一种碳-电耦合市场中水火电协同竞价策略制定方法技术

本发明专利技术公开一种碳

【技术实现步骤摘要】
一种碳
‑
电耦合市场中水火电协同竞价策略制定方法


[0001]本专利技术涉及多电源参与电力市场、碳交易市场竞价领域，特别涉及梯级水电站与火电站协同参与碳
‑
电耦合市场竞价策略制定方法。

技术介绍

[0002][0003]水电是我国现阶段装机规模最大的清洁能源，水火联合运行是我国发电集团最常见的运营形式。在中长期水火协同竞价问题中，水电调度需要克服长时间尺度的来水波动，考虑梯级上下游之间复杂的水力
‑
电力联系和自身高维非线性的运行特征，根据市场价格信号合理安排发电计划，表现为复杂的多阶段高维度非凸优化问题。
[0004]在碳市场背景下，电源的发电量根据其清洁属性以碳排放权的形式在市场中生产、流通、结算。火电根据其发电产生的二氧化碳排放需要获得对应的碳排放权予以抵消，水电等清洁能源则可以通过CCER(Chinese Certified Emission Reduction，国家核证自愿减排量)交易等机制在碳市场出售核证的CCER从而获取收益。碳配额交易及其CCER补充交易通过相互关联的多种渠道为多电源共同参与碳市场提供机制条件，同时也进一步增加了水火电协同竞价的复杂性。对碳市场规则的深入解析和数学建模是参与碳
‑
电(碳交易
‑
电力交易)耦合市场的基础，也是新环境下协同竞价的难点。
[0005]国内外学者对于碳
‑
电耦合市场的讨论主要集中在碳交易市场机制研究、碳交易机制对电力行业的影响、碳交易背景下电力系统调度等3方面。其中(1)碳排放权交易市场机制重点关注市场的主要交易模式和碳市场不同阶段的特征，以及影响碳排放权价格因素等；(2)碳交易机制对电力行业的影响主要关注碳交易机制对煤电的碳排放成本的影响、对多电源出力结构的影响以及与发电权交易的相互作用等方面；(3)从电力系统调度角度，学者主要关注碳交易背景下的调度模型的构建。
[0006]目前关于多电源参与碳
‑
电耦合市场方面研究整体而言尚存在一些不足。首先，现有方法大多从电网(或系统运行者)开展研究，较少讨论发电企业角度如何参与市场；事实上，发电企业的决策行为是评价市场效果的重要基础，对其竞价决策模型的研究将有助于对系统效果的准确评判。其次，碳交易市场规则建模较为粗略，缺乏对市场中碳清缴、CCER抵消等机制详细建模，不能准确服务于我国现行的碳市场交易规则。最后，对清洁能源参与碳
‑
电耦合市场的研究多考虑风电、光伏等，鲜有以梯级水电参与碳市场的探讨，作为水电装机及年发电量均居世界第一的我国，对水电参与碳
‑
电耦合市场研究十分有必要。
[0007]针对以上问题，本专利技术依托国家自然科学基金项目(项目号52039002)，首先提出一种碳
‑
电耦合市场中水火电协同竞价策略制定方法。并以澜沧江流域梯级水电站与火电站为工程背景验证了方法的有效性，本专利技术成果制定的发电计划详细考虑碳市场中的碳清缴、CCER 抵消、违约惩罚等机制及电力市场特征，同时兼顾梯级水电站发电的非线性、上下游水力
‑ꢀ
电力联系，以及水火电在耦合市场中的协同作用，能够帮助水火电集团合理应对碳
‑
电中长期耦合市场中协同竞价问题，具有重要的推广价值。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题是提供一种碳
‑
电耦合市场中水火电协同竞价策略制定方法，可有效应对发电集团面临电力市场竞争和碳减排双重压力之下，在中国当前的碳
‑
电耦合市场中统筹考虑市场交易细则及自身电源特征制定发电计划实际问题。
[0009]本专利技术技术方案：
[0010]本专利技术揭示了一种碳
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电耦合市场中水火电协同竞价策略制定方法，主要包括：(1)构建碳
‑
电耦合市场下梯级水电与火电发电调度模型、(2)建立考虑CCER机制的碳
‑
