实时电力市场出清定价优化方法、装置和存储介质与流程

1.本发明涉及电力调度自动化的技术领域，特别涉及实时电力市场出清与定价两步制优化的加速方法。


背景技术：

2.安全约束经济调度算法作为电力现货市场出清与定价的核心算法，为现货市场提供科学的节点电价，充分将发电机边际成本、系统容量、网损和线路阻塞情况综合考虑到电价中，为阻塞费用的分摊提供了有力的依据。由于电力现货市场出清模型考虑多种约束，且边界数据存在较大的不确定性和波动性，为保证问题的可行性，通常在电力现货市场出清模型中引入松弛变量来保证问题的可行性，避免生产环境中出清模型不可行的事故发生。松弛变量一般包括发用电平衡松弛和网络安全松弛，松弛变量的目前惩罚系数是模型决策的关键参数，当线路负载过大，既可以选择限负荷，也可以选择线路越限时，最优解依赖于惩罚系数的大小关系。松弛变量不同于其它变量具有明确的物理意义，发电机组的单位发电成本可以用货币衡量，松弛变量的惩罚系数没有明确的物理意义，这就导致了出清模型的影子价格不具备严格的物理意义，并且松弛变量罚值越高，该问题的影子价格也会越高。为解决这一问题，目前业内通常使用的方法是将出清与定价分开，采用出清定价两步制优化方法。首先在市场出清模型中设置较高的松弛变量惩罚系数进行出清，若存在发用电平衡或网络安全约束松弛变量非零，则固定松弛变量数值，然后进行二次求解定价。
3.伴随国内现货试点省份先后进入长周期不间断连续结算试运行，对市场出清与节点价格计算的时效性要求越来越高，尤其是以5分钟或15分钟为周期滚运行的实时电力市场出清与节点电价计算，部分试点单位暂无法达到5分钟周期滚动运行的时效要求。另外，市场出清定价中网络安全约束采用直流潮流方法计算，为缩小交直流偏差，需与安全校核进行多轮迭代，故上述两步制出清定价算法在实际中存在着效率不高、耗时过长的问题。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有电力市场出清定价方法在实际中存在着效率不高、耗时过长的问题，提供实时电力市场出清定价优化方法。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了实时电力市场出清定价优化方法，包括：
6.第一方面，本发明提供了实时电力市场出清定价优化方法，包括：
7.获取实时电力市场出清基础数据；根据基础数据，构建实时电力市场出清模型；
8.求解实时电力市场出清模型；得到机组出力、断面潮流、发用电平衡约束松弛量以及网络安全约束松弛量；
9.利用发用电平衡约束松弛量、网络安全约束松弛量修正系统用电负荷和断面限额，使得发用电平衡约束等式和网络安全约束严格成立，获得节点价格计算模型；
10.基于节点价价格计算模型，通过寻求节点价格计算模型最优基；利用最优基与价格系数直接计算节点价格；
11.输出机组出力、断面潮流、发用电平衡约束影子价格、网络安全约束影子价格和节点价格。
12.进一步地，包括：所述实时电力市场出清模型，表示如下：
[0013][0014]
式中：n表示机组的总台数；t表示所考虑的总时段数，s表示机组申报价格分段数；d表示网络安全约束断面个数；c
it
表示机组i在t时段发电成本；p
i,t
表示机组i时段t的出力；表示发用电平衡约束在t时段发电过剩松弛变量；表示发用电平衡约束在t时段发电不足松弛变量；分别为断面d的正向潮流松弛变量、反向潮流松弛变量；penalty1表示平衡约束惩罚系数；penalty2表示断面潮流约束惩罚系数。
[0015]
再进一步地，所述实时电力市场出清模型的约束条件包括：发用电平衡约束、机组运行约束、机组费用约束、机组群约束和网络安全约束。
[0016]
再进一步地，发用电平衡约束的表达式为：
[0017][0018]
式中：t
j,t
表示联络线j时段t的有功功率；d
t
表示时段t的用电负荷。
[0019]
再进一步地，所述机组运行约束包括机组出力上下限约束和机组爬坡滑坡约束，具体表达式如下：
[0020][0021]
式中：为机组i在t时段的最大、最小出力；为机组i最大上爬坡速率，o
i,t-1
表示机组i时段t-1的出力；为机组i最大下爬坡速率。
[0022]
再进一步地，所述机组费用约束包括机组运行费用、机组出力定义和机组分段出力约束，具体表达式如下：
[0023][0024]
式中：m为机组报价总段数；p
i,t,m
为机组i在t时段第m个出力区间中的中标电力；分别为机组i申报的第m个出力区间左右端点；c
i,t,m
