一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法、系统及设备

摘要

本发明公开了一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法、系统及设备，方法包括以下步骤：建立转移因子矩阵；设置松弛罚因子M，构建市场出清模型，对市场出清模型进行求解得到线路的潮流松弛量；根据线路的潮流松弛量对市场出清模型进行修正，得到修正的松弛罚因子M’，构建市场定价模型；对市场定价模型进行求解，得到电力市场的影子价格；基于转移矩阵因子矩阵以及影子价格对电能量市场进行优化。本发明充分考虑了松弛罚因子对市场出清结果的影响特点，对当前的基于松弛罚因子的市场出清模型和市场定价模型进行了改进，保证了节点电价的合理性，从而获得更加合理的电能量市场出清结果，有助于提高电网运行的经济性。

权利要求

1.一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法，其特征在于，预先获取现有电力市场的参数，建立转移因子矩阵，方法包括以下步骤：设置松弛罚因子M，基于松弛罚因子M构建以电成本和线路潮流松弛成本最小为目标的市场出清模型，对市场出清模型进行求解得到线路的潮流松弛量；

根据线路的潮流松弛量对市场出清模型进行修正，得到修正的松弛罚因子M’，基于修正的松弛罚因子M’得到市场定价模型；

对市场定价模型进行求解，得到电力市场的影子价格；

基于转移矩阵因子矩阵以及影子价格对电能量市场进行优化。

2.根据权利要求1所述的一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法，其特征在于，电力市场的参数包括A类机组出力数据，西电送入数据以及B类机组报价数据。

3.根据权利要求2所述的一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法，其特征在于，松弛罚因子M的取值设为超过B类机组报价2个数量级以上的数值。

4.根据权利要求3所述的一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法，其特征在于，转移因子矩阵中包含了电力网络的拓扑信息，转移因子矩阵中的每一行表示电力网络的一条输电线路，每一列表示每一条输电线路中的一个节点。

5.根据权利要求4所述的一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法，其特征在于，市场出清模型的约束条件包括有功平衡约束、线路潮流松弛约束、B类机组出力上限约束、B类机组出力上下限约束、机组爬坡速率约束、松弛量的下限约束。

6.根据权利要求5所述的一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法，其特征在于，求解得到线路的潮流松弛量，若潮流松弛量为0，说明在原有线路潮流松弛约束的情况下市场出清模型有可行解，若松弛量不为0，则该数值表示在保证市场出清模型有可行解的前提下，线路潮流的最小越限值。

7.根据权利要求6所述的一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法，其特征在于，根据线路的潮流松弛量对市场出清模型进行修正，得到修正的松弛罚因子M’，设置0≤M’≤M调整电力市场出清价格；当M’＝0时，市场定价模型中不再考虑松弛成本一项，节点电价与松弛成本的完全解耦，节点电价仅包含能量分量以及阻塞分量；当M’>0时，市场定价模型中节点电价包含能量分量、阻塞分量以及松弛分量，M越大，对应的松弛分量越大；当M’＝M时，表示市场定价模型与市场出清模型中的单位松弛成本相等，节点电价高于机组的单位发电成本。

8.根据权利要求7所述的一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法，其特征在于，电力市场的影子价格包括负荷平衡约束的影子价格，线路正向潮流约束的影子价格和线路反向潮流约束的影子价格。

9.一种基于松弛罚因子的电能量市场优化系统，其特征在于，包括转移因子矩阵模块、市场出清模型模块、市场定价模型模块、影子价格求解模块以及电能量市场优化模块；

所述转移因子矩阵模块用于获取现有电力市场的参数，建立转移因子矩阵；

所述市场出清模型模块用于设置松弛罚因子M，基于松弛罚因子M构建以电成本和线路潮流松弛成本最小为目标的市场出清模型，对市场出清模型进行求解得到线路的潮流松弛量；

所述市场定价模型模块用于根据线路的潮流松弛量对市场出清模型进行修正，得到修正的松弛罚因子M’，基于修正的松弛罚因子M’得到市场定价模型；

所述影子价格求解模块用于对市场定价模型进行求解，得到电力市场的影子价格；

所述电能量市场优化模块用于基于转移矩阵因子矩阵以及影子价格对电能量市场进行优化。

10.一种基于松弛罚因子的电能量市场优化设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-8中任意一项所述的一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法。

说明书

一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法、系统及设备

技术领域

[0001] 本发明涉及电价计算技术领域，尤其涉及一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法、系统及设备。

