多主体混合式抽水蓄能电站联合调度下的利益分配方法

本发明属于水利工程，具体涉及多主体混合式抽水蓄能电站联合调度下的利益分配方法。

背景技术：

1、国内外已有很多研究论证了梯级水电经融合改造后形成梯级混合式抽水蓄能电站能够明显提高梯级系统的发电效益和灵活调节能力，认为其具有很高的经济价值。这种混合式抽水蓄能电站的抽发运行离不开上下游水库的相互配合。当抽水蓄能机组抽水蓄能时，下游水库需要预留足够的蓄水，当抽水蓄能机组放水发电时，下游水库又需要腾出足够的库容。上游水库则刚好相反。

2、然而，我国梯级水电站上下游所属利益主体经常不一致，各个水电站的调度决策往往只考虑自身利益的最大化，上下游电站之间的协调运行并不充分。这种不充分合作可能会影响上下游所属利益不一致的梯级水电站经增容改造后所形成的多主体混合式抽水蓄能电站的协调运行，从而限制电站的发电效益。为了确保多主体混合式抽水蓄能电站的高效运行，需要明晰不同发电主体对系统的边际贡献，计算各发电主体之间的利益补偿关系。

3、目前的研究多集中在多利益主体水电站间的效益分摊方面，针对多主体混合式抽水蓄能电站内各发电主体利益分配的研究关注不足。为了满足混合式抽水蓄能电站未来在电网中发挥调峰功能的现实需要，经常规水电站融合改造形成的混合式抽水蓄能电站的协调运行和利益分配问题是当前亟待开展的研究。

技术实现思路

1、本发明多主体混合式抽水蓄能电站联合调度下的利益分配方法，基于构建的长短期嵌套调度模型，对混合式抽水蓄能电站内部各发电主体协调运行增加的效益进行公平分配，为混合式抽水蓄能电站的正常运行保驾护航。

2、本发明所采用的技术方案是，多主体混合式抽水蓄能电站联合调度下的利益分配方法，包括以下步骤：

3、步骤1：取电网系统负荷数据，生成峰谷电价以及日平均电价；

4、步骤2：建立混合式抽水蓄能电站中长期调度模型并求解；

5、以调峰发电效益最大为目标建立混合式抽水蓄能电站中长期调度模型，并采用动态规划算法进行求解；

6、调峰发电效益最大具体公式为：

7、

8、ei,t＝qi,t·δt            (7)

9、

10、式中：ei,t为第i个水电站在中长期调度中t时段的发电量；cs,t为t时段的平均电价；t为计算总时段数；qi,t为第i个水电站在t时段的出力；

11、步骤3：建立混合式抽水蓄能电站短期调度模型并求解；

12、以中长期调度模型结果作为日调度边界条件，采用动态决策域缩减技术对水库水位离散空间进行动态缩减，并基于sos2约束以日内调峰发电效益最大为目标构建混合式抽水蓄能电站短期调度模型，并采用gurobi线性求解器对短期调度模型进行求解；

13、日内调峰发电效益最大，具体公式如下：

14、

15、式中：ei,t为混合式抽水蓄能电站中第i个水电站在日内第t小时的发电量；ecx,t为抽蓄机组在第t小时的抽发电量；当取“+”时为放水发电，取“-”时为抽水耗能；ct为第t小时的峰谷电价；

16、步骤4：基于shapley值法对多主体混合式抽水蓄能电站联合调度下的利益增益进行分配；

17、基于构建的混合式抽水蓄能电站中长期调度模型和短期调度模型分别计算各个发电主体在单独调度、联合调度无抽蓄以及联合调度有抽蓄不同合作情景下的发电效益，并采用基于合作博弈理论的shapley值法对混蓄系统中各发电主体进行收益的分配。

18、本发明的特点还在于：

19、步骤1中峰谷电价以及日平均电价生成步骤如下：

20、步骤1.1：取电网系统上一年日负荷数据，将日负荷数据划分为高、平、谷时段对应数据；

21、将日负荷数据划分为高、平、谷时段对应数据，所采用的方法为三等分法，所述三等分法划分公式如下：

22、δp＝(pmax-pmin)/3                   (1)

23、l1＝pmin+δp                     (2)

24、l2＝pmin+2δp                    (3)

25、式中：pmax和pmin分别为日内最大、最小负荷；δp为不同划分时段的负荷峰谷差；l1、l2分别为峰平谷负荷划分临界点。

26、步骤1.2：设定基准电价以及峰谷电价比，根据步骤1.1中日负荷数据划分情况生成与之对应的峰谷电价；

27、步骤1.3：对每日每小时对应的峰谷电价从高到低排序，求取不同历时下的平均电价，形成电价-历时曲线。其中，历时k对应平均电价的计算公式如下：

28、

29、式中：cs为历时k对应的平均电价；c′k为从高到低重新排列后的峰谷电价序列。

30、步骤2中中长期调度模型的约束条件如下：

31、a.水量平衡：

32、vi,t+1＝vi,t+(qii,t-qi,t)·δt                  (8)

