一种电转气机组与燃气机组在电力市场和天然气市场中的联合竞价方法与流程

技术特征：

1.一种电转气设备与燃气机组在电力市场和天然气市场的联合竞价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)采用拉丁超立方抽样生成含概率信息的场景集合，并利用场景消减算法对场景进行消减；

(2)根据步骤(1)得到的场景集合，以收益最大化为目标，分别构建P2G设备单独参与市场竞价模型、NGGU单独参与市场竞价模型、构建P2G设备和NGGU协同竞价模型，确定次日各交易时段的竞价策略及各模型的收益；

(3)根据步骤(2)得到的次日各交易时段的竞价策略及各模型的收益，采用夏普利值法对P2G设备与NGGU的收益进行合理分配，得到收益分配方案；

(4)根据步骤(1)-(3)得到的次日各交易时段的竞价策略和收益分配方案，向电力市场提交竞价策略。

2.根据权利要求1所述的电转气设备与燃气机组在电力市场和天然气市场的联合竞价方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：

利用场景分析法来模拟市场出清价格，根据电力市场和天然气市场出清价格的历史数据，通过数据拟合得到具体的概率分布，根据市场出清价格的概率分布进行拉丁超立方抽样生成场景，之后，应用快速前代消除算法对场景进行消减合并，并计算合并后各场景出现的概率。

3.根据权利要求1所述的电转气设备与燃气机组在电力市场和天然气市场的联合竞价方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：

(2.1)构建P2G设备单独参与市场竞价模型

P2G设备在一天T个时段内参与电力市场和天然气市场的竞价策略可以用以下数学模型来描述：

$\begin{array}{cc}\mathrm{Max}& R_{P2G}^{\mathrm{all}}=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{p}_k\·(R_{P2G}^{\mathrm{gas},k}+R_{P2G}^{\mathrm{cap},k}+R_{P2G}^{\mathrm{eng},k}-F_{P2G}^{\mathrm{ele},k})\end{array}---\left(1\right)$

$\begin{array}{cc}s.t.& R_{P2G}^{gas.k}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{l}_{gas,t}^k{P}_{P2G,t}^{gas,k}\end{array}---\left(2\right)$

$R_{P2G}^{cap,k}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}(l_{reg,t}^{up,k}{C}_{P2G,t}^{up}+l_{reg,t}^{dn,k}{C}_{P2G,t}^{dn})---\left(3\right)$

$R_{P2G}^{eng,k}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}(l_{real,t}^{up,k}{C}_{P2G,t}^{up}{E}_{up,t}-l_{real,t}^{dn,k}{C}_{P2G,t}^{dn}{E}_{dn,t})---\left(4\right)$

$F_{P2G}^{ele,k}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{l}_{spot,t}^k{P}_{P2G,t}^B---\left(5\right)$

$P_{P2G,t}^{act}=P_{P2G,t}^B-C_{P2G,t}^{up}{E}_{up,t}+C_{P2G,t}^{dn}{E}_{dn,t}---\left(6\right)$

$h_{P2G}{P}_{P2G,t}^{act}=P_{str,t}^{gas,k}+P_{P2G,t}^{gas,k}---\left(11\right)$

$S_0^k+\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{P}_{str,t}^{gas,k}=S_{end}^{req,k}---\left(13\right)$

$S_{end}^{req,k}=S_0^k---\left(14\right)$

$S_t^k=S_{t-1}^k+P_{str,t}^{gas,k}---\left(15\right)$

式中:表示P2G设备总收益的期望值；和分别表示P2G设备在场景k的售气收益、调频容量收益、调频能量收益(正值表示收益、负值表示支出)和在日前市场的购电费用；和分别表示P2G设备时段t在日前市场的竞标购买功率、在调频市场上竞标的上调容量、下调容量和参与了电能市场和调频市场后的实际用电功率；表示场景k中P2G设备在时段t交易的天然气功率(正值表示售出，负值表示购入)；h_P2G表示P2G设备将电力转化为天然气的能量转换效率；y(t)为0-1变量，当P2G在时段t启动时取1，否则取0；P_P2G,min和P_P2G,max分别表示P2G设备运行的最小和最大功率；和分别表示场景k中储气设备在时段t运行功率(正值表示充气，负值表示放气)和储气量；和分别表示场景k中储气设备的初始储气状态和在第D+1日结束时需要达到的储气量；P_str,max、P_rel,max、S_max和S_min分别表示储气设备的充气功率的额定值、放气功率的额定值、最大和最小储气量。

(2.2)NGGU单独参与市场竞价模型

NGGU在一天T个时段内参与电力市场和天然气市场的竞价策略可用下述模型描述:

$\begin{array}{cc}Max& R_{NF}^{all}=\underset{k}{\Σ}{p}_k\·(R_{NF}^{ele,k}+R_{NF}^{cap,k}+R_{NF}^{eng,k}-F_{NF}^{gas,k})\end{array}---\left(17\right)$

$\begin{array}{cc}s.t.& R_{NF}^{ele,k}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{l}_{spot,t}^k{P}_{NF,t}^B\end{array}---\left(18\right)$

$R_{NF}^{cap,k}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}(l_{reg,t}^{up,k}{C}_{NF,t}^{up}+l_{reg,t}^{dn,k}{C}_{NF,t}^{dn})---\left(19\right)$

