一种抽水蓄能参与电能量现货市场竞价的优化方法

技术领域

本申请涉及新能源技术领域，尤其是涉及一种抽水蓄能参与电能量现货市场竞价的优化方法。

背景技术

目前，根据输配电价核定的相关规定，抽水蓄能的电站资产不能纳入有效资产范围，但对于不计入之后如何计提固定资产折旧以及抽水蓄能电站的成本如何疏导相关没有明确细则，未来新投产的抽水蓄能电站可能面临无法正常结算的境地。目前我国通行的电价制度有单一制电价(电量电价或容量电价)和两部制电价(容量电价和电量电价)，抽水蓄能电站目前执行以下四种电价制度：单一电量电价、两部制电价、容量电费制和电网内部结算制。但执行细则缺乏政策支撑，且当前购电成本难以通过输配电价进行疏导，难以体现抽水蓄能电站运行特点与各项成本投入，对保证其经济效益造成影响。

迄今为止，电力市场改革进程明显加快，中长期市场和现货市场建设提速，参与主体不断增多，市场化用电量逐步增加。特别是，2016年来，抽水蓄能电站逐渐作为市场主体参与现货电力市场。但就全国范围来看，相关市场的发展仍处于起步阶段，大部分电力市场仍未允许抽水蓄能机组参与，抽水蓄能机组的经济收益还未能充分量化。如何更好地发挥抽水蓄能机组在电力市场中的作用，通过市场电价使其价值得以充分体现，对其进行有效补偿，从而实现系统成本降低和效率提升，亟待进一步研究.

抽水蓄能电站参与电力市场竞价，追求利润最大化时，由于受到库容的约束，无法长时间持续地抽水或放水，因此应在市场出清价格差较大的时段低价抽水购电、高价放水售电，并在参与发电侧电力市场竞价中积极寻求可获得最佳收益的报价，这是一个寻优的过程。当前对于抽水蓄能电站竞价策略相关的诸多研究中，现有的策略制定主要是基于抽水蓄能电站自身的技术经济特性，将未来一定时间周期内电能量现货市场每个时刻的出清价当作已知量，在满足抽水蓄能电站抽水放水功率、库容、抽发损耗等约束的情况下，通过分析、计算，在低市场出清价的时间段安排抽水购电，在高市场出清价的时间段安排放水售电。由于我国电力市场改革起步较晚，大部分省、区域电网尚未建立健全有效的电能量现货市场，抽水蓄能电站也较多的采用电网统一经营、租赁经营、委托经营等形式，因此目前的研究中，对抽水蓄能电站的策略制定较为简单，并未较多地考虑市场因素。但随着我国各个省、区域电力现货市场的逐步完善，在国家电网严控对抽水蓄能电站投资和计入有效资产的形势下，使得抽水蓄能电站不得不积极寻求市场途径来保证收益。

现有技术中如何在抽水蓄能参与电能量现货市场竞价中寻找最优竞价方案的问题，目前没有有效地解决方案。

发明内容

本申请提供一种抽水蓄能参与电能量现货市场竞价的优化方法，用以解决相关技术中如何在抽水蓄能参与电能量现货市场竞价中寻找最优竞价方案的问题。

为了实现上述目的，本申请提出一种抽水蓄能参与电能量现货市场竞价的优化方法，包括：

建立模拟仿真电能量市场；

对未来一天内电力市场的供需情况进行预判，并得到各时段的市场边际出清价格(Marginal Clearance Price,MCP)；

以抽水蓄能电站效益最大化为目标，根据所述出清价格进行优化，得到抽水蓄能电站每个时刻最终的抽放水量并形成周期内的出力曲线；

在模拟仿真电能量市场中，基于序贯博弈抽水蓄能电站同各市场竞价参与主体展开竞价交易；

得出抽水蓄能电站未来一天各个时刻的报价与报量策略曲线。

所述模拟仿真电能量市场为仿真双边-集中电能量市场，一小时一次出清，共交易24次，购电侧各主体报量不报价，发电侧各主体报量报价，市场规定有报价最高限价和最低限价，价低者中标，以边际机组的成交价为市场统一出清价格。

