基于三段式无功辅助服务市场规则的无功优化方法

摘要

本发明提出了一种基于三段式无功辅助服务市场规则的无功优化方法。该方法面对未来无功辅助服务市场规则场景，充分考虑无功辅助服务提供者所需成本和参与无功辅助服务的供给者积极性，提出了一种适用于无功辅助的市场规则，该方法也可以外推至阶梯式单向递增的多段式模型。在此模型的基础上提出相应的无功优化控制策略算法。本发明方法通过优化无功优化目标函数，增加无功辅助服务成本函数，在原有考虑有功网损最小的基础上，最终实现由强制手段向市场手段获取无功需求的无功优化调度策略计算，从而解决无功辅助市场规则的无功优化优化问题，可以满足电网运行时电压安全可靠性、无功需求经济性等目标。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统无功优化电压控制领域，具体涉及一种基于三段式无功辅助服务市场规则的无功优化方法。

技术背景

(一)无功辅助服务的市场化问题

目前电力市场无功辅助服务的获取主要通过强制性手段和市场手段两种方式，目前尚以强制为主。然后随着我国电力市场的深化发展，强制性手段会逐渐被市场手段所取代，市场手段必然会占主要地位。

建立正确合理的市场规则可以推动电网开放、提高电网经济效益，帮助输电商决定交易能量投资和设备利用时进行科学决策。其次，对无功定价可以很好地激励无功设备投资，平衡了系统的无功功率，可提高系统的可靠性和效率，并通过无功功率的最优分配降低系统的有功网损。其三，无功管理可以改善电能质量，减少由电压引起的故障，提高系统的稳定性。

(二)无功功率需求及辅助

无功功率除了满足系统的无功负荷需求外，还承担着保持系统电压水平和维持系统电压稳定等作用。因此电力市场中的无功辅助服务包括满足用户和系统运行的无功功率需求、控制系统电压水平、提供足够的无功功率备用、降低有功功率网络损耗等。无功辅助服务具有以下特点：供应的地域性、控制的分散性、手段的多样性、分析的复杂性。在电力市场环境下，系统对无功辅助服务的要求是多层次的。

作为电网中承担电压无功自动控制调节的核心，必然要考虑新无功辅助服务方式下的模型和算法。

建立市场机制对应的无功优化模型，以最少的无功功率和最低成本为电力用户提供高质量和可靠性都满足用户需求的电能，采用稳定可靠的优化算法进行优化计算，以适应新的无功辅助服务市场规则，充分利用各种无功调节手段，不仅要避免无功的不合理流动、也要考虑无功辅助的市场报价，优化无功辅助服务的费用，提高无功服务质量，快速跟踪电网运行状态变化，抑制新能源出力间歇性及波动性对电网电压的不利影响。本发明正是为了解决这一问题而提出并实现的。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于三段式无功辅助服务市场规则的无功优化方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于三段式无功辅助服务市场规则的无功优化方法，该方法具体步骤如下：

(1)建立三段式无功辅助服务市场规则，规则如下：

(1.1)发电方(即报价方)和调度机构确定该发电方无功辅助服务容量x

(1.2)参与无功辅助服务报价的发电方提供实时的无功可调实时容量Creal，在Creal范围内调度机构对发电方无功服务进行调度，并对参与方根据Creal进行参与报价费用补偿。

(1.3)调度机构对所有参与无功辅助服务的发电方提供参与可调节能力费用，该部分费用与发电方实时上报的无功可调实时容量Creal正相关，与实时无功出力Qreal无关。

(1.4)发电方和调度机构明确发电方实际提供的无功辅助服务费用的最高限值，在此范围内发电方对超出免费容量的无功辅助服务，分三段(X0，X1)，(X1，X2)，(X2，X3)计算费用，每段的费用等于该段的单位出力费率乘以该段的实际出力，要求每段的单位服务费率单调递增，要求

