计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理方法与流程

1.本发明涉及电力需求响应与电力系统运行技术领域，尤其涉及计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理方法与系统。


背景技术：

2.随着电力市场化改革的逐步深入，加快建立统一开放、竞争有序、安全高效、治理完善的全国统一电力市场体系，有望推动电力资源在更大范围内实现共享互济和优化配置。未来，电力现货市场交易结果将对电力系统调度运行控制产生直接影响，催生出远超传统调度计划的一系列非常规运行方式，亟需扩大灵活性资源规模、提升阻塞管理精细度，全面支撑新形势下的系统电力电量平衡。
3.下面从两个角度阐述现有技术的主要特性与发展现状：
4.1)电力需求响应是释放负荷侧灵活性的重要手段，也是未来电力系统亟待深度开发的储备性资源。目前电力需求的模型种类繁多，即便对于同一类建模对象，往往也有几种形式不一的建模方式。这导致电力需求模型缺乏标准化，需要大量人工设计才能具体完成模型开发。另外已有模型通常无法考虑电力负荷的多模态特性，而采用统一的平均化特性进行代替，这导致电力用户在不同时段或不同环境条件下(比如工作日与周末)的差异化行为特征被完全忽略。学界与产业界尝试使用弹性矩阵模型实现电力负荷的标准化建模，但该模型只能表征纯线性化特性，而且也不具备表征多模态特性的能力。
5.2)阻塞管理是一类发电机组与电力负荷的调度控制技术，能够保证系统内关键支路与关键断面的功率水平维持在安全裕度以内。现有的阻塞管理主要是基于直流潮流或交流潮流模型建立的。基于直流潮流的阻塞管理模型形式简洁，线性化的模型形式很容易嵌入不同的优化任务当中，但同时这类模型无法描述无功与电压关系，而且模型精确度有待提升。另一类基于交流潮流的阻塞管理模型虽然精度高，但同时具有明显的非线性，计算复杂度也很高。另外，阻塞管理目前普遍考虑了阻塞安全裕度，但尚未分析不同安全裕度段带来的差异化影响，也尚未引入约束弹性化的建模处理手段。
6.综上所述，现有技术还无法满足充分发挥需求侧灵活性资源潜力，也难以通过阻塞管理有效应对省间现货交易带来的安全运行风险。


技术实现要素：

7.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
8.为此，本发明的第一方面在于提出一种计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理方法，旨在弥补现有技术体系的不足，提出兼顾普适性、计算精度、计算效率的全新需求响应与阻塞管理技术。通过对需求响应与阻塞管理资源的高效建模，充分提升省内系统的灵活调节能力，实现对省间现货交易风险的可控管理，可以帮助各级调度机构提升省内系统的灵活调节能力，提高应对省间现货交易风险的技术与管理水平。
9.本发明的第二方面在于提出一种计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞
管理装置。
10.本发明的第三方面在于提出一种计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理系统。
11.本发明的第四方面在于提出一种计算机设备。
12.本发明的第五方面在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
13.为达上述目的，本发明一方面提出了一种计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理方法，包括：
14.基于异质需求响应资源的关键共性特征构建标准化节点模型；
15.基于计算用电量计算结果的相关参数构建广义转移分布因子模型，并基于所述广义转移分布因子模型得到预设节点有功功率变化对支路有功功率的灵敏度；
16.基于所述标准化节点模型、所述灵敏度以及省间联络线功率限制，构建面向省间现货交易的联络线阻塞管理约束方程；
17.对所述联络线阻塞管理约束方程的值域进行求解计算，基于求解计算结果筛选出约束集当中的冲突性约束和冗余性约束得到约束筛选结果，输出精简后的约束方程集，最终基于所述精简后的约束方程集进行电力需求响应与阻塞管理控制。
18.为达到上述目的，本发明另一方面提出了一种计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理装置，包括：
19.需求响应标准节点计算模块，用于基于异质需求响应资源的关键共性特征构建标准化节点模型；
20.广义转移分布因子计算模块，用于基于计算用电量计算结果的相关参数构建广义转移分布因子模型，并基于所述广义转移分布因子模型得到预设节点有功功率变化对支路有功功率的灵敏度；