背景技术

[0002] 电力工业体制正发生着深刻的变革，打破垄断、引入竞争，建立统一、开放、竞争、有序的电力市场，已成为发展的趋势。现货市场是电力市场体系的重要环节，对于电力市场的开放、竞争、有序运行起到了基础性的支撑作用，也是协调市场交易与系统安全的关键所在。现货市场建设一般包括日前市场、日内市场和实时市场3个部分中的部分或全部，3个市场各有其不同的功能定位，三者相互协作、有序协调，以构成一个完整的现货市场体系。

[0003] 电能量市场出清和定价模型是现货市场的核心所在。传统的出清模型以发电机组运行成本最小为目标，综合考虑了负荷平衡约束，机组爬坡及出力上下限约束，线路及断面潮流约束等，其中潮流约束通常是作为硬约束处理的，当由于潮流越限导致优化问题不收敛时，调度人员往往通过切负荷来保证线路及断面潮流在允许范围内。而在实际电网运行中，往往允许输电设备在一定比例范围内短时越限运行，即潮流约束在物理上是可以作为软约束进行处理的。

[0004] 广东出台的现货市场运营规则中建立了基于潮流松弛软约束的出清模型，通过在潮流约束中引入松弛变量，并在目标函数中增加相应的松弛成本，实现了潮流约束的弹性处理。但当前的出清模型并未规定目标函数中松弛罚因子的设置方法，松弛罚因子设置过低，会导致线路潮流越限严重，不利于系统安全稳定运行，松弛罚因子设置过高，则会导致市场出清价格过高。因此，如何在电能量市场出清和定价模型中对松弛罚因子进行设置，尚缺少合理有效的解决方案。

[0005] 综上所述，现有技术在电能量市场出清和定价模型中，存在着由于松弛罚因子的设置方案不清楚，导致存在着无法对电能量市场进行优化的技术问题。

发明内容

[0006] 本发明提供了一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法、系统及设备，解决了现有技术在电能量市场出清和定价模型中由于松弛罚因子的设置方案不清楚，导致存在着无法对电能量市场进行优化的技术问题。

[0007] 本发明提供的一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法，包括以下步骤：

[0008] 获取现有电力市场的参数，建立转移因子矩阵；

[0009] 设置松弛罚因子M，基于松弛罚因子M构建以电成本和线路潮流松弛成本最小为目标的市场出清模型，对市场出清模型进行求解得到线路的潮流松弛量；

[0010] 根据线路的潮流松弛量对市场出清模型进行修正，得到修正的松弛罚因子M’，基于修正的松弛罚因子M’得到市场定价模型；

[0011] 对市场定价模型进行求解，得到电力市场的影子价格；

[0012] 基于转移矩阵因子矩阵以及影子价格计算出电网中各节点的边际电价。

[0013] 优选的，电力市场的参数包括A类机组出力数据，西电送入数据以及B类机组报价数据。

[0014] 优选的，松弛罚因子M的取值设为超过B类机组报价2个数量级以上的数值。

[0015] 优选的，转移因子矩阵中包含了电力网络的拓扑信息，转移因子矩阵中的每一行表示电力网络的一条输电线路，每一列表示每一条输电线路中的一个节点。

[0016] 优选的，市场出清模型的约束条件包括有功平衡约束、线路潮流松弛约束、B类机组出力上限约束、B类机组出力上下限约束、机组爬坡速率约束、松弛量的下限约束。

[0017] 优选的，求解得到线路的潮流松弛量，若潮流松弛量为0，说明在原有线路潮流松弛约束的情况下市场出清模型有可行解，若松弛量不为0，则该数值表示在保证市场出清模型有可行解的前提下，线路潮流的最小越限值。

[0018] 优选的，根据线路的潮流松弛量对市场出清模型进行修正，得到修正的松弛罚因子M’，设置0≤M’≤M调整电力市场出清价格；当M’＝0时，市场定价模型中不再考虑松弛成本一项，节点电价与松弛成本的完全解耦，节点电价仅包含能量分量以及阻塞分量；当M’>0时，市场定价模型中节点电价包含能量分量、阻塞分量以及松弛分量，M越大，对应的松弛分量越大；当M’＝M时，表示市场定价模型与市场出清模型中的单位松弛成本相等，节点电价高于机组的单位发电成本。

[0019] 优选的，电力市场的影子价格包括负荷平衡约束的影子价格，线路正向潮流约束的影子价格和线路反向潮流约束的影子价格。

[0020] 一种基于松弛罚因子的电能量市场优化系统，包括转移因子矩阵模块、市场出清模型模块、市场定价模型模块、影子价格求解模块以及电能量市场优化模块；

[0021] 所述转移因子矩阵模块用于获取现有电力市场的参数，建立转移因子矩阵；

[0022] 所述市场出清模型模块用于设置松弛罚因子M，基于松弛罚因子M构建以电成本和线路潮流松弛成本最小为目标的市场出清模型，对市场出清模型进行求解得到线路的潮流松弛量；