电耦合市场中水火电协同竞价模型、(3)综合模型的转化与求解。按照下述步骤完成水火电在碳
‑
电耦合市场中制定协同竞价策略：
[0011]步骤(1)：构建碳
‑
电耦合市场下梯级水电与火电发电调度模型。
[0012]通过构建电站运行模型，为电站电量与碳配额、CCER参与市场化交易做铺垫。
[0013]Step1.1.构建梯级水电站运行约束
[0014]1)水电站发电量方程
[0015][0016][0017]Q
i,t
＝N
i,t
Δt
h
ꢀꢀꢀ
(3)
[0018]式中：Q
i,t
为水电站i第t个月的发电量，MWh；Q
t
为梯级水电站第t个月的总发电量， MWh；I为水电站总数；T为总时段数，对于年尺度，T＝12；N
i,t
为水电站i第t个月平均出力，MW；Δt
h
为第t个月的发电时间长度，由于月份有长有短，可以综合取值730h。
[0019]2)水量平衡约束
[0020][0021][0022][0023]式中：V
i,t
为水电站i第t个月初库容，m3；分别为水电站i第t个月入库流量、出库流量、发电流量、弃水流量、区间入流，m3/s；Δt
s
为每个月的发电时长，s。
[0024]3)水电发电特性曲线
[0025][0026]式中：H
i,t
为水电站i第t个月内的平均发电净水头，m；f
i
(
·
)为水电站i的发电性能曲线，描述水电站出力、发电流量、平均发电净水头之间的三维函数关系，一般是非线性且非凸的。在中长期问题中，式(7)一般可表示为下式：
[0027][0028]4)电站发电水头
[0029][0030]式中：z
i,t
为水电站i第t个月初的水位，m；为水电站i第t个月的尾水位，m；表示电站i的水头损失，m。水电站i调度期初水位z
i,1
及调度期末水位均为给定值。
[0031]5)水位
‑
库容关系
[0032]z
i,t
＝f
izV
(V
i,t
)
ꢀꢀꢀ
(10)
[0033]式中：f
izV
(
·
)为水电站i的水位
‑
库容关系函数，一般为非线性函数。
[0034]6)尾水位
‑
下泄流量关系
[0035][0036]式中：f
izQ
(
·
)为水电站i的尾水位
‑
下泄流量关系函数，一般也是非线性的。
[0037]7)边界限制
[0038]出库流量限制、水位上下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳
‑
电耦合市场中水火电协同竞价策略制定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：构建碳
‑
电耦合市场下梯级水电与火电发电调度模型Step1.1.构建梯级水电站运行约束1)水电站发电量方程1)水电站发电量方程Q
i,t
＝N
i,t
Δt
h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中：Q
i,t
为水电站i第t个月的发电量，MWh；Q
t
为梯级水电站第t个月的总发电量，MWh；I为水电站总数；T为总时段数；N
i,t
为水电站i第t个月平均出力，MW；Δt
h
为第t个月的发电时间长度；2)水量平衡约束2)水量平衡约束2)水量平衡约束式中：V
i,t
为水电站i第t个月初库容，m3；分别为水电站i第t个月入库流量、出库流量、发电流量、弃水流量、区间入流，m3/s；Δt
s
为每个月的发电时长，s；3)水电发电特性曲线式中：H
i,t
为水电站i第t个月内的平均发电净水头，m；f
i
(
·
)为水电站i的发电性能曲线，描述水电站出力、发电流量、平均发电净水头之间的三维函数关系，是非线性且非凸的；在中长期问题中，式(7)表示为下式：4)电站发电水头式中：z
i,t
为水电站i第t个月初的水位，m；为水电站i第t个月的尾水位，m；表示电站i的水头损失，m；水电站i调度期初水位z
i,1
及调度期末水位均为给定值；5)水位
‑
库容关系z
i,t
＝f
izV
(V
i,t
