考虑抽水蓄能电站的电网购电优化方法
【专利摘要】本发明为考虑抽水蓄能电站的电网购电优化方法，其特征在于首先，采集本地区水火电及抽水蓄能电站并网前后的相关信息，分类汇总；其次，基于电网公司购电决策行为的购电原则、购电决策思路，确定模型的假设条件；然后，以收益最大化或亏损最小化为目标，构建不同模式下抽水蓄能电站并网的电网购电优化模型；最后，将综合评价的结果反馈给电网相关规划决策部门。本发明考虑抽水蓄能电站的电网购电优化方法，通过分析不同模式下抽水蓄能电站并网的模型，对研究抽水蓄能电站并网的经济性对电网公司及抽水蓄能电站自身做出更好的经营决策具有重要意义。
【专利说明】
考虑抽水蓄能电站的电网购电优化方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电网购电优化方法，特别涉及一种考虑抽水蓄能电站的电网优化方 法。
【背景技术】
[0002] 电网公司作为市场中的主要购电商，要保证既能较好地适应电网运行的实际情 况，又能兼顾各市场参与者的利益。所以电网公司制定购电决策要考虑两方面因素，一是积 极承担社会责任，二是实现自身收益的相对最大化。随着我国经济的进一步发展，居民生活 用电比例提高，用电量大幅度提升，电网峰谷差明显加大，系统调峰问题日益严重，电网的 安全稳定、幼稚、高效运行显得更为重要。
[0003] 抽水蓄能电站作为调节电力系统运行的一种有效手段，经过多年的研究和论证， 已经受到一定程度的认可。抽水蓄能电站是一种将低谷电能转换成高峰电能的电力蓄能装 置。其主要运行特点是机组既能发电，又能抽水，且能频繁转换，它利用核电站、火电站、径 流式水电站等负荷低谷时提供的电能，从下水库抽水到上水库，通过水体这一能量载体将 电能转换为水的势能。在负荷高峰时，再从上水库放水发电，担负系统峰荷出力。另外，抽水 蓄能电站启动迅速，运行灵活、可靠，对负荷的急剧变化可以做出快速反应，除调峰填谷外， 还适合承担调频、调相、事故备用等任务。
[0004] 随着我国大容量高参数火力发电厂的投运，特别是核电站的发展，电网调峰、安全 稳定运行和可靠供电面临更为严峻的形势，充分认识抽水蓄能电站在电力系统安全稳定运 行中的地位和作用，研究抽水蓄能电站效益和发展的有关问题，深入研究抽水蓄能电站效 益的定量测算，市场条件下抽水蓄能电站的运营效益及其综合评价指标，以及在抽水蓄能 电站并网条件下的电网购电决策，对于促进抽水蓄能电站的发展，维护电网安全稳定运行， 具有重要的现实意义和理论研究价值。
【发明内容】
[0005] 本发明在明确考虑抽水蓄能电站并网后，电网公司购电决策行为的原则以及目标 的基础上，在一定的假设前提下，以电网公司利润最大化或亏损最小为目标，结合电量平 衡，水、火电发电约束以及抽水蓄能电站自身约束条件，建立了考虑抽水蓄能电站并网运行 条件的电网购电优化一般性模型。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案包括以下步骤：
[0007] 步骤一：购电优化的准备
[0008] 在进行电网公司购电决策分析前，应考虑水电、火电运行的实际情况。因此，需要 明确电网公司的一般年份收益；未并入抽水蓄能时水、火电发电量；水、火电发电价格；峰、 谷段发电总量；水、火电峰段、谷段及一般时段电价；水、火电峰段、谷段及一般时段发电 量；火电厂所能接受的最小峰谷比；抽蓄发电成本包括可变成本、固定成本；抽水蓄能电站 可变成本与发电量之间的相关性条件以及其他抽蓄基本数据。
[0009] 步骤二：作出假设条件
[0010] (1)在满足火电机组最小发电量的前提下，优先购买水电；
[0011] ⑵由于输电网损对价格影响较小，可忽略不计；
[0012] (3)除了储水蓄能电站外，电网需求侧所需的电量不变。
[0013] 步骤三：计算不同经营模式下的经济效益计算模型
[0014] 在需求侧电量需求相对一致的情况下，考虑电网公司经济利益最优化，进一步分 析抽水蓄能电站并网对电网公司经济利益的影响。
[0015] (1)电价模式下。电站参与电网发电后，电网购电成本变化=电站低谷时抽水从电 网买电的费用_电网总增加购电成本。其中电网总增加购电成本=电站替代其他发电厂发 电电网增加的购电成本+电站低谷时抽水电网增加的从其他电站购电的费用。
