一种计及新能源随机波动特性的备用容量确定及其成本分摊方法技术

本发明专利技术属于电力系统及其自动化领域，特别涉及一种计及新能源随机波动特性的备用容量确定及其成本分摊方法，包括利用历史负荷/新能源预测数据，基于非参数核密度的不确定性估计方法拟合各负荷/新能源的概率密度曲线；基于蒙特卡洛法的备用需求场景模拟生成方法，确定备用总容量；以机组运行成本以及旋转备用成本最小为目标函数，构建市场出清模型；采用二次规划算法求解出清模型，获得能量价格和备用价格，确定需要分配的备用辅助总金额；根据VCG机制计算各个负荷/新能源的替代价值，按价值大小的相对比例进行备用辅助费用分摊；本发明专利技术可以合理确定备用总容量，另外能够有效避免收支不平衡问题，可广泛应用于电力系统电力现货市场。市场。市场。

【技术实现步骤摘要】
一种计及新能源随机波动特性的备用容量确定及其成本分摊方法


[0001]本专利技术属于电力系统及其自动化领域，特别涉及一种计及新能源随机波动 特性的备用容量确定及其成本分摊方法。

技术介绍

[0002]电力系统运行在各种不确定因素下，如负荷需求的随机性、新能源出力的 波动性等。为保障源荷实时平衡，预留备用是应对电力系统强不确定性的必要 举措，尤其是在“双碳”背景，大规模高比例接入的新能源会引入更强的不确定性。 随着电力市场的逐步推进，电作为一种商品，预留备用是一种辅助服务，应该 是有偿的。而如何确定备用容量并合理分摊至责任方是科学合理构建备用辅助 服务市场的关键。
[0003]针对上述问题，目前已有大量学者进行了研究。首先，针对备用容量确定 方面，目前研究主要假设备用总需求已知，重点研究如何确定各个机组提供最 优备用容量。然而，这样的确定性方法无法计及负荷/新能源的随机性，面向新 能源并网规模日益增大的电力系统，该方法可能过于保守或者预留不足，都将 直接影响电网的经济性和安全性。针对备用成本分摊方面，本专利重点研究节 点边际电价(Locational Marginal Pricing,LMP)方式下的研究情况，其主要原因在 于LMP价格机制具有清晰的物理意义并在我国乃至世界范围内得到了广泛使用。 目前，以美国PJM、得克萨斯州、加利福尼亚州、纽约州以及新英格兰地区为 代表的电力市场都引入了LMP。在我国首批8个电力现货试点中，广东、山东 等电力现货市场也采用了LMP机制。在LMP电价机制下，通过拉格朗日乘子 法分析，备用价格可以定义为增加一单位备用，系统总成本的变化值。由此， 可以得到每个机组提供的备用成本为备用价格乘以该机组提供的备用容量。然 而，该备用成本由谁来进行分摊是备用辅助服务中的一个亟待解决的难题，因 为若不能在市场参与者之间较合理、公正的分摊备用费用，势必会影响市场成 员参与备用市场竞争的积极性，并最终危及电网的安全经济运行。
[0004]针对上述问题，学者们展开了部分研究，其解决思路主要可以分为两类。 一类是假定备用需求是负荷或者新能源的线性函数，通过LMP电价机制，可以 直接推导得到负荷和新能源承担的备用成本。该方法提出的电价机制物理意义 明晰且具有良好的性质如激励相容、个体理性等，具有该特点的本质原因在于 其假设的线性函数中已经显式地表达了负荷/新能源对备用的贡献。然而，实际 上预留备用是为了应对电网的不确定性。因此，备用容量的大小与负荷/新能源 的大小并无直接关系，而是与其预测误差大小相关的。因此，上述方法虽然能 够得到包含备用成本分量的定价方法，但却建立在难以符合实际情况的假设上。 另一类方法是假设负荷/新能源服从某一特定分布，通过类比风险价值或机会约 束的方式来确定备用成本分摊，该类方法为有效分摊备用成本提供了良好的思 路并对实际工程具有一定的指导意义，但其实现需要建立在一定的假设条件之 下，与现实工况存在较大差异，计算结果的准确性与合理性难以得到保障。
[0005]综上，为了保障电力市场健康快速发展，亟需研究一种计及新能源随机波 动特性
的备用容量确定及其成本分摊方法，保障市场的合理性和公平性。

