本發(fā)明屬于能源管理，具體涉及一種含光熱電站的新能源基地主體聯(lián)合報(bào)量決策方法。

背景技術(shù)：

1、發(fā)展新能源成為能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的必然選擇，其中光熱電站因其兼具調(diào)峰電源和儲(chǔ)能功能有望迎來高速增長(zhǎng)。此外，光熱電站具有快速的頻率響應(yīng)特性以及良好的熱電動(dòng)態(tài)特性，這些優(yōu)勢(shì)使其能夠有效支持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。沙戈荒基地通過特高壓直流輸電工程外送電力至中東部負(fù)荷中心，能夠有效緩解我國發(fā)電資源和用電負(fù)荷地理分布不匹配這一矛盾。然而，新能源出力受氣象條件影響具有不確定性，其對(duì)沙戈荒新能源基地制定日前申報(bào)決策參與受端電力市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)有較大影響。因此，在沙戈荒地區(qū)新能源出力不確定性影響下，新能源基地如何結(jié)合光熱電站的儲(chǔ)能調(diào)峰功能充分發(fā)揮新能源互補(bǔ)運(yùn)行特性，制定申報(bào)策略參與受端電力市場(chǎng)獲得更高收益是一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。

2、目前階段，新能源基地申報(bào)方式主要分為兩種，其一是作為價(jià)格制定者以報(bào)量報(bào)價(jià)方式參與電力市場(chǎng)，其二是作為價(jià)格接受者以報(bào)量不報(bào)價(jià)方式參與電力市場(chǎng)。光熱電站集成大規(guī)模儲(chǔ)熱和電網(wǎng)同步機(jī)特性，具有高容量?jī)r(jià)值，其參與電力市場(chǎng)的方式主要分為獨(dú)立參與和與其他類型發(fā)電站聯(lián)合參與兩種。近年來，大型新能源基地逐漸采用多能互補(bǔ)的一體化發(fā)展模式，光熱與風(fēng)光互補(bǔ)的發(fā)電運(yùn)行方式受到廣泛關(guān)注。在與風(fēng)光電站聯(lián)合參與電力市場(chǎng)出清時(shí)，光熱電站能夠通過連續(xù)穩(wěn)定的發(fā)電方式協(xié)調(diào)新能源出力，以減少新能源基地因?qū)嶋H出力與申報(bào)出力偏差產(chǎn)生的切負(fù)荷或棄風(fēng)棄光懲罰，因此具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。

3、在聯(lián)合參與市場(chǎng)出清方式下，現(xiàn)有研究主要聚焦于光熱電站在主輔市場(chǎng)的靈活出清分配：

4、主要給出光熱電站與風(fēng)電站聯(lián)合參與電力市場(chǎng)、允許光熱電站以提供備用容量方式同時(shí)參與主輔市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)、加入電加熱裝置或?qū)⒐鉄犭娬驹诂F(xiàn)貨市場(chǎng)出力解耦為固定出力部分與為風(fēng)電站預(yù)留備用容量部分的出清方法。該現(xiàn)有技術(shù)雖然考慮了現(xiàn)貨市場(chǎng)中風(fēng)電出力不確定性，但忽略了光熱出力不確定性同樣會(huì)在市場(chǎng)中受到偏差懲罰；同時(shí)沒有考慮輔助服務(wù)市場(chǎng)對(duì)電能的消納能力，忽略了光熱出力在輔助服務(wù)市場(chǎng)出力的不確定性。