[0016] (2)租赁模式下。电站参与电网发电后，电网购电成本变化=电站高峰时发电电网 减少的从其他电站购电的费用-低谷时抽水电网增加的从其他电站购电的费用。
【附图说明】
[0017] 图1考虑抽水蓄能电站的电网购电优化方法工作流程图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0019] 本发明考虑抽水蓄能电站的电网购电优化方法，而通过分析不同模式下抽水蓄能 电站并网的模型，对研究抽水蓄能电站并网的经济性对电网公司及抽水蓄能电站自身做出 更好的经营决策具有重要意义。
[0020] 购电优化模型的建立：
[0021] (1)电价模式下购电优化模型的建立
[0022] 1、目标函数
[0023] 在考虑抽水蓄能电站并网运行的条件下，为实现电网公司的收益最大，或亏损最 小，建立的目标函数如下：
[0024] max L。= A〇-C。 (1)
[0025] 式中：L。是电网公司利润；A。电网公司收入；C。电网公司成本
[0029] Cps = Qps*Pps (5)
[0030] 其中：Qps--抽蓄对电网的售电量
[0031] Qs-电网公司对除抽水蓄能电站外其他用户的售电量；
[0032] Ps--电网公司售电价格；
[0033] Pps, b--抽蓄的购电价格；
[0034] Cw--电网公司购买水电成本；
[0035] Cf--电网公司购买火电成本；
[0036] Cps--电网公司购买抽水蓄能成本；
[0037] qfh>1--火电厂i在高峰时段的发电量；
[0038] qfv>1--火电厂i在低谷时段的发电量；
[0039] qfp>1--火电厂i在腰荷时段的发电量；
[0040] pfh>1--火电厂i在高峰时段的发电价格；
[0041] pfv>1--火电厂i在低谷时段的发电价格；
[0042] pfp>1--火电厂i在腰荷时段的发电价格。
[0043] 根据电量相等，则得出以下等式：
[0047] Qb--电网公司购电量；
[0048] qf>1--火电厂i的发电量；
[0049] qw> j--水电厂j的发电量；
[0050] n--抽水蓄能机组抽水-发电效率，一般取3/4 ;
[0051] Pps--抽水蓄能的上网价格；
[0052] 2、一般约束条件
[0053] 在抽水蓄能电站参与并网运行后，电网公司的收益应较之前为大，则有以下约束 条件：
[0054] L。彡 L， 。 （9)
[0055] 其中
[0056] L，。= A，〇-C，。 （10)
[0057] A'。= QS*PS (11)
[0058] C， 。 = C， W+C， f (12)
[0059] 依据电量平衡，则有以下等式：
[0064] 考虑电网水电全发，即： m m
[0065] IXy =2Xj (17) J=l 7=1
[0066] 因此依据电量平衡相关等式，可得出以下结论：
[0071] 3、水电、火电相关约束条件
[0072] 水电、火电发电电量不仅要满足其最小发电量，同时也应小于其最大可发电量，即 如下所示：
[0073] Qf,〇i ^ qf, i ^ Qf, imax (22)
[0074] qw,0j 彡 qw, j 彡 qw, jnax (23)
[0075] 在抽水蓄能电站参与并网运行后，由于抽水蓄能电站发高峰电，抽低谷电，则会对 火电机组产生影响，为保证"三公"原则，火电机组峰谷比的变动不能低于％，即：
[0076] 峰谷比
(24)
[0078] ?/?，*100% -1 彡 e。 (25)
[0079] qf>01--火电厂i的最小发电量；
[0080] qf, inax--火电厂i的最大发电量；
[0081] qf>0j--水电厂j的最小发电量；
[0082] qw> jnax--水电厂j的最大发电量；
[0083] 〇--为火电厂的峰谷电量比；
[0084] ? '--抽水蓄能电站为并网运行时火电厂的峰谷比；
[0085] e〇--最小峰谷比的变化值。
[0086] 4、与抽水蓄能电站相关的约束条件
[0087] 为使抽水蓄能电站收益最大或亏损最小，即
(26)
[0089] 抽水蓄能电站的发电电量与抽水电量相关，同时不仅要大于最小发电量，还要小 于最大发电量，即如下约束条件所示：