(1.5)发电厂机组滞相时按发电厂并网点无功出力计量发电方实际提供的无功辅助服务费用，而发电厂机组进相时按发电厂机侧计量发电方实际提供的无功辅助服务费用。

(2)调度机构通过AVC系统根据电网无功需求情况及所有参与无功辅助服务的费用总加进行调度和优化，确保电压质量的前提下无功辅助服务产生的费用总加最小。具体过程如下：

(2.1)读入电网网架及设备参数，检查电网网架模型、参数的可用。

(2.2)读入电网基础实时数据及各发电方实时无功出力Qreal及无功可调实时容量Creal。

(2.3)读取三段式无功辅助报价规则的主要参数，x

(2.4)计算各发电方的参与报价费用，参与报价费用Bi＝实时上报的可调无功容量Creal*报价单位容量费率P0。

(2.5)计算参与报价的发电方实时出力系统费用Mi，设发电方实时无功出力为x，其实时无功辅助费用则为：当x

(2.6)第i个无功辅助服务参与报价的发电方无功总费用Ti＝Bi+Mi。

(2.7)建立发电方进相状态下的三段式无功辅助服务市场规则的无功费用表达式：

(2.8)建立发电方滞相状态下的三段式无功辅助服务市场规则的无功系统费用表达式：

(2.9)在三段式无功辅助服务市场规则下，设置无功优化目标函数：

(1)有功网损最小，(2)无功购电成本尽可能小，(3)容抗器及有载调压主变分接头调整量最少。

(2.10)结合步骤(2.7)和步骤(2.8)，得到最终优化函数：

其中第一项P

(2.11)采用原对偶内点法及分支定界法对步骤(2.10)中公式进行求解，计算各无功辅助服务报价发电方的无功出力。

(2.12)将步骤(2.11)得到的无功出力下发给相应的发电方，发电方按照指令进行调节。

进一步地，根据无功辅助服务提供者实时无功调节容量考虑系统的费用。无功辅助服务费用分为两部分，一是基本容量费，按无功辅助服务实时上报容量按固定费用计算。而无功辅助实时出力的费用计算方法则分为三段：第一段为x

进一步地，可在三段式无功辅助市场规则基础上，将三段式无功辅助市场规则外推到大于三段以上的多段式无功辅助市场规则，依据三段式无功辅助市场规则，对于多段式无功辅助市场规则，依次设置每段的容量上限，计算方式和三段式无功辅助市场规则一致，对于合格无功辅助服务提供者提供的无功辅助服务，根据其上报实时容量给予容量费及实际无功服务提供考虑服务费用，其容量费和服务费用可参照服务提供者的实际成本。

进一步地，三段式无功辅助市场规则的数学模型分为进相和滞相两部分，分别对进相情况和滞相情况进行数学建模，并在此基础上分别计算滞相和进相无功辅助服务系统费用，基于进相和滞相的三段式无功辅助市场规则，实现适合市场规则的无功优化目标函数建模。

进一步地，无功优化最终算法采用二次松驰二次优化算法，确保电压控制策略的实用性和可靠性。

本发明的有益效果：本发明提出的优化方法较好地解决了市场规则下的无功辅助服务报价及优化问题，基于成本考虑了对各无功辅助服务提供方的市场化补偿费用，激励无功辅助服务提供方的市场参与积极性，同时将购买方购电成本最优作为优化目标，基于实时报价实现购买方对无功服务辅助服务提供方的择优，体现了市场导向，可以达到无功辅助服务市场化的目的。

附图说明

图1是本发明基于三段式无功辅助服务市场规则的无功优化方法流程图。

具体实施方

以下结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种基于三段式无功辅助服务市场规则的无功优化方法，基于实际的基于市场规则的全网无功优化场景，省级及以上电网无功辅助服务由强制性提供转向市场化供给，省级及以上电网采用本发明中提出的三段式无功辅助服务市场规则的无功优化方法，该方法具体步骤如下：

