用于多能源交互背景下的电力和天然气联合调度方法及系统

1.本发明涉及电力调度自动化技术领域，具体地，涉及电力系统和天然气系统协同调度方法及系统。


背景技术：

2.目前关于电力与天然气调度问题的研究，一般考虑到电力系统与天然气系统的物理性质差异，仅依托于共同参与两系统的天然气发电商进行系统信息的传递，电力系统和天然气系统仍独立调度
3.电力能源与天然气能源的耦合关系不断加剧，然而现有技术缺乏考虑电力市场与天然气市场的交互，导致无法以合理的市场价格信号引导两系统的联合调度。与此同时，能源市场参与者、能源市运营商和能源系统运营商缺乏技术上的支持，无法进行合理协作，限制了多能源交互背景下电力与天然气的协同调度。本发明针对上述问题，提供了一种电力系统和天然气系统联合调度方法及系统，能够为高度耦合关系下的电力-天然气市场及系统的建设提供参考。
4.专利文献cn107909509a(申请号：201711007017.x)公开了一种用于信息协同交互的电力与天然气联合调度方法。通过利用电力天然气联合调度系统将燃气电厂的电网调控系统与天然气的气网调控系统结合进行协调交互，并且通过将燃气电厂的最大和最小出力限制值作为电网调度发电计划的约束条件来制定全网实时调度运行计划。
5.而本发明在考虑两系统物理特性的基础上，建立了电力市场与天然气市场的协调方法，通过获取最优的价格信号引导两系统的联合调度，与此同时遵循两系统的物理特性约束。具体表现为，在市场运营商模块中，组织电力与天然气耦合交易，以充分发挥两能源的耦合效用，并将获得的电力与天然气两部分出清信息传递给系统运营商模块。系统运营商模块接收市场运营商模块传递的信息后，电力系统和天然气系统分别在此基础上进行校验和再调度，以满足各自的物理约束需求。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于多能源交互背景下的电力和天然气联合调度方法及系统。
7.根据本发明提供的一种用于多能源交互背景下的电力和天然气联合调度方法，包括：
8.步骤s1：市场参与者模块通过历史数据预测当前电力价格数据和天然气价格数据；
9.步骤s2：市场参与者模块利用参与者决策模型得到当前电力报价和相应的出售量以及当前天然气报价和相应的出售量；
10.步骤s3：市场运营商模块利用能源优化交易模型，得到最优的电力价格和相应的成交量以及最优的天然气价格和相应的成交量，从而实现电力和天然气交易在能源优化交
易模型中的共同出清，获得电力出清信息和天然气出清信息；
11.步骤s4：系统运营商模块分别基于电力和天然气的出清信息依次对电力系统以及天然气系统进行校验，如果市场出清信息不满足电力系统和天然气系统的安全约束需求，则分别利用电力系统再调度模型和天然气系统再调度模型对电力系统和天然气系统的出清信息进行调整，直至满足各自的预设安全约束需求；
12.所述参与者决策模型是基于预测得到的电力价格和天然气价格得到自身物理约束条件下自身报价和相应的出售量；
13.所述能源优化交易模型是以市场运行的经济性为目标，根据电力市场中的报价和相应的出售量以及天然气市场中的报价和相应的出售量，得到最优的电力能源价格和相应的成交量以及最优的天然气能源价格和相应的成交量；
14.所述电力系统再调度模型和天然气系统再调度模型均是以再调度经济性为目标，确定再调度电量和天然气量，以满足电力系统和天然气系统的安全调度需求。
15.优选地，所述参与者决策模型采用：
[0016][0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023]
其中，公式(1)～(4)代表拥有燃气轮机的市场参与者模块的报价模型；下标v代表机组v；下标w代表气井w；下标i,j代表电力网络中的节点i,j；下标m,n代表天然气管网中的节点m,n；下标t代表t时间；下标b代表分段报价中的b阶段；公式(1)代表市场参与者模块以自身成本最小化为目标，优化投标策略；为耦合交易中电力商品的出清价格；为耦合交易中天然气商品的出清价格；为电力系统再调度时产生的电力价格；为天然气系统再调度时产生的天然气价格；为耦合交易中电力商品的成交量；为电力系统再调度的电量；为燃气轮机的发电成本；为燃气轮机的能源转换率；公式(2)代表市场参与者模块的分段式报价；为市场参与者模块的报价；为市场参与者模块的最高报价约束；公式(3)代表燃气轮机的出力约束；为燃气轮机的最大出力；公式(4)代表燃气轮机的爬坡约束；分别为爬坡能力的上、下限；公式(5)～(7)代表拥有天然气井的市场参与者的报价模型；公式(5)代表市场参与者以自身成本最小化为目标，优化投标策略；为耦合交易中天然气商品的成交量；为天然气系统再调度的天然气量；