所述模拟仿真电能量市场收集包含火电、风电、常规水电、光伏、核电、抽水蓄能在内的各类供应商的出力、成本信息，形成供应商信息集。

所述根据所述出清价格进行优化，包括第一阶段优化以及第二阶段优化：

第一阶段优化，以抽水蓄能电站效益最大化为目标，初步确定抽水蓄能电站每个时刻的抽放水量。

第二阶段优化，引入损耗系数，再次以效益最大化为目标，求解电站每个时刻最终的抽放水量，即参与电能量现货市场的报量，并形成周期内的出力曲线。

所述第一阶段优化还包括：依据抽水蓄能电站的各项技术参数，确定约束条件。

所述抽水蓄能电站的各项技术参数包括：初始时刻储能、抽水新存储电能、放水施放的电能，抽水蓄能电站t时刻的交易；

所述约束条件包括：抽水蓄能电站的最大蓄能、t时刻的储能、抽水蓄能电站t时刻抽水功率、放水功率、抽水蓄能电站最大出力。

所述损耗系数，公式如下：

其中，W(t)为抽水蓄能电站的损耗系数，η

所述初步确定抽水蓄能电站每个时刻的抽放水量，求解如下公式：

其中，

所述电站每个时刻最终的抽放水量，求解如下公式：

其中，

所述抽水蓄能电站在回报的(正、负)激励下，对其自身的行动策略函数进行调整(实质上是调整函数中的相关系数)：当抽水蓄能中标时获得正激励，则会适当提高利润，调整行动系数大于1；当抽水蓄能不中标时获得负激励，则会适当降低利润，调整行动系数小于1。

其中，为抽水蓄能电站的t时刻的报价，为抽水蓄能电站的行动系数，为抽水蓄能电站的度电成本；

其中，

有益技术效果

本申请提出了一种抽水蓄能参与电能量现货市场竞价的优化方法，解决了在抽水蓄能参与电能量现货市场竞价中寻找最优竞价方案的问题，在电力市场逐步完善，电力改革逐步深化的环境下，积极探索抽水蓄能电站市场化道路，对于电站经济可持续发展，为市场化售电未雨绸缪，对提升企业竞争力具有非常重要的现实意义。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的一种实现无限长度送料的控制方法流程图；

图2为本申请实施例的基于供需关系预测的MCP曲线；

图3为本申请实施例的抽水蓄能第一阶段优化；

图4为本申请实施例的抽水蓄能第二阶段优化；

图5为本申请实施例的抽水蓄能电站报价与报量策略；

图6为本申请实施例的仿真市场24时刻的MCP；

图7为本申请实施例的抽水蓄能电站放水售电各时刻的学习曲线，其中(a)为第10时学习曲线，(b)为第11时学习曲线，(c)为第14时学习曲线，(d)为第15时学习曲线，(e)为第16时学习曲线，(f)为第19时学习曲线；

图8为本申请实施例的控制方法实施的具体流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请提出一种抽水蓄能参与电能量现货市场竞价的优化方法，如图1与图8所示，包括：

步骤S1：建立模拟仿真电能量市场；

所述模拟仿真电能量市场为仿真双边-集中电能量市场，一小时一次出清，共交易24次，购电侧各主体报量不报价，发电侧各主体报量报价，市场规定有报价最高限价和最低限价，价低者中标，以边际机组的成交价为市场统一出清价格。

