申请/专利权人：哈尔滨工业大学

申请日：2023-08-25

公开（公告）日：2024-06-11

公开（公告）号：CN117217841B

主分类号：G06Q30/0283

分类号：G06Q30/0283;G06Q50/06;H02J3/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.11#授权;2023.12.29#实质审查的生效;2023.12.12#公开

摘要：本发明公开一种计及虚拟电厂广义能量约束的多元市场出清系统优化方法，解决了虚拟电厂能量约束时变的出清问题，提升了虚拟电厂参与电网侧电力市场的主动性与灵活性，降低调峰调频服务的成本。通过构建含有广义能量约束的虚拟电厂聚合模型，确定含有广义能量约束的虚拟电厂参与电力市场的报价模式、投标内容与收益来源；获取各类参数与成本函数、虚拟电厂各类产品投标计划和出力约束；构建以最小化市场成本为目标的市场出清目标函数模型，以及构建各市场参与者约束条件；使用商业优化软件对构建的市场出清目标函数模型进行求解，获得各类市场产品的出清结果。本发明能够合理优化资源配置，促进新能源消纳。

主权项：1.一种计及虚拟电厂广义能量约束的多元市场出清系统优化方法，其特征在于，步骤如下：步骤S10：构建含有广义能量约束的虚拟电厂聚合模型，确定含有广义能量约束的虚拟电厂参与电力市场的报价模式、投标内容与收益来源；其中，定义含有广义能量虚拟电厂状态为虚拟电厂中各类分布式储能设备剩余能量以及楼宇和能源管道中冷能、热能、天然气与电能存在交互所有能量的状态，虚拟电厂的广义能量约束则表示虚拟电厂可支配调度的能量范围，构建所述的含有广义能量约束的虚拟电厂聚合模型，包括虚拟电厂功率约束和虚拟电厂广义能量约束： 式1表示虚拟电厂功率约束，式中PVPP分别为虚拟电厂有功功率上下限；为t时刻虚拟电厂输出或输入的有功量，由于虚拟电厂带有储能性质，因此约束下限能够为负数，定义放电时为正，式2表示虚拟电厂能量约束，式中分别为虚拟电厂广义能量状态的上下限；为t时刻虚拟电厂的广义能量状态；式3表示虚拟电厂广义能量状态计算公式，虚拟电厂代理将中标的有功输入或输出功率根据不同的价格区间进行分解： 式中：PVPP为虚拟电厂代理商中标的有功功率输入或输出总量；为虚拟电厂有功功率分解后，在第k个价格区间中有功输出或输入功率；因此，本次中标的虚拟电厂代理商投标有功功率服务费用为： 在区域电网中，将虚拟电厂的发电与用电功率按分时节点边际价格进行结算，得到虚拟电厂的净利润，其中主要包含售电获利与在不同时段充放电赚取差价的获利，参与电力市场的虚拟电厂的总收益如下： 式中：π为虚拟电厂的总收益；T为总运行时段数；PtVPP.sell与PtVPP.buy分别表示t时段虚拟电厂售电量与购电量；表示t时段区域电网的有功边际价格；步骤S11：获取区域电网系统结构与参数、电网侧申报用户需求负荷预测数据、外部电力批发市场各类产品，包含：有功功率、无功功率、旋转备用、调频容量、调频里程五类市场产品的交易价格和限额、电网直控的发电机组参数与成本函数、虚拟电厂各类产品投标计划和出力约束；步骤S12：通过所述的含有广义能量约束的虚拟电厂聚合模型与步骤S11获取的区域电网系统结构与参数、电网侧申报用户需求负荷预测数据、外部电力批发市场各类产品的数据，构建以最小化市场成本为目标的市场出清目标函数模型，以及构建各市场参与者约束条件；其中，根据提出的市场出清机制，构建考虑虚拟电厂广义能量约束的多类市场产品出清模型，模型包括有功功率、无功功率、旋转备用和调频容量和调频里程五项电力产品交易,多元市场出清优化目标是使市场成本最小，优化目标函数如下所示：minΦDN＝cPT+cVPP+cGEN7式中：cPT、cVPP、cGEN分别表示从上级批发市场购入服务的总成本，从虚拟电厂代理商购入服务的总成本，以及传统发电机组总成本；批发市场购入服务的总成本包括： 式中：T为总运行时段数，分别为区域电网在t时段从上级输电侧批发市场购入有功功率、无功功率、旋转备用、调频容量、调频里程五项服务的价格；分别为区域电网在t时段的节点i处从上级输电侧批发市场有功功率、无功功率、旋转备用、调频容量、调频里程五项服务的购入量；虚拟电厂代理商购入服务的总成本包括： 式中：nVPP为虚拟电厂并网节点数；分别为节点i处虚拟电厂代理商在t时段投标的无功功率、旋转备用、调频容量、调频里程价格；分别为区域电网在t时段的节点i处虚拟电厂代理商无功功率、旋转备用、调频容量、调频里程的购入量；为节点i处虚拟电厂代理商在t时段投标有功功率费用函数；为t时段的节点i处虚拟电厂代理商对区域电网有功输出或输入功率，根据阶梯分段报价方式，表示为： 