保障现货交易和中长期电量的新能源有功指令计算方法

本发明涉及一种保障临时现货交易和中长期电量的新能源场站有功控制指令两阶段计算方法，属于电力系统运行与控制技术领域。

目前，随着近年来电力市场结构和体制的不断深化，临时现货市场交易已成为各地提升新能源跨区消纳的重要方式。虽然新能源参与中长期电量交易已经具备相应的长时间尺度下的电量交易机制和调控原则，但是还缺乏相应的处理策略，没有较好地实现临时现货交易、中长期交易与保障性收购等多种调控要求的协调，临时现货交易提升电力市场环境下的调控难度。协调中长期出力计划和临时现货申请两种电量成分不仅有利于电力市场的平衡，更有利于新能源消纳水平的提升。

随着新能源的迅速发展，电力市场体制的建设在不断深入，在考虑特高压交易的时候，常规的新能源有功控制方法的调控对象一般是中长期电力交易，对于出现的临时现货电量申请，专利“计及中长期交易和临时现货交易约束的有功实时控制方法”申请号(201810245441.6)提出通过实时统计各个发电厂的交易电量执行指标，并根据交易电量执行指标实时控制各个发电厂的并网有功，然后对各个发电厂进行公平的指标分配，来最大限度地完成交易计划电量。但是该专利没有考虑临时现货交易申请与中长期计划的协调控制问题，对于电力市场的供需平衡控制还不够精细化。

本专利以临时现货交易量的分配为优先原则，然后对中长期交易目标进行出力指令分配，并考虑新能源场站的预测性能指标、调节性能指标和经济环保指标等因素，以及电网运行需要满足的安全稳定约束、调峰约束、发电厂调节计划和电网功率传输通道约束等，进行调度计划的修正，来满足实时电力市场的需求。

目的：为了克服现有技术中存在的不足，为了既能响应临时现货电量交易申请的需求、又能兼顾新能源场站出力的长期电量公平，本发明提供一种保障现货交易和中长期电量的新能源有功指令计算方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明的基本原理在于：在不考虑临时现货电量交易申请时，新能源场站并网有功功率控制的优化模型就是在考虑电网安全稳定、调峰约束、发电厂计划、传输通道约束等要求下，实现新能源出力最大化消纳的目的，并兼顾经济环保因素。如果需要考虑临时现货电量交易申请时，需要通过机组出力情况、常规负荷预测需求、临时现货交易申请、电网约束和电量上网报价四方面，将新能源场站的有功出力指令分解为两部分，第一部分为该场站分配的临时现货申请批复量；第二部分为场站针对中长期电量计划的有功出力，将优化模型经过两阶段的线性规划计算，然后将两个阶段计算的最优解相加，得到场站最终的有功出力指令。

具体来说，一种保障现货交易和中长期电量的新能源有功指令计算方法，包括如下步骤：

一种保障现货交易和中长期电量的新能源有功指令计算方法，包括如下步骤：

步骤1：设当前时刻为t0，若当前t0时刻是电网有功控制时刻，进入步骤2；否则继续等待，直至当前时刻t0为电网有功控制时刻；

步骤2：将t0时刻参与出力计划调整的新能源场站的集合记为A，电网中除去新能源场站之外的常规机组的集合记为B；定义电量计算周期为T，记第j个电量计算周期为[tw,j，tw,j+1]，其中tw,j+1＝tw,j+T，tw,j为第j个电量计算周期的起始点，tw,j+1为第j个电量计算周期的终止点；将A中第i个新能源场站在中长期电量进度考核周期内的中长期电量目标值记为Wp,i，已设定的第1个电量计算周期起始时刻tw,1到第j个电量计算周期起始时刻tw,j的已发电量记为已设定的第1个电量计算周期起始时刻tw,1到第j个电量计算周期起始时刻tw,j已经完成的临时现货交易电量记为将A中第i个新能源场站的中长期电量进度考核周期记为Tp,i，通过公式(1)计算得到第i个新能源场站从已设定的第1个电量计算周期起始时刻tw,1到第j个电量计算周期起始时刻tw,j的中长期电量完成进度指标通过计算公式(2)计算得到新能源场站的预测性能指标βi；通过计算公式(3)计算得到新能源场站的调节性能指标γi，然后进入步骤3；

步骤3：针对t0时刻存在临时现货电力申请但未批复的场站，采用线性规划方法求解公式(4)表示的优化模型，计算每个新能源场站的临时现货申请批复值，若能够得到最优解，则将其作为第二阶段指令计算的依据，然后进入步骤4；

步骤4：通过求解公式(5)表示的优化函数，计算出本轮控制时刻A和B中各个发电厂的并网有功控制指令，然后进入步骤5；

步骤5：将计算所得的新能源场站并网有功控制指令下发给相应的新能源场站执行，然后统计[tw,j，tw,j+1]时间段内第i个新能源场站的中长期发电量和临时现货交易电量，如公式(6)、(7)，并更新第i个新能源场站截止到第j轮电量计算周期结束时刻的中长期已发电量和临时现货交易已完成电量，迭代公式如公式(8)、(9)。

