水电价三维联动的市场出清方法、系统、设备及存储介质

技术领域

本发明属于电力市场领域，涉及一种水电价三维联动的市场出清方法、系统、 设备及存储介质。

背景技术

目前，在以火电为主的电力现货市场关键技术上有长足进步，能够实现较为 准确的出清计算。但对于高水电占比的电力现货市场，与常规火电为主的电力现 货市场技术相比，水平衡中上下游梯级库容和时滞的时空耦合，电平衡和水平衡 的联动物理约束，使得竞价主体的市场行为将在水力和电力两方面与别的竞价主 体形成时空耦合和关联，对市场优化出清带来挑战，导致市场出清困难。为推进 富余水电省份的电力现货市场建设，亟需研究适应高水电占比特点的电力现货市 场关键技术。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中由于水电参与电力现货市场，导致市 场出清困难的缺点，提供一种水电价三维联动的市场出清方法、系统、设备及存 储介质。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明第一方面，一种水电价三维联动的市场出清方法，应用于包含水电发 电单元的电力现货市场，所述市场出清方法包括以下步骤：

获取市场成员申报信息以及电网运行边界条件；

根据市场成员申报信息以及电网运行边界条件，基于水-电-价三维联动模型 和电网的未来态网络拓扑模型，以发电成本最小化为优化目标，进行电力现货市 场出清，得到出清结果；

其中，水-电-价三维联动模型为根据水库发电用水水量、机组出力及机组出 力价格之间的联动关系建立的模型。

本发明水电价三维联动的市场出清方法进一步的改进在于：

所述水-电-价三维联动模型采用如下方式建立：获取水电发电单元的水情信 息，并根据水情信息建立水平衡模型；根据市场成员申报信息建立电平衡模型和 价格平衡模型；根据水库发电用水、机组出力及机组出力价格之间的联动关系， 整合水平衡模型、电平衡模型及价格平衡模型，得到水-电-价三维联动模型。

所述水平衡模型具体为：水库当前时刻的蓄水量＝水库上一时刻的蓄水量+水 库当前时刻的区间来水预测量+上游水库的时滞发电用水水量+上游水库的时滞 下泄水量-水库当前时刻的发电用水水量-水库当前时刻的下泄水量；其中，上游 水库的时滞发电用水水量为上游水库在时滞时间前的发电用水水量，上游水库的 时滞下泄水量为上游水库在时滞时间前的下泄水量，时滞时间为上游水库的水流 到本水库的时间；所述电平衡模型具体为：机组出力与电力现货市场中标电力相 等；所述价格平衡模型具体为：机组出力分段区间及每个分段区间对应的机组出 力价格的集合。

所述整合水平衡模型、电平衡模型及价格平衡模型的具体方法为：通过水-电 联动约束和电-价联动约束整合水平衡模型、电平衡模型及价格平衡模型；其中， 水-电联动约束具体为：水库当前时刻的发电用水水量＝水库当前时刻的发电功率 ×水库当前时刻的耗水率，水库当前时刻的发电功率＝所有机组的机组出力之和； 电-价联动约束具体为：水电发电单元的运行费用＝将每个机组的电力现货市场中 标电力与每个机组的电力现货市场中标电力所处的机组出力分段区间对应的机 组出力价格相乘后叠加。

所述电网的未来态网络拓扑模型通过如下方式建立：获取电网的网络模型、 设备参数、设备投运计划、设备退役计划、设备停电检修计划和母线接牌方式； 通过设备投运计划、设备退役计划、设备停电检修计划和母线接牌方式建立网络 拓扑，基于网络拓扑的逻辑关系，确定电网内各设备未来态的运行状态，所述运 行状态包括检修、故障、故障陪停、检修陪停、可用和孤岛可用中的至少一种； 根据电网的网络模型、各设备未来态的运行状态及设备参数，建立电网的未来态 网络拓扑模型。

所述进行电力现货市场出清时，采用安全约束机组组合方法和安全约束经济 调度方法进行电力现货市场出清的优化计算。

还包括以下步骤：基于电网的未来态网络拓扑模型，计算电网的灵敏度矩阵；

获取当前出清结果中的电网的直流潮流；当直流潮流∈预设的直流潮流裕度 范围时，得到最终的出清结果；否则，根据灵敏度矩阵调整越限机组的机组出力， 再次进行电力现货市场出清，更新当前的出清结果。

本发明第二方面，一种水电价三维联动的市场出清系统，应用于包含水电发 电单元的电力现货市场，所述市场出清系统包括：

数据获取模块，用于获取市场成员申报信息以及电网运行边界条件；以及

出清模块，用于根据市场成员申报信息以及电网运行边界条件，基于水-电- 价三维联动模型和电网的未来态网络拓扑模型，以发电成本最小化为优化目标， 进行电力现货市场出清，得到出清结果；