5、另外，還有現(xiàn)有技術(shù)多從預(yù)測(cè)誤差計(jì)算波動(dòng)性，所采用的不確定性尺度單一：傳統(tǒng)聯(lián)合申報(bào)模型計(jì)算申報(bào)日收益與運(yùn)行日懲罰時(shí)僅考慮預(yù)測(cè)誤差，忽略新能源出力預(yù)測(cè)的日前不確定性。僅采用預(yù)測(cè)誤差無法滿足高比例可再生能源接入下的不確定性導(dǎo)致在評(píng)估偏差懲罰時(shí)所考慮的場(chǎng)景較為單一，無法綜合考慮新能源出力不確定性造成的影響，所得申報(bào)決策的經(jīng)濟(jì)性有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)技術(shù)一的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種改進(jìn)的新能源基地報(bào)價(jià)策略，構(gòu)建基于光熱電站靈活調(diào)節(jié)特性的聯(lián)合申報(bào)兩階段模型。模型依據(jù)申報(bào)量與備用容量制定光熱電站發(fā)電策略，模型能夠同時(shí)考慮風(fēng)光及光熱出力不確定性，靈活調(diào)節(jié)光熱電站的出力分配，從而提升發(fā)電基地在主輔市場(chǎng)的日前申報(bào)經(jīng)濟(jì)效益。

2、針對(duì)技術(shù)二的缺點(diǎn)，本發(fā)明同時(shí)引入日前場(chǎng)景集及預(yù)測(cè)誤差集計(jì)算日前主輔市場(chǎng)收益，并依據(jù)考慮預(yù)測(cè)誤差的運(yùn)行場(chǎng)景集實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源出力的偏差懲罰計(jì)算，綜合考慮新能源出力不確定性造成的影響，提升發(fā)電基地在主輔市場(chǎng)的日前申報(bào)經(jīng)濟(jì)效益。

3、本發(fā)明提供的完整技術(shù)方案：

4、含光熱電站的新能源基地主體聯(lián)合報(bào)量決策方法，包括以下步驟：

5、步驟1，構(gòu)建考慮不確定性的儲(chǔ)熱型光熱電站日運(yùn)行模型：

6、光熱電站由光場(chǎng)sf、儲(chǔ)熱系統(tǒng)tes、動(dòng)力模塊pb和電加熱裝置eh構(gòu)成。

7、光場(chǎng)通過跟蹤系統(tǒng)使聚光器接收垂直法向輻照度dni，將低能量密度的太陽能轉(zhuǎn)化為高密度的能量流來加熱集熱器中的換熱流體。在這之后，換熱流體將一部分熱能傳遞給動(dòng)力模塊產(chǎn)生高溫蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，另一部分熱能與經(jīng)過電加熱裝置轉(zhuǎn)化而來的熱能共同儲(chǔ)存在儲(chǔ)熱系統(tǒng)中。

8、在光場(chǎng)中，太陽能由光能轉(zhuǎn)化為熱能，其中光能指太陽能板所接受到的輻照度，光熱電站光場(chǎng)中的平衡約束為：

9、

10、式中：為輻照度不確定性，為t時(shí)刻光場(chǎng)吸收的輻照度，分別為t時(shí)刻光場(chǎng)吸收的熱功率、棄熱功率、傳遞給儲(chǔ)熱系統(tǒng)的熱功率和傳遞給動(dòng)力模塊的熱功率；ηs-h為光熱轉(zhuǎn)化效率；δt為單位時(shí)間間隔；

11、儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的平衡約束為：

12、

13、式中：為t時(shí)刻風(fēng)電光伏電站經(jīng)電加熱裝置轉(zhuǎn)化的電能；ηtes,cha和ηtes,dis分別為儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)放熱效率；分別為儲(chǔ)熱系統(tǒng)內(nèi)允許儲(chǔ)熱量的最小、最大值；分別為儲(chǔ)熱系統(tǒng)在t時(shí)刻、t＝0時(shí)刻及最末時(shí)刻的儲(chǔ)熱量；為儲(chǔ)熱系統(tǒng)δt時(shí)間內(nèi)允許吸收或放出的最大熱量。

14、動(dòng)力模塊的熱電轉(zhuǎn)化約束為：

15、

16、式中：分別表示光熱電站最小、最大出力；ηh-e為熱電轉(zhuǎn)化效率。

17、將不確定性的光熱出力解耦為固定出力與靈活性資源兩部分，并通過模型調(diào)整資源劃分，使主輔市場(chǎng)日前申報(bào)經(jīng)濟(jì)效益最大。其中光熱電站固定出力與風(fēng)電、光伏出力的總和稱為非靈活性資源；靈活性資源指光熱電站可調(diào)節(jié)部分，用以靈活調(diào)節(jié)新能源出力。光熱電站吸收的熱能與電功率出力的關(guān)系表示為：

