本發明涉及電力市場分析領域，特別是一種優化峰谷電價下省際新能源購電量的方法。

背景技術：

隨著我國風電等新能源發電的發展，新能源消納問題凸顯，跨省跨區電力購售電交易是解決新能源消納問題的有效途徑。目前，許多文獻對省級電網的購電問題進行研究，但較少將省內及省際購電聯合考慮，促進風電消納的月度購電優化也研究較少。省級電網作為購電主體，應該力求增大購售電社會效益，采取措施保障省內新能源的全額消納并協助省際新能源的消納。因此，考慮通過價格杠杠改變電力用戶用電行為，調動負荷調峰潛力以增大購電優化空間并促進全國范圍內新能源消納。在峰谷電價下確定最優的省際新能源購電量涉及到購電的經濟性、安全性以及省內、省外發電商利益的相互協調，是一個值得重視的問題，具有實用價值。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的是提出一種優化峰谷電價下省際新能源購電量的方法，分析需求側響應對省際新能源購電的影響，增大省級電網接納省內及省際新能源的能力，為電網公司購電提供新的思路，增大購電社會效益和節能減排效益。

本發明采用以下方案實現：一種優化峰谷電價下省際新能源購電量的方法，具體包括以下步驟：

步驟S1：提取外購新能源的峰、平、谷出力之比、外購新能源價格以及省內參與競爭的火電機組申報的可發電量及電價；省級電網月度典型日負荷曲線從而得到省級電網月度電量需求，峰荷、谷荷水平、峰谷差等信息；

步驟S2：建立峰谷電價下省際新能源購電優化模型；定義該模型：在省外能源基地存在較大棄風的情況下，風電參與跨省跨區電力外送交易。而風電存在反調峰性，為增大其參與省際交易的競爭力，風電商以低報價或是價格接受者角色參與到省際電力交易中。省級電網可購買省內電能及省際新能源以滿足本省負荷需求，以月度電力市場為研究對象，用數學函數表述如下：

F_i＝max[F_ci-F_i,fire-F_i,other-F_i,out]；

其中，F_i為省級電網在i個月的購售電價差即購電社會效益；F_ci、F_i,fire、F_i,other、F_i,out分別為在i個月省級電網向用戶側售電收入、省內火電購電費用、省內其它類電源購電費用以及省際新能源購電費用；

步驟S3：采用基于消費者心理學理論的峰谷電價優化方法，在不同的峰谷電價方案下優化省際新能源購電量，從而將需求側響應的影響納入購電優化中；

步驟S4：求解省級電網月度購電最大社會效益、省際新能源購電量、省內火電購電量以及省級電網月度新能源接納比例。

進一步地，所述步驟S2具體包括以下步驟：

步驟S21：省級電網向用戶側售電的收入：隨著經濟的發展和新能源發電的逐步滲透，負荷曲線峰谷差越來越大，省級電網面臨的調峰問題越發嚴峻。省際購電一般不隨購電省負荷的變化做出調整，使得購電省份在負荷低谷和高峰時調節壓力大。峰谷電價能挖掘用戶調峰潛力，有利于促進省間電力交換和資源的優化配置。則省級電網第i個月向用電側的售電收益F_ci為：

F_c,i＝C_pW₁+C_fW₂+C_vW₃；

其中，C_p、C_f、C_v分別為省際電網公司在售電側實施的峰、平、谷時段電價；W₁、W₂、W₃分別為在峰谷電價下峰、平、谷時段的電量；

步驟S22：省內火電購電費用：省內火電采用集中競價方式參與市場，火電機組申報自身最大出力及價格，采用統一出清價結算。則省級電網第i個月省內火電購電費用F_i,fire為：

其中，Q_i,j為第i個月省內第j個火電的購電量；N為省內中標火電機組臺數；ρ_i為第i個月合約出清價格；

步驟S23：省內其它類電源購電費用：為促進省內新能源發展，采用省內新能源保障購買的方式，省內風電購電量為省內風電月度預測電量，購電價格為國家核準的風電上網電價；水電及核電的購電方式相同，則省級電網第i個月其它類電源的購電費用F_i,other為：

其中，Q_i,k為第i個月第k類電源預測發電量，分別為省內水電、風電的預測發電量及核電的計劃發電量，ρ_i,k為第i個月第k類電源的上網電價(k＝1，2，3分別表示省內未參與競價的水電、風電、核電)；

步驟S24：省際新能源購電費用：外省風電商低報價參與市場競爭，結算價格與省內火電機組相同，則省際新能源購電費用F_i,out為：

F_i,out＝Q_i,outρ_b,i；

其中，Q_i,out為省級電網第i個月通過跨省跨區購入的風電量；ρ_b,i為省級電網第i個月外購風電價格。

進一步地，所述步驟S3具體包括以下步驟：

步驟S31：基于消費者心理學，用電負荷在電價調整之后將發生轉移，負荷轉移率與峰、平、谷三個時段電價差之間存的分段線性函數關系如下：

其中,λ_pv為峰荷到谷荷的轉移度；ΔP_pv為峰荷時段銷售電價P_p與谷荷時段銷售電價P_v之間的差值；為負荷轉移率線性段與飽和段的拐點，為飽和段閾值，當價格變化量大于它后，負荷轉移度不再變化；為峰谷電價下峰荷到谷荷負荷轉移率的最大值；K_pv為負荷轉移度線性段的斜率；

