确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法和装置

摘要

本发明提供一种确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法和装置，其中，方法包括：构建最大化总收益为目标、满足储能运行约束的优化模型为上层，和以市场出清确定节点电价的模型为下层的双层优化申报策略模型；将所述双层优化申报策略模型转化为混合整数线性规划模型；基于所述混合整数线性规划模型确定储能系统的求解结果。本发明通过将双层优化申报策略模型转化为混合整数线性规划模型即将双层优化申报策略模型中的下层市场出清问题进行简化，使得市场出清问题规模大、决策变量多的问题得到解决，从而使转化后的混合整数线性规划模型能够利用商业求解器求解。

说明书

技术领域

本发明涉及电力规划技术领域，尤其涉及一种确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法和装置。

背景技术

为应对化石能源短缺以及环境污染问题，我国可再生能源发电技术得到了高速、大规模的发展与应用。但可再生能源具有间歇性、波动性和随机性的特点，自身可调控性和灵活性较弱，给电网的安全稳定运行带来挑战。

储能是解决可再生能源发电波动、减少负荷峰谷差的理想选择。电池储能由于不受地理、气候条件的限制，规模可大可小，能量转换效率高达90％以上，且伴随技术进步，寿命不断延长，成本持续下降，有望在未来的电力系统中发挥越来越重要的作用。随着灵活高效的电力系统与市场体系机制建立，储能不仅能够为电网运行提供灵活调节资源，也逐渐能够成为参与短期市场套利的独立主体。

目前关于储能短期套利的研究有很多，研究重点关注储能在日前市场中的每日收益最大化策略。现有部分模型的特征是需要价格信号作为模型输入。例如，基于线性规划的模型需要输入历史价格或预先计算的价格；鲁棒模型需要输入价格范围；随机模型需要输入价格预测并进行场景削减。然而，这类模型没有考虑储能运行对电力系统最优潮流和节点电价的影响，因此计算的最终套利收入结果不够准确。也有部分研究采用双层模型优化储能套利收入，然而这类模型的求解方法通常是将下层问题的KKT(Karush-Kuhn-Tucker)最优性条件代入上层问题并进一步线性化求解，当下层问题规模较大、决策变量较多时，此类方法得到的混合整数线性规划模型往往很难求解。

因此，亟需建立一种考虑对市场出清和节点电价影响的储能参与日前市场优化申报策略模型及其高效求解方法来解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法和装置，用以解决现有技术中求解难度大、效率低的缺陷，实现日前市场优化申报策略模型的高效求解。

第一方面，本发明提供一种确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法，包括：

构建最大化总收益为目标、满足储能运行约束的优化模型为上层，和以市场出清确定节点电价的模型为下层的双层优化申报策略模型；

将所述双层优化申报策略模型转化为混合整数线性规划模型；

基于所述混合整数线性规划模型确定储能系统的求解结果。

进一步，本发明提供的确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法，其中，所述最大化总收益为目标、满足储能运行约束的优化模型表示为：

其中，

Δ

E

目标函数

进一步，本发明提供的确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法，其中，所述以市场出清确定节点电价的模型表示为：

其中，c

目标函数

进一步，本发明提供的确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法，其中，所述将所述双层优化申报策略模型转化为混合整数线性规划模型具体包括：

通过将所述以市场出清确定节点电价的模型进行简化为：

min c

s.t.Ax≤b+Bθ:μ

其中，

x包括所述以市场出清确定节点电价的模型中所有的决策变量；

A，B，b，c为常系数；

由于节点电价

其中，CI

将所述得到一个对应电价

z

ρ

其中，s

进而，所述混合整数线性规划模型表示为：

其中，

第二方面，本发明提供一种确定储能参与日前市场的优化申报策略的装置，包括：

构建模块，用于构建最大化总收益为目标、满足储能运行约束的优化模型为上层，和以市场出清确定节点电价的模型为下层的双层优化申报策略模型；

转化模块，用于将所述双层优化申报策略模型转化为混合整数线性规划模型；

求解模块，用于基于所述混合整数线性规划模型确定储能系统的求解结果。

进一步，本发明提供一种确定储能参与日前市场的优化申报策略的装置，其中，所述构建模块中构建的所述最大化总收益为目标、满足储能运行约束的优化模型表示为：

其中

Δ

E

目标函数

进一步，本发明提供一种确定储能参与日前市场的优化申报策略的装置，其中，所述构建模块中构建的所述以市场出清确定节点电价的模型表示为：

其中，c

目标函数

进一步，本发明提供一种确定储能参与日前市场的优化申报策略的装置，其中，所述转化模块具体用于：

通过将所述以市场出清确定节点电价的模型进行简化为：

min c

s.t.Ax≤b+Bθ:μ

其中

x包括所述以市场出清确定节点电价的模型中所有的决策变量；A，B，b，c为常系数；

由于节点电价

其中，CI

将所述得到一个对应电价

z

ρ

其中，s

进而，所述混合整数线性规划模型表示为：

其中，

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法的步骤。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法的步骤。

