一种面向虚拟电厂调节价值的能位与能移定义及表征方法

本发明涉及电气工程及其自动化，尤其涉及一种面向虚拟电厂调节价值的能位与能移定义及表征方法。

背景技术：

1、在当前的电力系统中，传统的发电机组既通过转换燃煤等一次能源生产电能，也通过调节出力大小、爬坡、启停机等来提供调节能力，确保电力的实时平衡。新能源大力发展，必将替代传统机组成为主要的电能提供者，但新能源的出力主要受天气等影响难以控制，几乎无法像传统机组一样提供电力调节能力。另一方面，虚拟电厂(virtual powerplant,vpp)正好可以有效地挖掘并协同利用分布式能源(distributed energyresources,ders)的灵活调节能力，弥补新能源电力系统调节能力的不足。目前，基于节点边际电价(locational marginal price,lmp)的电力市场已进行了广泛研究，morais等人提出了一种基于配电网络的lmp新方法，能够对能源资源(发电和储存)、配电网络和需求响应计划进行联合管理，并优化vpp运营成本。赵帅等人从电源侧、电网侧以及负荷侧三个层面展开，对节点边际电价的影响因素进行分析，并通过算例模拟对各因素的影响结果进行定量验证。李嫚等人提出了一种考虑需求响应和有功损耗的节点边际电价模型，并提出了网损灵敏度因数。faqiry等人提出了一种基于lmp的交易日前市场模型来确定在峰值负载和大规模可再生能源渗透条件下造成拥塞和电压违规的价格。罗微等人针对市场过渡阶段日前出清策略进行了研究，基于节点边际电价建立了考虑计划电量约束下的市场出清模型。

2、然而，在当前基于lmp的电力市场中，电力调节的价值并未得到独立的评估和表征，而是与电能量作为一个整体进行交易的，这样的方法在新能源电力系统中将面临诸多问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种面向虚拟电厂调节价值的能位与能移定义及表征方法。

2、本发明所采用的技术方案为：一种面向虚拟电厂调节价值的能位与能移定义及表征方法，其特征在于：包括能位和能移，分别表征电能量和电力调节且分别用el和es表示；其中能位表示从一段时间来看，平均每个时段实际转换并产生的电能，对应电力普通商品的属性；能移表示任意市场成员在各个时段功率值相对于其el产生的变化量，也即所谓的电力调节，对应电力需实时平衡的特殊属性。

3、作为进一步的的改进，任意一个发电或负荷对应的功率向量都可以将其改写为el和es加和的形式；其中，el反映一段时间内，在不考虑发电或用电的调节与波动情况下单位时间生产或消耗的电能；用向量表示el所有时段的值，则其每一个元素值也就等于实际功率向量x中元xt的平均值；任意时段el值与实际的功率xt之间的差值则反映在el基础上向上或向下的变化量。

4、作为进一步的的改进，任何个体在一天内向上和向下的变化是相互抵消平衡的，可以看作是在时间维度上的电能转移，即es，将任意时段es的值记为xt，并将所有时段的es值记为向量x，则应有或对应的向量形式1tx＝0，其中1表示t维元素为1的列向量；可定义算子s(x)将实际功率向量x分解为el向量和es向量：

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6、作为进一步的的改进，el直接对应电能的实际转换，el向量中各元素是相等的，el向量可以退化为el中任意元素的值；所有发电记为正值，所有用电记为负值；es虽然不影响实际的电能生产转换，由于电力商品需实时平衡的特殊属性，es在电力系统中起到非常重要的作用，不同于el，es向量的值随时间变化，为表征其大小，es总量等于es向量的2范数，即||x||2。

7、作为进一步的的改进，电力系统中的四种典型成员：传统可控机组、新能源电站、刚性负荷、vpp；新能源发电及刚性负荷都属于不可调节资源，通常不能平稳地输出功率，也就在提供或消耗el的同时，附带产生了不受控的es，需要其它可调节成员主动地输出es加以平衡；分别用ri和di表示新能源发电i和刚性负荷i所产生的es，并分别用集合和表示系统内所有的含新能源和刚性负荷的节点编号，则由新能源和刚性负荷所产生的es需求也即最终被认定为提供es还是消耗es取决于es边际效益的正负；传统可控机组和vpp在运行时也有可能因自身调节能力限制，引入新的es需求，由于暂不能确定具体数值，故将其总计为变量η；用向量e表示为了满足系统平衡传统机组及vpp可调节资源需要提供的es总和，则有：

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9、作为进一步的的改进，各调节资源将输出不同量级、不同变化趋势的es，这些es的总和将满足上式中的向量e；为合理公平地设计市场机制，需评估各可调节资源做出的贡献；提出es边际效用的概念，即对任意市场参与者而言，每新增一个单位的es对全系统es总量所带来的变化；es实际表征的是一个连续时间物理量，在定义其单位变化时需将传统的微分概念拓展到泛函空间，采用加托导数加以计算，在考虑单位变化应按照es向量所构成曲线的轮廓形状进行微增；可以直观地发现，任意市场参与者提供的es曲线与全系统es需求曲线的变化趋势一致性必然会影响其贡献程度。

10、作为进一步的的改进，为忽略es曲线的量级保留其变化趋势，定义任意es向量x的轮廓线形状，以其2范数作为基准值进行标准化后所得到的标准化向量，记为也即在此基础之上，基于加托导数的定义，es边际效用应表示为：

11、

12、式中，表示向量u(x)的es边际效用，该定义式为将系统es需求向量e增加一个总量为ξ(标量)、形状与x相同的es向量进而计算在ξ趋近于0时，系统es需求总量的变化(即)与这个增量ξ的比值的值；按照上述定义，u(x)将可终化简并最终得到：

13、

14、式(3)到式(4)推导与化简过程如下：

15、

16、式中，是全系统所需的es曲线的轮廓线形状，即

17、作为进一步的的改进，任意es向量x所产生的边际效用，等于其自身形状与rpes的内积，该u(x)化简结果可写作es边际效用的物理含义更加明确：任意市场参与者的es边际效用取决于其输出的es曲线x与系统所需的es曲线e的余弦相似度；这一理论推导与直观的认知完全吻合，即评价一个市场成员的es产生多少效益时，只需考察其轮廓线的形状与系统所需的es曲线形状的相似性，而该相似性用余弦相似度量化，介于-1到1之间。

18、作为进一步的的改进，任意市场成员在提供es还是在消耗es，取决于其es轮廓线的形状与系统所需es曲线形状的相似程度，与其el的生产或消费属性无直接关系；vpp等传统意义的需求侧资源完全可以通过负荷调节，成为es生产者，从市场获取收益；而新能源等el生产者是es的消费者，必须为其支付费用。

19、本发明的有益效果：本发明能够对电力调节价值进行独立表征，对vpp等灵活调节资源提供何种服务、产生多少价值进行定义；可用于计算各市场成员有关电力调节的收益和支出流向，实现“谁获益谁付钱”的市场公平；明确vpp等需求侧资源在电力调节方面的生产者地位，吸引丰富的灵活调节资源进入市场，具有很大的应用价值和推广价值。