为天然气井的运营成本；公式(6)代表市场参与者模块的分段式报价；为市场参与者模块的报价；为市场参与者模块的最高报价约束；公式(7)代表天然气井的供气约束；为燃气轮机的最大供气能力；表示耦合交易中天然气商品的出清价格。
[0024]
优选地，所述能源优化交易模型采用：
[0025][0026][0027][0028][0029]
其中，公式(8)代表耦合的电力与天然气市场的总社会效益最大化；公式(9)代表电力商品的供求平衡；为可再生能源发电出力预测值；为市场中的电力需求预测值；公式(10)代表天然气商品的供求平衡；为市场上的天然气需求预测值；公式(11)代表燃气轮机的气电转换关系；为耦合交易中燃气轮机需要的天然气量。
[0030]
优选地，所述步骤s4采用：校验电力出清信息是否满足电力调度的电力安全需求约束，当满足时，则基于当前的电力出清信息对电力进行调度；当不满足时，则利用电力系统再调度模型对电力系统的出清信息进行调整，以满足电力安全调度的需求。
[0031]
优选地，所述电力系统再调度模型采用：
[0032][0033][0034]-π≤θ
i,t
≤π
ꢀꢀꢀ
(14)
[0035][0036]
其中，公式(12)代表电力以再调度成本最低为目标函数调度；为可再生能源出力的削减量；为需求响应量；为可再生能源削减的价格惩罚；为需求响应的成本；公式(13)代表电力在考虑物理约束后，通过适当的再调度维持电力系统的功率平衡；公式(14)代表电力的相角约束；θ
i,t
为某节点处的相角；公式(15)代表电力网络线路的容量约束；b
i,j
为电力的电纳矩阵；为电力网络线路的容量上限；θ
j,t
表示节点j处的相角。
[0037]
优选地，所述步骤s4采用：校验天然气出清信息是否满足天然气调度的天然气安全需求约束，当满足时，则基于当前的天然气出清信息对天然气进行调度；当不满足时，则利用天然气系统再调度模型对天然气系统的出清信息进行调整，以满足天然气安全调度的需求。
[0038]
优选地，所述天然气系统再调度模型采用：
[0039][0040]
[0041]
(q
m,n,t
/w
m,n
)2＝|r
m,t2-r
n,t2
|
ꢀꢀꢀ
(18)
[0042][0043][0044]
x
m,n
＝{0,1}
ꢀꢀꢀ
(21)
[0045][0046]
其中，公式(16)代表天然气以再调度成本最低为目标函数调度；为需求响应量；为需求响应的成本；公式(17)代表天然气在考虑物理约束后，通过适当的再调度维持天然气的供需平衡；公式(18)代表天然气的天然气流量与管网两端压力的关系；q
m,n,t
为管道mn中的气流；r
m,t
为节点m处的气压；w
m,n
为韦茅斯常数；公式(19)代表节点气压约束；为节点最高气压约束；为节点最低气压约束；公式(20)代表天然气管网的容量约束；天然气传输与电力传输不同，不能任意改变传输方向，需按照一定的传输方向持续传输一定时间；x
m,n
代表某管道的传输方向；为0-1变量；为管网天然气传输的上限值；公式(22)代表燃气轮机由于电力再调度所调整的出力与天然气消耗量间的关系；为燃气轮机经过电力再调度后需要的天然气量；表示为耦合交易中燃气轮机需要的天然气量；表示市场上的天然气需求预测值；r
n,t
表示节点n处的气压。
[0047]
根据本发明提供的一种用于多能源交互背景下的电力和天然气联合调度系统，包括：
[0048]
市场参与者模块：通过历史数据预测当前电力价格数据和天然气价格数据，利用参与者决策模型得到当前电力报价和相应的出售量以及当前天然气报价和相应的出售量；
[0049]
市场运营商模块：利用能源优化交易模型，得到最优的电力价格和相应的成交量以及最优的天然气价格和相应的成交量，从而实现电力和天然气交易在能源优化交易模型中的共同出清，获得电力出清信息和天然气出清信息；
[0050]
系统运营商模块：分别基于电力和天然气的出清信息依次对电力系统以及天然气系统进行校验，如果不满足电力系统和天然气系统安全约束需求的市场出清信息，则分别利用电力系统再调度模型和天然气系统再调度模型对电力系统和天然气系统的出清信息进行调整，直至满足各自的预设安全约束需求；
[0051]