其中，水-电-价三维联动模型为根据水库发电用水水量、机组出力及机组出 力价格之间的联动关系建立的模型。

本发明第三方面，一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储 器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时 实现上述水电价三维联动的市场出清方法的步骤。

本发明第四方面，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储 有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述水电价三维联动的市场 出清方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过根据水库发电用水水量、机组出力及机组出力价格之间的联动关系，有 效构建电力市场环境下的水-电-价三维联动模型，实现水电发电单元的水、电、 价三者之间的耦合优化，进而以水-电-价三维联动模型以及电网的未来态网络拓 扑模型为基础，结合市场成员申报信息以及电网运行边界条件，以发电成本最小 化为优化目标，进行电力现货市场出清，实现对包含水电发电单元的电力现货市 场的出清计算，为水电发电单元参与电力现货市场提供了可能，解决了高占比水 电参与电力现货市场导致的市场出清困难的问题，为电力现货市场深化改革提供 技术支撑手段。

附图说明

图1为本发明一个实施例中水电价三维联动的市场出清方法流程框图；

图2为本发明一个实施例中水电价三维联动的市场出清方法细化流程框图；

图3为本发明一个实施例中水-电-价三维联动模型建立过程流程框图；

图4为本发明再一个实施例中水电价三维联动的市场出清方法流程框图；

图5为本发明再一个实施例中水电价三维联动的市场出清系统结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述 的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的 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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、 “第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应 该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例 能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具 有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步 骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单 元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其 它步骤或单元。

首先，针对本发明中出现的专有名词进行解释。

电力现货市场：通过交易平台在日前及更短时间内集中开展的次日、日内至 实时调度之前电力交易活动的总称。现货市场交易标的物包括电能量、调频服务、 备用服务等。

安全校核：对检修计划、发电计划、市场出清结果和电网运行操作等内容， 从电力系统运行安全角度分析其安全性的过程。分析方法包括静态安全分析、暂 态稳定分析、动态稳定分析、电压稳定分析等。

市场成员申报信息：市场主体按照现货市场的要求，在指定的时间范围内申 报各类数据信息，包括静态属性注册数据、运行技术参数和经济性参数等。

市场出清：电力市场根据市场规则通过竞争定价确定交易量、价。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和2，本发明一个实施例中，提供了一种水电价三维联动的市场出 清方法，应用于包含水电发电单元的电力现货市场，基于电网的未来态网络拓扑 模型，结合电力市场环境下的水-电-价三维联动模型，能够实现高水电占比的电 力现货市场的优化出清，为电力市场深化改革提供相应的技术支撑手段。具体的， 该水电价三维联动的市场出清方法包括以下步骤。

步骤S1：获取市场成员申报信息以及电网运行边界条件。

其中，申报信息是电网在参与现货市场时，需要申报的信息。一般电力市场 规则规定，电网在参与现货市场时要申报其最大出力，同时要申报量价信息，就 是每一档位出力有对应的价格，同时，电网申报的最大出力不应超过其最大申报 发电能力，以保证其能实现所申报的出力。

电网运行边界条件是电网运行需要满足的边界条件。具体的，在获取运行边 界条件时，首先需要获取电网的边界运行信息，所述边界运行信息包括联络线计 划、断面信息、机组信息、母线负荷预测信息、系统负荷预测信息以及设备检修 计划，根据边界运行信息确定电网的运行边界条件，所述运行边界条件包括系统 负荷预测、母线负荷预测、联络线计划、中长期计划、外送计划、固定出力计划 以及断面限额。

目前，一般是通过调度机构和交易机构直接获取电网的各项数据，比如 D5000平台进行数据获取，D5000平台是电网调度技术支持系统，用于电网运行 实时监控、在线稳定性分析、调度业务管理等功能，可直接通过该平台进行电网 的数据获取，获取市场成员申报信息及电网运行边界条件。

步骤S2：根据市场成员申报信息以及电网运行边界条件，基于水-电-价三维 联动模型和电网的未来态网络拓扑模型，以发电成本最小化为优化目标，进行电 力现货市场出清，得到出清结果。首先要建立水-电-价三维联动模型和电网的未 来态网络拓扑模型，下面介绍水-电-价三维联动模型和电网的未来态网络拓扑模 型的具体内容。

其中，水-电-价三维联动模型为根据水库发电用水水量、机组出力及机组出 力价格之间的联动关系建立的模型。本实施例中，结合市场各类数据，考虑水拓 扑关系、区间来水预测、时滞、水库蓄水量、出/入库流量以及市场成员申报信息 等构建电力现货市场环境下的水平衡模型、电平衡模型以及价格平衡模型，进而 整合水平衡模型、电平衡模型以及价格平衡模型得到水-电-价三维联动模型。具 体的，参见图3，水-电-价三维联动模型采用如下方式建立：