作为优选方案，所述公式(1)、(2)、(3)如下：

其中，To,i为已设定的第1个电量计算周期起始时刻tw,1到第j个电量计算周期起始时刻tw,j的时间；Tp,i为中长期电量考核周期；

其中，Mi为距t0时刻最近的设定周期内的并网有功功率自由发电时间段内并网有功功率的预测曲线的数据抽样点总数，Ppre,i,k、Pi,t,k和Pi,c分别为第i个新能源场站第k个数据抽样点的并网有功功率预测值、并网有功功率实际值和开机容量；Ni为距t0时刻最近的设定周期内的并网有功功率受限时间段内并网有功功率的预测曲线的数据抽样点总数，P＇i,t,k、Pi,t,k和Pi,c分别为第i个新能源场站在第k个数据抽样点的并网有功指令值、并网有功功率实际值和开机容量。

作为优选方案，所述公式(4)如下：

其中，A为新能源场站的集合；B为常规机组的集合；N为联络线数量；ΔP＇i,1为上级调度机构对A中第i个新能源场站的临时现货申请批复指令值；βi为第i个新能源场站的预测性能指标，γi为第i个新能源场站的调节性能指标，λi为第i个新能源场站的经济环保指标；ΔPd,i为第i个新能源场站向上级调度机构提交的临时现货申请量，P＇pre,i为第i个新能源场站在下一时刻有功出力的预测值，Pacc为上级调度机构批复的本次临时现货总交易电力；S1,j,i为临时现货指令的变化量对断面j的有功灵敏度；S2,j,i为B中第i个常规机组出力变化对断面j的有功灵敏度，Pg,i为第i个常规机组当前的有功出力值，P＇g,i为第i个常规机组下一时刻的出力指令值；S3,j,i为第i个联络线送出功率对断面j的有功灵敏度，Pn,i为第i个联络线送出功率的当前功率值，P＇n,i为第i个联络线送出功率的在下一时刻的功率值；L为电网中负荷节点的集合，S4,j,i为负荷变化对断面j的有功灵敏度，Pl,i为电网中第i节点负荷的的有功实际值，P＇l,i为电网中第i节点负荷的的有功预测值；Ptl,j和Ptl,j,max分别为断面的有功功率实际值和安全稳定限额。

作为优选方案，所述公式(5)如下：

其中，Pi＇为下一时刻A中第i个新能源场站的有功出力总指令，P＇pre,i为在下一时刻A中第i个新能源场站的有功出力预测值；b为t0时刻电网的网损率；其中，Pg,i,max和Pg,i,min分别为B中第i个常规机组的最大技术出力和最小技术出力，v为常规机组的最大允许调节速度，Δt为有功控制周期；S2,j,i为B中第i个常规机组出力变化对断面j的有功灵敏度，Pg,i为第i个常规机组当前的有功出力值，P＇g,i为第i个常规机组下一时刻的出力指令值；S3,j,i为第i个联络线送出功率对断面j的有功灵敏度，Pn,i为第i个联络线送出功率的当前功率值，P＇n,i为第i个联络线送出功率的在下一时刻的功率值；L为电网中负荷节点的集合，S4,j,i为负荷变化对断面j的有功灵敏度，Pl,i为电网中第i节点负荷的的有功实际值，P＇l,i为电网中第i节点负荷的的有功预测值；S5,j,i为第i个新能源场站的总出力变化量对断面j的有功灵敏度。Ptl,j和Ptl,j,max分别为断面的有功功率实际值和安全稳定限额。

作为优选方案，所述公式(6)如下：

作为优选方案，所述公式(7)如下：

作为优选方案，所述公式(8)如下：

作为优选方案，所述公式(9)如下：

有益效果：本发明提供的保障现货交易和中长期电量的新能源有功指令计算方法，与现阶段的发电调度计划管理技术方案的效果相比，本发明在新能源场站并网有功功率实时控制优化中设置两个阶段求解策略，先计算临时现货交易部分，再计算总指令，通过将临时现货交易电力作为新能源场站出力下限，充分保证临时现货交易得到执行。

另外，将新能源电站已发电量中的临时现货交易电量部分扣除之后，再考核其中长期电量目标完成进度，保障了新能源场站在电量交易考核周期内的公平性，提升新能源场站参与临时现货市场的积极性。另外在临时现货批复阶段和实时控制阶段中均考虑新能源场站的预测性能指标、调节性能指标和经济环保指标，促进新能源场站提升自身技术水平和调控性能。

图1为本发明的方法的流程示意图。

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种保障现货交易和中长期电量的新能源有功指令计算方法，包括如下步骤：