21.阻塞管理约束方程构建模块，用于基于所述标准化节点模型、所述灵敏度以及省间联络线功率限制，构建面向省间现货交易的联络线阻塞管理约束方程；
22.方案优化与输出模块，用于对所述联络线阻塞管理约束方程的值域进行求解计算，基于求解计算结果筛选出约束集当中的冲突性约束和冗余性约束得到约束筛选结果，输出精简后的约束方程集，最终基于所述精简后的约束方程集进行电力需求响应与阻塞管理控制。
23.本发明第三方面提出了一种计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理系统，包括：
24.依次相连的数据采集模块、网关模块、本地数据库和电力系统管理模块；
25.所述电力系统管理模块，用于：
26.从所述本地数据库中获取异质需求响应资源的关键共性特征以构建标准化节点模型；
27.基于计算用电量计算结果的相关参数构建广义转移分布因子模型，并基于所述广义转移分布因子模型得到预设节点有功功率变化对支路有功功率的灵敏度；
28.基于所述标准化节点模型、所述灵敏度以及省间联络线功率限制，构建面向省间现货交易的联络线阻塞管理约束方程；
29.对所述联络线阻塞管理约束方程的值域进行求解计算，基于求解计算结果筛选出
约束集当中的冲突性约束和冗余性约束得到约束筛选结果，输出精简后的约束方程集，最终基于所述精简后的约束方程集进行电力需求响应与阻塞管理控制。
30.本发明第四方面提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理方法。
31.本发明第五方面提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理方法。
32.本发明实施例的计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理方法、装置、系统、计算机设备及存储介质，通过对需求响应与阻塞管理资源的高效建模，充分提升省内系统的灵活调节能力，实现对省间现货交易风险的可控管理，可以帮助各级调度机构提升省内系统的灵活调节能力，提高应对省间现货交易风险的技术与管理水平。
33.本发明附加的方面和优点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。
附图说明
34.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
35.图1为根据本发明实施例的计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理方法的流程图；
36.图2为根据本发明实施例的计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理装置的结构示意图；
37.图3为根据本发明实施例的计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理系统的结构示意图；
38.图4为根据本发明实施例的计算机设备。
具体实施方式
39.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
40.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
41.下面参照附图描述根据本发明实施例提出的计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理方法、装置、系统、计算机设备及存储介质。
42.图1是本发明一个实施例的计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理方法的流程图。
43.如图1所示，该方法包括但不限于以下步骤：
44.步骤s11，开展初始配置。包括：
45.子步骤s111：检查需求响应资源状态。需求响应资源数量多且较为分散，为确保资源的可调度性，必须首先检查通信渠道是否畅通，如遇通信失效情形，需要挂起通信线路异常状态，并尽快安排运维检修。同时对失联的需求响应资源予以剔除，直接当作固定负荷处理，直至通信线路完成修复为止。
46.子步骤s112：读取需求响应与电力网络参数数据。需求响应参数数据包括需求响应激励规则、激励数据发布与响应时序、需求响应结算参数等等。电力网络参数数据包括网络拓扑连接关系、变压器变比参数、网络电阻与电纳矩阵、网络参数基值等等。
47.子步骤s113：读取省间现货交易限制性约束的配置要求。交易限制性约束是指在现货市场出清中考虑的部分约束条件，这些约束条件可以避免交易结果物理不可性的问题。为保证约束条件可以通过统一接口传送给电力交易中心，需要规定交易限制性约束的配置要求，包括约束数量上限、约束主要矩阵参数形式、约束不等号方向规定等等。另外此处也会读取初始化的限制性约束集。
48.步骤s12，构建需求响应的标准化节点模型。