所述参与者决策模型是基于预测得到的电力价格和天然气价格得到自身物理约束条件下自身报价和相应的出售量；
[0052]
所述能源优化交易模型是以市场运行的经济性为目标，根据电力市场中的报价和相应的出售量以及天然气市场中的报价和相应的出售量，得到最优的电力能源价格和相应的成交量以及最优的天然气能源价格和相应的成交量；
[0053]
所述电力系统再调度模型和天然气系统再调度模型均是以再调度经济性为目标，确定再调度电量和天然气量，以满足电力系统和天然气系统的安全调度需求。
[0054]
优选地，所述参与者决策模型采用：
[0055]
[0056][0057][0058][0059][0060][0061][0062]
其中，公式(1)～(4)代表拥有燃气轮机的市场参与者模块的报价模型；下标v代表机组v；下标w代表气井w；下标i,j代表电力网络中的节点i,j；下标m,n代表天然气管网中的节点m,n；下标t代表t时间；下标b代表分段报价中的b阶段；公式(1)代表市场参与者模块以自身成本最小化为目标，优化投标策略；为耦合交易中电力商品的出清价格；为耦合交易中天然气商品的出清价格；为电力系统再调度时产生的电力价格；为天然气系统再调度时产生的天然气价格；为耦合交易中电力商品的成交量；为电力系统再调度的电量；为燃气轮机的发电成本；为燃气轮机的能源转换率；公式(2)代表市场参与者模块的分段式报价；为市场参与者模块的报价；为市场参与者模块的最高报价约束；公式(3)代表燃气轮机的出力约束；为燃气轮机的最大出力；公式(4)代表燃气轮机的爬坡约束；分别为爬坡能力的上、下限；公式(5)～(7)代表拥有天然气井的市场参与者的报价模型；公式(5)代表市场参与者以自身成本最小化为目标，优化投标策略；为耦合交易中天然气商品的成交量；为天然气系统再调度的天然气量；为天然气井的运营成本；公式(6)代表市场参与者模块的分段式报价；为市场参与者模块的报价；为市场参与者模块的最高报价约束；公式(7)代表天然气井的供气约束；为燃气轮机的最大供气能力；表示耦合交易中天然气商品的出清价格；
[0063]
所述能源优化交易模型采用：
[0064][0065][0066][0067][0068]
其中，公式(8)代表耦合的电力与天然气市场的总社会效益最大化；公式(9)代表电力商品的供求平衡；为可再生能源发电出力预测值；为市场中的电力需求预测值；公式(10)代表天然气商品的供求平衡；为市场上的天然气需求预测值；公式(11)代表燃气
轮机的气电转换关系；为耦合交易中燃气轮机需要的天然气量。
[0069]
优选地，所述系统运营商模块采用：校验电力出清信息是否满足电力调度的电力安全需求约束，当满足时，则基于当前的电力出清信息对电力进行调度；当不满足时，则利用电力系统再调度模型对电力系统的出清信息进行调整，以满足电力安全调度的需求；
[0070]
所述电力系统再调度模型采用：
[0071][0072][0073]-π≤θ
i,t
≤π
ꢀꢀꢀ
(14)
[0074][0075]
其中，公式(12)代表电力以再调度成本最低为目标函数调度；为可再生能源出力的削减量；为需求响应量；为可再生能源削减的价格惩罚；为需求响应的成本；公式(13)代表电力在考虑物理约束后，通过适当的再调度维持电力系统的功率平衡；公式(14)代表电力的相角约束；θ
i,t
为某节点处的相角；公式(15)代表电力网络线路的容量约束；b
i,j
为电力的电纳矩阵；为电力网络线路的容量上限；θ
j,t
表示节点j处的相角；
[0076]
所述系统运营商模块采用：校验天然气出清信息是否满足天然气调度的天然气安全需求约束，当满足时，则基于当前的天然气出清信息对天然气进行调度；当不满足时，则利用天然气系统再调度模型对天然气系统的出清信息进行调整，以满足天然气安全调度的需求；
[0077]
所述天然气系统再调度模型采用：
[0078][0079][0080]
(q
m,n,t
/w
m,n
)2＝|r
m,t2-r
n,t2
|
ꢀꢀꢀ
(18)
[0081][0082][0083]
x
m,n
＝{0,1}
ꢀꢀꢀ
(21)
[0084][0085]
其中，公式(16)代表天然气以再调度成本最低为目标函数调度；为需求响应量；为需求响应的成本；公式(17)代表天然气在考虑物理约束后，通过适当的再调度维持天然气的供需平衡；公式(18)代表天然气的天然气流量与管网两端压力的关系；q
m,n,t
为管道mn中的气流；r
m,t
为节点m处的气压；w
m,n
