本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領域，尤其涉及一種分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易的方法及相關裝置。

背景技術：

1、新能源相比于傳統(tǒng)的火電機組具有綠色低碳、安全高效等優(yōu)勢。分布式新能源是緩解能源短缺和促進電力系統(tǒng)低碳化發(fā)展的有效途徑。在此背景下，風能、太陽能等新能源不斷發(fā)展，已日漸成為并網(wǎng)的重要功率來源。集中式開發(fā)與分布式新能源接入均是高比例新能源并網(wǎng)的重要形態(tài)，2021年，分布式光伏新增裝機首次超過集中式光伏，分布式光伏新增29.28gw，約占全部新增光伏發(fā)電裝機的55％。2023年，分布式光伏新增裝機96.29gw,同比增長88％。分布式光伏累計裝機253gw，占到光伏裝機總規(guī)模的42％?？梢灶A見，分布式新能源發(fā)電將在未來能源結構中占據(jù)重要地位。

2、分布式新能源將發(fā)電設備建在用戶端，可獨立運行，也可并網(wǎng)運行。其主要包括分布式光伏發(fā)電、分布式風電等多種形式，具有清潔低碳、經(jīng)濟高效等優(yōu)點，然而在無光無風等情況下分布式新能源從“發(fā)電”變“用電”，需要電網(wǎng)給予電能供應，不確定性強，可控出力較弱。相比于集中式的新能源發(fā)電，分布式新能源發(fā)電功率較小且波動更大，具有容量小、分布廣、數(shù)量多、交易行為復雜的特點，而電力市場存在準入門檻，因此，分布式新能源無法直接參與市場能源交易。

3、首先，現(xiàn)有研究主要針對多主體市場交易機制設計，研究市場均衡的求解和報價出清算法。西班牙的nobel工程參考證券交易模型設計了一個離散的市場交易機制，買賣雙方根據(jù)訂單簿排序進行高低匹配出清，同時訂單簿表向市場參與者公開，允許其參考以修改報價。但由于分布式新能源機組發(fā)電能力均相對較小且變化較大，分布式新能源機組在現(xiàn)有的市場機制下無法作為獨立的市場主體參與電力市場的能源交易。因此需要綜合分布式新能源的特性對現(xiàn)有電力市場的出清模型加以改進，以適應分布式能源機組容量小、分布廣、數(shù)量多的特點。

4、其次，現(xiàn)有關于新能源聚合商的研究大多關注其作為整體參與電力市場的競標和優(yōu)化調(diào)度問題，而較少關注利益分配機制。在電力市場競爭條件下，各分布式新能源機組是相互獨立且屬于不同的投資主體。因此，如何構建公平、合理、透明的收益分配機制，是新能源聚合商內(nèi)各機組合作能否維持的關鍵，關系到新能源在電力系統(tǒng)中的整合與擴展。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易的方法及相關裝置，綜合分布式新能源的出力特性和參與調(diào)節(jié)意愿計算聚合后的出力上下限，構建分布式新能源大規(guī)模聚合參與現(xiàn)貨市場交易的出清模型，同時按各機組對聚合商的實際貢獻率實現(xiàn)各機組利益的合理分配，完善了分布式新能源大規(guī)模聚合參與電力市場的方法。

2、本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：

3、一種分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易方法，包括：

4、結合約束條件，對分布式新能源聚合后參與電力市場現(xiàn)貨交易的出清模型進行求解，得到各電力市場機組的有功功率和系統(tǒng)的節(jié)點邊際電價；基于shapley值進行分布式新能源聚合所得效益分配，完成解聚合；

5、所述分布式新能源聚合后參與電力市場現(xiàn)貨交易的出清模型，以電力市場機組的運行成本為目標函數(shù)，以運行成本最小為優(yōu)化目標；所述約束條件包括：系統(tǒng)負荷平衡約束、線路潮流約束、機組運行約束和機組增減出力的速率約束，所述機組運行約束包括分布式新能源聚合后出力約束；所述分布式新能源聚合后出力約束是根據(jù)分布式新能源聚合模型和歷史出力數(shù)據(jù)采用基于arima的時序預測模型預測得到。

6、優(yōu)選的，所述分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易方法中，所述分布式新能源聚合模型包括分布式光伏聚合模型、分布式風電聚合模型和分布式儲能聚合模型。

7、進一步的，所述分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易方法中，所述分布式光伏聚合模型表示為：

8、

9、式中：ppv,k,t為光伏機組k在t時刻的實際出力；為光伏機組k在一個調(diào)度周期t時段內(nèi)的最大出力；為由np個光伏機組聚合后的光伏集群在一個調(diào)度周期t時段內(nèi)的最大出力；ppv,j,h,t、分別為節(jié)點h下聚合商j管理的聚合后的光伏集群在一個調(diào)度周期t時段內(nèi)的實際出力與預測允許的最大出力。