为机组i在t时段申报的第m个出力分段对应的能量价格。
[0025]
再进一步地，所述机组群约束的表达式为：
[0026]
[0027]
式中：p
g,t
为机组群g在t时段的有功功率；分别机组群g在t时段的有功功率上、下限；sg为机组群g的机组集合。
[0028]
进一步地，所述网络安全约束表达式如下：
[0029][0030]
式中：分别为断面s的正反向潮流传输极限；g
s-i
为机组i所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子；g
s-k
为节点k对断面s的输出功率转移分布因子；d
k,t
为节点k在t时段的母线负荷值；g
s-j
为联络线j所在节点对线路s的输出功率转移分布因子；子；分别为断面s的正向潮流松弛变量、反向潮流松弛变量；fps为中间参数。
[0031]
第二方面，本发明提供了实时电力市场出清定价优化装置，包括：
[0032]
实时电力市场出清模型构建模块，用于获取实时电力市场出清基础数据；根据基础数据，构建实时电力市场出清模型；
[0033]
实时电力市场出清模型求解模块，用于求解实时电力市场出清模型；得到机组出力、断面潮流、发用电平衡约束松弛量以及网络安全约束松弛量；
[0034]
二次求解模块，用于利用发用电平衡约束松弛量、网络安全约束松弛量修正系统用电负荷和断面限额，使得发用电平衡约束等式和网络安全约束严格成立，获得节点价格计算模型；基于节点价价格计算模型，通过寻求节点价格计算模型最优基；利用最优基与价格系数直接计算节点价格；
[0035]
参数输出模块，用于输出机组出力、断面潮流、发用电平衡约束影子价格、网络安全约束影子价格和节点价格。
[0036]
第三方面，本发明提供了所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任意一种可能的实施方案所提供的实时电力市场出清定价优化方法的步骤。
[0037]
有益效果：本发明提出的电力市场出清定价优化方法，实时将实时电力市场出清与定价两步优化求解缩减为一次，节约市场出清和节点价格计算时间，提升频繁调用该功能的实时电力市场运行效率，解决了现有电力市场出清定价方法效率不高、耗时过长的问题，为未来新型电力系统大规模灵活性调节资源、多类型交易品种场景的快速出清与定价提供算法支撑。
附图说明
[0038]
图1为本发明提供的实时电力市场出清定价方法实施流程图。
具体实施方式
[0039]
下面结合附图1对本发明实施方式做进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0040]
实施例1实时电力市场出清定价优化方法
[0041]
如图1所示，本发明实施方式包括以下步骤：
[0042]
步骤s1，获取实时电力市场出清基础数据；
[0043]
步骤s2，构建实时电力市场出清模型；
[0044]
步骤s3，求解实时电力市场出清模型；
[0045]
步骤s4，基于市场出清结果获取节点价格计算最优基；
[0046]
步骤s5，利用出清模型价格系数和最优基计算节点价格；
[0047]
步骤s6，输出机组出力、在限断面和节点价格，解析入库。
[0048]
步骤s1中的基础数据包括：1)控制参数。包括约束条件是否松弛、是否考虑网络安全约束、厂用电考虑方式、潮流计算灵敏度阀值、市场模式、收敛精度、最大求解时间和迭代次数；2)系统数据。包括优化时段信息、系统负荷预测和系统预留备用；3)机组数据。包括机组计算参数、机组申报价格、机组初始状态、机组最大最小出力、机组爬坡滑坡速率、新能源预测有功功率和机组最大最小开停机时间；4)联络线数据。包括联络线基本信息和联络线计划功率；5)机组群数据。包括机组群基本信息和机组群功率限值；6)安全约束数据。包括母线负荷预测、机组/负荷/联络线注入功率对支路/断面潮流的转移分布因子、方式数据和电网模型，所述的转移分布因子是获取最新电网物理模型和运行方式数据，采用pq解耦法计算得到。
[0049]
步骤s2所述实时电力市场出清模型为：
[0050]
以发电成本与松弛变量惩罚成本最小为优化目标，具体表达式如下：
[0051][0052]
式中：n表示机组的总台数；t表示所考虑的总时段数，假设一天考虑96时段，则t为96；s表示机组申报价格分段数；d表示网络安全约束断面个数；c
it
