提升区域电能质量的园区级范围电力市场交易方法及系统与流程

1.本发明属于电力交易领域，一种提升区域电能质量的园区级范围电力市场交易方法及系统。


背景技术：

2.随着居民家用电器的多样化，感性/阻性的电器元件显著增多，导致居民负荷对电能质量影响占比增加。线路末端电能质量降低需要增加无功补偿装置的现象越来越广泛，而居民负荷具有无功调节能力，能否充分利用负荷端无功调节资源，通过市场交易电网侧获得居民负荷侧的无功调节能力，减缓电网必要的升级投资，居民测通过参与市场交易获得无功补偿收益，调动市场双向互动积极性。
3.由于居民用电量小，无功补偿容量微乎其微，因此需要对用户进行聚合参与市场交易。如何合理设计出清方法，提升发电机组有偿无功辅助服务参与积极性，则成为有偿无功辅助服务市场组织的重要内容。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于提供一种提升区域电能质量的园区级范围电力市场交易方法及系统，通过对用户端资源充分利用，减小电网运行压力，保证电能质量，降低运行成本。
5.本发明是这样实现的，
6.一种提升区域电能质量的园区级范围电力市场交易方法，该方法包括：
7.步骤1：以园区为单位，对园区内用户及用电数据进行采集，并根据电器性质，将用户侧电器分为等效电感元件l、等效电阻元件r、等效电容元件c，根据用户的用电习惯，将每种电器分为可激励负荷和可终断负荷，其中可激励负荷通过收益贡献无功调节能力，可终断负荷在必要时段脱离电网保证电网所需无功功率；
8.步骤2：园区内设有一个计算控制室，接受电网调度中心的指令，并与之双向联络，并将园区内居民具有相同无功特性的家用电器等效为一个无功补偿元件；
9.步骤3：确定该园区所在无功分区，确定其所调节的中枢点电压，并基于同一类型的负荷的报价集合确定与边际机组同类型的负荷报价的众数作为园区出清参电价；
10.步骤4：电网调控中心以无功成本最小局部分区优化实现系统无功辅助服务的交易出清，按照无功成本最小确定中标园区；
11.步骤5：对于中标的园区，园区内根据原有报价排序将无功服务中标量分配至参与交易的居民。
12.进一步地，步骤5中分配过程中满足园区内部电网功率约束条件，所述电网功率约束条件为：
13.[0014][0015]
p
gx,t
、q
gx,t
为具有发电机节点的有功功率和无功功率；p
dx,t
、q
dx,t
为负荷节点的有功功率和无功功率；u
x,t
为节点电压；g
xy
、b
xy
分别为节点导纳矩阵。
[0016]
进一步地，步骤4电网调控中心无功成本最小对区域实现系统优化无功辅助服务的交易出清：地区范围内成本优化表达式为：其中，为电容型无功成本，为电容型无功成本，c
′
t
为单位时间成本，c
′
qt
为设备t的机会成本。
[0017]
进一步地，将区内用户及用电数据进行采集，电器性质进行分类，根据用户的用电习惯将用户β的电器分为等效电感元件li、等效电容元件cj，将每种电器分为参与无功交易的可激励负荷p'和参与无功交易的可终断负荷p”，参与无功交易负荷矩阵表示为
[0018]
进一步地，电容型无功成本：电感型无功成本：其中，a、a'为经济报价参数，为无功出力。
[0019]
进一步地，当用户侧有发电机时成本由两部分组成：容量投资成本和机会成本，容量投资成本按照额定功率因数进行折算：
[0020]cq
＝cg·
sin(cos-1
(λ))
[0021]
按设备计划使用年限折算为单位时间成本：
[0022][0023]cg
为发电机总容量投资成本；cq为发电机无功投资成本；λ为功率因数。cq为发电机无功投资成本；c
′
t
为设备t投资折算成本；n为设备预计使用年限；η为设备平均使用率；
[0024]
当无功发电达到一定程度而影响有功发电收益时，损失的部分成本由无功服务购买方承担，设备t的机会成本c
′
qt
为：
[0025]c′
qt
＝δ
p
·
p
·
δt
[0026]
式中，δ
p
为有功电价p为因无功损失的有功功率。
[0027]
进一步地，步骤3确定该园区所在无功分区包括：利用该园区所在节点的电压改变对电网中枢点电压改变的影响程度确定分区：
[0028][0029]
其中为节点p电压与中枢点g的无功向量，若相关系数超过预设值a
set
，说明节点p与中枢点g具有相关性；δv
p
、δvg分别为节点与中枢点电压变化量。
[0030]