33、式中：vi,t+1、vi,t分别为第i个水电站在t+1、t时段初的水库蓄水量；qii,t、qi,t分别为第i个水电站在t时段的入库流量和出库流量；

34、b.下泄流量要求：

35、

36、式中：为第i个水电站在特殊时期要求的下泄流量限制；

37、c.水位约束：

38、

39、式中：zi,t为第i个水电站在t时段的水库水位；分别为第i个水电站的最小和最大水位约束；

40、d.年初、末水位约束：

41、

42、

43、式中：和分别为第i个水电站在年初和年末的水库水位；

44、e.库容约束：

45、vimin<vi,t<vimax                       (13)

46、

47、式中：vimin、vimax分别为第i个水电站的最小和最大库容限制；为第i个水电站在t时段的上游水位；f(vi,t)为对应的坝前水位与库容函数关系；

48、f.流量约束：

49、

50、

51、

52、

53、式中：分别为第i个水电站在t时段的发电流量和弃水流量；分别为第i个水电站的最小和最大出库流量；分别为第i个水电站的最小和最大发电流量；为第i个水电站在t时段的下游尾水位；f(qi,t)为电站下泄流量与尾水位的函数关系；

54、g.电能转换关系：

55、

56、

57、式中：表示第i个水电站的发电函数，电站出力大小与发电流量和发电净水头hi,t均有关系；水头损失取为固定值1m；

58、h.出力约束：

59、

60、式中：为第i个水电站的强迫出力，等于电站以生态流量下泄时的出力；为第i个水电站的最大出力，即电站装机容量。

61、步骤3短期调度模型除了需要考虑中长期调度模型中提到的约束条件(式(9)、(10)、(13)～(21))外，还需要额外满足以下约束条件：

62、j.水量平衡：

63、

64、式中：vi,t+1、vi,t分别为第i个水电站在t+1和t时段初的水库蓄水量；qii,t、qi,t分别为第i个水电站在t时段的入库流量和出库流量；和分别为第i个抽蓄机组在t时段的抽水和发电流量；

65、k.抽蓄机组抽发水量约束：

66、增建的抽蓄机组受日内抽发水量平衡约束：

67、

68、l.日初、末水位约束：

69、

70、

71、式中：和分别为第i个水电站在日初和日末的水库水位，由中长期调度结果获得；

72、m.流量约束：

73、

74、式中：分别为第i个抽蓄机组的最小和最大抽、放水流量；

75、n.电能转换关系：

76、

77、

78、式中：为第i个抽蓄机组在t时段的抽水功率；表示第i个抽蓄机组的抽水功率转换关系，与抽水流量和抽水扬程有关；为第i个水电站在t时段的水头损失；水头损失同样取为固定值1m；

79、o.出力约束：

80、

81、式中：和分别为第i个抽蓄机组在t时段的抽水和发电功率；为第i个抽蓄机组的强迫出力，取0；为第i个抽蓄机组的最大抽水发电功率，即装机容量。

82、步骤3水库水位的波动范围计算公式如下：

83、

84、

85、式中：vimax和vimin分别为第i个水电站在日内的最高和最低水位时对应的水库蓄水量；vistart为第i个水电站在日初时水位对应的库容大小；qii为第i个水电站的入库流量；和分别为第i个抽蓄机组i的最大抽水和发电流量。

86、本发明的有益效果是：

87、1.本技术提出的动态峰谷电价跟随系统负荷变化而实时变化，在日内可有效引导混合式抽水蓄能电站对负荷的跟踪调节；通过电价-历时对电站在长时间尺度上的调峰电量进行分配，可保证电站短期运行的调峰电量充裕性，避免电站中长期调度水量分配结果对其日内调峰运行的影响。因此，采用本文提出的动态峰谷电价方法能够同时在长时间尺度和短时间尺度上引导混合式抽水蓄能电站进行调峰。

88、2.本发明提出的以发电效益最大为优化目标的长短期嵌套耦合调度模型能够真实反应出多主体混合式抽水蓄能电站在系统中的调峰过程；通过sos2方法对短期运行模型进行线性化，保证了电站复杂调度模型的求解精度；针对长短期调度模型的衔接问题，采用本文提出的动态决策域缩减技术能够有效缩减短期模型的求解空间，从而大大降低了模型的求解时长。