一种基于节点边际电价特性的边际机组定位方法及装置

技术领域

本发明涉及电网调度技术领域，特别是一种基于节点边际电价特性的边际机组定位方法及装置。

背景技术

电力现货市场采用经济手段调节市场供需矛盾，促成电力交易，其中电价是电力市场的核心，是市场传递供求变化最敏感的信号。目前大多数电力市场，如美国的PJM、加州、澳大利亚、新西兰、中国等地，均采用了节点边际电价的定价机制。节点电价是在满足一定的约束(如系统约束、机组约束、交易约束等)条件下，某节点负荷需求增加一个单位所引起的系统总成本的最低增量。节点价格主要包含系统边际价格和网络阻塞价格两部分分量。其中系统边际价格作为重要的价格信号，是一个市场短期价格信号。基于系统总成本最小的优化目标，系统边际价格反映了当前运行工况下，为满足系统单位负荷增加系统所付出的最低成本，而边际机组就是指当前发电增加单位功率所调用的机组集合。因此边际机组的定位对分析系统边际价格、研究网络阻塞、分析电力市场运行状态具有重要意义。

当系统没有网络阻塞发生时，全网各节点的节点电价都是一样的，等于系统边际价格。无网络阻塞成本时，机组按照报价由低到高顺序依次被调度至功率约束受限，直到满足负荷需求为止。在此过程中，最后被调度的单位功率的报价为系统边际价格，同时全网只有一台边际机组，即为满足系统负荷平衡的最后被调度的机组，即通过排序法寻找全网唯一的边际机组。也就是说系统边际价格就是边际机组报价。

但是，当系统产生网络阻塞时，全网各节点的节点价格不再唯一，机组发电成本不单单有报价成本，还包含阻塞成本。系统边际价格是由多台边际机组共同作用的结果，边际机组的个数等于阻塞支路的条数+1。这时采用排序法是无法准确定位出边际机组。

名词解释

KKT条件，是Karush[1939]，以及Kuhn和Tucker[1951]先后独立发表出來的。这组最优化条件在Kuhn和Tucker发表之后才逐渐受到重视，因此许多情况下只记载成库恩塔克条件(Kuhn-Tucker conditions)。库恩塔克条件(Kuhn-Tucker conditions)是非线性规划领域里最重要的理论成果之一，是确定某点为极值点的必要条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于节点边际电价特性的边际机组定位方法及装置，能够适用于存在网络阻塞情况时的边际机组定位，效率较高，更适于工程运用。本发明采用的技术方案如下。

一方面，本发明提供一种边际机组定位方法，包括：

获取机组运行参数、系统运行参数和机组报价参数；

基于获取到的参数，构建以系统总购电成本最小为优化目标的机组组合优化模型；

构造用于求解所述机组组合优化模型的扩展拉格朗日函数；

利用所构造的扩展拉格朗日函数求取各节点的节点边际电价；

将机组报价等于机组所在节点的节点边际电价的机组定位为边际机组。

本发明的边际机组定位方法无需事先求取机组开机时段以及出力信息，无须量化各类约束对机组的受限情况，而是利用机组组合优化模型的求解过程求取节点边际电价，进而通过机组所在节点的节点电价和机组报价信息，即可定位出系统边际机组，因此具有定位高效的特点。

可选的，所述机组运行参数包括：机组初始状态、机组上下限、爬滑坡速率；系统运行参数包括联络线计划、母线负荷预测；网络参数包括机组和负荷注入功率对线路的功率转移因子SF。机组报价参数包括机组启动报价(通常为一常数)以及机组运行报价。

可选的，所述机组组合优化模型的目标函数为：

式中，N表示机组的总台数；T表示优化所考虑的总时段数；P

其中，NM为机组报价总段数，P

可选的，所述机组组合优化模型目标函数的求解约束包括：

系统平衡约束，表示为：

其中，T

机组上下限约束，表示为：

其中，α

机组爬滑坡约束，表示为：

其中，

潮流约束，表示为：

式中，

可选的，所述用于求解所述机组组合优化模型的扩展拉格朗日函数为：

其中，λ

可选的，所述利用所构造的拉格朗日函数求取各节点的节点边际电价为：基于扩展拉格朗日函数对负荷求偏导

式中，节点边际价格包含两个分量，λ

根据以上方案，对于任一机组，若其为边际机组，则满足机组报价与其所在节点的节点边际价格相等。

第二方面，本发明提供一种基于边际机组定位装置，包括：

参数获取模块，被配置用于获取机组运行参数、系统运行参数和机组报价参数；

机组组合优化模型构建模块，被配置用于基于获取到的参数，构建以系统总购电成本最小为优化目标的机组组合优化模型；

扩展拉格朗日函数构造模块，被配置用于，构造用于求解所述机组组合优化模型的扩展拉格朗日函数；

节点边际电价计算模块，被配置用于利用所构造的扩展拉格朗日函数求取各节点的节点边际电价；

以及，边际机组确定模块，被配置用于将机组报价等于机组所在节点的节点边际电价的机组定位为边际机组。

有益效果

本发明通过研究节点边际电价特性，实现一种无须量化各类约束对机组受限情况，亦无须事先求取机组优化组合的边际机组定位方法，仅需根据机组报价与所在节点价格的关系，即可定位出边际机组，能够快速高效的定位出系统边际机组，且同时适用于网络无阻塞和存在网络阻塞的情形，打破了传统排序法仅能定位无网络阻塞情况下边际机组的局限，更适合于工程运用。

