考慮交流可行性校驗(yàn)的現(xiàn)貨市場(chǎng)全環(huán)節(jié)建模及修正策略

汪紅波，邵立政，夏清，房欣欣，陳瀟婷，劉恒怡

(1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司，湖北 武漢 430077；2.清華大學(xué) 電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京 100084；3.北京清能互聯(lián)科技有限公司，北京 100084；4.三峽大學(xué) 電氣工程系，湖北 宜昌 443002)

0 引言

隨著《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》的出臺(tái)，中國(guó)的電力工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)入市場(chǎng)化改革階段，第一階段的電力改革以中長(zhǎng)期電力市場(chǎng)交易為主[1]。2017年8月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局選擇南方（以廣東起步）、蒙西、浙江、山西、山東、福建、四川、甘肅等8個(gè)地區(qū)作為第一批電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)試點(diǎn)。2019年電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)取得突破，國(guó)內(nèi)首批8個(gè)電力現(xiàn)貨試點(diǎn)已全部進(jìn)入結(jié)算試運(yùn)行階段?，F(xiàn)貨市場(chǎng)能夠提供短時(shí)供求信號(hào)，引導(dǎo)電網(wǎng)短期決策和中長(zhǎng)期投資。安全、高效、經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)貨市場(chǎng)出清機(jī)制是現(xiàn)貨市場(chǎng)有序運(yùn)行并產(chǎn)生合理價(jià)格信號(hào)的重要基礎(chǔ)[2]。目前眾多獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行中心(Independent System Operator, ISO)采用以機(jī)組組合和經(jīng)濟(jì)調(diào)度為核心的市場(chǎng)出清方式。為滿足電力系統(tǒng)可靠性要求，現(xiàn)貨出清過程中會(huì)進(jìn)行N–1安全分析，同時(shí)，由于現(xiàn)有的直流最優(yōu)潮流出清模型對(duì)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，校驗(yàn)其交流可行性能夠減小市場(chǎng)出清結(jié)果和系統(tǒng)實(shí)際物理運(yùn)行點(diǎn)之間的間隙。

市場(chǎng)出清環(huán)節(jié)中N–1安全校核和交流可行性校驗(yàn)至關(guān)重要。目前，針對(duì)電力系統(tǒng)的不確定進(jìn)行N–1安全校核主要采用3種模型：（1）在機(jī)組組合約束中增加代理備用需求約束[3-8]；（2）建立含線路故障分布因數(shù)的約束反映單條線路故障造成發(fā)電機(jī)出力變化[9-11]；（3）雙層隨機(jī)優(yōu)化模型校驗(yàn)單條線路或者單臺(tái)發(fā)電機(jī)故障之后是否可行[12-15]。文獻(xiàn)[3-5]基于歐洲電力市場(chǎng)框架研究能量和備用聯(lián)合優(yōu)化的機(jī)組組合模型及其求解方法。文獻(xiàn)[6-8]分別基于Vickrey-Clarke-Groves（VCG）和博弈論研究多區(qū)域的能量-備用優(yōu)化問題。文獻(xiàn)[9]提出了一種惡劣天氣條件下考慮電網(wǎng)載荷均衡及N–1安全約束的防災(zāi)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法；文獻(xiàn)[10]提出了一種考慮N–1故障的安全約束機(jī)組組合的混合整數(shù)線性規(guī)劃模型，并提出一種相關(guān)的約束削減方法；文獻(xiàn)[11]建立了考慮N–1條件的風(fēng)電與抽水蓄能電站聯(lián)合調(diào)度優(yōu)化模型。提前對(duì)系統(tǒng)需要的備用需求進(jìn)行核算[3-8]，可以為系統(tǒng)波動(dòng)和N–1故障提供裕度，但該類方法并不能保證滿足所有N–1安全需求和交流可行性需求；隨機(jī)規(guī)劃或者兩階段隨機(jī)規(guī)劃，核心是校驗(yàn)考慮N–1或G–1情況下的可行性來確定備用需求[12-15]，這類方法可以得到一個(gè)更可靠的運(yùn)行解，但是在實(shí)用性方面存在很多挑戰(zhàn)：計(jì)算量大，增加了現(xiàn)貨定價(jià)的復(fù)雜度；如何界定不確定性以平衡優(yōu)化精度和市場(chǎng)成員的需求。增加含故障分布因數(shù)的約束[9-11]可以在一定程度上考慮所有的N–1故障且構(gòu)建的線性化模型可以滿足調(diào)度時(shí)間要求，本文基于該方法構(gòu)建市場(chǎng)出清和校驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

