(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110175727 A(43)申请公布日 2019.08.27
(21)申请号 201910560234.4(22)申请日 2019.06.26
(71)申请人 华北电力大学
地址 102206 北京市昌平区北农路2号(72)发明人 刘敦楠 潘阳 李根柱 汪伟业
吴文卓 (74)专利代理机构 天津盛理知识产权代理有限
公司 12209
代理人 王雨晴(51)Int.Cl.
G06Q 10/04(2012.01)G06Q 10/06(2012.01)G06Q 50/06(2012.01)
权利要求书2页 说明书6页 附图3页
(54)发明名称
一种电网调峰辅助服务市场主辅协调优化方法
(57)摘要
本发明涉及一种电网调峰辅助服务市场主辅协调优化方法，其技术特点在于：包括以下步骤：步骤1、根据报价规则，发电机组申报相应的深度调峰辅助服务市场报价；步骤2、建立调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型；步骤3、求解调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型，得到日内滚动调度计划结果并下发发电机组执行；步骤4、在一定的周期内，根据机组深度调峰的实际调用结果，按照相应分段报价，对机组提供的相应调峰辅助服务进行结算。本发明能够制定出综合成本最优的日内调度计划，该优化方法具有良好的计算效率和鲁棒性，满足实际电网的应用需求。
CN 110175727 ACN 110175727 A
权 利 要 求 书
1/2页
1.一种电网调峰辅助服务市场主辅协调优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、根据报价规则，发电机组申报相应的深度调峰辅助服务市场报价，作为日内调度计划优化的依据；
步骤2、根据步骤1确定的发电机组的深度调峰服务报价和电量完成目标，结合负荷平衡约束和机组运行的边界条件以及电网安全约束，建立调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型；
步骤3、求解调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型，得到日内滚动调度计划结果并下发发电机组执行；
步骤4、在一定的周期内，根据机组深度调峰的实际调用结果，按照相应分段报价，对机组提供的相应调峰辅助服务进行结算。
2.根据权利要求1所述的一种电网调峰辅助服务市场主辅协调优化方法，其特征在于：所述步骤1的报价规则为：在市场成熟前，深度调峰辅助服务市场报价可以在日前进行，日内不改动；在市场成熟后，深度调峰辅助服务市场报价可以在每次制定日内调度计划前进行。
3.根据权利要求1所述的一种电网调峰辅助服务市场主辅协调优化方法，其特征在于：所述步骤2的调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型的优化目标函数为：
式中，fi为发电机组i的单位发电成本，Pi,t为机组i在时段t的有功出力，Ci,t机组i在时段t的调峰服务费用，和为机组i的电量约束的松弛变量，M为一个很大的正数，起到惩罚因子的作用；N为系统中机组的个数，T为调度计划所考虑的时段总数；
所述步骤2的调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型的约束条件为：
1)负荷平衡约束
式中，Dt为时段t的系统负荷；2)机组运行约束：①机组电量约束
式中，目标，则
和分别为机组i可发电量的上下界，如果机组只有一个确定的电量完成和都为非负变量，其中为上限偏差，当
说明优化结果电量高
于电量上界，将受到惩罚；为下限偏差，当将受到惩罚；
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时说明优化结果电量低于电量下界，同样
CN 110175727 A
权 利 要 求 书
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②机组出力上下限约束式中，
为机组i在时段t的有功出力上界，由于考虑机组可能突破出力上界进行深度
调峰，Pi,t的下界设为0；
③机组爬坡约束
式中，和分别为机组i在时段t的爬坡上下界；
3)电网安全约束
此处采用直流潮流约束基态下的电网安全；式中，Gl-i为机组i对线路l的发电机转移分布因子，Gl-j为负荷节点j对线路l的节点转移分布因子，Dj,t为节点j在时段t的负荷，B为系统中负荷节点的总个数，
为线路l的有功潮流极限；
4)调峰服务约束
针对机组调峰辅助服务的分段报价，建立相应的约束如下：
0≤εi,t,k≤Ai,k-Ai,k-1
式中，Ki为机组i调峰服务报价的总段数，机组i在时段t的第k段深度调峰功率，因此
为机组i在时段t的有功出力下界，εi,t,k为为机组i在时段t的深度调峰总功率；Ai,k为
机组i对应第k段调峰的功率边界，Ai,0＝0；同时，优化目标式中的调峰服务费用Ci,t建模如下：