式中：min、mout分别为虚拟电厂代理商在有功输入和输出报价区间个数；为t时段的节点i处虚拟电厂代理商在k区间中有功功率输入量或输出量；虚拟电厂代理商投标有功功率服务费用函数表示为： 式中：为t时段的节点i处虚拟电厂代理商在k区间有功投标价格；传统发电机组成本包括： 式中：nGEN为发电机组总数；分别为节点i处发电机组在t时段有功功率、无功功率、旋转备用、调频容量、调频里程成本；分别为t时段的节点i处发电机组提供的有功功率、无功功率、旋转备用、调频容量、调频里程， 为节点i处发电机组在t时段发电成本函数，具体表示为： 式中：ai、bi、ci为传统发电机组i的运行成本参数；考虑到发电机组发电成本曲线与分段阶梯价格曲线的相似性，同样令传统发电机组代理商分段报价： 式中：mg分别为发电机组代理商发电报价区间个数；为t时段的节点i处虚拟电厂代理商在l区间中发电量；其中，各市场参与者约束条件包括：1、电网侧运营商需要考虑区域电网系统的运行约束其中，系统潮流分布用线性化方程来描述，如式16-19所示；式20-22表示区域电网系统的节点电压与支路潮流需要满足的系统安全运行约束；式23与式24分别表示区域电网节点的有功和无功平衡， 式中：nb为区域电网节点总数；Pij、Qij、rij、xij分别为节点i和节点j之间线路的有功潮流、无功潮流、电阻和电抗；Pi、Qi、Vi、θi分别为节点i处的净注入有功功率、注入无功功率、电压幅值和相角；和分别为t时刻节点i处的有功和无功负荷需求；Pij、Qij为节点i和节点j之间线路的有功和无功潮流上下限；Vi和Vi分别为节点i处电压上下限；2、电网直控的传统发电机组需要满足运行约束式25-26分别表示发电机组的有功和无功出力约束；考虑到各类市场产品之间的耦合关系，式27和式28描述了有功功率、旋转备用和调频容量三类产品共同受到有功出力投标范围的限制，式29代表了调频容量和调频里程的耦合关系， 式中：PiGEN、QiGEN分别为节点i处发电机组在t时刻的有功和无功出力上下限；κ和分别为单位调频容量下的最小和最大利用率；λGEN为发电机组的功率因数限制值；3、任意时刻下，整个系统的辅助服务需要满足供需平衡，如式31-33所示： 式中：和分别为t时刻系统调频备用需求，调频容量需求和总调频里程需求；4、虚拟电厂投标模型约束虚拟电厂投标模型约束见式34-44，34-38为虚拟电厂各类市场产品的投标范围约束，式34是对每一个有功报价区间的功率范围进行限制，式38表示虚拟电厂提供调频里程服务的前提是提供调频容量服务，式39-40是虚拟电厂投标的广义能量约束，式41与式42为各类市场产品之间的耦合约束，式43表示虚拟电厂代理商可以提交一个期望的虚拟电厂在市场调度周期最终时刻的广义能量状态范围，以平衡本调度周期与下一个周期的获利期望；虚拟电厂应保持一定量的能量储备，至少能够提供有效时间h的连续调节服务，如式44，调频容量有效时间hC设为15min，旋转备用有效时间hR设为1h； 式中：为t时段的节点i处虚拟电厂代理商有功功率在k区间的上限；分别为t时段的节点i处虚拟电厂代理商无功出力范围的投标上下限；分别为虚拟电厂代理商旋转备用、调频容量、调频里程投标上限；为t时刻节点i处虚拟电厂广义能量状态；κ和分别为调频设备的最小和最大比率；分别为t时段的节点i处虚拟电厂广义能量状态的上下限；步骤S13：使用商业优化软件对步骤S12中构建的市场出清目标函数模型进行求解，获得各类市场产品的出清结果，包含分时节点出清价格和所有市场参与者的各类市场产品供给数量；其中，所述的市场出清目标函数模型使用商业优化软件进行求解，引入拉格朗日乘子，得到优化问题的增广拉格朗日函数如下： 式中：μn为不等式约束的拉格朗日乘子；和分别为等式约束条件23、24、31、32、33对应的拉格朗日乘子；λm为其余等式约束m对应的拉格朗日乘子；根据包络定理得到各节点的有功功率和无功功率的分时出清价格，以及旋转备用、调频容量和调频里程的分时出清价格： 式中：和分别为t时段的区域电网节点i处的有功和无功的节点出清价格；和分别为t时刻区域电网旋转备用、调频容量和调频里程的边际出清价格；步骤S14：根据步骤S13中获取的出清结果，得到电力市场各类产品出清价格，电网侧运营商进行市场统一出清优化，输出统发电机出力曲线、虚拟电厂各时刻出力与能量状态曲线以及批发市场交易量，以及分时节点出清价格。

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