一种保障水电能源消纳的出清方法、系统、装置及介质与流程
本发明涉及电力能源调度技术领域，尤其是一种保障水电能源消纳的出清方法、系统、装置及介质。
背景技术：
近年来，我国的清洁能源产业正在不断发展壮大，产业规模和技术水平都在急速攀升，特别是大量装机运行的水电机组，为缓解能源资源约束和生态环境压力作出了突出的贡献。
目前电力现货市场的出清机制，是基于市场成员的申报信息以及电网运行边界条件，采用安全约束机组组合(scuc)程序进行优化计算，出清得到市场交易结果。简而言之，就是在保证电网安全的前提下，优先调用系统中报价最为便宜的机组，直至满足负荷需求。但是，这种实施方式并不能保证水电能源的充分消纳，没有良好兼顾到水电资源的节能低碳优势，特别是在某些汛期，大量水电能源被白白浪费。目前，现有技术中还缺少一种良好的出清机制，以用于解决以上问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明实施例的一个目的在于提供一种保障水电能源消纳的出清方法，该方法能够增大水电能源的消纳量，提高水电资源的利用率，可促进水电产业的良好发展。
本发明实施例的另一个目的在于提供一种保障水电能源消纳的出清系统。
为了达到上述技术目的，本发明实施例所采取的技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供了一种保障水电能源消纳的出清方法，包括以下步骤：
获取电力系统的基础数据，根据所述基础数据建立日前电能量现货市场出清的scuc约束条件集；
获取系统内水电机组在电力现货市场中的申报信息，根据所述申报信息确定系统内水电能源的弃电成本；其中，所述申报信息包括水电机组的机组容量和/或水电机组发电的耗水率；
以购电成本与水电能源的弃电成本之和最小化为约束目标，建立安全约束机组组合模型；
根据所述安全约束机组组合模型，对电力系统内的机组进行出清。
本发明实施例的保障水电能源消纳的出清方法，通过根据所述申报信息确定系统内水电能源的弃电成本和基础数据，以购电成本与水电能源的弃电成本之和最小化为约束目标，来建立安全约束机组组合模型，从而对电力系统内的机组进行出清。相对于现有的以购电成本最小化为约束目标的出清方法，本发明实施例基于水电的实际运行状态确定出水电能源的弃电成本，将其也纳入了约束目标中，能够有效促进水电能源的市场消纳，尽可能提高水电能源的利用，在保证发电经济效益的同时兼顾到环境效益。
另外，根据本发明上述实施例的保障水电能源消纳的出清方法，还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述scuc约束条件集包括系统负荷平衡约束、系统正备用约束、系统负备用约束系统、旋转备用约束、机组出力上下限约束、机组爬坡约束、机组最小连续开停时间约束、机组最大启停次数约束、线路潮流约束、断面潮流约束和水电水位控制约束中的至少一种。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述申报信息确定系统内水电能源的弃电成本这一步骤，其具体包括：
获取系统内水电机组的弃水电量；
根据所述弃水电量和预设的清洁能源弃能惩罚因子，得到水电能源的弃电成本。
本发明实施例中，所述弃水电量是指水电机组因未中标而舍弃的那部分发电量，基于预设的清洁能源弃能惩罚因子，可以得到水电能源的弃电成本。在出清阶段把所述水电能源的弃电成本也作为一个约束目标，为了尽可能地使得购电成本与水电能源的弃电成本之和最小，可以有效在出清中提高水电能源的优先级，从而保证水电能源的优先消纳。
进一步地，在本发明的一个实施例中：所述获取系统内水电机组的弃水电量这一步骤，其具体包括：
获取水电机组的机组容量；
获取水电机组在预设时段内的出力数据；
根据水电机组的所述机组容量和出力数据，得到水电机组在预设时段内的弃水电量。
本发明实施例中，在水电站丰水期，发电可用水量充足，因此水电机组的可发电量上限可以认为是机组容量，根据水电机组的机组容量和实际的出力数据，便可以得到水电能源因未中标而舍弃的那部分电量。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述获取系统内水电机组的弃水电量这一步骤，其具体包括：
获取水电机组发电的耗水率；
获取水电机组在预设时段内的弃水总流量数据；
根据水电机组的所述耗水率和弃水总流量数据，得到水电机组在预设时段内的弃水电量。
本发明实施例中，在水电站枯水期，发电可用水量不足，因此水电机组的可发电量受到了水资源的限制，此时则通过弃水总流量数据和水电机组发电的耗水率得到水电能源舍弃的那部分电量。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述获取系统内水电机组的弃水电量这一步骤，其具体包括：
获取水电机组的机组容量；
获取水电机组在预设时段内的出力数据；
根据水电机组的所述机组容量和出力数据，得到水电机组在预设时段内的第一弃水电量；
获取水电机组发电的耗水率；
获取水电机组在预设时段内的弃水总流量数据；
