一种抽水蓄能电站市场化调度报量报价优化方法及装置与流程

本发明涉及电力系统优化调度，具体涉及一种抽水蓄能电站市场化调度报量报价优化方法及装置。

背景技术：

1、抽水蓄能电站是新型电力系统的核心调节资源，通过“低谷抽水、高峰发电”的差价套利模式参与电力市场，对促进新能源消纳和保障电网稳定具有关键作用。

2、目前，行业内普遍采用固定出力模型对抽水蓄能电站的市场化调度进行优化。然而，发电工况高度依赖上、下游水位差形成的净水头。机组额定发电功率是在额定水头下定义的，当上水库水位下降、净水头低于额定水头时，水的势能不足以驱动水轮机达到额定出力，即使导叶全开，机组实际可发出的最大功率也将显著低于额定值。随着发电持续，库容减少，水位降低，这一“发电水头受阻效应”愈发严重，机组出力上限持续衰减。

3、现有固定效率建模方案忽略了这一物理本质，存在两大核心缺陷：一是高估了低水位、低库容工况下的机组最大发电能力，导致部分时段市场申报的发电功率上限虚高，报价与机组真实物理可发能力脱节，中标后机组无法足额履约，面临高额偏差考核和收益损失风险；二是无法量化水头衰减带来的出力受限程度，优化调度策略时序配置不合理，常造成“低水头受限时段过度安排发电、高水头高效时段库容不足”的资源错配，无法实现全周期收益最优化。

4、综上，现有技术未区分抽水、发电工况的差异化物理特性，缺失对“额定水头以下机组无法达到额定功率”这一根本物理约束的刻画，市场化报量报价未匹配机组真实出力上限，建模精度低、市场适配性差，亟需一种可精准刻画发电水头对出力上限的受阻效应、校正市场报量偏差的优化调度与报量报价技术方案。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种抽水蓄能电站市场化调度报量报价优化方法及装置，能够解决现有技术因忽略水头不足导致机组无法达到额定功率的物理约束，造成市场报量虚高、履约风险大、收益优化精度低的技术问题，实现了机组在各库容水位下的真实最大可发出力与市场化交易报量报价策略的精准匹配。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种抽水蓄能电站市场化调度报量报价优化方法，具体步骤为：

4、采集调度周期内日前预测分时电价序列、抽水蓄能电站初始库容、最大库容、机组额定功率以及用于标定不同库容或不同水位或不同净水头条件下，机组最大可发电出力比例系数的试验数据，并对所采集的数据进行完整性校验、一致性及标准化处理，形成基础数据；

5、采用固定转换效率ηpump建立用于表征抽水过程中能量转换关系的抽水固定效率模型，通过数据拟合和分段线性函数对采集的基础数据进行分析、建立库容变量v与净水头变化之间的对应关系，构建发电水头受阻模型；

6、将抽水固定效率模型与发电水头受阻模型作为目标函数求解的约束条件，构建抽水蓄能电站抽水与发电工况的非对称功率特性模型，用于描述抽水工况与发电工况在物理机制上的非对称性及其对市场化调度约束的影响；

7、以调度周期内全时段净收益最大化为目标函数，建立抽水蓄能电站优化调度模型，以所述基础数据为所述抽水蓄能电站优化调度模型的基础输入数据；所述抽水蓄能电站优化调度模型中的决策变量包括各时段抽水功率与发电功率；

8、针对抽水蓄能电站优化调度模型中的发电最大可出力比例系数与库容之间的非线性关系进行分段线性化处理，将发电水头受阻出力约束转化为若干线性不等式约束，实现所述发电水头受阻出力约束的线性规划；

9、将水头受限后的真实最大出力上限修正后的低库容时段的申报功率作为约束条件，对转换后的所述抽水蓄能电站优化模型进行求解，获得各时段最优抽水工况和发电工况的功率序列，并生成市场化报量报价曲线。

10、进一步地，所述日前预测分时电价序列

pt是指调度周期内各时段的预测市场出清电价，用于表征各时段市场交易价格，其中，t=1,2,…,

t，

t为调度总时段数；

11、所述抽水蓄能电站初始库容v0是指调度开始时上水库的初始蓄水量，最大库容vmax是指抽水蓄能电站上水库允许达到的最大蓄水量；

12、所述机组额定功率pmax是指抽水蓄能机组在额定水头条件下能够持续稳定运行的最大额定发电功率，所述机组额定功率pmax为抽水工况和发电工况功率约束的参考基准；

13、所述用于标定不同库容或不同水位或不同净水头条件下，机组最大可发电出力比例系数的试验数据，包括不同库容或不同水位或不同净水头条件下，机组实际最大可发电功率测试数据，用于建立库容v与所述机组实际最大可发电出力比例系数γ(v)之间的对应关系。

14、进一步地，所述机组最大可发电出力比例系数γ(v)，用于表征在不同库容水位条件下机组实际最大可发电能力与额定功率pmax之间的偏离程度；

15、所述最大可发电出力比例系数γ(v)随库容v减小而单调衰减，当库容接近最大库容vmax时，γ(v)≈1；当库容降低至低水位区间时，γ(v)逐步衰减至预设下限值γmin。

16、进一步地，所述以调度周期内全时段净收益最大化为目标函数，建立抽水蓄能电站优化调度模型，以所述基础数据为所述抽水蓄能电站优化调度模型的基础输入数据，具体步骤为：