10、進一步的，所述分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易方法中，所述分布式風電聚合模型表示為：

11、

12、其中：pwt,f,t為風電機組f在t時刻的實際出力；為風電機組f在一個調(diào)度周期t時段內(nèi)的最大出力；為np個風電機組的風電場集群在一個調(diào)度周期t時段內(nèi)的最大出力；pwt,j,h,t、分別為節(jié)點h下聚合商j管理的聚合后的風電場集群在一個調(diào)度周期t時段的實際出力與預測的允許最大出力。

13、進一步的，所述分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易方法中，所述分布式儲能聚合模型包括分布式儲能機組荷電狀態(tài)和充放電特性模型和分布式儲能機組接受調(diào)度的概率模型；

14、所述分布式儲能機組荷電狀態(tài)和充放電特性模型表示為：

15、

16、δt＝t-tstart,t∈[tstart,tend]

17、

18、式中，ees,v,t為儲能機組v在t時刻的剩余容量，soces,v,t為儲能機組v在t時刻的荷電狀態(tài)，代表儲能機組v在一個調(diào)度周期t內(nèi)的初始時刻tstart的荷電狀態(tài)；當儲能機組v處于完全充滿電的狀態(tài)下，soces,v,t值是1，當儲能機組v處于放完電量的狀態(tài)下，soces,v,t值是0，分別為儲能機組v在一個調(diào)度周期t內(nèi)荷電狀態(tài)的最小值和最大值；分別為儲能機組v在t時刻的充電功率、放電功率；δt為分析計算的時間間隔；分別為儲能機組v在一個調(diào)度周期t時段內(nèi)的能量極大值和能量極小值；pes,v,t為儲能機組v在t時刻的實際充放電功率，與分別為儲能機組v在在一個調(diào)度周期t時段內(nèi)充放電功率的上限、下限，ηdis和ηch分別代表儲能機組的放電效率、充電效率，和分別為儲能機組v在一個調(diào)度周期t時段內(nèi)的放電功率、充電功率；

19、所述分布式儲能機組接受調(diào)度的概率模型表示為：

20、yv＝β0+β1soces,v,t+β2πv+εv

21、

22、式中，yv為分布式儲能機組v的因變量，πv為分布式儲能機組v的調(diào)度補償，β0為基準概率系數(shù)，β1、β2為解釋變量soces,v,t、πv的概率系數(shù)，εv表示隨機誤差變量，為儲能機組v在某調(diào)度周期t時段內(nèi)的決策變量，表示在該調(diào)度周期接受調(diào)度，表示在該調(diào)度周期t時段內(nèi)不接受調(diào)度；表示分布式儲能機組v接受調(diào)度的決策概率，取值范圍為(0,1)；分別為一個調(diào)度周期t時段聚合后的儲能集群的充電功率、放電功率；分別為一個調(diào)度周期t時段節(jié)點h下聚合商j管理的儲能集群放電功率、充電功率，pes,j,h,t為一個調(diào)度周期t時段節(jié)點h下聚合商j管理的儲能集群實際功率。

23、進一步的，所述分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易方法中，分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易的出清模型的目標函數(shù)和約束條件，包括：

24、

25、

26、ηl(t)：pl(t)≤pl

27、

28、εi(t)：pi(t)≥pi

29、

30、δi(t)：pi(t)-pi(t-1)≥-δi

31、

32、其中：f表示基于報價的發(fā)電費用，包括參與電力市場機組i的運行費用、啟動費用和空載費用三部分，ci(pi(t))為參與電力市場機組i在t時刻的運行成本，t為系統(tǒng)調(diào)度期間所考慮的總時段數(shù)；i為參與電力市場機組的總臺數(shù)；pi(t)為參與電力市場機組i在t時刻的有功功率；dj為系統(tǒng)j節(jié)點的負荷，j為節(jié)點個數(shù)，為t時刻的系統(tǒng)總負荷，為所有參與電力市場機組在t時刻的總有功功率；λ(t)為系統(tǒng)運行約束的影子價格；pl表示線路l的潮流功率，pl表示線路l潮流功率的上限和下限；表示線路l潮流約束功率上限的影子價格，ηl(t)表示線路l潮流約束功率下限的影子價格；和εi(t)分別為參與電力市場機組i有功功率上限約束的影子價格、參與電力市場機組i有功功率下限約束的影子價格；δi為參與電力市場機組i每時段最大爬坡速率，為參與電力市場機組i最大爬坡率約束的影子價格，δi(t)為參與電力市場機組i最小滑坡率約束的影子價格；分別為節(jié)點h下聚合商j管理的聚合后的光伏集群在t時段內(nèi)的實際出力與預測的允許最大出力，為節(jié)點h下聚合商j管理的聚合后的風電場集群預測的允許最大功率；分別為t時段節(jié)點h下聚合商，管理的儲能集群的放電功率、充電功率。