为韦茅斯常数；公式(19)代表节点气压约束；为节点最高气压约束；为节点最低气压约束；公式(20)代表天然气管网的容量约束；天然气传输与电力传输不同，不能任意改变传输方向，需按照一定的传输方向持续传输一定时间；x
m,n
代表某管道的传输方向；为0-1变量；为管网天然气传输的上限值；公式
(22)代表燃气轮机由于电力再调度所调整的出力与天然气消耗量间的关系；为燃气轮机经过电力再调度后需要的天然气量；表示为耦合交易中燃气轮机需要的天然气量；表示市场上的天然气需求预测值；r
n,t
表示节点n处的气压。
[0086]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0087]
1、电力与天然气交易的耦合可以扩大能源系统的优化规模，获取最优的价格信号以引导电力系统和天然气系统的联合调度，最大程度发挥电力与天然气能源耦合关系的效用；
[0088]
2、电力系统及天然气系统各自独立运行，分别根据自身的物理约束，对耦合交易中得到的不合理结果进行调整，从而确保安全稳定性；
[0089]
3、耦合交易与独立运行相结合，形成了多能源交互背景下的电力和天然气系统联合调度方法；明确了各类市场参与者、市场运营商和系统运营商的技术目标，技术手段，实施步骤，协作关系，建立了多能源交互背景下的电力和天然气联合调度系统。
附图说明
[0090]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0091]
图1为用于多能源交互背景下的电力和天然气联合调度系统示意图。
具体实施方式
[0092]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0093]
实施例1
[0094]
根据本发明提供的一种用于多能源交互背景下的电力和天然气联合调度方法，包括：
[0095]
步骤s1：市场参与者模块通过历史数据预测当前电力价格数据和天然气价格数据；例如：通过前n年某月份电力价格的平均值以及每年的变化率，预测当前电力价格数据；通过前n年某月份天然气价格的平均值以及每年的变化率，预测当前天然气价格数据；或者利用历史数据(前n年某月份天然气价格或电力价格、天气因素以及增长因素)分别训练电力神经网络模型和天然气神经网络模型，并利用训练后的电力神经网络模型和天然气神经网络模型分别预测当前电力价格和天然气价格；
[0096]
步骤s2：市场参与者模块利用参与者决策模型得到当前电力报价和相应的出售量以及当前天然气报价和相应的出售量；
[0097]
步骤s3：市场运营商模块建立能源优化交易模型，并利用能源优化交易模型得到最优的电力系统价格和相应的成交量以及最优的天然气系统价格和相应的成交量，从而实现电力和天然气交易在能源优化交易模型中的共同出清，获得电力系统出清信息和天然气系统出清信息；
[0098]
步骤s4：系统运营商模块分别基于电力和天然气的出清信息依次对电力系统以及天然气系统进行校验，如果市场出清信息不满足电力系统和天然气系统的安全约束需求，则分别利用电力系统再调度模型和天然气系统再调度模型对电力系统和天然气系统的出清信息进行调整，直至满足各自的预设安全约束需求；
[0099]
所述参与者决策模型是基于预测得到的电力价格和天然气价格得到自身物理约束条件下自身报价和相应的出售量；
[0100]
所述能源优化交易模型是以市场运行的经济性为目标，根据电力市场中的报价和相应的出售量以及天然气市场中的报价和相应的出售量，得到最优的电力能源价格和相应的成交量以及最优的天然气能源价格和相应的成交量；
[0101]
所述电力系统再调度模型和天然气系统再调度模型均是以再调度经济性指标、再调度电量指标以及再调度清洁性指标最优为目标，确定再调度电量，以满足电力安全调度的需求。
[0102]