式中，ci,k为机组i的第k段深度调峰所对应的费用斜率，可反映机组i的边际发电成本。4.根据权利要求1所述的一种电网调峰辅助服务市场主辅协调优化方法，其特征在于：所述步骤3的具体方法为：
首先不考虑电网安全约束条件，计算出线性规划最优解，得到无电网安全约束的最优调度结果之后计算相应的直流潮流，在下一次迭代中只添加潮流越限线路的电网安全约束，直到电网中所有安全约束得到满足，即得到模型最终的最优解。
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CN 110175727 A
说 明 书
一种电网调峰辅助服务市场主辅协调优化方法
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技术领域
[0001]本发明属于电力系统调度自动化技术领域，尤其是一种电网调峰辅助服务市场主辅协调优化方法。
背景技术
[0002]目前，电力调度存在两级市场：主能量市场和辅助服务市场，其中，主能量市场主要用于完成电量平衡，辅助服务市场主要用于完成负荷(功率)平衡。辅助服务市场包含多种类型辅助服务，如：调峰服务、调频服务、黑启动、冷备用、热备用等。
[0003]电力调度的重要目标之一是实现各电厂的年度电量计划完成进度保持均衡。但当前我国大部分电网的大部分电量仍主要采用“三公”调度模式，如图1所示根据机组日电量计划，经过超短期负荷预测、系统运行状态监测和电量滚动计算，将参数值代入基于电力平衡约束、电网安全约束、机组运行约束和电量进度约束的滚动建模，模型求解结果即滚动优化决策，每隔15分钟实时下发给机组，实现对机组日内发电计划的滚动调度。这样的调度模式已经能够满足一般负荷变化导致的调峰需要，然而，对于需要机组深度调峰或弃风弃光下的调峰需求，目前还缺乏合理的市场机制和调度模式设计将调峰市场融入现有的日内调度计划编制。
[0004]由于电能无法大规模储存，其发、输、配、用是同步完成的，用电负荷的波动性意味着发电功率需要实时调整。在用电负荷高峰期，需要借助调峰辅助服务市场，实现调峰机组对不平衡电量的实时调度，满足用电需求。如果单纯从调峰竞价的角度考虑调峰资源的市场化竞争和配置，将难以通过市场化手段协调优化机组的“三公”电量与调峰服务，可能会造成“三公”电量执行偏差，如果严格执行“三公”调度，又会显著降低调峰机组的调峰能力，影响电网安全稳定运行，二者难以兼顾。[0005]因此，如何通过市场化手段协调优化机组的“三公”电量与调峰服务能力，实现主能量市场和辅助服务市场的优化协调，是电网调度的难点，也是优化资源配置的必然要求。发明内容
[0006]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种电网调峰辅助服务市场主辅协调优化方法，能够通过市场化手段协调优化机组的“三公”电量与调峰服务能力，实现主能量市场和辅助服务市场的优化协调。
[0007]本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：[0008]一种电网调峰辅助服务市场主辅协调优化方法，包括以下步骤：[0009]步骤1、根据报价规则，发电机组申报相应的深度调峰辅助服务市场报价，作为日内调度计划优化的依据；[0010]步骤2、根据步骤1确定的发电机组的深度调峰服务报价和电量完成目标，结合负荷平衡约束和机组运行的边界条件以及电网安全约束，建立调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型；
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CN 110175727 A[0011]
说 明 书
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步骤3、求解调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型，得到日
内滚动调度计划结果并下发发电机组执行；[0012]步骤4、在一定的周期内，根据机组深度调峰的实际调用结果，按照相应分段报价，对机组提供的相应调峰辅助服务进行结算。[0013]而且，所述步骤1的报价规则为：在市场成熟前，深度调峰辅助服务市场报价可以在日前进行，日内不改动；在市场成熟后，深度调峰辅助服务市场报价可以在每次制定日内调度计划前进行。[0014]而且，所述步骤2的调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型的优化目标函数为：
[0015][0016]
式中，fi为发电机组i的单位发电成本，Pi,t为机组i在时段t的有功出力，Ci,t机组i
为机组i的电量约束的松弛变量，M为一个很大的正数，起
在时段t的调峰服务费用，和
到惩罚因子的作用；N为系统中机组的个数，T为调度计划所考虑的时段总数；
[0017]所述步骤2的调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型的约束条件为：
[0018]1)负荷平衡约束
[0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025]
式中，Dt为时段t的系统负荷；2)机组约束边界条件约束：①机组电量约束
