功率预测与电力现货交易的关系分析_付亮.pdf

功率预测与电力现货交易的关系分析付亮（大唐甘肃碧口水力发电厂）摘要：随着新能源装机容量的不断提升，如何增强电网对于新能源的吸收消纳能力，进行准确功率预测以提高电网调度优化的经济性是目前迫切需要解决的问题。由于新能源的功率输出具有随机性的特点，常规的功率预测方法无法对新能源的输出进行高精度预测，因此新能源的接入将对电网的运行产生一定的影响。本文基于电力现货交易环境，构建了新能源功率预测模型，以新能源发电成本与进行各场景下实时调节的成本之和最优为控制目标。最后进行了仿真分析，验证了本文所提出功率预测模型的科学性和有效性。关键词：功率预测；电力现货交易；新能源 引言风能作为新能源的重要组成部分，在我国的分布极为广泛，开发潜力巨大，并且组成种类多样 -。在我国逐步推进新能源建设的大背景下，风电在我国电网中的渗透率也逐步上升 。由于风力发电具有随机性的特点，因此采用常规方法对其进行准确预测存在一定的困难。在现有的电力现货交易环境下 -，风电的大规模接入对电网调度产生了一定程度的影响，基于风电功率输出的随机性，构建了风电功率预测模型，以风电发电成本和实时调节的成本之和最优作为最终的调度目标，提高电网的灵活性与经济性 。风力发电功率预测模型常规的风力发电功率预测方法无法实现功率的精准预测，风电功率输出可以描述为功率预测值和功率预测值的误差两部分 -：（）其中，为风力发电的实时功率输出；为风力发电的功率预测值；为风力发电的功率预测误差值。满足高斯分布条件，可以描述为：（，）（）其中，为正太分布函数；为正态分布函数的方差。电力市场两阶段规划模型电力市场两阶段规划模型以 阶段和 阶段的成本之和为最终的优化目标 -。阶段包含了火力发电的燃料成本、启动成本以及备用容量成本；阶段包含了火力发电实际投入的备用容量的期望成本、弃风成本以及失负荷惩罚成本 -。.目标函数与期望函数总目标函数为：（）（）其中，为 阶段的期望成本；为 阶段的期望成本。阶段成本可以描述为：()（）其中，为单日内总的时段数量；为火力发电机组的总数量；为时间段 内火力发电机组启机发电所耗费的成本；用于描述时间段 内火力发电机组的启机状态（代表开机状态，代表关机状态）；为火力发电机组的启机状态调节参数；为火力发电机组在 分段上的数量调节参数；为火力发电机组在 分段上的数量；为火力发电机组在实现分段线性处理时在时间段 内分段 上的上升下降率；与 分别为火力发电机组在时间段 内的正负备用容量参数；与 分别为火力发电机组在时间段 内所能够提供的正负备用容量值。阶段成本可以描述为：()（）电气技术与经济 研究与开发 其中，为所存在的场景的总数量；为场景可能出现的概率；与 分别是能够投入的正负备用容量单位值；与 分别为火力发电机组在时间段 内场景 下所能够调用的正负备用容量值；为风电场的总数量；为风电场在节点 上的总数量；为弃风惩罚参数；为时间段 内场景 下风电场的弃风发电量；为失负荷惩罚参数；为时间段 内场景 下风电场的失负荷量。由于 是呈现出非线性关系的，因此需要对其进行线性化处理，所以引入二进制变量 和 参与运算：()（）其中，和 （）分别为从启机到停机变化前后的状态；变量 为 时，描述火力发电机组在时间段 内处于启机状态；变量 为时，描述火力发电机组在时间段 内处于关机状态。所以 可以描述为：（）其中，为火力发电机组的启机成本。.阶段约束条件（）火力发电机组功率输出约束：（）其中，为火力发电机组在时间段 内输出功率；和 分别为火力发电机组在时间段 内输出功率的最小值和最大值。（）有功功率平衡约束条件：（）其中，为风电场在时间段 内的输出功率；为节点 在时间段 内的输出功率。（）火力发电机组输出功率斜率约束：()()()()（）其中，为火力发电机组的正向提升斜率，为火力发电机组的负向下降斜率。（）火力发电机组的备用容量约束：，()，()（）（）火力发电机组启机和停机极限时间约束：（）()()()（）()()()（）其中，（）和 （）分别为火力发电机组在时间段 内启机停机所耗费的时间，和 分别为火力发电机组启机停机最少需要耗费的时间。（）系统潮流分布约束：（）其中，为系统中节点 在时间段 内注入的功率值；为线路 对于母线 的敏感度；为线路 所允许承载功率的上限值。.阶段约束条件（）场景功率平衡约束：()()（）其中，为火力发电机组在时间段 内场景 下输出的有功功率；为风电场在时间段 内场景 下输出的有功功率。（）火力发电机组输出功率斜率约束：（）（）（）（）（）（）系统场景潮流分布约束：（）（）弃风量及失负荷约束：（）.