交易耦合运行独立的电力-天然气市场模式是本发明的一个具体的实施例。交易耦合是指，在市场交易层面，仅考虑电力与天然气的一般商品特性，不考虑其物理特性的影响，此时电力商品和天然气商品如同一般商品一样自由交易，电力市场运营商与天然气市场运营商间能够相互合作，形成统一的电力-天然气能源市场，并根据电力及天然气商品的供求平衡统一出清两能源商品。运行独立是指，在物理运行层面，电力系统和天然气系统独立运行，分别以最经济的方式维持两能源系统的安全稳定性，对不合理的耦合交易出清结果进行再调度。在独立运行部分中，先进行电力系统独立运行。电力系统运营商首先校验耦合交易部分的市场出清结果能否满足电力系统的安全稳定约束，若可以满足，则根据耦合交易部分结果进行调度；若不能满足，则以最经济的方法调整耦合交易部分得到的各市场参与者的成交量，此过程也称作电力系统的再调度。天然气系统的独立运行在电力系统独立运行之后进行，天然气系统运营商首先校验耦合交易部分的市场出清结果能否满足天然气系统的安全稳定约束，以及燃气轮机是否因电力系统的再调度而调整出力，从而使其天然气的需求量发生改变。若可以满足系统安全稳定约束且燃气轮机的天然气需求量没有变化，则根据耦合交易部分结果进行调度；若不能满足系统安全稳定约束或燃气轮机的天然气需求量发生变化，则以最经济的方法调整耦合交易部分的结果，此过程也称作天然气系统的再调度。
[0103]
交易耦合运行独立的电力-天然气市场为双层模型，上层模型为参与者决策模型；下层模型为能源优化交易模型、电力系统再调度模型和天然气系统再调度模型。
[0104]
具体地，市场参与者模块调度上层参与者决策模型，市场参与者参与电力-天然气协调市场时，以自身利益最大化为目标，向电力-天然气协调市场进行价格投标。与此同时，市场参与者需要考虑自身能源供求能力的约束以确保投标的合理性，包括机组/气井容量约束以及机组爬坡约束。
[0105][0106][0107]
[0108][0109][0110][0111][0112]
其中，公式(1)～(4)代表拥有燃气轮机的市场参与者模块的报价模型；公式(1)代表市场参与者模块以自身成本最小化为目标，优化投标策略；为耦合交易中电力商品的出清价格；为耦合交易中天然气商品的出清价格；为电力系统再调度时产生的电力价格；为天然气系统再调度时产生的天然气价格；为耦合交易中电力商品的成交量；为电力系统再调度的电量；为燃气轮机的发电成本；为燃气轮机的能源转换率；公式(2)代表市场参与者模块的分段式报价；为市场参与者模块的报价；为市场参与者模块的最高报价约束；公式(3)代表燃气轮机的出力约束；为燃气轮机的最大出力；公式(4)代表燃气轮机的爬坡约束；分别为爬坡能力的上、下限；公式(5)～(7)代表拥有天然气井的市场参与者的报价模型；公式(5)代表市场参与者以自身成本最小化为目标，优化投标策略；为耦合交易中天然气商品的成交量；为天然气系统再调度的天然气量；为天然气井的运营成本；公式(6)代表市场参与者模块的分段式报价；为市场参与者模块的报价；为市场参与者模块的最高报价约束；公式(7)代表天然气井的供气约束；为燃气轮机的最大供气能力；表示耦合交易中天然气商品的出清价格。
[0113]
下层市场出清模型包括能源优化交易模型、电力系统再调度模型和天然气系统再调度模型三部分，按照时间顺序依次进行。市场运营商模块调度能源优化交易模型，系统运营商模块调度电力系统再调度模型和天然气系统再调度模型。
[0114]
第一部分能源优化交易模型。仅考虑电力与天然气的一般商品特性，不考虑其物理特性的影响，此时电力商品和天然气商品如同一般商品一样自由交易，电力市场运营商与天然气市场运营商间能够相互合作，形成统一的电力-天然气能源市场，并根据电力及天然气商品的供求平衡统一出清两能源商品。
[0115][0116][0117][0118][0119]
其中，公式(8)代表耦合的电力与天然气市场的总社会效益最大化；公式(9)代表电力商品的供求平衡；为可再生能源发电出力预测值；为市场中的电力需求预测值；
公式(10)代表天然气商品的供求平衡；为市场上的天然气需求预测值；公式(11)代表燃气轮机的气电转换关系；为耦合交易中燃气轮机需要的天然气量。
[0120]
具体地，所述步骤s4采用：校验电力出清信息是否满足电力调度的电力安全需求约束，当满足时，则基于当前的电力出清信息对电力进行调度；当不满足时，则利用电力系统再调度模型对电力系统的出清信息进行调整，以满足电力安全调度的需求。
[0121]
具体地，所述电力系统再调度模型采用：
[0122][0123][0124]-π≤θ
i,t
≤π
ꢀꢀꢀ
(14)
[0125][0126]
其中，公式(12)代表电力以再调度成本最低为目标函数调度；为可再生能源出力的削减量；为需求响应量；为可再生能源削减的价格惩罚；为需求响应的成本；公式(13)代表电力在考虑物理约束后，通过适当的再调度维持电力系统的功率平衡；公式(14)代表电力的相角约束；θ
i,t
为某节点处的相角；公式(15)代表电力网络线路的容量约束；b
i,j
为电力的电纳矩阵；为电力网络线路的容量上限；θ
j,t