式中，和分别为机组i可发电量的上下界，如果机组只有一个确定的电量和都为非负变量，其中为上限偏差，当
说明优化结果电
完成目标，则
量高于电量上界，将受到惩罚；为下限偏差，当同样将受到惩罚；
[0026]②机组出力上下限约束
[0027][0028]
时说明优化结果电量低于电量下界，
式中，为机组i在时段t的有功出力上界，由于考虑机组可能突破出力上界进
行深度调峰，Pi,t的下界设为0；
[0029]③机组爬坡约束
[0030][0031]
式中，和分别为机组i在时段t的爬坡上下界；
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CN 110175727 A[0032][0033][0034]
说 明 书
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3)电网安全约束
此处采用直流潮流约束基态下的电网安全；式中，Gl-i为机组i对线路l的发电机转
移分布因子，Gl-j为负荷节点j对线路l的节点转移分布因子，Dj,t为节点j在时段t的负荷，B
为线路l的有功潮流极限；
4)调峰服务约束
针对机组调峰辅助服务的分段报价，建立相应的约束如下：
为系统中负荷节点的总个数，
[0035][0036][0037][0038][0039]
0≤εi,t,k≤Ai,k-Ai,k-1
式中，Ki为机组i调峰服务报价的总段数，
为机组i在时段t的有功出力下界，为机组i在时段t的深度调峰总功
ε因此i,t,k为机组i在时段t的第k段深度调峰功率，
率；Ai,k为机组i对应第k段调峰的功率边界，Ai,0＝0；
[0040]同时，优化目标式中的调峰服务费用Ci,t建模如下：
[0041][0042]
式中，ci,k为机组i的第k段深度调峰所对应的费用斜率，可反映机组i的边际发电
成本。
而且，所述步骤3的具体方法为：[0044]首先不考虑电网安全约束条件，计算出线性规划最优解，得到无电网安全约束的最优调度结果之后计算相应的直流潮流，在下一次迭代中只添加潮流越限线路的电网安全约束，直到电网中所有安全约束得到满足，即得到模型最终的最优解。[0045]本发明的优点和有益效果：[0046]1、本发明提出了面向日内调度计划的调峰辅助服务与电量协调优化的调度模式，使调峰服务市场与现有的以机组电量均衡完成为目标的调度模式有效结合。本发明能够制定出综合成本最优的日内调度计划，该优化方法具有良好的计算效率和鲁棒性，满足实际电网的应用需求。[0047]2、本发明的步骤2提出了面向日内调度计划的调峰辅助服务与电量协调优化的调度模式，使调峰服务市场与现有的以机组电量均衡完成为目标的调度模式有效结合；[0048]3、本发明的步骤3的迭代求解流程能够有效识别起作用的电网安全约束条件，从而避免直接优化全模型造成的无效寻优，提升算法的计算效率。本发明能够制定出综合成本最优的日内调度计划，该优化方法具有良好的计算效率和鲁棒性，满足实际大规模电网的应用需求。
附图说明
[0049]图1是本发明的背景技术中目前日内滚动调度实现方式示意图；[0050]图2是本发明的调峰辅助服务市场主辅协调优化流程示意图；
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[0043]
CN 110175727 A[0051]
说 明 书
4/6页
图3时本发明的调峰辅助服务市场主辅协调优化算法流程示意图。
具体实施方式
[0052]以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：
[0053]本发明针对背景技术中提到的难以通过市场化手段协调优化机组的“三公”电量与调峰服务，导致调峰市场可能造成“三公”电量执行偏差，二者难以兼顾的问题，本发明提出了一种电网调峰辅助服务市场主辅协调优化方法，如图2所示，包括以下步骤：[0054]步骤1、确定深度调峰辅助服务市场报价：根据报价规则，市场成员(发电机组)申报相应的深度调峰辅助服务市场报价，作为日内调度计划优化的依据；[0055]所述步骤1的报价规则为：在市场成熟前，深度调峰辅助服务市场报价可以在日前进行，日内不改动；在市场成熟后，深度调峰辅助服务市场报价可以在每次制定日内调度计划前进行。
[0056]在本实施例中，深度调峰服务价格可以采用分段报价的模式。[0057]步骤2、建立调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型：根据步骤1确定的发电机组的深度调峰服务报价和电量完成目标，结合负荷平衡约束和机组运行的边界条件以及电网安全约束，建立调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型；
[0058]所述步骤2的调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型的优化目标函数为：
[0059][0060]
式中，fi为发电机组i的单位发电成本，Pi,t为机组i在时段t的有功出力，Ci,t机组i
在时段t的调峰服务费用，和为机组i的电量约束的松弛变量，M为一个很大的正数，起到惩罚因子的作用；N为系统中机组的个数，T为调度计划所考虑的时段总数；