[0023] 所述市场定价模型模块用于根据线路的潮流松弛量对市场出清模型进行修正，得到修正的松弛罚因子M’，基于修正的松弛罚因子M’得到市场定价模型；

[0024] 所述影子价格求解模块用于对市场定价模型进行求解，得到电力市场的影子价格；

[0025] 所述电能量市场优化模块用于基于转移矩阵因子矩阵以及影子价格对电能量市场进行优化。

[0026] 一种基于松弛罚因子的电能量市场优化设备，包括处理器以及存储器；

[0027] 所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

[0028] 所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行上述的一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法。

[0029] 从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

[0030] 本发明实施例充分考虑了松弛罚因子对市场出清结果的影响特点，对当前的基于松弛罚因子的市场出清模型和市场定价模型进行了改进，从而对电能量市场进行优化，并且也保证了潮线路潮流越限的最小，从而获得更加合理的电能量市场出清结果，有助于提高电网运行的经济性。

[0031] 本发明的另一个实施例具有以下另一个优点：

[0032] 本发明实施例通过改进后的市场出清模型，可以得到出清问题有可行解的情况下线路潮流越限的最小值，将线路潮流软约束修正为硬约束，进而可以保证电力系统尽可能安全稳定地运行。

附图说明

[0033] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

[0034] 图1为本发明实施例提供的一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法、系统及设备的方法流程图。

[0035] 图2为本发明实施例提供的一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法、系统及设备的系统结构图。

[0036] 图3为本发明实施例提供的一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法、系统及设备的设备框架图。

具体实施方式

[0037] 本发明实施例提供了一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法、系统及设备，解决了现有技术在电能量市场出清和定价模型中由于松弛罚因子的设置方案不清楚，导致存在着电价不合理的技术问题。

[0038] 为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0039] 请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法、系统及设备的方法流程图。

[0040] 在日前市场阶段，调度交易机构首先发布边界条件，发电企业申报发电能力和报价，调度交易机构根据发电公司的报价信息，结合电网实时及未来运行状态，综合考虑负荷平衡约束，线路潮流约束，机组运行约束等，对日前电能量市场进行出清。

[0041] 如图1所示，本发明提供的一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法，包括以下步骤：

[0042] 获取现有电力市场的参数，根据现有电力市场的参数建立转移因子矩阵；

[0043] 设置松弛罚因子M，基于松弛罚因子M构建以电成本和线路潮流松弛成本最小为目标的市场出清模型，对市场出清模型进行求解得到线路的潮流松弛量；

[0044] 根据线路的潮流松弛量对市场出清模型进行修正，得到修正的松弛罚因子M’，基于修正的松弛罚因子M’得到市场定价模型；

[0045] 对市场定价模型进行求解，得到无潮流松弛约束下机组的最优出力；由于市场定价模型不再是整数规划问题，而是基本的线性规划，因此在求解中还可以得到电力市场的影子价格；

[0046] 基于转移矩阵因子矩阵以及影子价格对电能量市场进行优化，从而计算出电网中各节点的边际电价。

[0047] 作为一个优选的实施例，电力市场的参数包括A类机组出力数据，西电送入数据以及B类机组报价数据。

[0048] 作为一个优选的实施例，松弛罚因子M的取值设为超过B类机组报价2个数量级以上的数值。

[0049] 作为一个优选的实施例，转移因子矩阵中包含了电力网络的拓扑信息，转移因子矩阵中的每一行表示电力网络的一条输电线路，每一列表示每一条输电线路中的一个节点，转移因子矩阵中的元素表示某一节点对某条线路的功率转移分布因子；

[0050] 作为一个优选的实施例，市场出清模型的约束条件包括有功平衡约束、线路潮流松弛约束、B类机组出力上下限约束、机组爬坡速率约束、松弛量的下限约束；

[0051] 市场出清优化模型为：

[0052] 目标函数：

[0053]

[0054] 约束条件为：

[0055]

[0056]

[0057]

[0058]

[0059]

[0060] 其中，式(2)是有功平衡约束，式(3)是线路潮流松弛约束，式(4)是B类机组出力上下限约束，式(5)是机组爬坡速率约束；式(6)是松弛量的下限约束。