所述模拟仿真电能量市场收集包含火电、风电、常规水电、光伏、核电、抽水蓄能在内的各类供应商的出力、成本信息，形成供应商信息集。

步骤S2：对未来一天内电力市场的供需情况进行预判，并得到各时段的市场边际出清价格(Marginal Clearance Price,MCP)；

对未来一天24小时内电力市场的供需情况进行预判，预测第二天各个时段内的MCP，计算方法如式(1)所示：

其中，P(t)为t时刻的出清价格，D

步骤S3：以抽水蓄能电站效益最大化为目标，根据所述出清价格进行优化，得到抽水蓄能电站每个时刻最终的抽放水量并形成周期内的出力曲线；

所述根据所述出清价格进行优化，包括第一阶段优化以及第二阶段优化：

第一阶段优化，以抽水蓄能电站效益最大化为目标，初步确定抽水蓄能电站每个时刻的抽放水量。

所述初步确定抽水蓄能电站每个时刻的抽放水量，求解如下公式：

其中，

使用预测的MCP值为价格系数，约束条件考虑库容、最大出力下式所示：

其中，E

第二阶段优化，引入损耗系数，再次以效益最大化为目标，求解电站每个时刻最终的抽放水量，即参与电能量现货市场的报量，并形成周期内的出力曲线。

所述损耗系数，公式如下：

其中，W(t)为抽水蓄能电站的损耗系数，η

进行第二阶段优化，再次以效益最大化为目标，求解抽水蓄能电站每个时刻最终的抽放水量，即参与电能量现货市场的报量，计算公式如下：

所述电站每个时刻最终的抽放水量，求解如下公式：

其中，

所述约束条件变为如下)所示：

求得抽水蓄能电站最终的参与电能量市场竞价的交易量

所述第一阶段优化还包括：依据抽水蓄能电站的各项技术参数，确定约束条件。

所述抽水蓄能电站在回报的(正、负)激励下，对其自身的行动策略函数进行调整(实质上是调整函数中的相关系数)：当抽水蓄能中标时获得正激励，则会适当提高利润，调整行动系数大于1；当抽水蓄能不中标时获得负激励，则会适当降低利润，调整行动系数小于1，公式如下：

其中，为抽水蓄能电站的t时刻的报价，为抽水蓄能电站的行动系数，为抽水蓄能电站的度电成本；

其中，

其中度电成本计算公式如下：

其中，

步骤S4：在模拟仿真电能量市场中，基于序贯博弈抽水蓄能电站同各市场竞价参与主体展开竞价交易；

进行第三阶段优化，即将抽水蓄能电站放入建立得仿真电力市场中竞争。各主体有不同的价格调整方法，风电、常规水电、光伏、核电边际成本低的电源采用最低报价策略，因此可按照市场最低限价报价。部分火电采用“成本+最低收益”固定报价策略，即若价格不能保证最低收益时宁可不中标也不会降低价格。部分火电和抽水蓄能采用“成本+最低收益”的强化学习型方法报价，当中标时则会提高报价以获得更有利的价格，当不中标时会在保证不低于成本和保证最低利润率的基础上降价以求得中标机会，价格由多次学习得出。

步骤S5：得出抽水蓄能电站未来一天各个时刻的报价与报量策略曲线。

设置收敛规则，当后50次学习形成的市场出清价的方差小于1的时候，则认为学习结果收敛了，公式如下所示

σ

式中，P

当各主体竞争实现均衡状态即竞价曲线收敛，则结束学习，此时可输出收敛后的电能量市场每个时刻的出清价格，以及抽水蓄能电站和其他市场参与者的报价曲线，便于诸多相关的研究对比分析抽水蓄能电站参与电能量现货市场的竞价策略。