S201：获取水电发电单元的水情信息，并根据水情信息建立水平衡模型。所 述水情信息包括时滞影响、水拓扑关系、水库蓄水量、区间来水预测量、水库入 库水量以及水库出库水量等，其中，水库各个时刻的入库水量是由区间来水预测 量、上游水库经过时滞时刻后到达本水库的发电用水水量以及上游水库经过时滞 时刻后到达本水库的下泄水量共同决定；水库各个时刻的出库水量是由发电用水 水量以及下泄水量共同决定。具体的，水平衡模型用公式描述为：

w(t)＝w(t-1)+f(t)+wup_use(t-m)+wup_vent(t-m)-w_use(t)-w_vent(t)

其中，w(t)表示水库当前时刻t的蓄水量，w(t-1)表示水库上一时刻t-1的蓄 水量，f(t)表示水库当前时刻t的区间来水预测量，wup_use(t-m)表示上游水库的 时滞发电用水水量，wup_vent(t-m)表示上游水库的时滞下泄水量，w_use(t)表示 水库当前时刻t的发电用水水量，w_vent(t)表示水库当前时刻t的下泄水量；

其中，上游水库的时滞发电用水水量为上游水库在时滞时间m前的发电用水 水量，上游水库的时滞下泄水量为上游水库在时滞时间m前的下泄水量，时滞时 间为上游水库的水流到本水库的时间。

S202：根据市场成员申报信息建立电平衡模型和价格平衡模型。

其中，电平衡模型表征水电机组出力与现货市场中标出力的关系，具体的， 水电机组出力应与其现货市场中标出力相等，用公式描述为：

p

其中，p

价格平衡模型表征机组出力与机组出力价格之间的对应关系，具体的，根据 水电机组申报的市场成员申报信息，建立机组出力分段区间及每个分段区间对应 的机组出力价格的集合，用公式描述为：

式中，P

S203：根据水库发电用水、机组出力及机组出力价格之间的联动关系，整合 水平衡模型、电平衡模型及价格平衡模型，得到水-电-价三维联动模型。所述整 合就是根据这三者之间的联动关系，将这三个模型结合起来，通过分析可知水平 衡模型、电平衡模型及价格平衡模型之间至少存在水-电联动约束和电-价联动约 束这两种联动关系。

其中，水-电联动约束具体为：水库各个时刻的发电用水水量与水电机组出力 的比值与水库该时刻的耗水率有关，用公式描述为：

w_use(t)＝p

式中，w_use(t)表示水库当前时刻t的发电用水水量，单位为m

电-价联动约束具体为：水电机组的运行费用是与机组申报的各段出力区间 和对应能量价格有关的多段线性函数，用公式描述为：

式中，NM表示机组i在时段t的机组出力分段区间的段数；P

由水库发电用水水量，结合水库该时刻的耗水率，就可以得到水电机组的机 组出力，由机组出力，结合水电机组的每个分段区间对应的机组出力价格组合得 到的申报出力曲线，就可以得到水电机组此时的运行费用，由此建立了电力市场 环境下的水-电-价三维联动模型。

在进行电力现货市场出清时，还需要电网的未来态网络拓扑模型，电网的未 来态网络拓扑模型可以直接从调度机构获取，也可以根据电网的与运行数据自行 建立，本实施例中，电网的未来态网络拓扑模型通过如下方式建立：

获取电网的运行数据，所述运行数据包括网络模型、设备参数、设备投运计 划、设备退役计划、设备停电检修计划和母线接牌方式。然后根据设备投运计划、 设备退役计划、设备停电检修计划和母线接牌方式，将这些数据组合起来搭建网 络拓扑，网络拓扑就是电网内所有设备的带电状态，如开关与刀闸的分、合状态， 线路投运、退出、充电状态，母线运行、退出、并列、分列运行等，机组并网发 电、停机，变压器的运行、退出、空载等。基于网络拓扑的逻辑关系，确定电网 内设备未来态的运行状态，其中，运行状态包括检修、故障、故障陪停、检修陪 停、可用和孤岛可用中的至少一种。将运行状态分为检修、故障、故障陪停、检 修陪停、可用态以及孤岛可用，实现运行状态的多态划分，这样做的好处是可以 准确确定各设备的运行情况，提升判断各设备未来态的运行状态的准确性，进而 准确确认各设备在未来态的出力情况。最后结合电网内设备未来态的运行状态、 电网的网络模型以及设备运行参数，建立电网的未来态网络拓扑模型。

