火电打捆新能源参与中长期分时段交易的方法

1.本发明属于新能源消纳技术领域，尤其涉及火电打捆新能源参与中长期分时段交易的方法。


背景技术：

2.新能源具有运营成本低、绿色清洁等优点，但同时也具有较高的初始投资、较大的出力波动性、不稳定性等缺点，使得新能源并网过程中存在供需不平衡、电力通道堵塞、电力辅助服务成本过高等问题。高占比的新能源并网是实现低碳和可持续发展的重要途径，但同时也对新型电力系统中新能源的并网和消纳提出了新的挑战。
3.为促进新能源消纳，本发明立足于现阶段新能源参与电力市场的基本情况，通过构建供给侧火电与新能源多能互补的合作联盟，使得火电在新能源出力高峰时期合理压低出力，在新能源出力低谷时期合理提高出力，实现了火电厂商与新能源厂商的高效互动，最终实现新能源的并网电量提升和火电厂商的生产成本节约，在实现节能降耗绿色发展的同时最大化联盟市场效益。


技术实现要素：

4.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
5.火电打捆新能源参与中长期分时段交易的方法，包括如下步骤：
6.确定合作博弈的参与方，建立合作博弈模型，并获取模型目标函数；其中，所述合作博弈的参与方包括新能源厂商和火电厂商；目标函数为新能源厂商与火电厂商的合作收益最大化，所述合作收益最大化通过合作剩余价值、个体参与的剩余价值来进行评价；
7.确定合作博弈模型的物理传输约束；
8.确定火电厂商与新能源厂商的效益分配策略；
9.对所述合作博弈模型进行求解，得到最终的新能源厂商和火电厂商分时段履约情况。
10.进一步的，所述效益分配策略为：采用shapley值理论进行效益分配。
11.进一步的，所述shapley值理论进行效益分配的方法为：
[0012][0013]
其中，y(s)为联盟成员的分配系数，v(s)为合作联盟去除成员i后的联盟总成员效益系数，[v(s∪{i})]为合作联盟去除成员i后的联盟总成员效益与成员i效益的和系数；为合作联盟去除成员i后的联盟总成员；
[0014][0015]
引入修正因子进行效益分配调整，则有如公式(19)所示的效益分配函数：
[0016][0017]
其中，ηi为联盟成员i的修正系数；w(s)为集合s的共同效益；代表联盟成员i的修正值与平均值的差值；v(n)为成员i加入联盟s后的n个个体的效益总系数。
[0018]
进一步的，所述合作博弈模型的目标函数为：
[0019]
w1＝wn+w
f-c
ꢀꢀ
(4)
[0020]
其中，w1新能源与火电联盟的总收益；wn为新能源厂商收益；wf为火电厂商收益；c为偏差考核成本；其中：
[0021][0022][0023]
其中，t为时段t的总数；δt为各个时段的时长；p
n,t
为可再生能源厂商在t时段的出力；p
f,t
为火电厂商在t时段的出力；r
n,t
、r
f,t
分别为新能源与火电在t时段的度电收益；c
n,t
、c
f,t
分别为新能源与火电在t时段的度电成本；c
n2,t
为新能源在t时段的弃电成本，用以体现新能源与火电打捆带来的新能源消纳电力提升效益；c
on,t
为t时段火电的开机成本；c
off,t
为t时段火电的停机成本；其中：
[0024][0025][0026][0027]
其中，ε为惩罚系数；p
o,t
为新能源厂商在t时段的预测出力；g
t
为火电机组在t时段的开停机状态；r
on,t
、r
off,t
分别为火电机组在t时段的开机成本和停机成本；
[0028]
进一步的，偏差考核成本c为：
[0029][0030]
式中，p
l,t
为电力市场分时段合约电量；ch、c
l
分别为正负偏差的度电考核费用。
[0031]
进一步的，在确定火电厂商与新能源厂商的效益分配策略时，需满足联盟收益创造能力高于个体收益创造能力，即：
[0032][0033]
其中，v({n})为联盟合作剩余价值；v(i)为个体参与的剩余价值；v({l，l+1
……
,n})为其他个体合作剩余，l＝2、3、4
……
n-1。
[0034]
进一步的，在确定火电厂商与新能源厂商的效益分配策略时，对于联盟内的所有成员必须满足每个成员所分得的合作剩余xi高于个体参与时的剩余价值v(i)，即：
[0035]
x1+x2+
…
+xn＝v({n})
ꢀꢀ
(2)
[0036]
xi≥v(i)
ꢀꢀ
(3)。
[0037]
进一步的，对所述合作博弈模型进行求解时可采用matlab约束优化工具箱进行优化求解。
[0038]
进一步的，所述合作博弈模型的物理传输约束包括新能源与火电打捆比例约束、打捆电量潮流约束。
[0039]