(1)建立三段式无功辅助服务市场规则，规则如下：

(1.1)发电方(即报价方)和调度机构确定该发电方无功辅助服务容量x

(1.2)参与无功辅助服务报价的发电方提供实时的无功可调实时容量Creal，在Creal范围内调度机构对发电方无功服务进行调度，并对参与方根据Creal进行参与报价费用补偿。

(1.3)调度机构对所有参与无功辅助服务的发电方提供参与可调节能力费用，该部分费用与发电方实时上报的无功可调实时容量Creal正相关，与实时无功出力Qreal无关，以鼓励各方积极参与。

(1.4)发电方和调度机构明确发电方实际提供的无功辅助服务费用的最高限值，在此范围内发电方对超出免费容量的无功辅助服务，分三段(X0，X1)，(X1，X2)，(X2，X3)计算费用，每段的费用等于该段的单位出力费率乘以该段的实际出力，要求每段的单位服务费率单调递增，确保无功备用充裕，要求

(1.5)发电厂机组滞相时按发电厂并网点无功出力计量发电方实际提供的无功辅助服务费用，而发电厂机组进相时按发电厂机侧计量发电方实际提供的无功辅助服务费用。

(2)调度机构通过AVC系统根据电网无功需求情况及所有参与无功辅助服务的费用总加进行调度和优化，确保电压质量的前提下无功辅助服务产生的费用总加最小。具体过程如下：

(2.1)读入电网网架及设备参数，检查电网网架模型、参数的可用。

(2.2)读入电网基础实时数据及各发电方实时无功出力Qreal及无功可调实时容量Creal。

(2.3)读取当前配置是否采用无功辅助服务市场规则，采用无功辅助市场规则，转下一步，如不采用则使用常规无功优化方法。

(2.4)读取三段式无功辅助报价规则的主要参数，x

(2.5)计算各发电方的参与报价费用，参与报价费用Bi＝实时上报的可调无功容量Creal*报价单位容量费率P0。

(2.6)计算参与报价的发电方实时出力系统费用Mi，设发电方实时无功出力为x，其实时无功辅助费用则为：当x

(2.7)第i个无功辅助服务参与报价的发电方无功总费用Ti＝Bi+Mi。

(2.8)根据电网模型和数据，建立节点的有功及无功潮流平衡约束、主变关口无功约束、节点电压约束等基本无功优化模型；三段式无功辅助市场规则的数学模型分为进相和滞相两部分，分别对进相情况和滞相情况进行数学建模，并在此基础上分别计算滞相和进相无功辅助服务系统费用，基于进相和滞相的三段式无功辅助市场规则，实现适合市场规则的无功优化目标函数建模。

(2.9)建立发电方进相状态下的三段式无功辅助服务市场规则的无功费用表达式：

(2.10)建立发电方滞相状态下的三段式无功辅助服务市场规则的无功系统费用表达式：

(2.11)在三段式无功辅助服务市场规则下，设置无功优化目标函数：

(1)有功网损最小，(2)无功购电成本尽可能小，(3)容抗器及有载调压主变分接头调整量最少。

(2.12)结合步骤(2.9)和步骤(2.10)，得到最终优化函数：

其中第一项P

(2.13)采用成熟可靠的原对偶内点法及分支定界法对步骤(2.12)中公式进行求解，计算各无功辅助服务报价发电方的本轮无功出力。无功优化最终算法采用二次松驰二次优化算法，确保电压控制策略的实用性和可靠性。

(2.14)将步骤(2.13)得到的无功出力下发给相应的发电方，发电方按照指令进行调节。

(2.15)本轮调节结束之后，进入下一轮，返回步骤(2.1)。

本发明优化方法与无功分段的个数无关，无论分多少段，只要保证模型中费率阶梯式单向递增，其数学模型表达式和计算方法均无需大的变化，通过本发明方法均可以满仓基于该模型下的优化计算。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。