进一步地，步骤4中，园区内部以户为单位首先进行无功补偿能力的申报和内部报价，计算控制室汇总园区内用户报价顺序清单，基于同一类型的能够提供无功补偿能力的负荷的报价集合的众数作为园区出清电价，同一类型的用电负荷所申报的有偿无功辅助服
务报价用集合ω表示，以l
′i为例ωl＝{al
′1,al
′2,..al
′i...,aln}
′
，其中，al
′1,al
′2,..al
′i..,al
′n为用户1-n的同一类型无功装置的报价，基于报价的众数即为机组出清参考价，s(l
′i)即为l
′i的众数。
[0031]
进一步地，步骤5中分配过程中，在满足市场化交易的同时还需保证电网的安全性约束：
[0032]
无功发电量小于无功辅助服务市场竞标量
[0033]
园区内用户的发电机组功率约束应满足：
[0034][0035][0036]
无功源爬坡率约束：
[0037]
|q
x,t 1-q
x,t
|≤r
[0038]
电压约束：
[0039]ux,min,t
≤u
x,t
≤u
x,max,t
[0040]us,min,t
≤u
s,t
≤u
s,max,t
[0041]qx
、分别为无功发电的竞标量和中标量；为无功发电最大值；s
x,max,t
为视在功率最大值；r为爬坡限制；u
x,t
为节点电压；u
s,t
为中枢点电压。
[0042]
一种提升区域电能质量的园区级范围电力市场交易系统，包括：信息收集模块、负荷聚类模块、参与交易模块、中标容量分配模块；其中：
[0043]
信息收集模块，用于收集用户报价信息、容量信息、成本信息；
[0044]
负荷聚类模块，用于将园区内居民具有相同无功特性的家用电器等效为一个无功补偿元件；
[0045]
参与交易模块，用于确定最终的参与交易的竞价信息与容量信息；
[0046]
中标容量分配模块，用于将中标容量分配至用户，分配顺序按照用户报价清单由低至高分配。
[0047]
本发明与现有技术相比，有益效果在于：目前居民电器种类多、感性/容性负荷接入电网容量显著增加，若不加以调整会导致线路末端用户电能质量有所下降。为保证用户电能质量稳定，电网企业不得不增设无功调节装置或增加供电分支线路，投资显著增加，但这种投资行为可以通过灵活调用负荷侧资源得以缓解。因此本发明提出一种提升区域电能质量的园区级范围电力市场交易方法，首先确定节点分区，保证节点无功补偿对中枢点电压调节效果最佳。以园区为单位对居民负荷的无功调节能力进行分类与整合，参与市场出清。电网企业以无功成本最低进行优化。与此同时，园区收集居民参与市场交易竞价高低顺序清单确定中标容量的分配形式。该方法既调动了负荷侧无功资源的用户给予经济收益，又减缓了电网公司非必须的电网投资建设进度，提升了无功市场双向互动积极性。
附图说明
[0048]
图1是本发明市场交易流程图；
[0049]
图2交易前园区内部计划流程图；
[0050]
图3分区确定流程图；
[0051]
图4园区内部计算中心结构示意图。
具体实施方式
[0052]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0053]
电网实际运行过程中，当发电机组的基本无功辅助服务不能满足电网电压调控的要求时，则需要调用其有偿无功辅助服务。
[0054]
无功补偿的基本原则是分层分区就地平衡，目前家用电器的多样化，感性/阻性的电器元件显著增多因此可利用园区内用户装置对电器进行分类，根据电网需要参与无功辅助服务交易提供无功补偿能力获得收益。对于具有发电机的用户，可提供一定的无功功率参与市场交易。参照图1所示本发明实施例所提供的一种提升区域电能质量的园区级范围电力市场交易方法，包括：
[0055]
步骤1：对园区内用户及用电数据进行采集，电器性质进行分类。将用户侧电器分为等效电感元件l、等效电阻元件r、等效电容元件c。根据用户的用电习惯，将每种电器又细分为可激励负荷和可终断负荷。可激励负荷通过收益贡献无功调节能力，可终断负荷必要时段脱离电网保证电网所需无功功率。
[0056]
步骤2：园区内设有一个计算控制室，主要功能之一是将园区内用户上报的无功调节各类资源(对外呈现出感性或容性的所有用电设备)聚合为一个整体，使它们对外呈现出所需的特性(等效电感元件li、等效电容元件，又细分为：可激励负荷p')，接受电网调度中心的指令，并与之双向联络。
[0057]
步骤3：确定该园区所在无功分区，确定其所调节的中枢点电压，确定该园区参与市场交易的报价方式，基于同一类型的负荷的报价集合确定与所述边际机组同类型的所述负荷报价的众数作为园区出清参电价。