步骤1：设当前时刻为t0，若当前t0时刻是电网有功控制时刻，进入步骤2；否则继续等待，直至当前时刻t0为电网有功控制时刻；

步骤2：将t0时刻参与出力计划调整的新能源场站的集合记为A，电网中除去新能源场站之外的常规机组的集合记为B。定义电量计算周期为T，记第j个电量计算周期为[tw,j，tw,j+1]，其中tw,j+1＝tw,j+T，tw,j为第j个电量计算周期的起始点，tw,j+1为第j个电量计算周期的终止点；将A中第i个新能源场站在中长期电量进度考核周期内的中长期电量目标值记为Wp,i，已设定的第1个电量计算周期起始时刻tw,1到第j个电量计算周期起始时刻tw,j的已发电量记为已设定的第1个电量计算周期起始时刻tw,1到第j个电量计算周期起始时刻tw,j已经完成的临时现货交易电量记为将A中第i个新能源场站的中长期电量进度考核周期记为Tp,i，通过公式(1)计算得到第i个新能源场站从已设定的第1个电量计算周期起始时刻tw,1到第j个电量计算周期起始时刻tw,j的中长期电量完成进度指标通过计算公式(2)计算得到新能源场站的预测性能指标βi；通过计算公式(3)计算得到新能源场站的调节性能指标γi，然后进入步骤3；

其中，To,i为已设定的第1个电量计算周期起始时刻tw,1到第j个电量计算周期起始时刻tw,j的时间；Tp,i为中长期电量考核周期。

其中，Mi为距t0时刻最近的设定周期内的并网有功功率自由发电时间段内并网有功功率的预测曲线的数据抽样点总数，Ppre,i,k、Pi,t,k和Pi,c分别为第i个新能源场站第k个数据抽样点的并网有功功率预测值、并网有功功率实际值和开机容量；Ni为距t0时刻最近的设定周期内的并网有功功率受限时间段内并网有功功率的预测曲线的数据抽样点总数，P＇i,t,k、Pi,t,k和Pi,c分别为第i个新能源场站在第k个数据抽样点的并网有功指令值、并网有功功率实际值和开机容量。

步骤3：针对t0时刻存在临时现货电力申请但未批复的场站，采用线性规划方法求解公式(4)表示的优化模型，计算每个新能源场站的临时现货申请批复值，若能够得到最优解，则将其作为第二阶段指令计算的依据，然后进入步骤4；

其中，A为新能源场站的集合；B为常规机组的集合；N为联络线数量；ΔP＇i,1为上级调度机构对A中第i个新能源场站的临时现货申请批复指令值。βi为第i个新能源场站的预测性能指标，γi为第i个新能源场站的调节性能指标，λi为第i个新能源场站的经济环保指标。ΔPd,i为第i个新能源场站向上级调度机构提交的临时现货申请量，P＇pre,i为第i个新能源场站在下一时刻有功出力的预测值，Pacc为上级调度机构批复的本次临时现货总交易电力；S1,j,i为临时现货指令的变化量对断面j的有功灵敏度；S2,j,i为B中第i个常规机组出力变化对断面j的有功灵敏度，Pg,i为第i个常规机组当前的有功出力值，P＇g,i为第i个常规机组下一时刻的出力指令值；S3,j,i为第i个联络线送出功率对断面j的有功灵敏度，Pn,i为第i个联络线送出功率的当前功率值，P＇n,i为第i个联络线送出功率的在下一时刻的功率值；L为电网中负荷节点的集合，S4,j,i为负荷变化对断面j的有功灵敏度，Pl,i为电网中第i节点负荷的的有功实际值，P＇l,i为电网中第i节点负荷的的有功预测值；Ptl,j和Ptl,j,max分别为断面的有功功率实际值和安全稳定限额。

步骤4：通过求解公式(5)表示的优化函数，计算出本轮控制时刻A和B中各个发电厂的并网有功控制指令，然后进入步骤5；

其中，Pi＇为下一时刻A中第i个新能源场站的有功出力总指令，P＇pre,i为在下一时刻A中第i个新能源场站的有功出力预测值；b为t0时刻电网的网损率；其中，Pg,i,max和Pg,i,min分别为B中第i个常规机组的最大技术出力和最小技术出力，v为常规机组的最大允许调节速度，Δt为有功控制周期；

S2,j,i为B中第i个常规机组出力变化对断面j的有功灵敏度，Pg,i为第i个常规机组当前的有功出力值，P′g,i为第i个常规机组下一时刻的出力指令值；S3,j,i为第i个联络线送出功率对断面j的有功灵敏度，Pn,i为第i个联络线送出功率的当前功率值，P＇n,i为第i个联络线送出功率的在下一时刻的功率值；L为电网中负荷节点的集合，S4,j,i为负荷变化对断面j的有功灵敏度，Pl,i为电网中第i节点负荷的的有功实际值，P＇l,i为电网中第i节点负荷的的有功预测值；S5,j,i为第i个新能源场站的总出力变化量对断面j的有功灵敏度。Ptl,j和Ptl,j,max分别为断面的有功功率实际值和安全稳定限额。

步骤5：将计算所得的新能源场站并网有功控制指令下发给相应的新能源场站执行，然后统计[tw,j，tw,j+1]时间段内第i个新能源场站的中长期发电量和临时现货交易电量，如公式(6)、(7)，并更新第i个新能源场站截止到第j轮电量计算周期结束时刻的中长期已发电量和临时现货交易已完成电量，迭代公式如公式(8)、(9)，结束本方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。