根据水电机组的所述耗水率和弃水总流量数据，得到水电机组在预设时段内的第二弃水电量；
比较所述第一弃水电量和第二弃水电量，以二者中的数值最小者作为所述水电机组在预设时段内的弃水电量。
本发明实施例中，通过比较第一弃水电量和第二弃水电量，可以有效区分水电机组的可发电量上限是被机组容量还是水资源限制了，从而快速得出实际的弃水电量。用于确定弃电成本时精确程度更高，能够使得约束目标的设定更贴合实际，防止出现水电机组的出清中标电量大于实际可发电量的现象，保证了出清结果的可靠性。
第二方面，本发明实施例提出了一种保障水电能源消纳的出清系统，包括：
第一获取模块，用于获取电力系统的基础数据；
第一处理模块，用于建立日前电能量现货市场出清的scuc约束条件集；
第二获取模块，用于获取系统内水电机组在电力现货市场中的申报信息；
第二处理模块，用于根据所述申报信息确定系统内水电能源的弃电成本；
出清模块，用于建立安全约束机组组合模型，并对电力系统内的机组进行出清。
第三方面，本发明实施例提供了一种保障水电能源消纳的出清装置，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实现所述的保障水电能源消纳的出清方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现所述的保障水电能源消纳的出清方法。
本发明的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到：
本发明实施例能够增大水电能源的消纳量，提高水电资源的利用率，在保证发电经济效益的同时兼顾到环境效益；还能够有效确定水电机组实际的弃水电量，保证了出清约束目标的精确可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员来说，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
图1为本发明一种保障水电能源消纳的出清方法具体实施例的流程示意图；
图2为本发明一种保障水电能源消纳的出清系统具体实施例的结构示意图；
图3为本发明一种保障水电能源消纳的出清装置具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
下面参照附图详细描述根据本发明实施例提出的保障水电能源消纳的出清方法和系统，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的保障水电能源消纳的出清方法。
参照图1，本发明实施例中所述的保障水电能源消纳的出清方法，主要包括以下步骤：
s1：获取电力系统的基础数据，根据所述基础数据建立日前电能量现货市场出清的scuc约束条件集；
s2：获取系统内水电机组在电力现货市场中的申报信息，根据所述申报信息确定系统内水电能源的弃电成本；其中，所述申报信息包括水电机组的机组容量和/或水电机组发电的耗水率；
s3：以购电成本与水电能源的弃电成本之和最小化为约束目标，建立安全约束机组组合模型；
s4：根据所述安全约束机组组合模型，对电力系统内的机组进行出清。
应当理解的是，本发明实施例中的所述方法一般以时段为基准进行实施，在此基础上，为方便描述起见，本发明实施例以每一个小时作为一个时段，当然，所述时段的长短也可以根据实际的需求灵活设定，例如：另一种可取得实施方式为，以每15分钟作为一个时段。
在本发明实施例所述的步骤s1中，所述基础数据包括：电力系统的系统数据、机组数据、联络线计划数据、负荷数据和灵敏度数据，其中，所述系统数据主要包括时段信息、系统负荷和系统备用要求；所述机组数据主要包括机组基本信息，机组计算参数、机组启动报价、机组能量报价、机组初始状态、机组电力约束和机组爬坡速率，其中所述机组基本信息特别地包括水电机组的水库水面面积数据、水位信息和流量信息；所述联络线计划数据主要包括联络线基本信息和联络线计划功率；所述负荷数据主要包括母线负荷预测；所述灵敏度数据主要包括机组、负荷注入功率对线路和断面潮流的发电转移分布因子。
基于以上这些基础数据，可以建立日前电能量现货市场出清的scuc约束条件集，该约束集主要包括与机组相关联的系统性约束、单个机组约束、网络安全约束和能源约束。其中，所述系统性约束包括：系统负荷平衡约束，用于确保系统的功率平衡；系统正负备用容量约束和旋转备用约束，所述备用容量是为了防止系统负荷预测偏差以及各种实际运行事故带来的系统供需不平衡波动，一般整个系统需要留有一定的容量备用，即需要保证每天的总开机容量满足系统的最小备用容量。所述单个机组约束包括：机组出力上下限约束，表示机组的出力处于其最大/最小技术出力范围之内；机组爬坡约束，即机组上爬坡或下爬坡时，均应满足的爬坡速率要求；机组最小连续开停时间约束和机组最大启停次数约束，由于机组的物理属性及实际运行需要，要求机组满足的最小连续开机/停机时间和最大启停次数。所述网络安全约束包括线路潮流约束和断面潮流约束。所述能源约束主要包括水电水位控制约束，即水电站的水库蓄水量应当符合相关要求。以上各个约束的相关公式和计算方式均可按照现行的标准执行。另外，应当理解的是，本发明实施例中的各个约束条件仅为可选的实施方式，除上述约束条件外，还可根据实际情况考虑排放约束等条件；并且，上述的各个约束条件也可以根据实际情况进行删减，以适用于不同的实际需要。