总体约束条件（）火力发电机组功率输出与功率备用约束：（）（）火力发电机组功率备用部署约束：（）试验分析本文采用 节点系统进行仿真验证，在其中的 节点接入容量为 的风电场。风电功率输出预测与负荷需求情况如图所示。根据蒙特卡罗法和拉丁超立方抽样法得到 个初始场景集。这两种方法都能够对风电输出功率的随机性进行有效的模拟，但是蒙特卡罗法的模拟效果出现了聚集情况，拉丁超立方抽样法模拟效果分布比较均匀，与实际情况更为贴近。因此采用拉丁超立方抽电气技术与经济 研究与开发 样法完成风电功率输出场景集的生成，这 个风电场景发生的概率为 .、.、.、.、.、.、.、.、.、.。图负荷需求与风电输出功率预测曲线为了验证本文所进行分析的科学性和有效性，选取以下三种模型进行对比研究。（）模型 ：确定性调度模型。（）模型 ：基于蒙特卡罗法的随机规划模型。（）模型 ：基于拉丁超立方抽样法的随机规划模型。模型 和 模 型 中 的 弃 风 惩 罚 参 数 设 置 为 元 ，失负荷惩罚参数设置为 元 ，模型中的各项成本设置见表。表模型中的各项成本配置各项成本模型 模型 模型 总成本 元 运行成本 元 启机成本 元 备用容量成本 元 阶段成本 元 投入备用成本 元 弃风成本 元 失负荷成本 元 阶段成本 元 从表中的数据可以看出，模型 的总成本要比模型 的总成本高出 元。从各项成本组成来进行分析，模型 不存在备用容量成本，但模型 存在备用容量成本，为 元。模型 为确定性调度模型，因此仅存在 阶段的成本，不存在 阶段的成本；而模型 存在 和 两个阶段的成本，分别为 元和 元。模型 中加入了风力发电功率输出场景集，因此导致了系统的不确定性，对电网的灵活性也提出了更高的要求，单纯依靠常规发电机组的工作已经无法维持电网的供需平衡，模型 需要额外配置备用容量，所以模型 要比模型 多出备用容量成本，模型 的运行成本和启机成本都要比模型 更高，分别高出了 元和 元，其原因是电网灵活性的进一步提升反而导致了常规发电机组的频繁启机和停机，并且为了具备充足的备用容量，常规发电机的功率输出会电气技术与经济 研究与开发 进一步增加，导致模型 的运行成本更高，由此便可以做出判断，电网的灵活性与经济性在某种程度上呈现反比例关系。模型 的总成本要比模型 低一些，为 元，其中主要是由 阶段造成的。在 阶段，模型 与模型 产生区别的根本在于模型 的场景集无法更有效的模拟出风力发电功率输出的随机性，因此导致了模型 所需要的备用容量更高。结束语随着全球新能源技术的深入应用，我国的新能源技术也取得了长足的进步，其装机容量不断创造新高，当前迫切需要解决的是通过对新能源进行科学、准确的功率预测从而实现经济性与电网调度优化的相匹配。新能源发电本身就具有随机性的特点，这就给功率输出的准确预测带来了一定的难度，因此新能源的接入也对电网的运行产生了一定程度的影响。本文以电力现货交易为出发点，构建新能源发电预测模型，并且将新能源发电的成本控制最优作为控制目标，并给出了边界约束条件。通过仿真实例分析，分析了电力现货交易与功率预测的关系，并验证了本文提出模型的科学性和有效性。参考文献 魏聪颖，汪旸，徐浩，徐箭，孙元章计及广义负荷不确定性和激励型需求响应的电力现货市场竞价方法 电力自动化设备，（）：-米晨旭，和军梁，许爽，于仝全国电力现货市场试运行分析与新能源发电企业的应对建议 太阳能，（）：-程基峰，严正，李明节，贠靖洋，徐潇源基于条件风险价值与出力预测的富余新能源电力跨省交易计划优化方法 高电压技术，（）：-和军梁，米晨旭，许爽，于仝，高小淇基于电力现货市场风险管理的新能源电力现货辅助决策系统设计 中外能源，（）：-许爽，和军梁，米晨旭，于仝电力现货市场背景下的可再生能源中长期交易分析 太阳能，（）：-景志林，商敬男，白茹，张惠康风电企业参与电力现货交易的探索和实践 风能，（）：-时维帅，孙欣，谢敬东，严佳嘉，张誉匀“双碳”目标下风氢联合系统参与现货市场的优化运行与效益分析 电力建设，（）：-关立，周蕾，刘航航，周新生，陶玮独立储能电站参与电力现货市场机制及试运行分析 中国电力，（）：-於立峰，钱科锋，崔娜，郝新凡，刘刚适应电力现货市场要求的发电厂配套工程系统开发应用 上海节能，（）：-王凯，延肖何，蒋凯，刘念考虑碳交易的风光储场站参与电力现货市场报价策略与调控方法 中国电机工程学报，（）：-韩小齐，刘文颖，庞清仑，申自裕，李亚楼考虑日前现货市场风险的电力负荷参与系统调峰控制模型 电力系统保护与控制，（）：-杨春祥，张烜榕，姚巽，李毓中，汤文基于风电出力场景集的电力现货市场两阶段随机规划模型 供用电，（）：-（收稿日期：-）电气技术与经济 研究与开发