本发明提供的确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法和装置，通过构建最大化总收益为目标、满足储能运行约束的优化模型为上层，和以市场出清确定节点电价的模型为下层的双层优化申报策略模型；将所述双层优化申报策略模型转化为混合整数线性规划模型；基于所述混合整数线性规划模型确定储能系统的求解结果。本发明通过将双层优化申报策略模型转化为混合整数线性规划模型即将双层优化申报策略模型的中的下层市场出清问题进行简化，使得市场出清问题规模大、决策变量多的问题得到解决，从而使转化后的混合整数线性规划模型能够利用商业求解器求解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法的流程示意图；

图2是本发明提供的确定储能参与日前市场的优化申报策略的装置的结构示意图；

图3是本发明提供的电子设备的结构示意图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1描述本发明的提供的实施例中，确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法，包括：

步骤100：构建最大化总收益为目标、满足储能运行约束的优化模型为上层，和以市场出清确定节点电价的模型为下层的双层优化申报策略模型；

由于本发明的目的是为了解决储能参与日市场的双层优化申报策略模型及其求解方法。通过建立考虑储能输出对电力系统运行和节点电价影响的储能参与日前市场双层优化申报策略模型，其中，上层为储能优化申报决策问题，下层为电力市场出清问题，储能采用节点电价结算。

步骤200：将所述双层优化申报策略模型转化为混合整数线性规划模型；

将储能所在节点的电价用关于储能申报策略的分段常数函数表示，消去下层市场出清问题并将原双层模型转化为单层混合整数线性规划模型。

步骤300：基于所述混合整数线性规划模型确定储能系统的求解结果。

利用成熟的商业求解器对获取的混合整数线性规划模型进行高效求解，从而获取储能在日前市场中的每日收益的最大值。

本发明提供的确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法，通过构建最大化总收益为目标、满足储能运行约束的优化模型为上层，和以市场出清确定节点电价的模型为下层的双层优化申报策略模型；将所述双层优化申报策略模型转化为混合整数线性规划模型；基于所述混合整数线性规划模型确定储能系统的求解结果。本发明通过将双层优化申报策略模型转化为混合整数线性规划模型即将双层优化申报策略模型的中的下层市场出清问题进行简化，使得市场出清问题规模大、决策变量多的问题得到解决，从而使转化后的混合整数线性规划模型能够利用商业求解器求解。

进一步，本发明提供的实施例中确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法，其中，所述最大化总收益为目标、满足储能运行约束的优化模型表示为：

其中，

进一步，本发明提供的实施例中确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法，其中，所述以市场出清确定节点电价的模型表示为：

其中，c

进一步，本发明实施例提供的确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法，其中，所述将所述双层优化申报策略模型转化为混合整数线性规划模型具体包括：

通过将所述以市场出清确定节点电价的模型进行简化为：

min c

s.t.Ax≤b+Bθ:μ (3)

其中，

由于节点电价

其中，CI

将所述得到一个对应电价

z

ρ

其中，s

进而，所述混合整数线性规划模型表示为：

其中，

具体地，为解决市场出清问题带来的求解困难，提出一种基于储能所在节点电价与储能申报策略之间关系的方法将原问题转化为等价的小规模混合整数线性规划模型。

1)关于储能申报策略的节点电价函数

下层市场出清问题可写成如下紧凑形式(为简洁起见，省略下标t)：

其中

对于某个确定的θ，求解线性规划(3)，在最优解处所有约束可分为起作用约束和不起作用约束：

对于线性规划，起作用约束必然构成一个基，即

根据KKT最优性条件，对偶变量可表达如下：

将公式(9)代入公式(8),可获得一组不等式并推出参数θ的区间

其中，只要有θ∈CI，则会有相同的起作用约束，由公式(10)给出的最优对偶变量为常数。CI被称为关键区间。当θ取值超出CI范围，可得到另一组起作用约束以及对应的关键区间。