进一步的，所述合作博弈模型的物理传输约束还包括火电厂商出力约束、机组爬坡约束如、开停机时间约束。
[0040]
本发明的优点和积极效果是：
[0041]
本发明基于新能源参与电力市场的基本情况，通过构建供给侧火电与新能源多能互补的合作联盟，使得火电在新能源出力高峰时期合理压低出力在出力低谷时期合理提高出力，实现了火电厂商与新能源厂商的高效互动；提高了电网对于新能源的消纳能力，改善了发电侧的能源结构；并且通过火电与新能源的捆绑出售实现了节能降耗，提升了发电侧新能源厂商与火电厂商的市场盈利能力。
附图说明
[0042]
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
[0043]
图1为本发明实施例2提供的新能源预测出力曲线。
具体实施方式
[0044]
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0045]
实施例1
[0046]
本实施例提供的火电打捆新能源参与中长期分时段交易的方法，包括如下步骤：
[0047]
确定合作博弈的参与方，建立合作博弈模型，并获取模型目标函数；其中，所述合作博弈的参与方包括新能源厂商和火电厂商；目标函数为新能源厂商与火电厂商的合作收
益最大化，所述合作收益最大化通过合作剩余价值、个体参与的剩余价值来进行评价；
[0048]
确定合作博弈模型的物理传输约束；
[0049]
确定火电厂商与新能源厂商的效益分配策略；
[0050]
对所述合作博弈模型进行求解，得到最终的新能源厂商和火电厂商分时段履约情况。
[0051]
所述效益分配策略为：采用shapley值理论进行效益分配。
[0052]
所述shapley值理论进行效益分配的方法为：
[0053][0054]
其中，y(s)为联盟成员的分配系数，v(s)为合作联盟去除成员i后的联盟总成员效益系数，[v(s∪{i})]为合作联盟去除成员i后的联盟总成员效益与成员i效益的和系数；为合作联盟去除成员i后的联盟总成员；
[0055][0056]
引入修正因子进行效益分配调整，则有如公式(19)所示的效益分配函数：
[0057][0058]
其中，ηi为联盟成员i的修正系数；w(s)为集合s的共同效益；代表联盟成员i的修正值与平均值的差值；v(n)为成员i加入联盟s后的n个个体的效益总系数。
[0059]
所述合作博弈模型的目标函数为：
[0060]
w1＝wn+w
f-c
ꢀꢀ
(4)
[0061]
其中，w1新能源与火电联盟的总收益；wn为新能源厂商收益；wf为火电厂商收益；c为偏差考核成本；其中：
[0062][0063][0064]
其中，t为时段t的总数；δt为各个时段的时长；p
n,t
为可再生能源厂商在t时段的出力；p
f,t
为火电厂商在t时段的出力；r
n,t
、r
f,t
分别为新能源与火电在t时段的度电收益，在本文体现为电力市场的分时段电价；c
n,t
、c
f,t
分别为新能源与火电在t时段的度电成本；c
n2,t
为新能源在t时段的弃电成本，用以体现新能源与火电打捆带来的新能源消纳电力提升效益；c
on,t
为t时段火电的开机成本；c
off,t
为t时段火电的停机成本；其中：
[0065]
[0066][0067][0068]
其中，ε为惩罚系数；p
o,t
为新能源厂商在t时段的预测出力；g
t
为火电机组在t时段的开停机状态，开启为1、关闭为0；r
on,t
、r
off,t
分别为火电机组在t时段的开机成本和停机成本；
[0069]
偏差考核成本c为：
[0070][0071]
式中，p
l,t
为电力市场分时段合约电量；ch、c
l
分别为正负偏差的度电考核费用。
[0072]
在确定火电厂商与新能源厂商的效益分配策略时，需满足联盟收益创造能力高于个体收益创造能力，即：
[0073][0074]
其中，v({n})为联盟合作剩余价值；v(i)为个体参与的剩余价值；v({l，l+1
……
,n})为其他个体合作剩余，l＝2、3、4
……
n-1。
[0075]
在确定火电厂商与新能源厂商的效益分配策略时，对于联盟内的所有成员必须满足每个成员所分得的合作剩余xi高于个体参与时的剩余价值v(i)，即：
[0076]
x1+x2+
…
+xn＝v({n})
ꢀꢀ
(2)
[0077]
xi≥v(i)
ꢀꢀ
(3)。
[0078]
所述合作博弈模型的物理传输约束包括新能源与火电打捆比例约束、打捆电量潮流约束；其中，所述新能源与火电打捆比例约束为
[0079]qn
:qf＝λ:1
ꢀꢀ
(11)
[0080]
其中，qn为新能源电量；qf为火电电量；λ为新能源与火电的打捆比例；