18、

19、式中：分別為t時(shí)刻光熱電站固定出力及靈活性資源。式(10)含義為，任意t時(shí)刻分解為現(xiàn)貨市場(chǎng)發(fā)電功率與輔助服務(wù)市場(chǎng)實(shí)際調(diào)用旋轉(zhuǎn)備用容量

20、步驟2，分析沙戈荒新能源基地風(fēng)電、光伏、光熱與儲(chǔ)能設(shè)備作為一個(gè)整體共同參與受端現(xiàn)貨市場(chǎng)與輔助服務(wù)市場(chǎng)聯(lián)合出清的運(yùn)行方式并對(duì)兩階段不確定性進(jìn)行建模。

21、令新能源基地作為價(jià)格接受者，同時(shí)參與日前現(xiàn)貨市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)的競(jìng)價(jià)，其報(bào)價(jià)行為不會(huì)影響市場(chǎng)價(jià)格。其中，光熱電站提供的輔助服務(wù)為旋轉(zhuǎn)備用服務(wù)。

22、新能源基地通過風(fēng)電站、光伏電站、光熱電站及儲(chǔ)能電池參與日前現(xiàn)貨市場(chǎng)，在日前現(xiàn)貨市場(chǎng)交易關(guān)閉前，結(jié)合預(yù)測(cè)信息提交申報(bào)量，調(diào)度機(jī)構(gòu)在市場(chǎng)出清后統(tǒng)一下發(fā)調(diào)度指令。

23、除此之外，新能源基地通過光熱電站參與輔助服務(wù)市場(chǎng)，在申報(bào)日向交易中心提交旋轉(zhuǎn)備用容量競(jìng)標(biāo)數(shù)據(jù)。當(dāng)輔助服務(wù)在實(shí)時(shí)市場(chǎng)中標(biāo)被系統(tǒng)調(diào)用后，新能源基地得到經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。

24、針對(duì)不確定性的兩個(gè)階段分別進(jìn)行建模。

25、1)日前不確定性

26、新能源出力、現(xiàn)貨市場(chǎng)日前電價(jià)及輔助服務(wù)市場(chǎng)容量電價(jià)的日前不確定性建模如下。

27、新能源日前場(chǎng)景不確定性表示為：

28、

29、日前出清電價(jià)不確定性表示為：

30、

31、式中：分別為t時(shí)刻風(fēng)電光伏電站實(shí)際出力、實(shí)際輻照度及主輔市場(chǎng)實(shí)際日前電價(jià)；分別為在第sk個(gè)日前場(chǎng)景下t時(shí)刻風(fēng)電光伏電站預(yù)測(cè)功率、預(yù)測(cè)輻照度及主輔市場(chǎng)預(yù)測(cè)電價(jià)；為分別表示在第sk個(gè)日前場(chǎng)景下t時(shí)刻風(fēng)電光伏電站出力、輻照度日前場(chǎng)景不確定性及主輔市場(chǎng)日前電價(jià)不確定性。

32、采用場(chǎng)景法對(duì)日前不確定性進(jìn)行建模。首先基于歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，對(duì)新能源出力及主輔市場(chǎng)日前電價(jià)進(jìn)行短期預(yù)測(cè)；其次，采用生成式網(wǎng)絡(luò)生成海量離散化的概率場(chǎng)；最后對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行約簡(jiǎn)，得到典型日前場(chǎng)景集sda(s1,s2,…,sn1)及其對(duì)應(yīng)場(chǎng)景概率γda(γ1,γ2,…,γn1)。