步驟S32：根據上述各負荷轉移率，可以對原負荷曲線上各負荷值做出調整，得到在峰谷電價下對應的負荷曲線。計算公式如下：

其中,t代表任意時刻；T_p、T_f、T_v分別為峰時段、平時段、谷時段；L_t0為實行峰谷電價之前負荷值；L_t為實行峰谷電價之后負荷值；

步驟S33：改變峰谷電價方案，得到對應的負荷響應曲線，在新的負荷曲線下優化省際新能源購電方案，從而將需求響應的影響納入購電優化之中。

進一步地，所述步驟S4包括的約束條件有：電量平衡約束、功率平衡約束、外購風電電力與電量耦合約束、上下備用約束、省際購電合同電量上下限約束、省間聯絡線傳輸約束及省內火電出力上下限約束；

所述電量平衡約束用數學函數表述如下：

所述功率平衡約束用數學函數表述如下：

其中，P_i,d(t)為第i個月典型日第t(t＝1,2,…24)小時的負荷；P_i,out(t)為外購電t時刻的功率；P_i,j(t)為第j臺火力發電機組t時刻的功率；P_i,k(t)為第k類電源在t小時的出力。

所述外購風電電力與電量耦合約束用數學函數表述如下：

其中，D_i為第i個月的天數；d為購電月中的第d天。

所述上下備用約束用數學函數表述如下：

其中，r為旋轉備用及事故備用占當月最大負荷的比例；為第i月典型日最大、最小負荷；第i月典型日外購電最大、最小出力；典型日j臺機組最大、最小出力。

所述省際購電合同電量上下限約束用數學函數表述如下：

其中，為省際購電合同電量最大值。

所述省間聯絡線傳輸約束用數學函數表述如下：

P_l,min≤P_i,out(t)≤P_l,min；

其中，P_l,min、P_l,max分別為省間聯絡線最大、最小傳輸功率。

所述省內火電出力上下限約束用數學函數表述如下：

其中，分別為省內火電最大、最小出力。

進一步地，所述步驟S4以購電社會效益最大為目標，通過量子粒子群算法求解，得到省際新能源購電量、省內火電購電量及購電社會效益。

與現有技術相比，本發明有以下有益效果：考慮峰谷分時電價對省際新能源購電的影響，考慮峰谷電價下省際新能源購電與省內情況的協調，實現購電經濟效益和節能減排效益的最大化。反映出省際新能源購電對提升市場競爭力、促進全國范圍內新能源消納的重要作用，以及峰谷電價下省際新能源購電帶來的顯著經濟效益。拓寬電網公司購電決策思路，更加靈活地調動電源側及負荷側的發電資源、調峰資源，更好地統籌購售電、省際與省內購電以及新能源消納之間的關系。實現購電經濟和節能減排效益最大化。

附圖說明

圖1為本發明的原理流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明做進一步說明。

本實施例提供了一種評估含風電省級電網多類市場購電風險的方法，如圖1所示，具體包括以下步驟：

步驟S1：提取外購新能源的峰、平、谷出力之比、外購新能源價格以及省內參與競爭的火電機組申報的可發電量及電價；省級電網月度典型日負荷曲線從而得到省級電網月度電量需求，峰荷、谷荷水平、峰谷差等信息；

步驟S2：建立峰谷電價下省際新能源購電優化模型；定義該模型：在省外能源基地存在較大棄風的情況下，風電參與跨省跨區電力購售電交易。而風電存在反調峰性，為增大其省際競爭力，風電商以低報價或是價格接受者角色參與到省際購售電交易中。省級電網可購買省內電能及省際新能源以滿足本省負荷，以月度電力市場為研究對象，用數學函數表述如下：

F_i＝max[F_ci-F_i,fire-F_i,other-F_i,out]；

其中，F_i為省級電網在i個月的購售電價差即購電社會效益；F_ci、F_i,fire、F_i,other、F_i,out分別為在i個月省級電網向用戶側售電收入、省內火電購電費用、省內其它類電源購電費用以及省際新能源購電費用；