[0081]
所述打捆电量潮流约束为
[0082]
p
min
≤p
l,t
≤p
max
ꢀꢀ
(16)
[0083]
式中，p
min
、p
max
分别为新能源厂商和火电厂商传输功率的断面功率传输下限和断面功率传输上限。
[0084]
所述合作博弈模型的物理传输约束还包括火电厂商出力约束、机组爬坡约束如、开停机时间约束；具体为：
[0085]gt
·
p
f,min
≤p
f,t
≤g
t
·
p
f,max
ꢀꢀ
(12)
[0086]-kd≤p
f,t-p
f,t-1
≤-kuꢀꢀ
(13)
[0087]
t
on,f
≥t
on,min
ꢀꢀ
(14)
[0088]
t
off,f
≥t
off,min
ꢀꢀ
(15)
[0089]
式中，p
f,min
、p
f,max
分别为火电机厂商的最大最小出力；-kd、-ku分别为火电厂的上下爬坡速率；t
on,f
、t
off,f
分别为机组的开停机持续时间；t
on,min
、t
off,min
分别为机组的最短开停机持续时间。
[0090]
实施例2
[0091]
在本实施例中，利用实施例1中的方法进行新能源厂商与火电厂商分时段交易确定，具体内容如下：
[0092]
相关场景参数有：新能源预测出力曲线如图1所示；电力市场分分时段电价如表1所示；新能源厂商与火电厂商的分时段电力合约如表2所示。电力市场合约考核费用按5％计算；输配电价及其各项附加费用为170元/mwh；火电标准煤耗按0.29kg/mwh计算；煤价按0.57元/kg计算。
[0093]
表1电力市场用户侧分时段电价
[0094][0095]
表2新能源厂商与火电厂商的分时段电力合约
[0096][0097]
在本实施例中设置风火打捆比例按1:5计算，开停机最小时间为1h；设置火电厂商和新能源厂商的效益分配修正系数ηi分别为0.56和0.44；
[0098]
采用采用matlab约束优化工具箱进行优化求解，得到最终的分时段履约情况如表3所示。
[0099]
表3火电厂商与新能源厂商的分时段电力合约履约情况
[0100][0101]
为评价合作博弈过程中带来的效益增量，对联盟形成前的火电厂商和新能源厂商的市场效益进行测算，分别有如公式(20)和公式(21)所示的市场剩余；
[0102][0103][0104]
其中，wn'为原始新能源厂商的市场效益；p
n,t
'为原始新能源厂商的并网电力；c
nw
为新能源厂商的偏差考核费用，其计算方式如公式(22)；wf'为火电厂商的原始市场效益；p
f,t
'为火电厂商的原始并网电力；
[0105][0106]
其中，p
l,t
'为新能源厂商在t时段的合约电量。
[0107]
据此计算联盟实现和增量效益δw1如公式(23)所示；
[0108]
δw1＝w
1-wn'-wf'
ꢀꢀ
(23)
[0109]
通过火电厂商及时调整出力实现了新能源电力的全额消纳，增加新能源消纳1.35mwh、占比约22.32％；减少新能源厂商的偏差考核费用51.33元/日；实现新能源厂商增量收益547.12元/日，收益提升幅度达19.22％；实现火电厂商增量收益696.34元/日；实现多能互补效益总提升1192.13元/日。可见通过火电与新能源之间的打捆交易，有效促进了新能源的消纳和各方收益的提升。
[0110]
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.火电打捆新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，包括如下步骤：确定合作博弈的参与方，建立合作博弈模型，并获取模型目标函数；其中，所述合作博弈的参与方包括新能源厂商和火电厂商；目标函数为新能源厂商与火电厂商的合作收益最大化，所述合作收益最大化通过合作剩余价值、个体参与的剩余价值来进行评价；确定合作博弈模型的物理传输约束；确定火电厂商与新能源厂商的效益分配策略；对所述合作博弈模型进行求解，得到最终的新能源厂商和火电厂商分时段履约情况。2.根据权利要求1所述的火电打捆新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，所述效益分配策略为：采用shapley值理论进行效益分配。3.根据权利要求2所述的火电打捆新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，所述shapley值理论进行效益分配的方法为：其中，y(s)为联盟成员的分配系数，v(s)为合作联盟去除成员i后的联盟总成员效益系数，[v(s∪{i})]为合作联盟去除成员i后的联盟总成员效益与成员i效益的和系数；为合作联盟去除成员i后的联盟总成员；引入修正因子进行效益分配调整，则有如公式(19)所示的效益分配函数：其中，η
