燃煤机组容量补偿方法、系统及存储介质

本发明属于电力现货市场配套机制，具体涉及一种燃煤机组容量补偿方法、系统及存储介质，尤其涉及计及电力中长期及现货市场收益的燃煤机组容量补偿方法、装置及系统。

背景技术：

1、在“双碳”目标下的新型电力系统建设中，具有更低运行成本的新能源电源接入量逐步增加，为保障系统的供电充裕性和灵活性，区域电力系统仍需配备一定比例的火电资源。此外，储能电站利用自身双向出力特征改善新能源发电的时空分布，可以缓解系统的新能源消纳和上下调峰压力，是新型电力系统的有益补充。对于燃煤机组，以往所采用的标杆电价包含了投资成本和发电成本，机组通过发电上网可以获得可靠的投资收益。然而，随着我国电力市场改革的逐步深入，电力市场环境下现货电能量市场的出清电价接近系统边际发电成本，边际机组或弱出清能力机组的收益大幅度下降，其投资成本无法回收。此外，边际成本低的新能源电站大规模参与电能量市场会进一步压低电价，挤占燃煤机组的发电空间，燃煤机组的收益将会进一步减少。机组在现货电能量市场收益无法弥补年度运维成本和年化投资成本的部分被定义为“长期收入缺失”，无法弥补年度运维成本的部分被定义为“短期收入缺失”。

2、为此，亟需提出一种能够在保障系统的供电充裕性和灵活性的前提下，使得系统总成本最低的燃煤机组容量补偿方法、装置及系统。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出一种燃煤机组容量补偿方法、系统及存储介质，能够在保障系统的供电充裕性和灵活性的前提下，使得系统总成本最低，并实现提高电力系统充裕度。

2、为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供了一种燃煤机组容量补偿方法，包括：

4、获取预先构建的考虑燃煤机组报量报价、负荷报量不报价，以中长期电能量市场总成本最低为目标建立的电能量市场中长期出清模型；

5、获取预先构建的考虑燃煤机组、新能源电站和储能电站报量报价、负荷报量不报价，以电能量现货市场总成本最小为目标建立的电能量现货市场出清模型；

6、基于所述电能量市场中长期出清模型和电能量现货市场出清模型，对电能量市场进行全年运行模拟，基于模拟得出的数据计算出现货市场模拟年收益、中长期市场模拟年收益，并结合不同容量等级发电机组年化投资成本、年运维成本以及机组边际出清概率确定电力系统单位容量补偿价格；

7、考虑机组发电可靠性指标、电力系统充裕度，根据各容量等级机组的平均厂用电率与平均停运率，确定机组补偿容量；

8、基于电力系统单位容量补偿价格与机组补偿容量得到电力系统总补偿费用，在负荷侧对电力系统总补偿费用进行分摊。

9、可选地，所述电能量市场中长期出清模型的目标函数为：

10、

11、式中，为燃煤机组i的中长期电能量市场报价；为燃煤机组i的中长期差价合同电量；

12、约束条件包括：

13、(1)供需平衡约束：

14、

15、式中，j为负荷序号；ωs为负荷集合；为负荷j的中长期差价合同电量；

16、(2)中长期差价合同电量约束：

17、

18、

19、式中，为燃煤机组i的最小、最大中长期差价合同电量；为负荷j的最小、最大中长期差价合同电量；分别表示燃煤机组i、负荷j在中长期电能量市场的中标状态，用0-1变量表示。

20、可选地，基于燃煤机组i的中长期差价合同电量计算出第d天燃煤机组i时段t的中长期差价合同电量计算公式为：

21、

22、式中，d为统计天数序号；t为时段序号；为第d天燃煤机组i时段t的中长期差价合同电量；sd,t为第d天时段t的电力系统用电量；s为全年电力系统用电量。

23、可选地，根据各机组报价及出力计划进行市场出清，按照各时段发电侧报价从低到高的顺序逐一成交电力，成交电力满足负荷需求的最后一个电能供应者的报价即为现货电能量市场出清电价所述电能量现货市场出清模型的目标函数为：

24、

25、式中，w为新能源电站序号；b为储能电站序号；ωt为时段集合；ωre为新能源电站集合；ωb为储能电站集合，ωg为燃煤机组集合；ui,t为燃煤机组i时段t的启停成本；为燃煤机组i时段t的现货电能量市场报价；为新能源电站w时段t的现货电能量市场报价；pi,t为燃煤机组i时段t的现货电能量市场中标电量；为新能源电站w时段t的现货电能量市场中标电量；为储能电站b时段t的放电、充电报价；分别为储能电站b时段t的放电、充电功率；

26、其中，燃煤机组i时段t的启停成本为：

27、ui,t＝qi|ui,t-ui,t-1|

28、式中，qi为燃煤机组i启停一次的费用；ui,t为燃煤机组i时段t在现货电能量市场中标状态，用0-1变量表示，0表示未中标、1表示中标；

29、约束条件包括：

30、(1)功率平衡约束：

31、

32、式中，pl,t为时段t电力系统用电功率；ptl,t为联络线时段t的计划功率，受入为负、送出为正；

33、(2)线路潮流约束：

34、

35、

36、式中，pce,t为节点c与节点e间时段t的线路潮流；θc,t、θe,t为节点c与节点e时段t的相角；xce为节点c与节点e间的电抗；为节点c与节点e间的线路潮流传输极限；

