一种考虑不可执行电力期望惩罚的省间电力交易出清问题寻优计算方法与流程

本发明涉及电力系统及其自动化领域，具体是一种考虑不可执行电力期望惩罚的省间电力交易出清问题寻优计算方法。

背景技术：

1、省间电力中长期市场是构建多层次统一电力市场体系，发挥市场资源配置作用的基础环节之一，促进了电力系统的中长期电力平衡。然而，以风光新能源为主体的绿电大规模参与省间电力中长期市场，将给市场出清方案的可执行性和市场出清计算效率带来严峻挑战。

2、一方面，当前我国省间电力中长期市场的交易电力需物理执行。然而，作为售电主体的绿电除具有清洁低碳的优良特性外，其出力还具有较强的随机特性。受该特性影响，绿电实际可发电力可能无法达到其在省间中长期市场中的申报电力，导致绿电无法执行中长期交易里规定的中标出力。为弥补绿电中标电力的执行偏差，需在日前、日内市场交易或电力调度进行多次方案调整，破坏了原本省间电力中长期市场资源配置方案的最优性。另一方面，随着海量绿电主体的参与，省间电力中长期交易市场出清问题的规模将进一步增长，导致模型求解负担愈发繁重。而为了给后续电网安全校核和交易方案调整等环节预留足够时间，需在短时间内完成出清问题的求解，这给省间电力中长期市场出清算法的计算效率提出了更高要求。因此，有必要在省间电力中长期交易中计及绿电随机性的影响，从而保障绿电中标电力的可执行性，减少后续方案调整，提升市场资源配置效率，并研究提高出清方案可执行性的高效出清方法。

3、对于计及绿电不确定性的市场出清问题，现有研究大多采用机会约束、模糊优化、随机优化、鲁棒优化等不确定性优化调度方法。然而，该类方法计算负担较重，难以适用于本发明问题规模较大的省间电力中长期市场。因此，在省间电力中长期市场出清方面，现有研究仍主要采用确定性方法。对于大规模市场出清问题的高效求解，现有研究主要关注模型规模缩减，以降低模型求解负担，提升计算效率。其中，模型规模缩减又可分为约束规模削减和变量规模削减。约束规模削减主要利用模型物理特性、数学信息、辅助优化问题提供的求解信息或者数据驱动等方法辨识并剔除出清模型中的不起作用约束。变量规模削减包括变量聚合和变量固定。其中，变量聚合旨在结合出清问题中变量的物理意义对相似变量进行聚合；变量固定则主要根据历史数据信息、模型负荷水平、松弛解信息等预先固定部分变量的取值，从而削减模型可行域，提升求解速度。上述方法虽可提升求解效率，但通常会损失部分信息，难以保证求解结果的可行性和精确性。同时，现有研究主要关注省内交易模型规模的缩减，难以直接适用于省间电力交易出清。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种考虑不可执行电力期望惩罚的省间电力交易出清问题寻优计算方法，包括以下步骤：

2、1)以社会福利最大化为优化目标，建立计及绿电低碳价值的省间电力中长期交易模型；

3、2)构建计及出力分布特性的绿电不可执行电力惩罚表达式，并进行线性化处理，得到考虑线性化不可执行电力期望的惩罚；

4、3)基于考虑线性化不可执行电力期望的惩罚，对省间电力中长期交易模型的目标函数进行修正，构建省间电力中长期交易高效出清模型；

5、4)求解省间电力中长期交易高效出清模型，得到省间电力中长期交易出清方案。

6、进一步，计及绿电低碳价值的省间电力中长期交易模型的目标函数maxu如下所示：

7、

8、其中：o代表所有售方主体集合；d代表所有购方主体集合；r代表所有可行路径集合，t代表所有时段集合；xod,r(t)表示每个购售对(o,d)在可行交易路径r上t时刻的售端中标电力；bd(t)、bo(t)分别表示购方d、售方o在t时刻的申报价格；cd,r(t)表示购方d在t时刻从交易路径r购电所需要承担的输电费和网损折价；表示碳排放成本；

9、其中，碳排放成本cco2如下所示：

10、

11、其中：of为火电机组，ζο代表对应机组碳排放因子，δco2为单位碳排放的成本。

12、进一步，计及绿电低碳价值的省间电力中长期交易模型的约束条件包括交、直流输电通道潮流计算约束，交、直流输电通道atc约束，售方中标电力约束，购方中标电力约束，线路变化率约束。