表示机组i在t时段发电成本；表示发用电平衡约束在t时段发电过剩松弛变量；表示发用电平衡约束在t时段发电不足松弛变量；分别为断面d的正、反向潮流松弛变量；penalty1表示平衡约束惩罚系数，为保证出清环节尽量满足发用电平衡，此惩罚系数在出清中一般设置为10^9；penalty2表示断面潮流约束惩罚系数，为保证出清环节尽量满足电网安全，此惩罚系数在出清中一般设置为10^8。
[0053]
实时电力市场出清模型约束条件包括发用电平衡约束、机组运行约束、机组费用约束、机组群约束和网络安全约束。
[0054]
发用电平衡约束的表达式为：
[0055][0056]
式中：p
i,t
表示机组i时段t的出力；t
j,t
表示联络线j时段t的有功功率；d
t
表示时段t的用电负荷。
[0057]
机组运行约束包括机组出力上下限约束和机组爬坡滑坡约束，具体表达式如下：
[0058][0059][0060][0061]
式中：为机组i在t时段的最大、最小出力；为机组i最大上爬坡速率，为机组i最大下爬坡速率。
[0062]
机组费用约束包括机组运行费用、机组出力定义和机组分段出力约束，具体表达式如下：
[0063][0064][0065][0066]
式中：m为机组报价总段数；p
i,t,m
为机组i在t时段第m个出力区间中的中标电力；分别为机组i申报的第m个出力区间左右端点；c
i,t,m
为机组i在t时段申报的第m个出力分段对应的能量价格。
[0067]
机组群约束的表达式为：
[0068][0069][0070]
式中：p
g,t
为机组群g在t时段的有功功率；分别机组群g在t时段的有功功率上、下限；sg为机组群g的机组集合。
[0071]
网络安全约束表达式如下：
[0072][0073][0074]
式中：分别为断面s的正反向潮流传输极限；g
s-i
为机组i所在节点对断面s的发电机输出功率转移分布因子；g
s-k
为节点k对断面s的输出功率转移分布因子；d
k,t
为节点k在t时段的母线负荷值；g
s-j
为联络线j所在节点对线路s的输出功率转移分布因
子；子；分别为断面s的正、反向潮流松弛变量。
[0075]
步骤s3求解实时电力市场出清模型，得到机组中标结果、断面阻塞情况、发用电平衡约束松弛量、网络安全约束松弛量等结果信息。为更好说明本发明的加速方法，在此给出传统的实时电力市场出清定价两步制优化方法的具体步骤：
[0076]
1)调用cplex优化引擎求解步骤s2构建的实时电力市场出清模型，得到机组中标结果、断面阻塞情况、平衡约束影子价格和网络约束影子价格。由于市场出清模型中发用电平衡约束和网络安全约束松弛变量惩罚系数异常大，故其影子价格存在异常大的情况，此时将无法作为市场结算价格。特别是发用电平衡约束和网络安全约束松弛时，其影子价格为发用电平衡约束和网络安全约束松弛变量的惩罚系数，并非由实际的物理机组定价，失去了物理意义。
[0077]
2)利用步骤1)中的发用电平衡约束松弛量、网络安全约束松弛量修正系统用电负荷和断面限额，使得发用电平衡约束等式和网络安全约束严格成立，此时的优化模型称之为节点价格计算模型。
[0078]
3)对节点价价格计算模型进行二次求解，得到发用电平衡约束和网络安全约束影子价格，并基于此计算节点价格。由于二次求解较为耗时，所以本发明通过寻求节点价格计算模型最优基，利用最优基与价格系数直接计算节点价格缩减计算时间，提升计算效率。
[0079]
步骤s4基于市场出清结果获取节点价格计算最优基。获取步骤s3实时电力市场出清模型最优解对应的最优基，保持原有的列基变量，将有任意一个松弛变量大于0的行对应的行状态改为行基变量，修改后的最优基即为步骤s3中所属节点价格计算模型的最优解。
[0080]
接下来对上述结论进行证明。首先，将步骤s3中市场出清模型和节点价格计算模型抽象为如下问题：
[0081]
市场出清模型原始问题(prob1)：
[0082]
mincx ms1 m1s2 m2s3[0083]
st.a1x s
1-s2＝b1[0084]
a2x s3≥b2[0085]
x,s1,s2,s3≥0
[0086]
其中，优化目标为成本最小，约束中包含等式约束(如平衡类约束)与不等式约束(如上下限类约束)；s1和s2为等式约束的松弛向量，s3为不等式约束的松弛变量，分别对应了成本函数中不同的罚值；该模型的解x也就是分段出力值。
[0087]
市场出清模型的对偶问题(dualprob1)：
[0088]
maxb1y1 b2y2[0089][0090]
iy1＝m1[0091]
iy2≤m2[0092]
y free
[0093]
与之对应的，节点价格计算模型可以抽象为如下形式：
[0094]