49.子步骤s121：梳理异质需求响应资源的关键共性特征。为了对异质需求响应资源开展同质化建模，需要先提取其关键共性特征，具体包括以下四项：削减与反弹特性、变化速率特性、时序平移特性、多模态特性。削减与反弹特性是指单时段用电量可以下降与提升的程度，变化速率特性是指相邻时段间用电量可能的变化量，时序平移特性一般描述用电量在一天时间范围内如何进行转移互济，多模态特性则表征用电行为特征在不同环境条件下的差异。
50.子步骤s122：生成并校核异质需求响应资源的标准化节点模型。在子步骤s121的调研基础上，进一步生成定量的标准化节点模型。假设节点i处在第t时段的用电量为d
it
，另外考虑若干个用电模态(用序号m表示)，则标准化节点模型的表达式：
[0051][0052][0053][0054][0055][0056]
其中，基于节点i处在第t时段的用电量为d
it
，序号m表示若干个用电模态，d
imt
表示第m个模态对应的用电量；0-1变量δm表征用电模态被激活，d
imt
和分别表示第m个模态用电量的上下界，表示第m个模态用电量的最大变化速率，e
imt
是第m个模态一天内的最小用电量。
[0057]
上述公式的特性参数可以通过用户申报获得，或者根据历史数据进行辨识，比如d
imt
可以设置为历史上第t时段的最小用电量。另外得到的标准化节点模型通常在短时间内(比如1个月)维持不变，因此可以通过模型保存-模型读取的方式来避免反复建模。但同时
在较长时间后(比如半年至1年)需要滚动更新，模型更新中应当优先使用新采集数据，避免使用过于久远的历史数据。
[0058]
步骤s13，构建广义转移分布因子模型。
[0059]
子步骤s131：构建低非线性度的交流潮流模型。交流潮流的低非线性度近似是根据交流潮流的极坐标方程进行推导的，其突出优势是既能保持简洁高效的线性化形式，又能兼顾考虑无功与电压，并且模型精度损失较小。近似的核心思想是将有功和无功潮流具体表示为电压幅值平方与电压功角的线性加和形式。需要说明的是，由于预期得到的潮流方程及转移分布因子都只与网络拓扑相关，不随时间发生变化，因此为了展示方便可以仅以单时段场景来展示计算细节。
[0060]
引入电压幅值平方的新变量ui和uk，表达式如下：
[0061][0062]
式中，k是线路序号，假定线路k的两端为i和j。vi和vj分别表示节点i和j的电压幅值。ui表示节点i的电压幅值平方，uk表示线路k两端电压幅值平方的差值。
[0063]
引入上述新变量后，可以对交流潮流方程开展低非线性度近似：
[0064][0065]
qlk＝-bku
k-gkθk[0066]
式中，plk和qlk分别表示线路k上的线路有功功率和无功功率。θk＝θ
i-θj表示线路k两端节点i和j的电压相角差。gk和bk则是线路k的电导和电纳，具体取值已经在子步骤s112中获取了。
[0067]
上述低非线性度近似实质上忽略了线路网损，属于典型的无损潮流模型，因此每个节点处的有功潮流平衡可按下式进行计算：
[0068][0069]
式中，k∈ξi是指提取所有与节点i相连的支路序号，而这些支路潮流又可以根据上述低非线性度近似公式得到，加总求和后即可得到比例系数w1和w2。两个比例系数实际上同时包含了线路参数与线路连接拓扑信息。
[0070]
2)子步骤s132：构建低非线性度交流潮流的广义转移分布因子模型。根据子步骤s131得到的线路与节点潮流模型，可以进一步推导广义转移分布因子表达式。转移分布因子表征节点功率变化后支路潮流相应的变化量，其物理本质是灵敏度因子。此处将传统基于直流潮流模型的转移分布因子拓展到低非线性度交流潮流模型中，并提出广义转移分布因子概念。假设gsdf
ki
表示节点i有功功率变化对支路k有功功率的灵敏度，根据定义可得：
[0071][0072][0073]
[0074]
其中，gsdf
ki
表示节点i有功功率变化对支路k有功功率的灵敏度；plk表示线路k上的线路有功功率，pi表示节点i处的有功潮流，线路k的两端节点分别为i和j；uk表示线路k两端电压的平方差，θk表示线路k两端的电压相角差；gk和bk则是线路k的电导和电纳；k∈ξi是指提取所有与节点i相连的支路序号，支路潮流根据低非线性度近似公式得到，加总求和后得到比例系数w1和w2，通过数值模拟方法构造两组边界注入功率下的潮流分布解，进而求解出gsdf
ki
表达式中偏导数项的具体数值。
[0075]
上式使用了链式求导法则，其中4个偏导项系数在使用低非线性度交流潮流的条件下均为常系数，可以采用数值模拟快速求出这些系数值。具体来说，取定两组边界注入功率并求解低非线性度交流潮流，要求两组数据有差别但差别较小，再利用差分比近似偏导的方法即可求得4个偏导项系数。实际应用中如果相关拓扑未发生变化，可以采用模型保存-模型读取的方式来避免反复生成广义转移分布因子模型。
[0076]
步骤s14，构建省间联络线阻塞管理的约束方程。
[0077]