基于上述scuc约束条件集，加上约束目标即可建立安全约束机组组合模型。目前，现有的全时段的安全约束机组组合模型是以购电成本最小化为约束目标进行建立的，具体地，其约束目标公式如下：
式中，i表示机组的编号，t表示调度的时段编号，n表示机组的总台数，t表示总时段数，本发明实施例中t选为24；pi,t表示第i个机组在第t个时段的出力，单位为mw；ci,t(pi,t)、
其中，所述机组运行费用ci,t(pi,t)是机组出力的多段线性函数，所述运行费用、启动费用和停机费用可以根据具体的实际情况选择考虑与否，例如，停机费用一般较小，为简便考虑可取为0。
而在本发明实施例中，所述安全约束机组组合模型的约束目标在购电成本的基础上还增添了水电能源的弃电成本，以二者之和的最小值作为约束目标建立模型。其中，所述水电能源的弃电成本等于水电机组的弃水电量与预设的清洁能源弃能惩罚因子的乘积。水电机组的弃水电量是指水电机组本可以发出，但却因未中标而舍弃的那部分发电量，通过预设的清洁能源弃能惩罚因子作出权重，将其也纳入模型的约束目标中，使得出清时尽可能地减少水电能源的弃能，保证水电能源的最大程度消纳。具体地，本发明实施例中的安全约束机组组合模型的约束目标为：
式中，i表示机组的编号，t表示调度的时段编号，n表示机组的总台数，t表示总时段数，本发明实施例中t选为24；pi,t表示第i个机组在第t个时段的出力，单位为mw；ci,t(pi,t)、
其中，清洁能源弃能惩罚因子的设定值可以根据实际需要灵活设定，其设定值越高，则水电能源的消纳程度就越大；所述机组运行费用ci,t(pi,t)是机组出力的多段线性函数，所述运行费用、启动费用和停机费用可以根据具体的实际情况选择考虑与否，例如，停机费用一般较小，为简便考虑可取为0。
下面，对本发明实施例中获取弃水电量的实施步骤作以下说明：
由于水电机组的弃水电量是指水电机组本可以发出，但却因未中标而舍弃的那部分发电量，因此我们需要确认水电机组本可以发出的电量峰值，而在不同的丰水期和枯水期，水电站可发电量的限制情况是不一样的，具体地，本发明实施例中可以通过以下公式来获取到实际的弃水电量：
式中，n表示水电机组的编号，t表示调度的时段编号，
本发明实施例中，基于水电机组的机组容量和在预设时段内的出力数据，得到水电机组在预设时段内的第一弃水电量；又根据水电机组发电的耗水率和在预设时段内的弃水总流量数据，得到水电机组在预设时段内的第二弃水电量，通过比较所述第一弃水电量和第二弃水电量，可以得出水电机组实际本可以发出的电量峰值。例如在丰水期时，水电机组即使达到机组容量，可能也无法将所有的水资源用于发电，因此此时会出现
针对本发明实施例中的所述安全约束机组组合模型，调用成熟的优化算法软件包(例如cplex)进行求解，便可得到各个机组的启停状态和中标出力结果。需要说明的是，由于加入了清洁能源惩罚因子，在进一步进行sced出清过程中可能会扭曲节点边际电价，此时的节点边际电价并非真实的结算价格。因此，可以将出清结果及市场结算价格提交至电力交易中心，电力交易中心通过相应的结算机制，消除清洁能源惩罚因子对价格的影响，还原应有的结算价格。
其次，参照附图描述根据本发明实施例提出的保障水电能源消纳的出清系统。
图2是本发明一个实施例的保障水电能源消纳的出清系统结构示意图。
所述系统具体包括：
第一获取模块101，用于获取电力系统的基础数据；
第一处理模块102，用于建立日前电能量现货市场出清的scuc约束条件集；
第二获取模块103，用于获取系统内水电机组在电力现货市场中的申报信息；
第二处理模块104，用于根据所述申报信息确定系统内水电能源的弃电成本；
出清模块105，用于建立安全约束机组组合模型，并对电力系统内的机组进行出清。
可见，上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
参照图3，本发明实施例提供了一种保障水电能源消纳的出清装置，包括：
至少一个处理器201；
至少一个存储器202，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器201执行时，使得所述至少一个处理器201实现所述的保障水电能源消纳的出清方法。
同理，上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
本发明实施例还提供了一种存储介质，其中存储有处理器201可执行的指令，所述处理器201可执行的指令在由处理器201执行时用于执行所述的保障水电能源消纳的出清方法。
同理，上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，本存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
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