附图说明

图1所示为本发明方法的一种实施方式流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

本发明的技术构思为，通过分析节点边际电价特性，探索节点边际电价与边际机组报价之间的关系，根据该关系定位边际机组，而无需量化各类约束对机组受限情况，从而提升边际机组定位的高效性。

实施例1

如图1所示，本实施例介绍基于节点边际电价特性的一种边际机组定位方法，包括：

获取机组运行参数、系统运行参数和机组报价参数；

基于获取到的参数，构建以系统总购电成本最小为优化目标的机组组合优化模型；

构造用于求解所述机组组合优化模型的扩展拉格朗日函数；

利用所构造的扩展拉格朗日函数求取各节点的节点边际电价；

将机组报价等于机组所在节点的节点边际电价的机组定位为边际机组。

具体涉及以下内容。

一、获取机组报价参数，机组运行参数，系统运行参数，网络参数等数据。

机组参数包括：机组启动报价、机组初始状态、机组上下限、爬滑坡速率；系统运行参数包括：联络线计划、母线负荷预测；网络参数包括：机组、负荷注入功率对线路的功率转移因子SF。

二、构建包括优化目标、机组运行约束、系统运行约束和网络约束的经济调度模型，即机组组合优化模型。

以购电成本最小为优化目标函数表征为：

其中，N表示机组的总台数；T表示所考虑的总时段数；P

在本实施例中，机组运行成本表示为：

其中，NM为机组报价总段数，P

在本实施例中，系统运行约束包括系统平衡约束表示为：

其中，T

在本实施例中，机组约束包括机组上下限约束、机组爬滑坡约束

机组上下限约束表示为：

其中，α

机组爬滑坡约束表示为：

其中，

潮流约束表示为：

式中，

本实施例的机组组合优化模型在实际应用时，可结合目标函数的求解约束求解得到各机组的投入时段以及机组出力。但若要单独求取节点边际电价，是无需实现求解机组投入时段以及机组出力的，以下具体说明。

三、构造可用于求解经济调度模型目标函数的扩展拉格朗日函数，并确定各节点的节点边际价格，包括系统边际电价和各节点阻塞价格。

扩展拉格朗日函数为：

其中，λ

由于节点电价是在满足一定的约束(如系统约束、机组约束、交易约束等)条件下，某节点负荷需求增加一个单位所引起的系统总成本的最低增量，所以可以通过扩展拉格朗日函数对负荷求偏导

式中，节点边际价格包含两个分量，λ

四、根据各节点的节点边际价格与机组报价的关系，定位出边际机组。

基于前述扩展拉格朗日函数，根据KKT条件，有：

由公式(9)、(10)可知，机组报价和所在节点的节点边际价格的关系如下：

式中，

由于边际机组是当前发电增加单位功率所调用的机组集合边际机组，若机组受限于上下限或者爬滑坡，该机组因不可被调用则不能作为边际机组，结合公式(11)，也即边际机组的机组报价应当等于其所在节点的节点边际价格，因此，在得到个节点边际价格后，可将机组报价等于其所在节点的节点边际价格的机组定位为边际机组。

实施例2

与实施例1基于相同的发明构思，本实施例介绍一种基于边际机组定位装置，包括：

参数获取模块，被配置用于获取机组运行参数、系统运行参数和机组报价参数；

机组组合优化模型构建模块，被配置用于基于获取到的参数，构建以系统总购电成本最小为优化目标的机组组合优化模型；

扩展拉格朗日函数构造模块，被配置用于，构造用于求解所述机组组合优化模型的扩展拉格朗日函数；

节点边际电价计算模块，被配置用于利用所构造的扩展拉格朗日函数求取各节点的节点边际电价；

以及，边际机组确定模块，被配置用于将机组报价等于机组所在节点的节点边际电价的机组定位为边际机组。

综上，本发明通过研究节点边际电价特性，实现一种无须量化各类约束对机组受限情况，亦无须事先求取机组优化组合的边际机组定位方法，仅需根据机组报价与所在节点价格的关系，即可定位出边际机组，能够快速高效的定位出系统边际机组，且同时适用于网络无阻塞和存在网络阻塞的情形，打破了传统排序法仅能定位无网络阻塞情况下边际机组的局限，更适合于工程运用。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。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和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

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和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

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和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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。