13、进一步，交、直流输电通道潮流计算约束如下所示：

14、

15、其中：tl(t)表示t时刻经由输电通道l的潮流；dr,l表示交易路径r经过输电通道l上的潮流方向，1表示正向，-1表示反向；μr,l表示不考虑网损的条件下，交易路径r上经由输电通道l的潮流分布因子，对于直流输电通道，分布因子为1；ηr,l表示交易路径r经由输电通道l的网损折算系数；rl表示与输电通道l相关联的所有交易路径r的集合；or表示与rl路径相关的所有售方主体的集合；dr表示与rl路径相关的所有购方主体的集合；

16、交、直流输电通道atc约束如下所示：

17、tl(t)≤atcl(t) (4)

18、其中：atcl(t)表示交直流输电通道l在t时刻的最大剩余可用输电能力；

19、售方中标电力约束如下所示：

20、

21、其中：qo(t)表示售方o在t时刻申报的电力供给量；

22、购方中标电力约束如下所示：

23、

24、其中：qd(t)表示购方d在t时刻申报的电力购买需求；er表示交易路径r上经过的所有输电通道集合；δe(t)表示每条输电通道的线损率；

25、线路变化率约束如下所示：

26、|tl(t)-tl(t-1)|≤xtl,max (7)

27、其中：xtl,max表示输电通道l相邻时段潮流的变化值上限；tl(t-1)表示t-1时刻经由输电通道l的潮流。

28、进一步，计及出力分布特性的绿电不可执行电力惩罚如下所示：

29、

30、其中：σ(t)为绿电主体or的惩罚系数，为绿电主体or的中标电力，为绿电不可执行电力期望；为计及出力分布特性的绿电不可执行电力惩罚。

31、绿电主体or的中标电力如下所示：

32、

33、其中：是绿电机组位于第m个分段的中标电力；m为绿电中标电力的分段编号。

34、进一步，考虑线性化不可执行电力期望的惩罚如下所示：

35、

36、其中：m为绿电中标电力的分段编号；是绿电机组位于第m个分段的矩形长度，是绿电机组位于第m个分段的中标电力；为考虑线性化不可执行电力期望的惩罚；是绿电位于第m分段中标电力的等效惩罚系数；σ(t)为绿电主体or的惩罚系数。

37、进一步，省间电力中长期交易高效出清模型的目标函数maxg1如下所示：

38、

39、其中：为考虑线性化不可执行电力期望的惩罚；o代表所有售方主体集合；d代表所有购方主体集合；r代表所有可行路径集合，t代表所有时段集合；xod,r(t)表示每个购售对(o,d)在可行交易路径r上t时刻的售端中标电力；bd(t)、bo(t)分别表示购方d、售方o在t时刻的申报价格；cd,r(t)表示购方d在t时刻从交易路径r购电所需要承担的输电费和网损折价；表示碳排放成本。

40、进一步，省间电力中长期交易高效出清模型的约束条件与计及绿电低碳价值的省间电力中长期交易模型的约束条件相同，包括交、直流输电通道潮流计算约束，交、直流输电通道atc约束，售方中标电力约束，购方中标电力约束，线路变化率约束。

41、进一步，求解省间电力中长期交易高效出清模型的步骤包括：

42、s1)对各个时段进行解耦，去掉时段耦合的约束获取全时段解耦的模型，并单独提取各个单时段模型，表示为ms(t)：

43、

44、s2)对各个单时段模型并行求解，提取各时段内的交易特征信息；

45、s3)基于交易特征信息，判断购售对电力交易的成交概率，将成交概率小于预设概率阈值的购售对电力交易固定为零，构建可行域规模减小的出清模型m2；

46、s4)求解出清模型m2，得到省间电力中长期交易出清方案。

47、进一步，交易特征信息包括时段内达成出清的交易对及其经过的路径信息。

48、本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明的有益效果如下：

49、1)本发明构建了计及绿电低碳价值与随机特性的省间电力中长期交易出清模型。

50、本发明将碳排放成本与绿电不可执行电力惩罚嵌入了目标函数中，使得清洁低碳的绿电在市场竞争中更占优势，同时，对超出可靠发电能力的部分依据其期望进行惩罚，以提升绿电中标电力的可执行性。其中，绿电不可执行电力的惩罚系数根据绿电出力分布特性进行动态设定，从而使惩罚项能够更准确地反映绿电不确定性分布对其中标电力可执行性的影响。