[0061]该目标函数具有明确的物理意义，第一项为系统的综合调度成本，包括机组发电成本与调峰成本之和；第二项为惩罚项，使机组的电量约束尽量得到满足，但在无法兼顾电量约束与调峰需求时，电量约束也可以被破坏；
[0062]所述步骤2的调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型的约束条件为：
[0063]1)负荷平衡约束
[0064]
[0065][0066][0067]
式中，Dt为时段t的系统负荷；2)机组约束边界条件约束：①机组电量约束
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说 明 书
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[0068]
[0069]
[0070]式中，和分别为机组i可发电量的上下界，如果机组只有一个确定的电量和都为非负变量，其中为上限偏差，当
说明优化结果电
完成目标，则
量高于电量上界，将受到惩罚；为下限偏差，当同样将受到惩罚；
[0071]②机组出力上下限约束
[0072]
时说明优化结果电量低于电量下界，
[0073]式中，为机组i在时段t的有功出力上界，由于考虑机组可能突破出力上界进
行深度调峰，Pi,t的下界设为0；
[0074]③机组爬坡约束
[0075]
[0076][0077]
式中，和分别为机组i在时段t的爬坡上下界；
3)电网安全约束
[0078]
[0079]
此处采用直流潮流约束基态下的电网安全；式中，Gl-i为机组i对线路l的发电机转
移分布因子，Gl-j为负荷节点j对线路l的节点转移分布因子，Dj,t为节点j在时段t的负荷，B
为线路l的有功潮流极限；
4)调峰服务约束
针对机组调峰辅助服务的分段报价，建立相应的约束如下：
为系统中负荷节点的总个数，
[0080][0081]
[0082]
[0083][0084]
0≤εi,t,k≤Ai,k-Ai,k-1
\\*MERGEFORMAT\\*MERGEFORMAT(9)\\*MERGEFORMAT
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说 明 书
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式中，Ki为机组i调峰服务报价的总段数，为机组i在时段t的有功出力下界，为机组i在时段t的深度调峰总功
ε因此i,t,k为机组i在时段t的第k段深度调峰功率，
率；Ai,k为机组i对应第k段调峰的功率边界，Ai,0＝0；
[0086]同时，优化目标式中的调峰服务费用Ci,t建模如下：
[0087]
[0088]
式中，ci,k为机组i的第k段深度调峰所对应的费用斜率，可反映机组i的边际发电
在最小化目标的作用下，能够保证优先调用费用斜率最低的第
成本。由于
一段调峰资源，第一段调峰资源用尽后再调用第二段调峰资源，以此类推，保证了调度深度调峰资源逻辑上的合理性。[0089]步骤3、求解步骤2的调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型：采用成熟的线性规划优化工具包，直接求解或采用特定的算法求解调峰辅助服务与电量协调优化的日内安全约束经济调度模型，得到日内滚动调度计划结果并下发发电机组执行；
[0090]所述步骤3的具体方法为：[0091]如图3所示，首先不考虑电网安全约束条件，计算出线性规划最优解，得到无电网安全约束的最优调度结果之后计算相应的直流潮流，在下一次迭代中只添加潮流越限线路的电网安全约束，直到电网中所有安全约束得到满足，即得到模型最终的最优解。[0092]其优化过程与日内滚动调度优化完全一致，根据价格向量和松弛变量设计，可以在考虑电力平衡和电网安全前提下灵活调用电网低价的深度调峰资源。[0093]对于实际大规模电网来说，通过上述的迭代求解流程能够有效识别起作用的电网安全约束条件，从而避免直接优化全模型造成的无效寻优，提升算法的计算效率。[0094]步骤4、进行调峰辅助服务市场结算：在一定的周期内(如每日)，根据机组深度调峰的实际调用结果，按照相应分段报价，对机组提供的相应调峰辅助服务进行结算。[0095]需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
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说 明 书 附 图
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图1
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说 明 书 附 图
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图2
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说 明 书 附 图
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图3
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