一种基于替代效益的水电多维价值定量解耦评估方法

本发明涉及电力市场领域，具体是一种基于替代效益的水电多维价值定量解耦评估方法。

背景技术：

1、随着社会不断发展与经济持续增长，人们对电力供应的需求与日俱增。然而，传统电力系统面临着诸多挑战，煤炭、石油和天然气等传统不可再生资源日益枯竭，其燃烧排放的温室气体以及有害气体也对生态环境造成了严重影响。为解决上述问题，各国纷纷开始探索并推进绿色电力系统的建设，水电、风电、光伏等清洁能源大规模并网已成为电力系统的必然发展趋势。

2、受资源禀赋特性影响，相比于传统能源，清洁能源在清洁低碳性、出力可靠性等方面具有显著差异。为适应高比例清洁能源的接入，我国积极推进电力市场的深化改革与发展，旨在通过电力市场的资源配置作用促进清洁能源的消纳与发展。电力市场发挥资源优化配置作用的前提条件是市场能够充分发现不同清洁能源的多维价值，从而激励其在减污降碳、灵活调节、保供支撑等方面发挥重要作用。对此，当前电力市场开展了包括电能量市场、辅助服务市场、容量市场、绿证市场在内的多级市场，以发现清洁能源在环保、灵活性、保供支撑等方面的价值。然而，当前电力市场未能有效体现不同清洁能源主体在灵活调节能力、出力可靠程度等方面的特性差异，导致清洁能源的市场收益与其为系统带来的真实价值不相匹配，难以激励市场成员以赚取更多收益为目的主动改善自身运行性能，本发明也将对此展开更为详细的分析。为改善上述问题，设计体现不同清洁能源主体差异化价值的市场机制，需首先对清洁能源的多维价值展开量化评估。

3、国内外相关研究已根据水电对系统运行效益的影响从不同角度对水电价值进行了分析评估。然而，现有研究主要从资源自身角度出发对其价值进行量化评估，未考虑资源运行特性与系统运行需求间的匹配性，难以体现不同工况下水电机组对整个系统产生的综合效益。此外，现有研究主要关注水电机组总体运行特性对系统某一方面运行效益的影响，未对水电机组不同特性所产生的价值进行解耦分析，无法为市场运营机构及水电机组自身提供更加精细的信息。同时，现有研究也未对水电机组的多维价值进行综合考量，而水电机组对系统产生的综合效益可能是不同价值耦合作用的结果，如何对不同价值进行解耦量化有待进一步研究。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于替代效益的水电多维价值定量解耦评估方法，包括以下步骤：

2、1)构建含水-火-新能源的电力系统时序生产模拟模型；

3、2)求解电力系统时序生产模拟模型，得到电力系统各机组出力；

4、3)基于电力系统各机组出力，计算用于辅助设计电力市场机制的清洁能源多维价值。

5、进一步，含水-火-新能源的电力系统时序生产模拟模型的目标函数如下所示：

6、

7、其中，t为调度时段的集合；t为调度时段的编号；ig、ih、ir分别为火电机组、水电机组、新能源机组的集合；ig、ih、ir分别表示火电机组、水电机组、新能源机组的编号；d为负荷的集合；d表示负荷的编号；bcoal为火电机组发电成本；分别为火电机组的上/下备用成本；与为火电机组的启停成本；bhy为水电运行成本；分别为水电机组的上/下备用成本；bcur为弃风弃光成本；bloss为切负荷惩罚成本；为火电机组出力；为水电机组出力；分别为火电和水电机组预留的上备用容量；分别为火电和水电机组预留的下备用容量；为新能源弃风弃光量；ploss,d,t为切负荷量。

8、进一步，含水-火-新能源的电力系统时序生产模拟模型的约束条件包括功率平衡约束、系统备用约束、机组爬坡相关约束、切负荷约束、新能源出力约束。

9、进一步，功率平衡约束如下所示：

10、

11、其中，pd,t,r为实际满足的负荷需求；为新能源机组的实际出力。

12、系统备用约束如下所示：

13、

14、其中，分别为系统上/下备用需求；分别为单位负荷需求引起的上/下备用需求系数；分别为单位新能源出力引起的上/下备用需求系数；

15、机组爬坡相关约束如下所示：

16、

17、其中，和为火电机组的上/下爬坡能力；和为水电机组上/下爬坡能力；为0-1变量，表示火电机组的启停状态；

18、切负荷约束如下所示：

19、

20、其中，pd,t,p为预测负荷需求。

21、新能源出力约束如下所示：

22、

23、其中，pir,t,p为新能源预测出力。

24、进一步，含水-火-新能源的电力系统时序生产模拟模型的约束条件还包括线路潮流约束，火电机组出力上下限约束、启停约束，水电机组出力上下限约束、库容流量约束、水电转换约束，跨日相邻调度时段的衔接约束。