表示节点j处的相角。
[0127]
具体地，所述步骤s4采用：校验天然气出清信息是否满足天然气调度的天然气安全需求约束，当满足时，则基于当前的天然气出清信息对天然气进行调度；当不满足时，则利用天然气系统再调度模型对天然气系统的出清信息进行调整，以满足天然气安全调度的需求。
[0128]
具体地，所述天然气系统再调度模型采用：
[0129][0130][0131]
(q
m,n,t
/w
m,n
)2＝|r
m,t2-r
n,t2
|
ꢀꢀꢀ
(18)
[0132][0133][0134]
x
m,n
＝{0,1}
ꢀꢀꢀ
(21)
[0135][0136]
其中，公式(16)代表天然气以再调度成本最低为目标函数调度；为需求响应量；为需求响应的成本；公式(17)代表天然气在考虑物理约束后，通过适当的再调度维持天然气的供需平衡；公式(18)代表天然气的天然气流量与管网两端压力的关系；q
m,n,t
为管道mn中的气流；r
m,t
为节点m处的气压；w
m,n
为韦茅斯常数；公式(19)代表节点气压约束；为节点最高气压约束；为节点最低气压约束；公式(20)代表天然气管网的容量约束；天然气传输与电力传输不同，不能任意改变传输方向，需按照一定的传输方向持续传输
一定时间；x
m,n
代表某管道的传输方向；为0-1变量；为管网天然气传输的上限值；公式(22)代表燃气轮机由于电力再调度所调整的出力与天然气消耗量间的关系；为燃气轮机经过电力再调度后需要的天然气量；表示为耦合交易中燃气轮机需要的天然气量；表示市场上的天然气需求预测值；r
n,t
表示节点n处的气压。
[0137]
根据本发明提供的一种用于多能源交互背景下的电力和天然气联合调度系统，如图1所示，包括：
[0138]
市场参与者模块：通过历史数据预测当前电力价格数据和天然气价格数据；例如：通过前n年某月份电力价格的平均值以及每年的变化率，预测当前电力价格数据；通过前n年某月份天然气价格的平均值以及每年的变化率，预测当前天然气价格数据；或者利用历史数据(前n年某月份天然气价格或电力价格、天气因素以及增长因素)分别训练电力神经网络模型和天然气神经网络模型，并利用训练后的电力神经网络模型和天然气神经网络模型分别预测当前电力价格和天然气价格；
[0139]
市场参与者模块：利用参与者决策模型得到当前电力报价和相应的出售量以及当前天然气报价和相应的出售量；
[0140]
市场运营商模块：建立能源优化交易模型，并利用能源优化交易模型得到最优的电力系统价格和相应的成交量以及最优的天然气系统价格和相应的成交量，从而实现电力和天然气交易在能源优化交易模型中的共同出清，获得电力系统出清信息和天然气系统出清信息；
[0141]
系统运营商模块：分别基于电力和天然气的出清信息依次对电力系统以及天然气系统进行校验，如果市场出清信息不满足电力系统和天然气系统的安全约束需求，则分别利用电力系统再调度模型和天然气系统再调度模型对电力系统和天然气系统的出清信息进行调整，直至满足各自的预设安全约束需求；
[0142]
所述参与者决策模型是基于预测得到的电力价格和天然气价格得到自身物理约束条件下自身报价和相应的出售量；
[0143]
所述能源优化交易模型是以市场运行的经济性为目标，根据电力市场商中的报价和相应的出售量以及天然气市场商中的报价和相应的出售量，得到最优的电力能源价格和相应的成交量以及最优的天然气能源价格和相应的成交量；
[0144]
所述电力系统再调度模型和天然气系统再调度模型均是以再调度经济性指标、再调度电量指标以及再调度清洁性指标最优为目标，确定再调度电量，以满足电力安全调度的需求。
[0145]
交易耦合运行独立的电力-天然气市场模式是本发明的一个具体的实施例。交易耦合是指，在市场交易层面，仅考虑电力与天然气的一般商品特性，不考虑其物理特性的影响，此时电力商品和天然气商品如同一般商品一样自由交易，电力市场运营商与天然气市场运营商间能够相互合作，形成统一的电力-天然气能源市场，并根据电力及天然气商品的供求平衡统一出清两能源商品。运行独立是指，在物理运行层面，电力系统和天然气系统独立运行，分别以最经济的方式维持两能源系统的安全稳定性，对不合理的耦合交易出清结果进行再调度。在独立运行部分中，先进行电力系统独立运行。电力系统运营商首先校验耦合交易部分的市场出清结果能否满足电力系统的安全稳定约束，若可以满足，则根据耦合