33、優(yōu)選的，所述分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易方法中，所述進行基于shapley值的合作效益分配，具體為：

34、

35、式中，r表示該區(qū)域有n臺分布式新能源機組，r＝{1，2，3,...，n}；x(r)為分布式新能源機組r分配獲得的收益；s為不同新能源機組組合的聚合商，s是r的子集；v(s)表示聚合商s的特征函數(shù)，即聚合商s參與市場交易獲得的收益；v(s/r)表示聚合商s中刪除新能源機組r之后剩余的收益，v(r)-v(s/r)表示新能源機組r在聚合商s內(nèi)的實際貢獻。

36、本發(fā)明還提供一種分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易系統(tǒng)，包括：

37、出清模塊，用于結合約束條件，對分布式新能源聚合后參與電力市場現(xiàn)貨交易的出清模型進行求解，得到各電力市場機組的有功功率和系統(tǒng)的節(jié)點邊際電價；

38、效益分配模塊，用于基于shapley值進行分布式新能源聚合所得效益分配，完成解聚合；

39、其中，所述分布式新能源聚合后參與電力市場現(xiàn)貨交易的出清模型，以電力市場機組的運行成本為目標函數(shù)，以運行成本最小為優(yōu)化目標；所述約束條件包括：系統(tǒng)負荷平衡約束、線路潮流約束、機組運行約束和機組增減出力的速率約束，所述機組運行約束包括分布式新能源聚合后出力約束；所述分布式新能源聚合后出力約束是根據(jù)分布式新能源聚合模型和歷史出力數(shù)據(jù)采用基于arima的時序預測模型預測得到。

40、優(yōu)選的，所述分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易系統(tǒng)中，所述分布式新能源聚合模型包括分布式光伏聚合模型、分布式風電聚合模型和分布式儲能聚合模型。

41、進一步的，所述分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易系統(tǒng)中，所述分布式光伏聚合模型表示為：

42、

43、式中：ppv,k,t為光伏機組k在t時刻的實際出力；為光伏機組k在一個調(diào)度周期t時段內(nèi)的最大出力；為由np個光伏機組聚合后的光伏集群在一個調(diào)度周期t時段內(nèi)的最大出力；ppv,j,h,t、分別為節(jié)點h下聚合商j管理的聚合后的光伏集群在一個調(diào)度周期t時段內(nèi)的實際出力與預測允許的最大出力。

44、進一步的，所述分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易系統(tǒng)中，所述分布式風電聚合模型表示為：

45、

46、其中：pwt,f,t為風電機組f在t時刻的實際出力；為風電機組f在一個調(diào)度周期t時段內(nèi)的最大出力；為np個風電機組的風電場集群在一個調(diào)度周期t時段內(nèi)的最大出力；pwt,j,h,t、分別為節(jié)點h下聚合商j管理的聚合后的風電場集群在一個調(diào)度周期t時段的實際出力與預測的允許最大出力。

47、進一步的，所述分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易系統(tǒng)中，所述分布式儲能聚合模型包括分布式儲能機組荷電狀態(tài)和充放電特性模型和分布式儲能機組接受調(diào)度的概率模型；

48、所述分布式儲能機組荷電狀態(tài)和充放電特性模型表示為：

49、

50、δt＝t-tstart，t∈[tstart，tend]

51、

52、式中，ees，v，t為儲能機組v在t時刻的剩余容量，soces，v，t為儲能機組v在t時刻的荷電狀態(tài)，代表儲能機組v在一個調(diào)度周期t內(nèi)的初始時刻tstart的荷電狀態(tài)；當儲能機組v處于完全充滿電的狀態(tài)下，soces，v，t值是1，當儲能機組v處于放完電量的狀態(tài)下，soces，v，t值是0，分別為儲能機組v在一個調(diào)度周期t內(nèi)荷電狀態(tài)的最小值和最大值；分別為儲能機組v在t時刻的充電功率、放電功率；δt為分析計算的時間間隔；分別為儲能機組v在一個調(diào)度周期t時段內(nèi)的能量極大值和能量極小值；pes，v，t為儲能機組v在t時刻的實際充放電功率，與分別為儲能機組v在在一個調(diào)度周期t時段內(nèi)充放電功率的上限、下限，ηdis和ηch分別代表儲能機組的放電效率、充電效率，和分別為儲能機組v在一個調(diào)度周期t時段內(nèi)的放電功率、充電功率；