子步骤s141：构建省间联络线功率计算公式。下面考虑多时段的电力网络潮流计算问题，引入节点i在第t时段的发电有功功率g
it
和用电有功功率d
it
，则线路k此时段的有功功率pl
kt
可以按以下公式进行计算：
[0078]
pl
kt
＝∑igsdf
ki
(g
it-d
it
)
[0079]
接着假设省间联络线的落点节点与部分省内支路相连，假设这些省内支路组成的集合为ξk，那么联络线有功功率的表达式如下：
[0080][0081]
式中，tl
t
表示第t时段的联络线有功功率，k∈ξk用于选取相应的省内支路。
[0082]
联立子步骤s141中两条公式即可得到省间联络线功率计算公式。
[0083]
子步骤s142：构建省间联络线功率的弹性化约束结构。弹性化约束是对普通刚性约束的拓展，更加吻合实际工程需求。弹性化约束将约束值分为两段：无风险区与弱风险区，一般希望联络线功率尽量落于无风险区，但在少数时段中可以短暂停留在弱风险区。
[0084]
这种特殊的约束结构可表示为其中对应于无风险区，δt对应于弱风险区。为了尽量减少处于弱风险区内的运行方式，在优化决策中可以在目标函数中对δt进行惩罚处理。最后仍然需要保留刚性约束以保证联络线功率不超出安全边界。
[0085]
子步骤s143：构建面向省间现货交易的联络线阻塞管理约束方程，并对联络线阻塞管理约束方程的值域进行求解计算。结合子步骤s141和s142的公式与约束结构，可以构建出下述阻塞管理约束方程：
[0086][0087][0088]
另外还需要在目标函数中添加惩罚项，惩罚项表达式为mδtk或分别对应着一次项与二次项惩罚项。在最小化优化问题中，m取正的大数值实数；而在最大化优化问题中，m取负的大数值实数。
[0089]
最后需要说明的是，本步骤给出的公式主要集中讨论如何处理单条联络线的阻塞管理问题。实质上多条联络线可以完全类似处理，只需要将所有约束联立起来即可。
[0090]
步骤s15，检查并处理需求响应与阻塞管理方程中的潜在冲突与冗余。
[0091]
子步骤s151：开展约束方程的标准转化与值域计算。步骤s12至s15完成自下而上的模型构建，并得到一组约束方程，下一步需要检查该方程的质量，避免该方程与原有安全约束形成冲突，影响最终求解计算结果的有效性。此处重点分析约束之间的冲突性和冗余性，开展分析钱需要先将约束方程统一转换成lhsk≥0的形式，这里k表示该约束对应第k条联络线的安全约束。
[0092]
接着求解lhsk的值域范围，具体采用以下两组优化问题：
[0093]
m1＝min lhsk[0094]
s.t.p,d∈ω
[0095]
m2＝max lhsk[0096]
s.t.p,d∈ω
[0097]
式中，目标函数均是lhsk，约束条件表示发电机功率与负荷用电量满足原有的安全约束集ω，只是m1通过最小化优化问题得到，而m2通过最大化优化问题得到。通过上述计算，可知lhs
l
∈[m1,m2]。
[0098]
子步骤s152：检查约束集当中的冲突性约束。冲突性约束如果直接加入原有安全约束集中，会导致可行域为空集，对应的优化问题呈现无解的状态。根据子步骤s151计算的值域范围，可知如果m2《0，则lhsk恒为负数，约束方程lhsk≥0恒不成立。如此即可判定约束方程为冲突性约束，这类约束应当直接摒弃。
[0099]
子步骤s153：检查约束集当中的冗余性约束。冗余性约束与冲突性约束不同，将冗余性约束加入原有安全约束集中不会影响可行域，但可能降低运算效率。在常规的电力系统调度运行中，约束冗余现象非常普遍，合理地剔除冗余性约束能够明显缩短计算耗时。根据子步骤s151计算的值域范围，可知如果m1≥0，则lhsk恒为正数，约束方程lhsk≥0恒成立。如此即可判定约束方程为冗余约束，这类约束也可以直接摒弃。
[0100]
此外当满足m1《0≤m2时，约束方程为有效约束，此时还需更新安全约束集，具体更新方式是条件一条约束表达式：
[0101]
ω
←
ω∩{(p,d)|lhsk≥0}
[0102]
最后需要注意，上述讨论仅展示了对单条约束的处理方法，而对多条约束而言，只需反复执行以上操作即可。
[0103]
步骤s16，整理并输出结果。
[0104]
最后将经过步骤s14和s15处理后省间联络线阻塞管理约束方程上传给电力交易中心，支撑其在省间现货市场出清过程中避免诱发阻塞风险的方案。具体需要将约束方案按照子步骤s113的配置要求，对约束方程进行等值转化及化简，得到精简后的约束方程集。
[0105]
进一步地，基于精简后的约束方程集，进一步开展需求响应与阻塞管理控制。可以将精简后的约束方程集直接嵌入跨区电力现货交易决策模型；也可以先进性无约束决策，再采用贪心算法进行决策方案调整来保证所有约束得以满足。
[0106]
之前所有步骤在执行过程中都会产生运行日志，此步骤将全面整理以上计算过程中的各类结果与日志记录，然后按要求存储到历史日志备份库中以备日后核查。