步驟S3：采用基于消費者心理學理論的峰谷電價優化方法，求取在不同峰谷電價方案下的購電優化結果，從而將需求側響應的影響納入購電優化中。

步驟S4：求解省級電網月度購電最大社會效益、省際新能源購電量、省內火電購電量以及省級電網月度新能源接納比例。

在本實施例中，所述步驟S2具體包括以下步驟：

步驟S21：省級電網向用戶側售電的收入：隨著經濟的發展和新能源發電的逐步滲透，負荷曲線峰谷差越來越大，省級電網面臨的調峰問題越發嚴峻。省際購電一般不隨購電省負荷的變化做出調整，使得購電省份在負荷低谷和高峰時調節壓力大。峰谷電價能挖掘用戶調峰潛力，有利于促進省間電力交換和資源的優化配置。則省級電網第i個月向用電側的售電收益F_ci為：

F_c,i＝C_pW₁+C_fW₂+C_vW₃；

其中，C_p、C_f、C_v分別為省際電網公司在售電側實施的峰、平、谷時段電價；W₁、W₂、W₃分別為在峰谷電價下峰、平、谷時段的電量；

步驟S22：省內火電購電費用：省內火電采用集中競價方式參與市場，火電機組申報自身最大出力及價格，采用統一出清價結算。則省級電網第i個月省內火電購電費用F_i,fire為：

其中，Q_i,j為第i個月省內第j個火電的購電量；N為省內中標火電機組臺數；ρ_i為第i個月合約出清價格；

步驟S23：省內其它類電源購電費用：為促進省內新能源發展，采用省內新能源保障購買的方式，省內風電購電量為省內風電月度預測電量，購電價格為國家核準的風電上網電價；水電及核電的購電方式相同，則省級電網第i個月其它類電源的購電費用F_i,other為：

其中，Q_i,k為第i個月第k類電源預測發電量，分別為省內水電、風電的預測發電量及核電的計劃發電量，ρ_i,k為第i個月第k類電源的上網電價(k＝1，2，3分別表示省內未參與競價的水電、風電、核電)；

步驟S24：省際新能源購電費用：外省風電商低報價參與市場競爭，結算價格與省內火電機組相同，則省際新能源購電費用F_i,out為：

F_i,out＝Q_i,outρ_b,i；

其中，Q_i,out為省級電網第i個月通過跨省跨區購入的風電量；ρ_b,i為省級電網第i個月外購風電價格。

在本實施例中，所述步驟S3具體包括以下步驟：

步驟S31：基于消費者心理學，用電負荷在電價調整之后將發生轉移，負荷轉移率與峰、平、谷三個時段電價差之間存的分段線性函數關系如下：

其中,λ_pv為峰荷到谷荷的轉移度；ΔP_pv為峰荷時段銷售電價P_p與谷荷時段銷售電價P_v之間的差值；為負荷轉移率線性段與飽和段的拐點，為飽和段閾值，當價格變化量大于它后，負荷轉移度不再變化；為峰谷電價下峰荷到谷荷負荷轉移率的最大值；K_pv為負荷轉移度線性段的斜率；

步驟S32：根據上述各負荷轉移率，可以對原負荷曲線上各負荷值做出調整，得到在峰谷電價下對應的負荷曲線。計算公式如下：

其中,t代表任意時刻；T_p、T_f、T_v分別為峰時段、平時段、谷時段；L_t0為實行峰谷電價之前負荷值；L_t為實行峰谷電價之后負荷值；

步驟S33：改變峰谷電價方案，得到對應的負荷響應曲線，在新的負荷曲線下優化省際新能源購電方案，從而將需求響應的影響納入購電優化之中。

在本實施例中，所述步驟S4包括的約束條件有：電量平衡約束、功率平衡約束、外購風電電力與電量耦合約束、上下備用約束、省際購電合同電量上下限約束、省間聯絡線傳輸約束及省內火電出力上下限約束；

所述電量平衡約束用數學函數表述如下：

所述功率平衡約束用數學函數表述如下：

其中，P_i,d(t)為第i個月典型日第t(t＝1,2,…24)小時的負荷；P_i,out(t)為外購電t時刻的功率；P_i,j(t)為第j臺火力發電機組t時刻的功率；P_i,k(t)為第k類電源在t小時的出力。

所述外購風電電力與電量耦合約束用數學函數表述如下：

其中，D_i為第i個月的天數；d為購電月中的第d天。

所述上下備用約束用數學函數表述如下：

其中，r為旋轉備用及事故備用占當月最大負荷的比例；為第i月典型日最大、最小負荷；第i月典型日外購電最大、最小出力；典型日j臺機組最大、最小出力。

所述省際購電合同電量上下限約束用數學函數表述如下：

其中，為省際購電合同電量最大值。

所述省間聯絡線傳輸約束用數學函數表述如下：

P_l,min≤P_i,out(t)≤P_l,min；

其中，P_l,min、P_l,max分別為省間聯絡線最大、最小傳輸功率。

所述省內火電出力上下限約束用數學函數表述如下：

其中，分別為省內火電最大、最小出力。

較佳的，在本實施例中，以購電社會效益最大化為目標模型，通過量子粒子群算法求解，得到省級電網月度購電最大社會效益、省際新能源購電量、省內火電購電量以及省級電網月度新能源接納比例。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。