[0058]
步骤4：电网调控中心以无功成本最小局部分区优化实现系统无功辅助服务的交易出清。而在电网实际运行过程中园区整体将作为配电网调控中心的一部分，按照日前辅助服务交易结果调用区域内可控资源，以完成实时电压控制。
[0059]
步骤5：用户的可激励负荷的参与率通过市场决定。园区内根据原有报价排序将无功服务中标量分配至参与交易的居民。
[0060]
再分配过程中还应满足园区内部网络拓扑约束条件。
[0061]
具体的，在无功无助服务市场之前，应首先确定各个园区所在的节点及相关性最高的中枢点。此任务流程如图3所示。
[0062]
利用该园区所在节点的电压改变对电网中枢点电压改变的影响程度确定分区：
[0063][0064]
其中为节点p电压与中枢点g的无功向量，若相关系数超过预设值a
set
，说明节点p与中枢点g具有相关性；δv
p
、δvg分别为节点与中枢点电压变化量。假定每日14：00之前调度控制中心确定次日各地区的无功辅助服务容量。16：00之前关闭日前交易市场。园区内部
的计算中心内部流程图如图2所示，需要完成以下步骤：
[0065]
1.确定园区内部各户上报容量(根据交易中心给出的等效无功容量表，根据自身设备的电压、容量等参数进行对照后上报)形成园区内部容量矩阵其中，感性负载主要有洗衣机、电风扇、搅拌机、微波炉、吸尘器空调、冰箱。容性负载主要有容性负载：剃须刀，可充电手电电脑，电视。
[0066]
2..按照用户报价高低形成报价顺序清单，以便后期分配中标容量。以l
′i为例ωl＝{al
′1,al
′2,..al
′i..,al
′n}，其中，al
′1,al
′2,..al
′i..,al
′n为用户1-n的同一类型无功装置的报价。
[0067]
3.确定次日该园区报价及容量并上报。基于报价的众数即为机组出清参考价，s(l
′i)即为l
′i的众数。具体计算方法为统计学中常用方法，本发明在此不再赘述。
[0068]
调控中心需要确定各种参与无功市场化交易成本：
[0069]
电感型无功成本可近似用线性函数的形式表示，电感型无功成本：容量投资成本按照额定功率因数进行折算：cq＝cg·
sin(cos-1
(λ))。在考虑实际运行的显示成本时需要按设备计划使用年限这算为单位时间(1h)成本：
[0070]
其中，a、a
′
为经济报价参数，为无功出力。cg为发电机总容量投资成本；cq为发电机无功投资成本；λ为功率因数。cq为发电机无功投资成本；c
′
t
为设备t投资折算成本；n为设备预计使用年限；η为设备平均使用率。
[0071]
电网调控中心无功成本最小对区域实现系统优化，无功辅助服务的交易出清。
[0072][0073]
在满足电网安全约束条件下，优化出清。
[0074]
无功发电量小于无功辅助服务市场竞标量
[0075]
发电机组功率约束应满足：
[0076][0077][0078]
无功源爬坡率约束：
[0079]
|q
x,t 1-q
x,t
|≤r
[0080]
电压约束
[0081]ux,min,t
≤u
x,t
≤u
x,max,t
[0082]us,min,t
≤u
s,t
≤u
s,max,t
[0083]qx
、分别为无功发电的竞标量和中标量；为无功发电最大值；s
x,max,t
为视在功率最大值；r为爬坡限制；u
x,t
为节点电压；u
s,t
为中枢点电压。
[0084]
电网功率约束条件为：
[0085][0086][0087]
p
gx,t
、q
gx,t
为具有发电机节点的有功功率和无功功率；p
dx,t
、q
dx,t
为负荷节点的有功功率和无功功率；u
x,t
为节点电压；g
xy
、b
xy
分别为节点导纳矩阵。
[0088]
本发明提供一种系统，用于园区级范围电力市场交易，包括：信息收集模块、负荷聚类模块、参与交易模块、中标容量分配模块，如图4所示。
[0089]
信息收集模块用于收集用户报价信息、容量信息、成本信息。
[0090]
负荷聚类模块用于将园区内居民具有相同无功特性的家用电器等效为一个无功补偿元件。
[0091]
参与交易模块用于确定最终的参与交易的竞价信息与容量信息。
[0092]
中标容量分配模块用于将中标容量分配至用户，分配顺序按照用户报价清单由低至高分配。
[0093]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。