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)式中：f
izV
(
·
)为水电站i的水位
‑
库容关系函数，为非线性函数；6)尾水位
‑
下泄流量关系
式中：f
izQ
(
·
)为水电站i的尾水位
‑
下泄流量关系函数，是非线性的；7)边界限制出库流量限制、水位上下限约束、发电流量约束、出力上下限约束如式(13)
‑
(16)所示，其中x
i
、分别为变量x
i
的下限与上限；的下限与上限；的下限与上限；的下限与上限；Step1.2.构建火电站运行约束1)火电机组总发电量方程1)火电机组总发电量方程1)火电机组总发电量方程式中：P
t
为火电机组第t个月的总发电量，MWh；P
j,t
为火电机组j第t个月的发电量，MWh；为火电机组j第t个月每小时平均出力，MW；J为火电机组个数；2)出力约束式中：P
j
、分别为火电机组j的最小开机出力与装机容量，MW；3)火电发电电力成本火电发电成本指煤耗成本，是其发电功率的二次函数；是其发电功率的二次函数；式中：U
P,E
为火电发电电力成本，元；a
j
、b
j
、c
j
为火电机组j的成本系数，单位分别为元/h、元/(MWh)、元/[(MW)2h]；为火电机组j第t个月每小时发电成本，元/h；步骤(2)：建立考虑CCER机制的碳
‑
电耦合市场中水火电协同竞价模型；通过构建联合交易模型，计算各电源在各市场中的竞价策略与收益；根据我国碳市场和电力市场的现状，建立以年为尺度、月为时段的中长期市场竞价模型，其中电力市场以月度市场考虑，碳市场以年市场考虑；所考虑的市场中，水电以电厂为单位进行竞价、火电以机组为单位进行竞价，所研究水、火电站属于同一利益主体，称为发电集团；决策变量是水电厂和火电机组各时段或月出力、发电集团在碳配额市场与CCER市场的购买量或出售量、
水电的CCER认证量；Step2.1.目标函数以发电集团在碳
‑
电耦合市场中的总利润最大为目标构建目标函数为：maxW＝W
E
+W
C
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)式中：W
E
、W
C
分别为发电集团在电力市场和碳市场中的利润，元；W为总利润，元；Step2.2.电力市场约束所研究的发电集团在电力市场总利润为：W
E
＝Y
E
‑
U
P,E
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(23)式中：Y
E
为发电集团在电力市场的总收入，元；U
P,E
为发电集团的总发电成本，元；由于水电的固定成本不影响市场决策，而变动成本又很小，忽略不计，因此认为发电企业的总发电成本等于火电成本；λ
tE
为电力市场中第t个月的预测电价，元/MWh；为火电第t个月出售电量，MWh；为水电第t个月出售电量，MWh；ω
i
为水电站i厂用电率，ω
j
为火电站j所在电厂的厂用电率；Step2.3.碳交易市场约束1)发电集团获得初始免费碳配额式中：R
Gov
为发电集团免费获得的初始碳排放配额，t；ε为免费配额比例；η
j
为火电机组j单位电量碳排放分配额，t/MWh；2)发电集团实际二氧化碳排放量式中：R
C
为发电集团T时段内的碳排放总量，t；σ
j
为火电机组j碳排放强度，t/MWh；3)水电认证的CCER式中：R
CCER
为水电认证的CCER量，t；τ为每MWh水电CO2减排量，t/MWh，一般由式(28)计算；τ＝75％EF
OM
+25％EF
BM
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(28)式中：EF
OM
为电量边际排放因子；EF
BM
为容量边际排放因子；4)发电集团拥有的自愿核证减排量净值R
CCER,net
＝R
CCER

【专利技术属性】
技术研发人员：程春田，赵麟，李亚鹏，程楚伦，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：