[0090] QPs,g= nQps>pu (27)
[0091] Qps,〇 Qps>g Qps>nax (28)
[0092] tps>0^ tps^ tps>nax (29)
[0093] 由于抽水蓄能电站在高峰段时期发电，其中高峰段的发电量首先要满足水力发 电，还要满足最小火力发电，即： n m
[0094] Qps,g 9whj (3°) /=1
[0095] Qps,g--抽水蓄能的发电量；
[0096] Qps,pu--抽水蓄能的蓄能电量；
[0097] Qps,。--抽水蓄能的最小发电量；
[0098] Qps,_--抽水蓄能的最大发电量；
[0099] tps-抽水蓄能利用小时数；
[0100] tps,。--抽水蓄能最小利用小时数；
[0101] tps, _--抽水蓄能最大利用小时数。
[0102] (2)租赁模式下购电优化模型的建立
[0103] 在租赁模式下，应充分利用抽水蓄能电站，同时也需要满足电网公司收益最大的 目的，因此，目标函数同样为：
[0104] maxL0 = A0-C0 (31)
[0105] 其中
(32)
[0108] 同样，需要满足以下约束条件，即：
[0109] L。> L，。 （34)
[0110] 其中
[0111] L，0 = A，0-C，。 （35)
[0112] A，C = QS*PS (36)
[0113] C，。= (：，W+C，f (37)
[0114] 为使抽水蓄能电站满足一定收益，则：
(38)
[0116] 其中x为抽水蓄能电站所要求的最低收益，此外，还应满足（22)、（23)、（25)、 (27)、（28)、（29)、（30)等多个约束条件。
【主权项】
1. 一种考虑电力生产外部成本的电网购电优化方法，其特征在于，包括如下步骤：51. 采集本地区水火电及抽水蓄能电站并网前后的相关信息，分类汇总；52. 基于电网公司购电决策行为的购电原则、购电决策思路，确定模型的假设条件；53. 以收益最大化或亏损最小化为目标，构建不同模式下抽水蓄能电站并网的电网购 电优化模型；54. 将综合评价的结果反馈给电网相关规划决策部门。2. 根据权利要求1所述的考虑抽水蓄能电站的电网购电优化方法，其特征在于： S3.以收益最大化或亏损最小化为目标，构建电价模式下抽水蓄能电站并网的电网购 电优化模型包括： 首先构建其目标函数，令电网公司利润最大化，电价模式下，抽水蓄能电站参与电网发 电后，电网购电成本变化=电站低谷时抽水从电网买电的费用-电网总增加购电成本。其 中电网总增加购电成本=电站替代其他发电厂发电电网增加的购电成本+电站低谷时抽 水电网增加的从其他电站购电的费用。 考虑电量相等，电网公司购电量与售电量相等，引入一般约束条件： LJL，。 其中，L' ^为抽水蓄能电站未参与并网运行的电网公司利润，Lci则为抽水蓄能电站参 与并网运行的电网公司利润。 水电、火电相关约束条件： Qf,Oi Qf, i Qf, imax ^w,Oj Qw, j Qw, jmax 其中，qf,w为火电厂i的最小发电量；为火电厂i的最大发电量为水电厂j 的最小发电量；qw、]niax为水电厂j的最大发电量。 在抽水蓄能电站参与并网运行后，由于抽水蓄能电站发高峰电，抽低谷电，则会对火电 机组产生影响，为保证"三公"原则，火电机组峰谷比的变动不能低于％，即峰谷比满足： ω/ω，*100% -1 彡 e〇3. 根据权利要求1所述的考虑抽水蓄能电站的电网购电优化方法，其特征在于： S3.以收益最大化或亏损最小化为目标，构建租赁模式下抽水蓄能电站并网的电网购 电优化模型包括： 该模式下，购电优化模型目标函数、约束条件与电价模式相同，抽水蓄能电站参与电网 发电后，电网购电成本变化=电站高峰时发电电网减少的从其他电站购电的费用-低谷时 抽水电网增加的从其他电站购电的费用。为使抽水蓄能电站满足一定收益，需满足一下约 束条件：式中，M为租赁价；X为抽水蓄能电站所要求的最低收益。
【文档编号】G06Q50/06GK105894103SQ201410487864
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年9月23日
【发明人】刘敦楠, 赵岩, 李磊, 唐天琦, 胡宇, 徐玉杰
【申请人】国网上海市电力公司, 华北电力大学