25、进一步，所述清洁能源多维价值包括环保价值、灵活性价值、保供价值；

26、所述环保价值通过不同机组接入场景下系统总体碳排放表征；

27、所述灵活性价值通过因系统灵活性不足导致的切负荷成本与弃风弃光成本表征；

28、所述保供价值通过因系统总体供电能力不足导致的切负荷成本表征。

29、进一步，计算环保价值的步骤包括：

30、1)计算系统在模拟周期s内产生的总体建造碳排放econs，即：

31、

32、其中，分别表示火电、水电及新能源机组的装机容量；ag、ah、ar分别表示火电、水电、新能源的典型机组装机容量；egcons、ehcons、ercons分别表示火电、水电、新能源的典型机组建造碳排放量；ng、nh、nr分别表示火电、水电、新能源的设计使用寿命。

33、2)计算模拟周期s内系统总体运行碳排放eope，即：

34、

35、其中，s为模拟日的编号；αg、αh、αr分别表示火电、水电和新能源的典型运行碳排放因子；分别表示第s天t时刻火电机组、水电机组、新能源机组的出力。

36、3)计算模拟周期内系统总体的碳排放成本cc，即：

37、cc＝bc(econs+eope)  (9)

38、其中，bc为单位碳排放成本；

39、4)对水电机组的环保价值进行解耦表征，得到：

40、

41、其中，表示将水电机组ih从系统移除后，系统的总体碳排放成本；表示水电机组ih因灵活性产生的环保价值；表示模拟周期内水电机组ih对系统产生的总体环保价值；表示水电机组ih无灵活爬坡能力时，水电机组ih对系统产生的环保价值；

42、对新能源机组的环保价值进行解耦表征，得到：

43、

44、式中，表示模拟周期内新能源机组ir对系统产生的总体环保价值；表示新能源机组因自身随机波动特性所引起的环保价值损失。表示将新能源机组ir从系统移除后，系统的总体碳排放成本；表示新能源机组ir无随机波动特性时，新能源机组ir对系统产生的总体环保价值。

45、进一步，计算灵活性价值的步骤包括：

46、1)计算第s天t时刻因系统总体供电能力不足所导致的电力缺口psgap,t,s，即：

47、

48、其中，pd,t,s,p为预测负荷；为火电机组的出力上限；为新能源机组的预测发电功率；为第s天t时段水电机组出力；

49、2)计算因灵活性不足导致的切负荷成本cfgap,t,s和弃风弃光成本ccur,t,s，即：

50、cfgap,t,s＝∑d∈d(blossploss,d,t,s)-blosspsgap,t,s   (15)

51、

52、式中，为第s天t时段新能源弃风弃光量；ploss,d,t,s为第s天t时段切负荷量。bcur为弃风弃光成本；bloss为切负荷惩罚成本；

53、3)计算模拟周期内系统因灵活调节能力不足所产生的弃风弃光与切负荷成本cfgap，即：

54、cfgap＝∑s∈s∑t∈t(cfgap,t,s+ccur,t,s)  (17)

55、4)计算模拟周期内水电机组ih的灵活性价值即：

56、

57、其中，表示将水电机组ih从系统移除后，系统的总体灵活性缺额成本。

58、进一步，计算保供价值的步骤包括：

59、1)计算因系统总体供电能力不足导致的切负荷成本csgap，即：

60、csgap＝∑s∈s∑t∈t(blosspsgap,t,s)  (19)

61、2)计算模拟周期内水电机组ih的保供价值即：

62、

63、其中，表示将水电机组ih从系统移除后，系统的总体供电能力缺额成本。

64、本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明的有益效果如下：

65、(1)剖析了水电多维价值及其当前市场化收益的匹配性。结合电力系统安全经济低碳运行要求，从环保价值、灵活性价值、保供价值三个方面剖析了不同条件下水电机组对于系统而言的差异化多维价值；结合当前市场机制下水电机组的收益模式，分析了不同条件下水电机组差异化价值与当前机制下市场收益的匹配性，论证了开展水电差异化多维价值量化评估的必要性。

66、(2)基于替代效益定量解耦评估水电多维价值。根据vcg(vickrey–clarke–groves)理论，提出了基于替代效益的水电多维价值解耦量化评估框架，以不同条件下水电机组接入前后，系统相关运行成本的变化情况表征该水电机组的价值，并分析水电机组不同特性以及不同价值对系统运行效益的耦合影响，基于此设计不同系统运行场景，通过不同场景下系统运行效益的变化情况实现水电多维价值的解耦评估；通过时序生产模拟获取不同场景下系统各类资源的时变运行方式，并结合系统运行对低碳环保、灵活调节及电力保供的时变需求，构建水电多维价值的定量解耦表征模型。

67、综上，本发明提出了基于替代效益的水电多维价值定量解耦评估方法，可量化不同运行条件下水电机组的多维差异化价值，为后续设计体现不同清洁能源主体差异化价值的市场机制奠定基础。