[0061] NB为系统中参与竞价的B类机组总数；NA为A类机组总数；NT为西电送入节点个数总和；ND为负荷节点总数；NL为线路总数；T为一个出清周期所含的时段总数；Ci,t， 和分别表示第i台B类机组在时段t的电能量运行成本，启动成本和空载成本；αi,t表示第i台B类机组在时段t的启停状态，属于0-1整数变量；Pi,t和Pj,t分别为第i台B类机组和第j台A类机组在时段t的出力；Tk,t表示第k条区外联络线在时段t的注入功率；Dm,t表示第m个负荷节点在时段t的有功消耗； 分别表示第l条线路在时段t的正向、反向潮流松弛量；M为衡量松弛成本大小的系数，即松弛罚因子；Gl-i表示节点i对线路l的输出功率转移分max布因子；Pl 表示第l条线路的潮流传输限值； 分别表示第i台B类机组在时段tmax
的最小、最大有功出力；RPi 表示第i台B类机组的最大爬坡速率。

[0062] 采用混合整数规划方法对上述优化问题进行求解，计算出机组在各个时段的有功出力，以及线路的潮流松弛量

[0063] 作为一个优选的实施例，求解得到线路的潮流松弛量，若潮流松弛量为0，说明在原有线路潮流松弛约束的情况下市场出清模型有可行解，若松弛量不为0，则该数值表示在保证市场出清模型有可行解的前提下，线路潮流的最小越限值。

[0064] 作为一个优选的实施例，根据线路的潮流松弛量对市场出清模型进行修正，市场定价模型为：

[0065] 目标函数：

[0066]

[0067] 所述约束条件为：

[0068]

[0069]

[0070]

[0071]

[0072]

[0073]

[0074]

[0075] 其中，式(8)是有功平衡约束，式(9)是线路潮流松弛约束，式(10)是B类机组出力上下限约束，式(11)是机组爬坡速率约束；式(12)表示线路潮流约束的上下限修正量，数值为出清模型中最小越限量的k倍，通过对越限量进行放宽，能够进一步缓解阻塞分量对市场出清价格的影响；式(13)和式(14)表示线路实际潮流与允许值Plmax相比的正向、反向越限量。

[0076] 得到修正的松弛罚因子M’，设置0≤M’≤M调整电力市场出清价格至合理的水平；当M’＝0时，市场定价模型中不再考虑松弛成本一项，节点电价与松弛成本的完全解耦，节点电价仅包含能量分量以及阻塞分量；当M’>0时，市场定价模型中节点电价包含能量分量、阻塞分量以及松弛分量，M越大，对应的松弛分量越大；当M’＝M时，表示市场定价模型与市场出清模型中的单位松弛成本相等，节点电价高于机组的单位发电成本。

[0077] 作为一个优选的实施例，电力市场的影子价格包括负荷平衡约束的影子价格λt，线路正向潮流约束的影子价格 和线路反向潮流约束的影子价格 节点边际电价的计算公式为：

[0078]

[0079] 其中，LMPk,t为节点边际电价。

[0080] 如图2所示，一种基于松弛罚因子的电能量市场优化系统，包括转移因子矩阵模块201、市场出清模型模块202、市场定价模型模块203、影子价格求解模块204以及电能量市场优化模块205；

[0081] 所述转移因子矩阵模块201用于获取现有电力市场的参数，建立转移因子矩阵；

[0082] 所述市场出清模型模块202用于设置松弛罚因子M，基于松弛罚因子M构建以电成本和线路潮流松弛成本最小为目标的市场出清模型，对市场出清模型进行求解得到线路的潮流松弛量；

[0083] 所述市场定价模型模块203用于根据线路的潮流松弛量对市场出清模型进行修正，得到修正的松弛罚因子M’，基于修正的松弛罚因子M’得到市场定价模型；

[0084] 所述影子价格求解模块204用于对市场定价模型进行求解，得到电力市场的影子价格，

[0085] 所述电能量市场优化模块205基于转移矩阵因子矩阵以及影子价格对电能量市场进行优化。

[0086] 如图3所示，一种基于松弛罚因子的电能量市场优化设备30，所述设备包括处理器300以及存储器301；

[0087] 所述存储器301用于存储程序代码302，并将所述程序代码302传输给所述处理器；

[0088] 所述处理器300用于根据所述程序代码302中的指令执行上述的一种基于松弛罚因子的电能量市场优化方法实施例中的步骤。

[0089] 示例性的，所述计算机程序302可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器301中，并由所述处理器300执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序302在所述终端设备30中的执行过程。

[0090] 所述终端设备30可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器300、存储器301。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是终端设备30的示例，并不构成对终端设备30的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

[0091] 所称处理器300可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，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。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

[0092] 所述存储器301可以是所述终端设备30的内部存储单元，例如终端设备30的硬盘或内存。所述存储器301也可以是所述终端设备30的外部存储设备，例如所述终端设备30上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器301还可以既包括所述终端设备30的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器301用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器301还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

[0093] 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，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0094] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

[0095] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

[0096] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

[0097] 所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0098] 以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。