33、2)日內(nèi)不確定性

34、對(duì)典型日前場(chǎng)景下的新能源出力預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行正態(tài)分布擬合，從中抽樣得到基于典型日前場(chǎng)景及預(yù)測(cè)誤差的運(yùn)行場(chǎng)景集合。對(duì)運(yùn)行場(chǎng)景集進(jìn)行約簡(jiǎn)，得到第sk個(gè)典型日前場(chǎng)景下考慮新能源預(yù)測(cè)誤差的典型運(yùn)行場(chǎng)景sk,fc(sk,1,sk，2,…,sk,m)，其對(duì)應(yīng)場(chǎng)景概率表示為γk,fc(γk,1,γk,2,…,γk,m)。

35、考慮預(yù)測(cè)誤差的新能源出力表示為：

36、

37、式中：分別為第sk,m個(gè)典型運(yùn)行場(chǎng)景下t時(shí)刻風(fēng)電光伏電站出力及輻照度；分別表示第sk個(gè)日前場(chǎng)景下t時(shí)刻風(fēng)電光伏電站出力及輻照度預(yù)測(cè)誤差不確定性。

38、采用懲罰函數(shù)描述新能源出力偏差，即在新能源基地中標(biāo)后，由于新能源預(yù)測(cè)誤差導(dǎo)致的缺額及超額發(fā)電均會(huì)受到偏差懲罰。

39、步驟3，分別對(duì)主輔市場(chǎng)日前申報(bào)經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算方法建模。

40、1)現(xiàn)貨市場(chǎng)日前申報(bào)經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算方法

41、在現(xiàn)貨市場(chǎng)中，新能源基地的申報(bào)經(jīng)濟(jì)效益由日前申報(bào)收益和偏差懲罰組成。

42、考慮日前場(chǎng)景不確定性的新能源基地現(xiàn)貨市場(chǎng)日前申報(bào)收益為：

43、

44、式中：為現(xiàn)貨市場(chǎng)日前申報(bào)量。

45、通過調(diào)整光熱電站在t時(shí)刻的出力減小新能源基地的偏差量。在第sk個(gè)日前場(chǎng)景下，考慮預(yù)測(cè)誤差的新能源基地發(fā)電偏差量及偏差懲罰計(jì)算公式如下：

46、

47、

48、式中：分別為第sk,m個(gè)典型運(yùn)行場(chǎng)景下t時(shí)刻光熱電站調(diào)用靈活性資源前后新能源基地在現(xiàn)貨市場(chǎng)中的偏差量及電化學(xué)儲(chǔ)能電池的充放電功率；u為0-1變量，表示電化學(xué)儲(chǔ)能電池充放電不能同時(shí)進(jìn)行；分別表示光熱電站在t時(shí)刻預(yù)留的下、上備用容量；表示現(xiàn)貨市場(chǎng)中偏差懲罰電價(jià)。其中，光熱電站實(shí)際調(diào)用的上、下備用容量與靈活性資源相關(guān)聯(lián)的計(jì)算公式為：

49、

50、式中：為在第sk,m個(gè)典型運(yùn)行場(chǎng)景下t時(shí)刻實(shí)際調(diào)用的上、下備用容量；為預(yù)留的上、下備用容量。

51、2)輔助服務(wù)市場(chǎng)日前申報(bào)經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算方法

52、在輔助服務(wù)市場(chǎng)中，新能源基地的申報(bào)經(jīng)濟(jì)效益由日前申報(bào)旋轉(zhuǎn)備用容量收益、實(shí)際調(diào)用經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償及考核費(fèi)用組成。

53、考慮日前場(chǎng)景不確定性的新能源基地日前申報(bào)收益為：

54、

55、式中：為輔助服務(wù)市場(chǎng)日前申報(bào)旋轉(zhuǎn)備用容量。

56、在第sk個(gè)日前場(chǎng)景下，考慮預(yù)測(cè)誤差的新能源基地實(shí)際調(diào)用旋轉(zhuǎn)備用經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償為：

57、

58、依據(jù)輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)行規(guī)則，輔助服務(wù)市場(chǎng)出力受到偏差考核，新能源基地需對(duì)其偏差量支付考核費(fèi)用?？己速M(fèi)用計(jì)算公式為：