53、所述分布式儲能機組接受調(diào)度的概率模型表示為：

54、yv＝β0+β1soces，v，t+β2πv+εv

55、

56、

57、式中，yv為分布式儲能機組v的因變量，πv為分布式儲能機組v的調(diào)度補償，β0為基準概率系數(shù)，β1、β2為解釋變量soces，v，t、πv的概率系數(shù)，εv表示隨機誤差變量，為儲能機組v在某調(diào)度周期t時段內(nèi)的決策變量，表示在該調(diào)度周期接受調(diào)度，表示在該調(diào)度周期t時段內(nèi)不接受調(diào)度；表示分布式儲能機組v接受調(diào)度的決策概率，取值范圍為(0，1)；分別為一個調(diào)度周期t時段聚合后的儲能集群的充電功率、放電功率；分別為一個調(diào)度周期t時段節(jié)點h下聚合商j管理的儲能集群放電功率、充電功率，pes，j，h，t為一個調(diào)度周期t時段節(jié)點h下聚合商j管理的儲能集群實際功率。

58、進一步的，所述分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易系統(tǒng)中，分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易的出清模型的目標函數(shù)和約束條件，包括：

59、

60、ηl(t)：pl(t)≤pl

61、

62、εi(t)：pi(t)≥pi

63、

64、δi(t)：pi(t)-pi(t-1)≥-δi

65、

66、其中：f表示基于報價的發(fā)電費用，包括參與電力市場機組i的運行費用、啟動費用和空載費用三部分，ci(pi(t))為參與電力市場機組i在t時刻的運行成本，t為系統(tǒng)調(diào)度期間所考慮的總時段數(shù)；i為參與電力市場機組的總臺數(shù)；pi(t)為參與電力市場機組i在t時刻的有功功率；dj為系統(tǒng)j節(jié)點的負荷，j為節(jié)點個數(shù)，為t時刻的系統(tǒng)總負荷，為所有參與電力市場機組在t時刻的總有功功率；λ(t)為系統(tǒng)運行約束的影子價格；pl表示線路l的潮流功率，pl表示線路l潮流功率的上限和下限；表示線路l潮流約束功率上限的影子價格，ηl(t)表示線路l潮流約束功率下限的影子價格；和εi(t)分別為參與電力市場機組i有功功率上限約束的影子價格、參與電力市場機組i有功功率下限約束的影子價格；δi為參與電力市場機組i每時段最大爬坡速率，為參與電力市場機組i最大爬坡率約束的影子價格，δi(t)為參與電力市場機組i最小滑坡率約束的影子價格；分別為節(jié)點h下聚合商j管理的聚合后的光伏集群在t時段內(nèi)的實際出力與預測的允許最大出力，為節(jié)點h下聚合商j管理的聚合后的風電場集群預測的允許最大功率；分別為t時段節(jié)點h下聚合商，管理的儲能集群的放電功率、充電功率。

67、優(yōu)選的，所述分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易系統(tǒng)中，所述進行基于shapley值進行分布式新能源聚合所得效益分配，具體為：

68、

69、式中，r表示該區(qū)域有n臺分布式新能源機組，r＝{1，2，3,...，n}；x(r)為分布式新能源機組r分配獲得的收益；s為不同新能源機組組合的聚合商，s是r的子集；v(s)表示聚合商s的特征函數(shù)，即聚合商s參與市場交易獲得的收益；v(s/r)表示聚合商s中刪除新能源機組r之后剩余的收益，v(r)-v(s/r)表示新能源機組r在聚合商s內(nèi)的實際貢獻。

70、本發(fā)明還提供一種計算機設備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)如上所述分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易方法的步驟。

71、本發(fā)明還提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)如上所述分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易方法的步驟。

72、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

73、本發(fā)明通過構建分布式新能源聚合參與現(xiàn)貨市場交易的大規(guī)模出清模型，綜合考慮分布式新能源的出力特性、市場需求、電網(wǎng)約束條件，制定合理的能源調(diào)度和配置策略，同時基于shapley值法按各機組對聚合商的實際貢獻率實現(xiàn)聚合之后各機組利益合理分配，實現(xiàn)分布式資源的規(guī)劃投資激勵，促進可再生能源的消納，降低電力系統(tǒng)的運行成本，提高電力系統(tǒng)的可靠性和能源互聯(lián)網(wǎng)的運行效率，實現(xiàn)了區(qū)域能源共享下的運行、投資效益最大化。

74、進一步的，本發(fā)明分布式儲能聚合模型考慮到儲能機組的用戶參與意愿，引入基于logit的回歸模型，得到儲能用戶參與電網(wǎng)調(diào)度的概率，以此作為其實際出力，提高了分布式新能源聚合參與電力市場現(xiàn)貨交易的準確性。