按照本发明的思路，抽水蓄能电站先对未来一天的电力市场供需状况进行预判。本研究参考我国某省电源结构，参与电能量现货市场竞价的供电侧结构如表1所示。

表1电能量市场供应侧电源结构比例

共包含10个火电发电商，2个水电发电商，2个风电发电商，2个核电发电商，一个光电发电商，一个抽水蓄能电站。其中抽水蓄能电站的基本信息如表2所示。

表2抽水蓄能电站基本信息

需求侧需求曲线参考该省工作日典型日负荷曲线趋势，总体呈现为“三峰两谷”型，10点、14点为负荷最高峰，19点为负荷小高峰，同比例设定，如表3所示。

表3电能量市场需求量 单位：万MWh

电能量市场的最高限价为600元/MWh，则依据公式预测未来一天的市场出清价曲线如图2所示。

(1)第一阶段优化

根据预测的MCP，满足抽水蓄能电站的蓄能能力、装机容量约束，以电站效益最大化为目标进行第一阶段优化，结果如图3所示。

图3中柱状图代表的是抽水蓄能的每个时刻的交易量，即作为参与电能量市场的“报量”，负值代表抽水购电，正值代表放水售电。图中折线代表电力市场的MCP。

(2)第二阶段优化

由图3可看出，当不考虑损耗的时候抽水蓄能电站要实现效益最大，在价格差很小的情况下依然会抽水购电、放水发电操作。因此第二阶段在抽水阶段须引入损耗系数，作为一种“惩罚”，选择在价格差足够大，能够弥补损耗的电能的时段进行抽水放水计划。结果如图4所示。

图4中柱状图代表抽水蓄能电站每个时刻最终的计划交易量，即作为参与电能量市场的“报量”，图中负值代表抽水购电，正值代表放水售电。折线图代表电力市场的MCP。

(3)第三阶段优化

由前两个阶段可以得出抽水蓄能电站参与电能量市场竞价的报量，第三阶段对参与市场各主体所采取的策略进行预判。由于核、风、光、常规水电的边际成本可以忽略不计，因此这几类电源设定采用最低报价策略，火电边际成本较高，因此设定火电总容量的26％采用“成本+20％收益率”的固定报价策略，其余的采用“成本+10％收益率”的学习型报价策略。各主体策略信息如表4所示。

表4各市场主体策略选择

经过24个时刻的竞价，每个时刻最多500次的学习，最终抽水蓄能电站形成了24个时刻的报价曲线，结合交易量，构成了抽水蓄能最终的报价和报量策略。如图5所示。

图5中，柱状图为抽水蓄能的交易量，折线图为抽水蓄能的报价曲线。当交易量为负值时，代表抽水蓄能电站抽水购电，此时仅报量不报价，因此报价曲线值为零。当交易量为正值时，代表抽水蓄能电站放水售电，此时既报量也报价，因此报价曲线值不为零。

(4)数据分析

除得到了抽水蓄能电站的竞价策略，本发明也可以输出其他市场主体的报价曲线，以及抽水蓄能和其他各主体每个时刻学习的报价曲线、市场出清价曲线。例如，如图6显示的是方针市场一天之内的MCP曲线；图7(a-f)显示的为抽水蓄能电站放水售电各时刻的学习曲线。

其余可得到的信息本发明的程序将自动保存在同目录文件夹下，可作为后续更多有关抽水蓄能电站和电能量市场竞价研究的参考材料。

实例结果表明，采用“三阶段”方法制定的抽水蓄能电站参与电能量市场的竞价策略，以及对仿真结果的分析，能够较好的把握市场状态。

对比图6和图7我们可以发现，在某些时刻，例如16点，抽水蓄能电站的报价低于MCP，但不再继续提高价格，这是因为此时边际机组报价较高，抽水蓄能电站成本相对很低，其报价策略并不会对最终成交价格产生影响，因此为尽量减少学习次数，尽快得出报价，抽水蓄能电站停止学习，不再调整价格。基于序贯博弈的强化学习方法，使得抽水蓄能电站能够在竞争对手报不同价格的情况下，在较少的学习次数之内合理地调整自身的报价，实现抽水蓄能电站收益最佳。

图7(a)、图7(c)、图7(d)中，抽水蓄能电站始终为600元/MWh，这是因为此时市场中“供不应求”，因此各市场主体均可按照市场最高限价报价。

在电力市场逐步完善，电力改革逐步深化的环境下，积极探索抽水蓄能电站市场化道路，对于电站经济可持续发展，为市场化售电未雨绸缪，对提升企业竞争力具有非常重要的现实意义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。