技术实现思路

[0006]为了能够为科学合理地构建备用辅助服务市场提供技术支撑，保障市场的 合理性和公平性，本专利技术提供一种计及新能源随机波动特性的备用容量确定及 其成本分摊方法，具体包括以下步骤：
[0007]通过负荷/新能源的历史预测数据和实测数据，基于非参数核密度估计方法 解析表征负荷/新能源的随机波动特性，建立各负荷/新能源的概率密度曲线；
[0008]根据各不确定性的概率密度曲线随机抽样进行场景模拟，根据各场景计算 对应的备用需求；
[0009]对各个场景需要的备用容量进行排序，根据需要应对的不确定性占比，该 占比一般设置在80％以上，按照排序后备用容量分布的分位数进行确定备用总 容量大小，即若有n个样本个数(分别对应n个备用需求)，则按照排序后备用 容量分布的分位数进行降序排列，取前α％(不确定性占比)作为备用；
[0010]以机组运行成本以及旋转备用成本最小为目标函数，构建市场出清模型；
[0011]采用二次规划算法求解出清模型，获得能量价格和备用价格，确定需要分 配的备用辅助总金额；
[0012]根据VCG机制计算各个负荷/新能源的替代价值，按价值大小的相对比例进 行备用辅助费用分摊。
[0013]进一步的，负荷/新能源的概率密度曲线表示为：
[0014][0015]其中，f
t
(x)为第t时刻负荷需求/新能源出力x的概率密度函数；C为t时 刻下的所有可用历史数据个数，x
i
为历史数据的第i个样本，为核函 数，h为带宽。
[0016]进一步的，核函数采用Gaussian核函数，则核函数表示为：
[0017][0018]进一步的，以机组运行成本以及旋转备用成本最小为目标函数，构建市场 出清模型包括：
[0019]目标函数：
[0020][0021]系统功率平衡的约束条件：
[0022][0023]系统线路热稳定的约束条件：
[0024][0025]系统机组最大上、下旋转备用的约束：
[0026][0027][0028]火电机组最大和最小出力约束：
[0029][0030][0031]机组最大上、下旋转备用约束：
[0032][0033][0034][0035][0036][0037]风电机组的出力约束：
[0038][0039]其中，为机组的燃料成本，为机组的上旋转备用成本，为机组的下 旋转备用成本；T为时间集合；R为机组的集合，R＝{RG，RW}，RG表示火电 机组的集合，RW表示风电机组的集合；P
g,t
为火电机组g在t时刻的出力；P
w,t
为风电机组w在t时刻的出力；D
d,t
表示负荷d在t时刻的需求，RD表示负荷 集合；为支路传输功率上限；PTDF为支路功率；USR
g,t
为火电机组g在t 时刻的提供的上旋转备用，F
UR,t
为上旋转备用的总需求；DSR
g,t
为火电机组g在 t时刻的提供的下旋转备用，F
DR,t
为下旋转备用的总需求；P
g,t,max
为机组t时刻 的最大出力；U
g,t
火电机组g在t时刻的启停状态，当其值为1时表示为启动状 态、值为0时表示为停机状态；为火电机组g的最大出力；R
U
为停机最大 降速率和启动最大升速率；P
g,t,min
为机组t时刻的最低出力；κ为0至1的一个 参数；P
w,f
为风电机组最大出力。
[0040]进一步的，按价值大小的相对比例进行备用辅助费用分摊包括：
[0041][0042]其中，表示系统运营商支付给机组i的备用辅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及新能源随机波动特性的备用容量确定及其成本分摊方法，其特征在于，包括以下步骤：通过负荷/新能源的历史预测数据和实测数据，基于非参数核密度估计方法解析表征负荷/新能源的随机波动特性，建立各负荷/新能源的概率密度曲线；根据各不确定性的概率密度曲线随机抽样进行场景模拟，根据各场景计算对应的备用需求；对各个场景需要的备用容量进行排序，根据需要应对的不确定性占比，按照排序后备用容量分布的分位数进行确定备用总容量大小；以机组运行成本以及旋转备用成本最小为目标函数，构建市场出清模型；采用二次规划算法求解出清模型，确定需要分配的备用辅助总金额；根据VCG机制计算各个负荷/新能源的替代价值，按价值大小的相对比例进行备用辅助费用分摊。2.根据权利要求1所述的一种计及新能源随机波动特性的备用容量确定方法，其特征在于，负荷/新能源的概率密度曲线表示为：其中，f
t
(x)为第t时刻负荷需求/新能源出力x的概率密度函数；C为t时刻下的所有可用历史数据个数，x
i
为历史数据的第i个样本，为核函数，h为带宽。3.根据权利要求2所述的一种计及新能源随机波动特性的备用容量确定方法，其特征在于，核函数采用Gaussian核函数，则核函数表示为：4.根据权利要求1所述的一种计及新能源随机波动特性的备用容量确定方法，其特征在于，以机组运行成本以及旋转备用成本最小为目标函数，构建市场出清模型包括：目标函数：系统功率平衡的约束条件：系统线路热稳定的约束条件：系统机组最大上、下旋转备用的约束：
火电机组最大和最小出力约束：火电机组最大和最小出力约束：机组最大上、下旋转备用约束：机组最大上、下旋转备用约束：机组最大上、下旋转备用约束：机组最大上、下旋转备用约束：机组最大上、下旋转备用约束：风电机组的出力约束：其中，为机组的燃料成本，为机组的上旋转备用成本，为机组的下旋转备用成本；T为时间集合；R为机组的集合，R＝{RG，RW}，RG表示火电机组的集合，RW表示风电机组的集合；P
g,t
为火电机组g在t时刻的出力；P
w,t
为风电机组w在t时刻的出力；D
d,t
表示负荷d在t时刻的需求，RD表示负荷集合；为支路传输功率上限；PTDF为支路功率；USR
g,t
为火电机组g在t时刻的提供的上旋转备用，F
UR,t
为上旋转备用的总需求；DSR
g,t
为火电机组g在t时刻的提供的下旋转备用，F
DR,t
为下旋转备用的总需求；P
g,t,max
为机组t时刻的最大出力；U
g,t
火电机组g在t时刻的启停状态，当其值为1时表示为启动状态、值为0时表示为停机状态；为火电机组g的最大出力；R
U<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨燕，刘硕，杨知方，苏贞，向星园，徐磊，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：