然后根据步骤S1中获取的市场成员申报信息以及电网运行边界条件，基于 建立好的水-电-价三维联动模型和电网的未来态网络拓扑模型，以发电成本最小 化为优化目标，采用安全约束机组组合方法和安全约束经济调度方法进行电力现 货市场出清的优化计算，得到出清结果。其中，安全约束机组组合(SCUC)方法 和安全约束经济调度(SCED)方法是电力市场领域成熟的出清优化计算方法，具 体可参见广东电力市场细则。采用该方法需要整合市场成员申报信息以及电网运 行边界条件息，并确定优化计算的目标函数，本实施例中以电网发电成本最小化 为优化目标，通过上述两个方法进行电力现货市场出清的优化计算，继而得到电 力现货市场的出清结果。

参见图4，本发明再一个实施例中，提供了一种水电价三维联动的市场出清 方法，该市场出清方法除包括上一实施例中市场出清方法的全部步骤外，还至少 包括安全校核步骤，具体的，安全校核步骤包括：基于电网的未来态网络拓扑模 型，计算电网的灵敏度矩阵；获取当前出清结果中的电网的直流潮流；当直流潮 流∈预设的直流潮流裕度范围时，得到最终的出清结果；否则，根据灵敏度矩阵 调整越限机组的机组出力，再次进行电力现货市场出清，更新当前的出清结果。

其中，基于电网的未来态网络拓扑模型，计算电网的灵敏度矩阵的具体方法 为：根据对应时段的未来态网络拓扑模型，得到对应时段电网各节点两侧设备的 阻抗和各线路的阻抗，根据电网节点两侧设备的阻抗和线路的阻抗，通过下式计 算各条线路潮流对各节点有功出力的灵敏度，进而组合得到灵敏度矩阵：

s

其中，s

以潮流数据是否超过预设的潮流裕度范围为判断条件，当潮流数据超过预设 的潮流裕度范围时，判定为未通过安全校核；当潮流数据未超过预设的潮流裕度 范围时，判定为通过安全校核。对于通过安全校核后的出清结果就可认定最终的 出清结果，对于没有通过安全校核的出清结果，则需要调整各设备的出力情况， 进而修改电网的未来态网络拓扑模型以及电网运行边界条件中与各设备的出力 相关的参数信息，然后再次采用安全约束机组组合方法和安全约束经济调度方法 进行电力现货日前市场出清优化计算，得到新的出清结果，并再次进行安全校核， 直至通过安全校核，然后输出最终的出清结果，利用该出清结果合理引导市场交 易行为。

参见图5，本发明再一个实施例中，提供了一种水电价三维联动的市场出清 系统，该系统能够用于实现上述水电价三维联动的市场出清方法，具体的，该系 统包括数据获取模块以及出清模块。

数据获取模块用于获取市场成员申报信息以及电网运行边界条件；出清模块 用于根据市场成员申报信息以及电网运行边界条件，基于水-电-价三维联动模型 和电网的未来态网络拓扑模型，以发电成本最小化为优化目标，进行电力现货市 场出清，得到出清结果；其中，水-电-价三维联动模型为根据水库发电用水水量、 机组出力及机组出力价格之间的联动关系建立的模型。

可选的，出清模块内设置水-电-价三维联动模型建立模块，水-电-价三维联动 模型建立模块用于获取水电发电单元的水情信息，并根据水情信息建立水平衡模 型；根据市场成员申报信息建立电平衡模型和价格平衡模型；根据水库发电用水、 机组出力及机组出力价格之间的联动关系，整合水平衡模型、电平衡模型及价格 平衡模型，得到水-电-价三维联动模型。

本发明再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及 存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述 处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单 元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编 程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核 心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或 一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器用 于梯水电价三维联动的市场出清方法的操作，包括获取市场成员申报信息以及电 网运行边界条件；根据市场成员申报信息以及电网运行边界条件，基于水-电-价 三维联动模型和电网的未来态网络拓扑模型，以发电成本最小化为优化目标，进 行电力现货市场出清，得到出清结果；其中，水-电-价三维联动模型为根据水库 发电用水水量、机组出力及机组出力价格之间的联动关系建立的模型。

再一个实施例中，本发明还提供了一种计算机可读存储介质(Memory)，所 述计算机可读存储介质是终端设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理 解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括终端设备中的内置存储介质，当 然也可以包括终端设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空 间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被 处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的 计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是 高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少 一个磁盘存储器。

可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令， 以实现上述实施例中有关水电价三维联动的市场出清方法的步骤；计算机可读存 储介质中的一条或一条以上指令由处理器加载并执行如下步骤：获取市场成员申 报信息以及电网运行边界条件；根据市场成员申报信息以及电网运行边界条件， 基于水-电-价三维联动模型和电网的未来态网络拓扑模型，以发电成本最小化为 优化目标，进行电力现货市场出清，得到出清结果；其中，水-电-价三维联动模 型为根据水库发电用水水量、机组出力及机组出力价格之间的联动关系建立的模 型。

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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制， 尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当 理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发 明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范 围之内。