[0107]
至此，计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理全部过程结束。
[0108]
根据本发明实施例的计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理方法，通
过对需求响应与阻塞管理资源的高效建模，充分提升省内系统的灵活调节能力，实现对省间现货交易风险的可控管理，可以帮助各级调度机构提升省内系统的灵活调节能力，提高应对省间现货交易风险的技术与管理水平。
[0109]
为了实现上述实施例，如图2所示，本实施例中还提供了计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理装置10，该装置10包括：需求响应标准节点计算模块100、广义转移分布因子计算模块200、阻塞管理约束方程构建模块300和方案优化与输出模块400。
[0110]
需求响应标准节点计算模块100，用于基于异质需求响应资源的关键共性特征构建标准化节点模型；
[0111]
广义转移分布因子计算模块200，用于基于计算用电量计算结果的相关参数构建广义转移分布因子模型，并基于广义转移分布因子模型得到预设节点有功功率变化对支路有功功率的灵敏度；
[0112]
阻塞管理约束方程构建模块300，用于基于标准化节点模型、灵敏度以及省间联络线功率限制，构建面向省间现货交易的联络线阻塞管理约束方程；
[0113]
方案优化与输出模块400，用于对联络线阻塞管理约束方程的值域进行求解计算，基于求解计算结果筛选出约束集当中的冲突性约束和冗余性约束得到约束筛选结果，输出精简后的约束方程集，最终基于精简后的约束方程集进行电力需求响应与阻塞管理控制。
[0114]
根据本发明实施例的计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理装置，通过对需求响应与阻塞管理资源的高效建模，充分提升省内系统的灵活调节能力，实现对省间现货交易风险的可控管理，可以帮助各级调度机构提升省内系统的灵活调节能力，提高应对省间现货交易风险的技术与管理水平。
[0115]
如图3所示，本实施例中还提供了计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理系统20，该系统20包括依次相连的数据采集模块21、网关模块22、本地数据库23和电力系统管理模块24；
[0116]
电力系统管理模块24，用于：
[0117]
从本地数据库23中获取异质需求响应资源的关键共性特征以构建标准化节点模型；
[0118]
基于计算用电量计算结果的相关参数构建广义转移分布因子模型，并基于广义转移分布因子模型得到预设节点有功功率变化对支路有功功率的灵敏度；
[0119]
基于标准化节点模型、灵敏度以及省间联络线功率限制，构建面向省间现货交易的联络线阻塞管理约束方程；
[0120]
对联络线阻塞管理约束方程的值域进行求解计算，基于求解计算结果筛选出约束集当中的冲突性约束和冗余性约束得到约束筛选结果，输出精简后的约束方程集，最终基于精简后的约束方程集进行电力需求响应与阻塞管理控制。
[0121]
根据本发明实施例的计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理系统，通过对需求响应与阻塞管理资源的高效建模，充分提升省内系统的灵活调节能力，实现对省间现货交易风险的可控管理，可以帮助各级调度机构提升省内系统的灵活调节能力，提高应对省间现货交易风险的技术与管理水平。
[0122]
为了实现上述实施例的方法，本发明还提供了一种计算机设备，如图4所示，该计算机设备600包括存储器601、处理器602；其中，所述处理器602通过读取所述存储器601中
存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现上文所述方法的各个步骤。
[0123]
为了实现上述实施例，本技术还提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如前述实施例所述的计及省间现货交易风险的电力需求响应与阻塞管理方法。
[0124]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0125]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例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例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0126]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。