17、以调度周期内各时段市场分时电价

pt为收益基础，发电工况产生电能收益，抽水工况产生电能消耗成本；

18、将发电收益与抽水成本进行统一建模，得到调度周期全时段净收益最大化的目标函数：

19、

20、其中，t时段机组发电功率为pgen,t，抽水功率为ppump,t，抽水工况单位电量运维损耗成本为ccost，调度总时段数为t；

21、所述目标函数用于表征抽水蓄能电站在电力市场中通过“低价抽水、高价发电”实现跨时段套利的运行机制，所述目标函数作为约束抽水蓄能电站优化调度模型的核心优化目标；

22、所述目标函数与所述抽水蓄能电站优化调度模型的约束条件共同构成抽水蓄能电站优化调度模型，用于在满足机组运行约束条件的情况下实现调度周期净收益最大化。

23、进一步地，所述抽水蓄能电站优化调度模型的约束条件，包括库容动态平衡约束、发电水头受阻出力约束、库容边界约束、功率上下限约束及周期库容清仓约束，以及用于描述抽水蓄能电站运行的物理可行域；

24、所述库容动态平衡约束为：；

25、所述发电水头受阻出力约束为：；

26、所述库容边界约束为：；

27、所述功率上下限约束为：；

28、所述周期清仓约束为：；

29、进一步地，所述针对抽水蓄能电站优化调度模型中的发电最大可出力比例系数与库容之间的非线性关系进行分段线性化处理，将发电水头受阻出力约束转化为若干线性不等式约束，实现所述发电水头受阻出力约束的线性规划，具体步骤为：

30、将最大可发电出力比例系数γ(v)与库容v的非线性关系进行分段线性化拟合，根据不同库容区间构建对应的线性表达式，以保证线性模型能够较好地逼近原始非线性关系；

31、所述经分段线性化拟合后的最大可发电出力比例系数γ(v)表达式为：

32、

33、其中，vth1、vth2为预设的库容阈值；a、b为较高库容段的线性衰减系数；c、d为较低库容段的线性衰减系数；抽水固定转换效率取值为0.75；

34、根据分段线性化后的所述最大可发电出力比例系数，将原始发电净水头受阻出力约束转化为线性不等式约束，所述线性不等式约束为：

35、

36、其中，、分别为由对应分段线性表达式与机组额定功率pmax确定的斜率和截距；

37、在每一分段线性区间内分别建立对应的线性不等式约束，通过多组线性不等式约束显示原始机组最大可发电出力随净水头变化的非线性规律；

38、通过发电最大可出力比例系数与库容之间的分段线性化处理，将原始非线性的抽水蓄能电站优化调度模型转化为具有线性规划的抽水蓄能电站优化调度模型，在保证发电水头受阻特性计算精度的同时，提高优化模型的求解效率和计算稳定性。

39、进一步地，所述发电最大可出力比例系数与库容之间的非线性关系的分段数量根据抽水蓄能连续满发时长/当地电力市场报价时段确定。

40、进一步地，所述将水头受限后的真实最大出力上限修正后的低库容时段的申报功率作为约束条件，对转换后的所述抽水蓄能电站优化模型进行求解，获得各时段最优抽水工况和发电工况的功率序列，并生成市场化报量报价曲线，具体步骤为：

41、在约束条件下，采用线性规划求解器对目标函数进行求解，获得调度周期内各时段最优决策变量，包括抽水功率ppump,t与发电功率pgen,t；

42、根据求解结果确定各时段最优调度运行策略，并得到对应的理论最大可发电能力；

43、生成调度周期内市场化报量报价曲线，并输出最优抽发功率序列与对应市场申报结果，用于电力市场日前交易申报。

44、一种抽水蓄能电站市场化调度报量报价优化装置，用于实现抽水蓄能电站市场化调度报量报价优化方法，包括：

45、数据采集模块：用于采集调度周期内日前预测分时电价序列、抽水蓄能电站初始库容、最大库容、机组额定功率以及用于标定相应的库容、水位、净水头条件下，机组最大可发电出力比例系数的试验数据，为抽水蓄能电站优化模型提供基础输入数据；

46、受阻特性建模模块：用于构建抽水固定效率与发电最大可发电出力比例系数动态衰减的非对称功率特性模型，量化水头受阻效应对机组最大可发出力的约束；

47、优化模型构建模块：用于搭建以全周期净收益最大为目标的目标函数的抽水蓄能电站优化模型，并配置库容动态平衡、发电水头受阻出力、功率及库容边界、周期清仓约束条件；

48、线性化处理模块：用于对非线性的最大可发电出力比例系数-库容关系进行分段线性化拟合，将非线性的水头受阻出力约束转化为线性不等式约束，形成标准线性规划的抽水蓄能电站优化模型；

49、求解与交易策略输出模块：用于调用优化求解器完成对抽水蓄能电站优化模型求解，输出最优抽水工况与发电工况的调度计划，并基于水头受限后的真实最大出力上限修正低库容时段的申报功率，生成精准的市场化报量报价策略。

50、本发明的有益效果在于：物理建模精准，直击行业痛点：首次直接量化“额定水头以下无法达到额定功率”这一核心物理约束，通过最大可发电出力比例系数 γ(v) 精准刻画了低水位工况下机组出力上限的衰减，彻底解决了传统固定效率模型高估发电能力的根本缺陷；消除市场报量偏差，杜绝履约风险：申报的报量报价严格匹配机组在当前库容水位下的真实最大可发能力，从源头杜绝了因水头不足、实际出力上限低于申报值而导致的中标后无法足额履约的问题，大幅提升了市场信用与竞争力；提升全周期套利收益：通过量化低水头时段的出力受限程度，优化调度能智能规避低水头、低电价时段的无效发电，将水资源留存在高水头、高电价时段高效套利，实现全周期净收益最大化；工程实用性强：模型通过分段线性化转化为线性规划问题，求解速度快、收敛稳定，可直接嵌入日前或日内电力市场的批量报价系统，适合大规模工程应用。