交易部分结果进行调度；若不能满足，则以最经济的方法调整耦合交易部分得到的各市场参与者的成交量，此过程也称作电力系统的再调度。天然气系统的独立运行在电力系统独立运行之后进行，天然气系统运营商首先校验耦合交易部分的市场出清结果能否满足天然气系统的安全稳定约束，以及燃气轮机是否因电力系统的再调度而调整出力，从而使其天然气的需求量发生改变。若可以满足系统安全稳定约束且燃气轮机的天然气需求量没有变化，则根据耦合交易部分结果进行调度；若不能满足系统安全稳定约束或燃气轮机的天然气需求量发生变化，则以最经济的方法调整耦合交易部分的结果，此过程也称作天然气系统的再调度。
[0146]
交易耦合运行独立的电力-天然气市场为双层模型，上层模型为参与者决策模型；下层模型为能源优化交易模型、电力系统再调度模型和天然气系统再调度模型。
[0147]
具体地，市场参与者模块调度上层参与者决策模型，市场参与者参与电力-天然气协调市场时，以自身利益最大化为目标，向电力-天然气协调市场进行价格投标。与此同时，市场参与者需要考虑自身能源供求能力的约束以确保投标的合理性，包括机组/气井容量约束以及机组爬坡约束。
[0148][0149][0150][0151][0152][0153][0154][0155]
其中，公式(1)～(4)代表拥有燃气轮机的市场参与者模块的报价模型；公式(1)代表市场参与者模块以自身成本最小化为目标，优化投标策略；为耦合交易中电力商品的出清价格；为耦合交易中天然气商品的出清价格；为电力系统再调度时产生的电力价格；为天然气系统再调度时产生的天然气价格；为耦合交易中电力商品的成交量；为电力系统再调度的电量；为燃气轮机的发电成本；为燃气轮机的能源转换率；公式(2)代表市场参与者模块的分段式报价；为市场参与者模块的报价；为市场参与者模块的最高报价约束；公式(3)代表燃气轮机的出力约束；为燃气轮机的最大出力；公式(4)代表燃气轮机的爬坡约束；分别为爬坡能力的上、下限；公式(5)～(7)代表拥有天然气井的市场参与者的报价模型；公式(5)代表市场参与者以自身成本最小化为目标，优化投标策略；为耦合交易中天然气商品的成交量；为天然气系统再调度的天然气量；为天然气井的运营成本；公式(6)代表市场参与者模块的分段式报
价；为市场参与者模块的报价；为市场参与者模块的最高报价约束；公式(7)代表天然气井的供气约束；为燃气轮机的最大供气能力；表示耦合交易中天然气商品的出清价格。
[0156]
下层市场出清模型包括能源优化交易模型、电力系统再调度模型和天然气系统再调度模型三部分，按照时间顺序依次进行。市场运营商模块调度能源优化交易模型，系统运营商模块调度电力系统再调度模型和天然气系统再调度模型。
[0157]
第一部分能源优化交易模型。仅考虑电力与天然气的一般商品特性，不考虑其物理特性的影响，此时电力商品和天然气商品如同一般商品一样自由交易，电力市场运营商与天然气市场运营商间能够相互合作，形成统一的电力-天然气能源市场，并根据电力及天然气商品的供求平衡统一出清两能源商品。
[0158][0159][0160][0161][0162]
其中，公式(8)代表耦合的电力与天然气市场的总社会效益最大化；公式(9)代表电力商品的供求平衡；为可再生能源发电出力预测值；为市场中的电力需求预测值；公式(10)代表天然气商品的供求平衡；为市场上的天然气需求预测值；公式(11)代表燃气轮机的气电转换关系；为耦合交易中燃气轮机需要的天然气量。
[0163]
具体地，所述系统运营商模块采用：校验电力出清信息是否满足电力调度的电力安全需求约束，当满足时，则基于当前的电力出清信息对电力进行调度；当不满足时，则利用电力系统再调度模型对电力系统的出清信息进行调整，以满足电力安全调度的需求。
[0164]
具体地，所述电力系统再调度模型采用：
[0165][0166][0167]-π≤θ
i,t
≤π
ꢀꢀꢀ
(14)
[0168][0169]
其中，公式(12)代表电力以再调度成本最低为目标函数调度；为可再生能源出力的削减量；为需求响应量；为可再生能源削减的价格惩罚；为需求响应的成本；公式(13)代表电力在考虑物理约束后，通过适当的再调度维持电力系统的功率平衡；公式(14)代表电力的相角约束；θ
i,t
为某节点处的相角；公式(15)代表电力网络线路的容量约束；b
i,j
为电力的电纳矩阵；为电力网络线路的容量上限；θ
j,t
表示节点j处的相角。
[0170]
具体地，所述系统运营商模块采用：校验天然气出清信息是否满足天然气调度的天然气安全需求约束，当满足时，则基于当前的天然气出清信息对天然气进行调度；当不满
