化电转气容量配置。
[0005]本专利技术的技术方案是水电与电转气结合的中长期风水火发电量双层规划方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：预测中长期风电、水电出力和负荷电量，对风电不确定性建立随机场景集；
[0007]步骤2：以电力市场购电成本最小为目标，建立中长期电能市场购电模型；
[0008]步骤3：电转气实现电能对氢气和天然气(甲烷)的转换具体过程；
[0009]步骤4：以发电商收益最大为目标，建立基于合约转让机制的风水火发电优化配置模型；
[0010]步骤4.1：建立风水火发电优化配置模型的目标函数以及约束条件；
[0011]步骤4.2：分别确定风电、水电和火电发电商的收益函数；
[0012]步骤5：求解双层规划模型，得到最优的电转气容量和各发电商的最优发电方案。
[0013]步骤1中，采用风电品质分段思想，将风电预测的发电量分为确定部分和不确定部分；利用非参数核密度估计方法，得到风电概率密度曲线，对风电的不确定部分建立随机模拟场景，利用改进的k
‑
means聚类进行距离场景消减，将概率距离相近的场景用典型场景表示，形成具有概率值的典型场景集。
[0014]优选地，中长期电能市场购电模型的目标函数如下：
[0015][0016]式中，f表示电力市场中长期购电成本，T为中长期时间段总数；N为火电机组数目；M为风电场数目；为水电发电商的t时段的合约价格；为风电场m的t时段的合约价格；为火电机组n的t时段的合约价格；为水电发电商的t时段合约电量；为风电场m的t时段的合约电量；为火电机组n的t时段的合约电量。
[0017]进一步地，中长期电能市场购电模型的约束条件包括：
[0018]1)报价约束
[0019][0020][0021][0022]式中分别为发电商最小、最大报价限制；
[0023]2)发电商中标电量约束
[0024][0025][0026][0027]式中为水电预测出力；为风电场m发电预测的确定部分的最大出力；分别为火电机组n申报最小、最大电量；
[0028]3)功率平衡约束
[0029][0030]式中P
l,t
为负荷预测电量。
[0031]优选地，风水火发电优化配置模型的目标函数如下：
[0032]maxS＝max(S1+S2
‑
S3)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0033]式中S为风电发电商的收益；S1为双层规划的风电发电商的总收益；S2风电获得火电合约转让减少的环境成本；S3为风电产生的偏差惩罚。
[0034]风电发电商的总收益：
[0035][0036][0037]式中为风电场m的t时段的合约电量；为风电场m接受的合约转让电量；为风电场m申报的t时段的合约价格；为风电场m在t时段合约转让的电价；C
W
为风电成本；为水电发电商合约转让的电量；为火电机组n合约转让的电量。
[0038]火电发电商合约转让后减少的环境成本：
[0039][0040][0041][0042][0043][0044]式中为合约转让前的火电发电商的环境成本；为合约转让后的火电发电商环境成本；ξ
n
为火电机组n的单位发电煤耗量；为合约转让前的火电机组n的出力电量；为合约转让后的火电机组n的出力电量；为合约转让前的火电机组n的燃料消耗量；为合约转让后的火电机组n的燃料消耗量；μ
s
、μ
c
分别为SO2、CO2气体排放的成本系数；气体排放的成本系数；分别为火电机组n的SO2、CO2气体排放系数。
[0045]优选地，风电发电商的偏差惩罚函数如下：
[0046][0047][0048]式中θ
W
为风电偏差惩罚系数；为风电发电商合约偏差电量；V为风电场景数目；为风电场m接受的合约转让电量；为风电场m的预测出力。
[0049]风水火发电优化配置模型的约束条件如下：
[0050](1)合约转让需求平衡约束：
[0051][0052]式中ΔP
tT
为t时段的合约转让需求；为水电发电商出让的t时段的合约转让电量；
[0053]为火电机组n出让的t时段的合约转让电量；
[0054](2)发电商合约转让中标电量约束：
[0055][0056][0057]式中为火电机组n在t时段可合约转让的电量；为水电发电商在t时段可合约转让的电量；为火电机组n中标的t时段的合约转让电量；为水电发电商中标的t时段的合约转让电量；
[0058](3)发电商合约转让主动性约束：
[0059]1)火电参与合约转让前后利润
[0060][0061][0062]式中为火电发电商参与合约转让的利润；为火电机组n出让的t时段的合约转让电量；为火电机组n在t时段的合约转让价格；为火电发电商参与合约转让前的利润；为火电发电商合约转让后的利润；C
G...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水电与电转气结合的中长期风水火发电量双层规划方法，其特征在于，双层规划的上层为中长期电能市场购电模型，下层为基于合约转让机制的风水火发电优化配置模型；双层规划的下层利用水电与电转气联合调节的方式，促进水电对风电的发电合约转让，提高风电消纳比例；所述方法包括以下步骤：步骤1：预测中长期风电、水电出力和负荷电量，对风电不确定性建立场景集；步骤2：以电力市场购电成本最小为目标，建立中长期电能市场购电模型；步骤3：以发电商收益最大为目标，建立基于合约转让机制的风水火发电优化配置模型；步骤3.1：建立风水火发电优化配置模型的目标函数以及约束条件；步骤3.2：分别确定风电、水电和火电发电商的收益函数；步骤4：求解双层规划模型，得到最优的电转气容量和各发电商的最优发电方案。2.根据权利要求1所述的中长期风水火发电量双层规划方法，其特征在于，步骤1中，采用风电品质分段思想，将风电预测的发电量分为确定部分和不确定部分；利用非参数核密度估计方法，得到风电概率密度曲线，对风电的不确定部分建立随机模拟场景，利用改进的k
‑
means聚类进行距离场景消减，将概率距离相近的场景用典型场景表示，形成具有概率值的典型场景集。3.根据权利要求2所述的中长期风水火发电量双层规划方法，其特征在于，中长期电能市场购电模型的目标函数：式中，f表示电力市场中长期购电成本，T为中长期时间段总数；N为火电机组数目；M为风电场数目；为水电发电商的t时段的合约价格；为风电场m的t时段的合约价格；为火电机组n的t时段的合约价格；为水电发电商的t时段合约电量；为风电场m的t时段的合约电量；为火电机组n的t时段的合约电量。4.根据权利要求3所述的中长期风水火发电量双层规划方法，其特征在于，中长期电能市场购电模型的约束条件包括：1)报价约束1)报价约束1)报价约束式中分别为发电商最小、最大报价限制；2)发电商中标电量约束2)发电商中标电量约束
式中为水电预测出力；为风电场m发电预测的确定部分的最大出力；分别为火电机组n申报最小、最大电量；3)功率平衡约束式中P
l,t
为负荷预测电量。5.根据权利要求3所述的中长期风水火发电量双层规划方法，其特征在于，风水火发电优化配置模型的目标函数：maxS＝max(S1+S2
‑
S3)(9)式中S为风电发电商的收益；S1为双层规划的风电发电商的总收益；S2风电获得火电合约转让减少的环境成本；S3为风电产生的偏差惩罚。6.根据权利要求5所述的中长期风水火发电量双层规划方法，其特征在于，风电发电商的总收益：的总收益：式中为风电场m的t时段的合约电量；为风电场m接受的合约转让电量；为风电场m申报的t时段的合约价格；为风电场m在t时段合约转让的电价；C
W
为风电成本；为水电发电商合约转让的电量；为火电机组n合约转让的电量。7.根据权利要求5所述的中长期风水火发电量双层规划方法，其特征在于，火电发电商合约转让...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小兵，钟浩，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：