59、

60、式中：為第sk,m個(gè)典型運(yùn)行場(chǎng)景下t時(shí)刻新能源基地在輔助服務(wù)市場(chǎng)中的偏差量；表示現(xiàn)貨市場(chǎng)中偏差懲罰電價(jià)。

61、步驟4，考慮沙戈荒地區(qū)新能源出力不確定性帶來的影響，構(gòu)造兩階段隨機(jī)優(yōu)化模型給出新能源發(fā)電基地自調(diào)度策略。

62、第一階段提出新能源基地在主輔市場(chǎng)的日前申報(bào)策略及光熱電站備用容量，基于日前電價(jià)場(chǎng)景及申報(bào)策略計(jì)算主輔市場(chǎng)日前收益。

63、第二階段以主輔市場(chǎng)申報(bào)量及光熱電站備用容量為條件。模型考慮新能源在給定日前場(chǎng)景下的預(yù)測(cè)誤差，在光熱電站靈活性資源調(diào)節(jié)下給出期望利潤(rùn)最大的光熱電站發(fā)電策略。在滿足能量平衡的情況下，模型對(duì)光熱轉(zhuǎn)化、熱電轉(zhuǎn)化以及電熱轉(zhuǎn)化三種能源流動(dòng)形式進(jìn)行分配，充分調(diào)用上下備用容量，從而降低偏差量，最大化運(yùn)行利潤(rùn)。

64、模型依據(jù)兩階段計(jì)算結(jié)果計(jì)算新能源基地日前申報(bào)經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)第一階段申報(bào)策略及備用容量策略進(jìn)行優(yōu)化求得最優(yōu)解。

65、兩階段模型目標(biāo)函數(shù)為新能源基地主輔市場(chǎng)日前申報(bào)經(jīng)濟(jì)效益，其表達(dá)式為：

66、

67、式中：rco為新能源基地主輔市場(chǎng)日前申報(bào)經(jīng)濟(jì)效益；rda(·)和rintra(·)分別為主輔市場(chǎng)日前市場(chǎng)收益計(jì)算函數(shù)與運(yùn)行利潤(rùn)計(jì)算函數(shù)；es(·)表示在不同典型日前場(chǎng)景下的期望計(jì)算函數(shù)。其中，運(yùn)行利潤(rùn)計(jì)算函數(shù)：

68、

69、式中：rcsp(sk)為在場(chǎng)景sk下的運(yùn)行利潤(rùn)計(jì)算函數(shù)。公式(26)含義為，在第一階段給定申報(bào)量及備用容量條件下，考慮在第sk個(gè)日前場(chǎng)景下的預(yù)測(cè)誤差，計(jì)算通過調(diào)整光熱電站發(fā)電功率所能夠獲得的最大運(yùn)行利潤(rùn)。

70、第一階段主輔市場(chǎng)日前申報(bào)利潤(rùn)計(jì)算方法如下：

71、1)計(jì)算函數(shù)

72、日前收益以現(xiàn)貨市場(chǎng)日前申報(bào)量及輔助服務(wù)市場(chǎng)日前申報(bào)量為決策變量，計(jì)算公式為：

73、

74、式中：新能源基地主輔市場(chǎng)申報(bào)收益ren、ras計(jì)算方法分別如公式(14)、(21)所示。

75、2)約束條件

76、主輔市場(chǎng)日前申報(bào)量約束：

77、

78、光熱電站備用容量約束：

79、

80、公式(28)、(39)表示主輔市場(chǎng)日前申報(bào)量及光熱電站備用容量不得為負(fù)。

81、第二階段主輔市場(chǎng)運(yùn)行利潤(rùn)計(jì)算方法如下：

82、1)目標(biāo)函數(shù)

83、基于模型第一階段構(gòu)建的申報(bào)決策及光熱電站備用容量策略，在第二階段中制定考慮預(yù)測(cè)誤差的光熱電站發(fā)電策略，確保新能源基地在多種運(yùn)行情況下獲得最大運(yùn)行利潤(rùn)，本階段的目標(biāo)函數(shù)為：