37、(3)燃煤机组约束：

38、3.1)出力上下限约束：

39、

40、式中，为燃煤机组i的装机容量；pi为燃煤机组i的最小技术出力；

41、3.2)爬坡约束：

42、pi,t-pi,t-1≤δpiupui,t-1+δpist(1-ui,t-1)

43、pi,t-1-pi,t≤δpidnui,t+δpish(1-ui,t)

44、式中，δpiup、δpidn分别为燃煤机组i的上、下爬坡速率；δpist、δpish分别为燃煤机组i的启动、停机功率限制；

45、3.3)开、停机约束：

46、

47、

48、式中，m为机组开、停机状态开始后持续计时序号；tion、tioff为燃煤机组i最小连续开机、停机时间；

49、(4)新能源电站出力约束：

50、

51、式中，为新能源电站w时段t的报量；

52、(5)储能电站约束：

53、5.1)充放电功率约束：

54、

55、

56、式中，分别为储能电站b的最大充、放电功率；

57、5.2)荷电状态约束：

58、

59、

60、

61、式中，t0为优化周期初始时段的起始时刻；和分别为储能电站b起始时刻的荷电状态和设定值；分别为储能电站b的充、放电效率；为储能电站b的额定容量；和分别为储能电站b的最小、大荷电状态；δt为单时段长度；

62、5.3)容量约束：

63、

64、式中，为储能电站b时段t的储存容量。

65、可选地，所述现货市场模拟年收益的计算公式为：

66、

67、式中，ie,i为燃煤机组i的现货市场模拟年净收益；ωd为全年统计天数集合；ωt为时段集合；为第d天时段t的现货电能量市场出清电价；为第d天燃煤机组i时段t的度电燃料成本；pd,i,t为第d天燃煤机组i时段t的现货电能量市场中标电量；

68、计算现货电能量市场的短期成本回收缺失，计算公式为：

69、δie,i＝ie,i-com,i；

70、式中，δie,i为燃煤机组i的短期成本回收缺失；com,i为燃煤机组i的年运维成本；

71、当δie,i＜0时，现货市场模拟年收益无法全部回收年运维成本和包括年燃料成本的短期成本，设此时中长期市场模拟年收益优先保证短期成本的回收，若有剩余才用作回收年化投资成本；

72、当δie,i≥0时，现货市场模拟年收益可以全部回收年运维成本和年燃料成本，其剩余部分作为短期运行净收益。

73、可选地，所述中长期市场模拟年收益的计算公式为：

74、

75、式中，为燃煤机组i的中长期市场模拟年收益；ρcon为中长期市场出清电价；

76、基于中长期市场模拟年收益计算回收年化投资成本，所述回收年化投资成本的计算公式为：

77、

78、式中，ip,i为燃煤机组i回收的年化投资成本；

79、计算燃煤机组单位容量年化投资成本回收缺失，计算公式为：

80、

81、式中，li为燃煤机组i单位容量的年化投资成本回收缺失。

82、可选地，燃煤机组的边际出清概率的计算公式为：

83、

84、中，i为燃煤机组序号；εi为燃煤机组i全年在现货市场模拟运行中边际出清的概率；ωg为燃煤机组集合；ni为燃煤机组i全年成为边际机组的时段数；

85、由燃煤机组单位容量的年化投资成本回收缺失按其边际出清概率进行加权求和来确定该年的燃煤机组单位容量补偿价格，计算公式为：

86、

87、式中，为电力系统单位容量补偿价格。

88、可选地，计算燃煤机组目标年的可用容量，计算公式为：

89、

90、

91、phi＝ahi+pohi+uohi

92、式中，pr,i为燃煤机组i目标年的可用容量；afi为燃煤机组i目标年的可用系数；γi为燃煤机组i目标年的厂用电率；ahi为燃煤机组i目标年的可用小时数；phi为燃煤机组i目标年的统计小时数；pohi为燃煤机组i目标年的计划停运小时数；uohi为燃煤机组i目标年的非计划停运小时数；

93、所述电力系统年容量补偿费用的计算公式为：

94、

95、式中，ρz为电力系统年容量补偿费用；

96、电力系统年容量补偿费用由用户侧分摊，单位负荷所需要支付的容量电费为：

97、

98、式中，ρl为目标年单位负荷的容量电费。

99、第二方面，本发明提供了一种燃煤机组容量补偿系统，包括存储介质和处理器；

100、所述存储介质用于存储指令；

101、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面中任一项所述的方法

102、第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面中任一项所述的方法。

103、与现有技术相比，本发明的有益效果：

104、本发明所提燃煤机组容量补偿方法、系统及存储介质，通过中长期和现货电能量市场的全年运营模拟确定机组边际出清概率，如此，解决了长周期市场运营过程中因供需变化和市场主体报量报价调整造成无法唯一确定边际机组的问题。在此基础上，由燃煤机组的年化投资和运维成本确定其年化投资成本回收缺失，结合机组边际出清概率来确定系统单位容量补偿价格。进而，根据电能量市场全年运行模拟结果以及计划停运时段，得到各类容量等级机组的平均厂用电率和停运率，由此可以计算确定各燃煤机组补偿容量，结合系统单位容量补偿价格和燃煤机组补偿容量确定燃煤机组总补偿费用，并在用户侧根据所预测的用电量对燃煤机组总补偿费用进行分摊，进而确定当年用户所需要支付的容量电费并在现货电能量市场结算时收取。如此，可以通过该容量补偿方法，弥补燃煤机组的损失，为其提供正确的激励信号，进而保障电力系统的容量充裕性与灵活性。