综上，从

2)混合整数线性规划模型

通过多次求解线性规划(3)，可独立计算每个时段t节点电价关于储能申报功率的分段常数表达式。接下来将分段常数函数转化为可利用商业求解器求解的等价混合整数线性形式。在公式(9)中，用s

在公式(10)中，二进制变量z

最后，目标函数中的乘积项可写成如下形式：

其中

其中σ

综上所述，原双层优化模型(1)-(2)可写成如下形式：

该混合整数线性规划模型可用成熟的商业求解器轻松求解。

结合图2，本发明实施例提供一种确定储能参与日前市场的优化申报策略的装置，包括：

构建模块21，用于构建最大化总收益为目标、满足储能运行约束的优化模型为上层，和以市场出清确定节点电价的模型为下层的双层优化申报策略模型；

转化模块22，用于将所述双层优化申报策略模型转化为混合整数线性规划模型；

求解模块23，用于基于所述混合整数线性规划模型确定储能系统的求解结果。

由于本发明实施例提供的装置，可以用于执行上述实施例所述的方法，其工作原理和有益效果类似，故此处不再详述，具体内容可参见上述实施例的介绍。

进一步，本发明提供的实施例中确定储能参与日前市场的优化申报策略的装置，其中，构建模块21中，所述最大化总收益为目标、满足储能运行约束的优化模型表示为：

其中，

进一步，本发明提供的实施例中确定储能参与日前市场的优化申报策略的装置，其中，构建模块21中，所述以市场出清确定节点电价的模型表示为：

其中，c

进一步，本发明实施例提供的确定储能参与日前市场的优化申报策略的装置，其中，转化模块22中，所述将所述双层优化申报策略模型转化为混合整数线性规划模型具体包括：

通过将所述以市场出清确定节点电价的模型进行简化为：

min c

s.t.Ax≤b+Bθ:μ (3)

其中，

由于节点电价

其中，CI

将所述得到一个对应电价

z

ρ

其中，s

进而，所述混合整数线性规划模型表示为：

其中，

具体地，为解决市场出清问题带来的求解困难，提出一种基于储能所在节点电价与储能申报策略之间关系的方法将原问题转化为等价的小规模混合整数线性规划模型。

1)关于储能申报策略的节点电价函数

下层市场出清问题可写成如下紧凑形式(为简洁起见，省略下标t)：

其中

对于某个确定的θ，求解线性规划(3)，在最优解处所有约束可分为起作用约束和不起作用约束：

对于线性规划，起作用约束必然构成一个基，即

根据KKT最优性条件，对偶变量可表达如下：

将公式(9)代入公式(8),可获得一组不等式并推出参数θ的区间

其中，只要有θ∈CI，则会有相同的起作用约束，由公式(10)给出的最优对偶变量为常数。CI被称为关键区间。当θ取值超出CI范围，可得到另一组起作用约束以及对应的关键区间。

综上，从

2)混合整数线性规划模型

通过多次求解线性规划(3)，可独立计算每个时段t节点电价关于储能申报功率的分段常数表达式。接下来将分段常数函数转化为可利用商业求解器求解的等价混合整数线性形式。在公式(9)中，用s

在公式(10)中，二进制变量z

最后，目标函数中的乘积项可写成如下形式：

其中

其中σ

综上所述，原双层优化模型(1)-(2)可写成如下形式：

该混合整数线性规划模型可用成熟的商业求解器轻松求解。

图3示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(Communications Interface)320、存储器(memory)330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法，该方法包括：构建最大化总收益为目标、满足储能运行约束的优化模型为上层，和以市场出清确定节点电价的模型为下层的双层优化申报策略模型；将所述双层优化申报策略模型转化为混合整数线性规划模型；基于所述混合整数线性规划模型确定储能系统的求解结果。

此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法，该方法包括：构建最大化总收益为目标、满足储能运行约束的优化模型为上层，和以市场出清确定节点电价的模型为下层的双层优化申报策略模型；将所述双层优化申报策略模型转化为混合整数线性规划模型；基于所述混合整数线性规划模型确定储能系统的求解结果。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的确定储能参与日前市场的优化申报策略的方法，该方法包括：构建最大化总收益为目标、满足储能运行约束的优化模型为上层，和以市场出清确定节点电价的模型为下层的双层优化申报策略模型；将所述双层优化申报策略模型转化为混合整数线性规划模型；基于所述混合整数线性规划模型确定储能系统的求解结果。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。