足时，则利用天然气系统再调度模型对天然气系统的出清信息进行调整，以满足天然气安全调度的需求。
[0171]
具体地，所述天然气系统再调度模型采用：
[0172][0173][0174]
(q
m,n,t
/w
m,n
)2＝|r
m,t2-r
n,t2
|
ꢀꢀꢀ
(18)
[0175][0176][0177]
x
m,n
＝{0,1}
ꢀꢀꢀ
(21)
[0178][0179]
其中，公式(16)代表天然气以再调度成本最低为目标函数调度；为需求响应量；为需求响应的成本；公式(17)代表天然气在考虑物理约束后，通过适当的再调度维持天然气的供需平衡；公式(18)代表天然气的天然气流量与管网两端压力的关系；q
m,n,t
为管道mn中的气流；r
m,t
为节点m处的气压；w
m,n
为韦茅斯常数；公式(19)代表节点气压约束；为节点最高气压约束；为节点最低气压约束；公式(20)代表天然气管网的容量约束；天然气传输与电力传输不同，不能任意改变传输方向，需按照一定的传输方向持续传输一定时间；x
m,n
代表某管道的传输方向；为0-1变量；为管网天然气传输的上限值；公式(22)代表燃气轮机由于电力再调度所调整的出力与天然气消耗量间的关系；为燃气轮机经过电力再调度后需要的天然气量；表示为耦合交易中燃气轮机需要的天然气量；表示市场上的天然气需求预测值；r
n,t
表示节点n处的气压。
[0180]
实施例2
[0181]
实施例2是实施例1的优选例
[0182]
本发明提供了一种用于多能源交互背景下的电力和天然气联合调度系统，包括市场参与者模块，市场运营商模块和系统运营商模块。
[0183]
市场参与者模块包括市场参与者决策模块和市场参与者投标模块。
[0184]
市场运营商模块包括电力-天然气耦合出清模块和市场-系统交互模块。
[0185]
系统运营商模块包括电力系统校验再调度模块和天然气系统校验再调度模块。
[0186]
电力系统校验再调度模块包括电力系统校验模块和电力系统再调度模块。
[0187]
天然气系统校验再调度模块包括天然气系统校验模块和天然气系统再调度模块。
[0188]
市场参与者在市场参与者决策模块中，调度参与者决策模型，从而根据自身目标优化形成电力和天然气的消耗策略，市场参与者需要考虑自身能源供求能力的约束，包括机组/气井容量约束以及机组爬坡约束，进一步确定自身对电力和天然气的出售/购买需求。市场参与者在市场参与者投标模块中，向市场运营商模块投标，投标包括拟出售/购买电力、拟出售/购买天然气的出售/购买价格和出售/购买量。
[0189]
市场运营商在电力-天然气耦合交易模块中，接收市场参与者的投标信息，市场运
营商考虑电力与天然气间的转换关系，根据市场调度的经济性、环保性等需求，调度能源优化交易模型，从而选择接受最优的市场参与者投标。在该模块中，电力与天然气交易在能源优化交易模型中共同出清，出清信息包括各电力出清信息和天然气出清信息。电力出清信息包括：市场参与者中标的电量和市场的统一电价，天然气出清信息包括：市场参与者中标的天然气量和市场的统一天然气价。市场运营商通过市场-系统交互模块，将市场出清信息传递给系统运营商。
[0190]
系统运营商在电力系统校验模块中，校验市场运营商所传递的电力出清信息是否满足系统调度的安全需求约束，包括线路容量约束以及不参与市场交易的发电商和用户的电力供求平衡约束。若满足，则以此对电力系统进行调度，若不满足，则进入电力系统再调度模块。系统运营商在电力系统再调度模块中，调度电力系统再调度模型，以再调度经济性、再调度电量及再调度清洁性最优为目标，确定再调度电量，以满足电力系统安全调度的需求。
[0191]
系统运营商在天然气系统校验模块中，校验市场运营商所传递的天然气出清信息是否满足系统调度的安全需求，包括管网容量约束以及不参与市场交易的气井和用户的天然气供求平衡约束。若满足，则以此对天然气系统进行调度，若不满足，则进入天然气系统再调度模块。系统运营商在天然气系统再调度模块中，调度天然气系统再调度模型，以再调度经济性、再调度电量及再调度清洁性最优为目标，确定再调度天然气量，以满足天然气系统安全调度的需求。
[0192]
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
[0193]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。