$R_{NF}^{eng,k}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}(l_{real,t}^{up,k}{C}_{NF,t}^{up}{E}_{up,t}-l_{real,t}^{dn,k}{C}_{NF,t}^{dn}{E}_{dn,t})---\left(20\right)$

$F_{NF}^{gas,k}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{l}_{gas,t}^k{P}_{NF,t}^{act}/h_{NF}---\left(21\right)$

$P_{NF,t}^{act}=P_{NF,t}^B+C_{NF,t}^{up}{E}_{up,t}-C_{NF,t}^{dn}{E}_{dn,t}---\left(22\right)$

式中:表示NGGU的总收益的期望值；和分别表示在场景k中NGGU在日前市场的售电收益、调频容量收益、调频能量收益和购气费用；和分别表示在时段t中NGGU在日前市场的竞标出力、在调频市场上竞标的上调容量、下调容量和在参与了电能市场和调频市场后的实际出力；P_NF,min和P_NF,max分别表示NGGU的最小和最大出力；h_NF表示NGGU将天然气转换成电能的能量转换效率；m(t)为0-1变量，当NGGU在时段t启动时取1，否则取0。

(2.3)构建P2G设备和NGGU协同竞价模型

P2G设备和NGGU在一天T个时段内参与电力市场和天然气市场的竞价策略可用下述模型描述:

$\begin{array}{cc}Max& R_{VP}^{all}=\underset{k}{\Σ}{p}_k\·(R_{VP}^{ele,k}+R_{VP}^{gas,k}+R_{VP}^{cap,k}+R_{VP}^{eng,k})\end{array}---\left(27\right)$

$\begin{array}{cc}s.t.& R_{VP}^{ele,k}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{l}_{spot,t}^k(P_{NF,t}^B-P_{P2G,t}^B)\end{array}---\left(28\right)$

$R_{VP}^{gas,k}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{l}_{gas,t}^k{P}_{VP,t}^{gas,k}---\left(29\right)$

$R_{VP}^{cap,k}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}(l_{reg,t}^{up,k}{C}_{VP,t}^{up}+l_{reg,t}^{dn,k}{C}_{VP,t}^{dn})---\left(30\right)$

$R_{VP}^{eng,k}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}(l_{real,t}^{up,k}{C}_{VP.t}^{up}{E}_{up.t}-l_{real,t}^{dn,k}{C}_{VP.t}^{dn}{E}_{dn,t})---\left(31\right)$

$P_{VP,t}^{gas,k}=P_{P2G,t}^{act,k}{h}_{P2G}-P_{NF,t}^{act,k}/h_{NF}-P_{str,t}^{gas,k}---\left(32\right)$

$C_{VP,t}^{up}=C_{NF,t}^{up}+C_{P2G,t}^{up}---\left(33\right)$

$C_{VP,t}^{dn}=C_{NF,t}^{dn}+C_{P2G,t}^{dn}---\left(34\right)$

$P_{NF,t}^{act,k}=P_{NF,t}^B+P_{NF,t}^{up,k}-P_{NF,t}^{dn,k}---\left(35\right)$

$P_{P2G,t}^{act,k}=P_{P2G,t}^B-P_{P2G,t}^{up,k}+P_{P2G,t}^{dn,k}---\left(36\right)$

$C_{VP.t}^{up}{E}_{up.t}=P_{NF,t}^{up,k}+P_{P2G,t}^{up,k}---\left(37\right)$

$C_{VP.t}^{dn}{E}_{dn,t}=P_{NF,t}^{dn,k}+P_{P2G,t}^{dn,k}---\left(38\right)$

式中:表示联盟的总收益的期望值；和分别表示联盟在场景k中的售电收益、售气收益、调频容量收益和调频能量收益；表示场景k中的时段t联盟在天然气市场交易的天然气功率；和分别表示时段t联盟在调频市场上竞标的上调容量和下调容量；和分别表示场景k中NGGU被调用的向上调频功率、向下调频功率、P2G设备被调用的向上调频功率和向下调频功率；和分别表示场景k中P2G设备和NGGU在时段t的实际用电功率和实际出力。

求解步骤(2.1)-步骤(2.3)的竞价模型，确定次日各交易时段的竞价策略及各模型的收益。

4.根据权利要求1所述的电转气设备与燃气机组在电力市场和天然气市场的联合竞价方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：

假设有N个成员(分别为h₁，h₂，…，h_N)参与收益分配，每个成员分得的收益为X＝[X₁，X₂，···，X_N]，合作博弈下的收益分配方案需满足整体理性和个体理性原则，

第i个成员分得的收益可用下式计算:

$X_i=\underset{H.H_i}{\Σ}\frac{(N-|H\left|\right)!\left(\right|H|-1)!}{N!}\left(V\right(H)-V(H-\left\{i\right\}\left)\right)---\left(43\right)$

式中:i＝1，2，···，N；H_i为包含第i个成员的所有联盟子集；|H|表示联盟H中成员的个数；V(H-{i})表示不包含第i个成员的联盟H的特征函数。

5.根据权利要求1所述的电转气设备与燃气机组在电力市场和天然气市场的联合竞价方法，其特征在于，所述步骤(2)中建立的三个模型采用AMPL/CPLEX进行求解。