84、

85、式中：分別表示在第sk個(gè)日前場(chǎng)景下輔助服務(wù)市場(chǎng)的運(yùn)行利潤(rùn)、現(xiàn)貨市場(chǎng)的偏差懲罰及跨區(qū)輸電價(jià)格。其中，輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)行利潤(rùn)計(jì)算公式如下：

86、

87、式中：分別表示在第sk個(gè)日前場(chǎng)景下實(shí)際調(diào)用旋轉(zhuǎn)備用容量所獲得的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償及考核費(fèi)用，其計(jì)算方法分別如公式(22)、(23)-(24)所示。式(24)中偏差懲罰電價(jià)分為缺額及超額懲罰電價(jià)，通過公式表示為：

88、

89、式中：λas,minus和λas,plus分別為輔助服務(wù)市場(chǎng)中缺額、超額懲罰電價(jià)。

90、現(xiàn)貨市場(chǎng)運(yùn)行偏差懲罰計(jì)算公式如(17)所示，偏差懲罰電價(jià)通過懲罰系數(shù)表示大小，通過公式表示為：

91、

92、式中：αen,minus和αen,plus分別為缺額、超額發(fā)電懲罰電價(jià)系數(shù)。

93、跨省輸電價(jià)格采用兩部制電價(jià)，輸電價(jià)格分為基本電價(jià)和電度電價(jià)?；倦妰r(jià)計(jì)算映電力工業(yè)企業(yè)成本中的容量成本，即固定費(fèi)用部分；電度電價(jià)反映電力工業(yè)企業(yè)成本中的電能成本，即流動(dòng)費(fèi)用部分。固定費(fèi)用部分采用按變壓器容量計(jì)算，兩部制計(jì)算輸電價(jià)格公式如下：

94、

95、式中：λtrans為電度電價(jià)，為在第sk,m個(gè)運(yùn)行場(chǎng)景下在t時(shí)刻的主輔市場(chǎng)跨省輸電功率，ccapacity為專項(xiàng)工程輸電容量?jī)r(jià)格。

96、2)約束條件

97、儲(chǔ)能相關(guān)約束：

98、

99、式中：分別為電化學(xué)儲(chǔ)能電池最大充放電功率；ηcha和ηdis分別為電化學(xué)儲(chǔ)能電池充放電效率；分別為在第sk,m個(gè)典型運(yùn)行場(chǎng)景下0時(shí)刻與最末時(shí)刻電化學(xué)儲(chǔ)能電池內(nèi)的儲(chǔ)電量。

100、光熱電站基本約束為公式(1)-(10)，新能源基地聯(lián)合發(fā)電附加約束：

101、

102、

103、式(41)含義為單位時(shí)間內(nèi)光熱電站熱電轉(zhuǎn)化的電能量等于光熱電站分配在現(xiàn)貨市場(chǎng)進(jìn)行穩(wěn)定發(fā)電、提供上備用容量及輔助服務(wù)市場(chǎng)實(shí)際調(diào)用的旋轉(zhuǎn)備用容量之和。式(42)-(43)含義為光熱電站在t時(shí)刻完成所有熱量流動(dòng)后，其剩余儲(chǔ)熱量應(yīng)當(dāng)滿足在大于最低儲(chǔ)熱量及小于最高儲(chǔ)熱量的要求下，能夠在本時(shí)刻調(diào)用最大上備用容量和最大下備用容量。

104、本發(fā)明技術(shù)方案帶來的有益效果：

105、1)所提技術(shù)能夠在計(jì)及光熱不確定性的條件下發(fā)揮光熱電站靈活調(diào)節(jié)特性，通過調(diào)用備用容量降低新能源出力不確定性為日前申報(bào)帶來的負(fù)面影響，能夠有效提升日前申報(bào)經(jīng)濟(jì)性；

106、2)所提技術(shù)考慮了新能源預(yù)測(cè)日前場(chǎng)景，通過細(xì)化對(duì)不確定性的建模，減少了新能源基地在新能源出力不確定性下的申報(bào)風(fēng)險(xiǎn)，使模型給出更合理的申報(bào)策略及光熱電站發(fā)電決策。