节点价格计算模型原始问题(prob2)：
[0095]
min cx
[0096][0097][0098]
x≥0
[0099]
其中，是从第一阶段求解得到的松弛变量最优解。
[0100]
节点价格计算模型对偶问题(dualprob2)：
[0101][0102][0103]
yfree
[0104]
首先可以证明prob1和prob2解的等价性。假设x
*
为prob1的决策变量最优解，s
*
为prob1的松弛变量最优解。若x*不是prob2的最优解，则等价于：存在x
′
使得cx
′
≤cx
*
,且x
′
满足prob2所有约束。又因为x
′
满足prob2的约束，那么x
′
也满足prob1的所有约束，即，存在可行解(x
′
,s*)使得cx
′
ms
*
≤cx
*
ms
*
,与x
*
为prob1的决策变量最优解相矛盾。因此prob2的最优解与prob1的最优解等价，即x
′
＝x
*
。
[0105]
接下来，根据prob1的最优解信息推导prob2的最优基。当s1,s2,s3中的任意一个松弛变量不等于0时，说明对应的不等式约束是紧约束(即：不等式实际上是等式)。根据原问题与对偶问题之间的互补松弛定理，一个紧约束对应的对偶变量一定会进入对偶问题的最优基(最优解》0),因此将这些对应的行指定为基变量。综上所述，修订后的行和列最优基为prob2的最优基。
[0106]
步骤s5直接通过最优基矩阵和价格系数求得prob2的对偶最优解，即所有需要提供影子价格的约束，避免节点价格计算模型的二次求解，大大提升节点价格计算效率。
[0107]
步骤s6输出机组出力、断面潮流、发用电平衡约束影子价格、网络安全约束影子价格、节点价格等信息，解析入库。
[0108]
本发明方法适用于省级实时电力市场出清与定价的快速计算，具有计算效率高、适应性强的特点。本发明技术方案已在省级电网得到应用，应用效果符合预期。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
[0109]
与现有技术相比，本发明为满足现货试点省份5分钟周期滚动运行的实时电力市场出清定价计算的时效要求，提出了实时电力市场出清与定价两步制优化的加速方法。该方法基于考虑发用电平衡与网络安全约束松弛量的市场出清模型最优解，寻找利用松弛量修正系统负荷与断面限额的节点电价计算模型的最优基，并给出了寻找最优基的理论依据。通过最优基矩阵与价格系数做内积求得对偶问题的最优解，即发用电平衡约束与网络安全约束的影子价格，进而得到节点价格，大大提升了计算效率，为未来新型电力系统大规模灵活性调节资源、多类型交易品种场景的快速出清与定价提供算法支撑。
[0110]
实施例2
[0111]
与实施例1提供的实时电力市场出清定价优化方法相对应地，本实施例提供了实时电力市场出清定价优化装置，包括：
[0112]
实时电力市场出清模型构建模块，用于获取实时电力市场出清基础数据；根据基础数据，构建实时电力市场出清模型；
[0113]
实时电力市场出清模型求解模块，用于求解实时电力市场出清模型；得到机组出力、断面潮流、发用电平衡约束松弛量以及网络安全约束松弛量；
[0114]
二次求解模块，用于利用发用电平衡约束松弛量、网络安全约束松弛量修正系统用电负荷和断面限额，使得发用电平衡约束等式和网络安全约束严格成立，获得节点价格计算模型；基于节点价价格计算模型，通过寻求节点价格计算模型最优基；利用最优基与价格系数直接计算节点价格；
[0115]
参数输出模块，用于输出机组出力、断面潮流、发用电平衡约束影子价格、网络安全约束影子价格和节点价格。
[0116]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0117]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0118]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程中指定的功能的装置。
[0119]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程中指定的功能。
[0120]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程中指定的功能的步骤。
[0121]
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。