51、2)本发明提出了基于交易变量固定的大规模省间电力中长期交易问题加速策略。在多时段省间电力中长期交易中，交易对的出清情况大部分与单时段模型相似，而受时段间耦合的影响较小。基于此，首先将省间电力中长期交易中各时段解耦，通过并行求解单时段模型快速获取能够反映交易对在各时段出清情况的计算结果，以此为指导，将大概率不会成交的购售对相关交易变量固定为零并剔除相应的交易路径，从而构建一个不影响原问题可行性(未简化运行约束)的小规模交易模型，在保证精确性的同时大幅提升求解效率。

技术特征：

1.一种考虑不可执行电力期望惩罚的省间电力交易出清问题寻优计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种考虑不可执行电力期望惩罚的省间电力交易出清问题寻优计算方法，其特征在于，计及绿电低碳价值的省间电力中长期交易模型的目标函数maxu如下所示：

3.根据权利要求1所述的一种考虑不可执行电力期望惩罚的省间电力交易出清问题寻优计算方法，其特征在于，计及绿电低碳价值的省间电力中长期交易模型的约束条件包括交、直流输电通道潮流计算约束，交、直流输电通道atc约束，售方中标电力约束，购方中标电力约束，线路变化率约束。

4.根据权利要求3所述的一种考虑不可执行电力期望惩罚的省间电力交易出清问题寻优计算方法，其特征在于，交、直流输电通道潮流计算约束如下所示：

5.根据权利要求1所述的一种考虑不可执行电力期望惩罚的省间电力交易出清问题寻优计算方法，其特征在于，计及出力分布特性的绿电不可执行电力惩罚如下所示：

6.根据权利要求1所述的一种考虑不可执行电力期望惩罚的省间电力交易出清问题寻优计算方法，其特征在于，考虑线性化不可执行电力期望的惩罚如下所示：

7.根据权利要求1所述的一种考虑不可执行电力期望惩罚的省间电力交易出清问题寻优计算方法，其特征在于，省间电力中长期交易高效出清模型的目标函数maxg1如下所示：

8.根据权利要求1所述的一种考虑不可执行电力期望惩罚的省间电力交易出清问题寻优计算方法，其特征在于，省间电力中长期交易高效出清模型的约束条件与计及绿电低碳价值的省间电力中长期交易模型的约束条件相同，包括交、直流输电通道潮流计算约束，交、直流输电通道atc约束，售方中标电力约束，购方中标电力约束，线路变化率约束。

9.根据权利要求1所述的一种考虑不可执行电力期望惩罚的省间电力交易出清问题寻优计算方法，其特征在于，求解省间电力中长期交易高效出清模型的步骤包括：

10.根据权利要求9所述的一种考虑不可执行电力期望惩罚的省间电力交易出清问题寻优计算方法，其特征在于，交易特征信息包括时段内达成出清的交易对及其经过的路径信息。

技术总结
本发明公开一种考虑不可执行电力期望惩罚的省间电力交易出清问题寻优计算方法，包括以下步骤：1)以社会福利最大化为优化目标，建立计及绿电低碳价值的省间电力中长期交易模型；2)构建计及出力分布特性的绿电不可执行电力惩罚表达式，并进行线性化处理，得到考虑线性化不可执行电力期望的惩罚；3)基于考虑线性化不可执行电力期望的惩罚，对省间电力中长期交易模型的目标函数进行修正，构建省间电力中长期交易高效出清模型；4)求解省间电力中长期交易高效出清模型，得到省间电力中长期交易出清方案。本发明所提提高绿电配置方案可执行性的省间电力交易出清方法可以提高出清方案的可执行性、出清计算效率和求解效率。

技术研发人员：魏阳,李晨,陈泓霏,刘畅,刘洪利,刘雪原,陈礼频,马天男,陈玉敏,许珂
受保护的技术使用者：国网四川省电力公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5