i
为联盟成员i的修正系数；w(s)为集合s的共同效益；代表联盟成员i的修正值与平均值的差值；v(n)为成员i加入联盟s后的n个个体的效益总系数。4.根据权利要求1所述的火电打捆新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，所述合作博弈模型的目标函数为：w1＝w
n
+w
f-c
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，w1新能源与火电联盟的总收益；w
n
为新能源厂商收益；w
f
为火电厂商收益；c为偏差考核成本；其中：差考核成本；其中：其中，t为时段t的总数；δt为各个时段的时长；p
n,t
为可再生能源厂商在t时段的出力；p
f,t
为火电厂商在t时段的出力；r
n,t
、r
f,t
分别为新能源与火电在t时段的度电收益；c
n,t
、c
f,t
分别为新能源与火电在t时段的度电成本；c
n2,t
为新能源在t时段的弃电成本，用以体现新
能源与火电打捆带来的新能源消纳电力提升效益；c
on,t
为t时段火电的开机成本；c
off,t
为t时段火电的停机成本；其中：时段火电的停机成本；其中：时段火电的停机成本；其中：其中，ε为惩罚系数；p
o,t
为新能源厂商在t时段的预测出力；g
t
为火电机组在t时段的开停机状态；r
on,t
、r
off,t
分别为火电机组在t时段的开机成本和停机成本。5.根据权利要求4所述的火电打捆新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，偏差考核成本c为：式中，p
l,t
为电力市场分时段合约电量；c
h
、c
l
分别为正负偏差的度电考核费用。6.根据权利要求3所述的火电打捆新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，在确定火电厂商与新能源厂商的效益分配策略时，需满足联盟收益创造能力高于个体收益创造能力，即：其中，v({n})为联盟合作剩余价值；v(i)为个体参与的剩余价值；v({l，l+1
……
,n})为其他个体合作剩余，l＝2、3、4
……
n-1。7.根据权利要求3所述的火电打捆新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，在确定火电厂商与新能源厂商的效益分配策略时，对于联盟内的所有成员必须满足每个成员所分得的合作剩余x
i
高于个体参与时的剩余价值v(i)，即：x1+x2+
…
+x
n
＝v({n})
ꢀꢀꢀ
(2)x
i
≥v(i)
ꢀꢀꢀ
(3)。8.根据权利要求1所述的火电打捆新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，对所述合作博弈模型进行求解时可采用matlab约束优化工具箱进行优化求解。9.根据权利要求1所述的火电打捆新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，所述合作博弈模型的物理传输约束包括新能源与火电打捆比例约束、打捆电量潮流约束。10.根据权利要求1所述的火电打捆新能源参与中长期分时段交易的方法，其特征在于，所述合作博弈模型的物理传输约束还包括火电厂商出力约束、机组爬坡约束如、开停机时间约束。

技术总结
本发明涉及火电打捆新能源参与中长期分时段交易的方法，包括如下步骤：确定合作博弈的参与方，建立合作博弈模型，并获取模型目标函数；合作博弈的参与方包括新能源厂商和火电厂商；目标函数为新能源厂商与火电厂商的合作收益最大化，所述合作收益最大化通过合作剩余价值、个体参与的剩余价值来进行评价；确定合作博弈模型的物理传输约束；确定火电厂商与新能源厂商的效益分配策略；对所述合作博弈模型进行求解，得到最终的新能源厂商和火电厂商分时段履约情况；本发明通过构建供给侧火电与新能源多能互补的合作联盟，使得火电在新能源出力高峰时期合理压低出力在出力低谷时期合理提高出力，并且通过火电与新能源的捆绑出售实现了节能降耗。现了节能降耗。现了节能降耗。


技术研发人员：宁文元 王小路 薛晓强 刘敦楠 林宇龙 卢诗华 高德莲 王瀚甫 徐玉杰
受保护的技术使用者：北京华电能源互联网研究院有限公司 华北电力大学
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/20