目前較多文獻(xiàn)研究系統(tǒng)調(diào)度出清的N–1環(huán)節(jié)，少有文獻(xiàn)涉及交流可行性的校驗(yàn)過程。文獻(xiàn)[16]提到交流可行性或者補(bǔ)償市場(chǎng)出清的模型誤差，并計(jì)劃在未來市場(chǎng)中考慮交流特性來減小出清模型的精度造成的誤差。PJM、SPP提出基于直流最優(yōu)潮流（DC OPF）出清并進(jìn)行交流可行性校驗(yàn)，采用直流-交流潮流迭代和解耦交流模型；CAISO提出交流潮流分析并加入線性網(wǎng)損分量，通過迭代方法來考慮交流潮流模型的非線性因素。文獻(xiàn)[17]理論證明了無論是否考慮網(wǎng)損補(bǔ)償，直流最優(yōu)潮流的解均不是交流潮流的可行解。文獻(xiàn)[18-19]在比較約束松弛對(duì)調(diào)度解的影響時(shí)考慮了交流可行性校驗(yàn)。文獻(xiàn)[20]構(gòu)建了日前市場(chǎng)交流可行性出清校驗(yàn)流程，基于交流最優(yōu)潮流（AC OPF）恢復(fù)交流可行性。文獻(xiàn)[21]基于能量-輔助服務(wù)聯(lián)合優(yōu)化的出清方式研究安全校驗(yàn)越限的場(chǎng)外修正模型，為工業(yè)界修正機(jī)組組合和發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)提供了很好的參考。上述研究在一定程度上考慮交流可行性校驗(yàn)，但是并未對(duì)N–1校驗(yàn)和交流可行性校驗(yàn)的越限場(chǎng)景進(jìn)行分析和修正，此外，在大規(guī)模系統(tǒng)下的運(yùn)算效率和對(duì)中國(guó)電力市場(chǎng)的適應(yīng)性仍需進(jìn)一步研究。

實(shí)際上，N–1校核和交流可行性校驗(yàn)經(jīng)常會(huì)發(fā)生越限情況，如果越限超過系統(tǒng)可接受范圍，需要進(jìn)行修正，繼而影響市場(chǎng)出清結(jié)果和市場(chǎng)成員的收益，非優(yōu)化類的修正行為更是會(huì)造成上抬費(fèi)用，影響市場(chǎng)公平性，現(xiàn)有研究少有對(duì)其進(jìn)行分析。

本文基于對(duì)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的全環(huán)節(jié)建模，提出交流可行性校驗(yàn)方法和滿足不同市場(chǎng)出清時(shí)間窗要求的越限修正策略，并對(duì)不同修正策略的優(yōu)勢(shì)和不足進(jìn)行分析和算例論證。

1 考慮調(diào)峰需求的日前市場(chǎng)出清模型及特性分析

隨著風(fēng)、光等可再生能源接入比例的增加，風(fēng)電的反調(diào)峰特性及不確定性，拉大了系統(tǒng)等效負(fù)荷的峰谷差，對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)峰提出了挑戰(zhàn)[22]?？紤]電力系統(tǒng)的調(diào)峰需求，構(gòu)建的含儲(chǔ)能設(shè)備的多時(shí)段機(jī)組組合模型為

目標(biāo)函數(shù)式（1）為最小化系統(tǒng)運(yùn)行成本，系統(tǒng)運(yùn)行成本包括燃料成本（其中cf表示發(fā)電機(jī)的成本向量，pt表示發(fā)電機(jī)的出力向量）、空載成本（其中cNL表示機(jī)組空載成本，ut表示機(jī)組狀態(tài)）、啟停成本（其中cSU,cSD分別機(jī)組的啟動(dòng)/停機(jī)成本向量，vt,wt分別表示為機(jī)組t時(shí)刻開機(jī)/停機(jī)向量）、儲(chǔ)能運(yùn)行成本（其中ce表示儲(chǔ)能成本向量，t表示儲(chǔ)能出力向量）；式（2）（3）為系統(tǒng)的供需平衡約束和潮流約束（其中Lt表示時(shí)刻t的負(fù)荷向量，F(xiàn)min和Fmax分別表示線路潮流的限值向量，D表示潮流轉(zhuǎn)移分布因子，1N是全1向量，μt,αt,βt表示對(duì)偶乘子向量）；式（4）為機(jī)組的爬坡約束（其中RSU和RSD分別為機(jī)組的上爬坡、下爬坡限值向量）；式（5）為機(jī)組在時(shí)刻t的出力限值（其中pt,min、pt,max為發(fā)電機(jī)出力限值）；式（6）為機(jī)組最小啟停時(shí)間約束（其中TU為機(jī)組最小啟動(dòng)/停機(jī)持續(xù)時(shí)間）；式（7）（8）為考慮機(jī)組啟停狀態(tài)的出力約束和爬坡約束；式（9）（10）為儲(chǔ)能私有約束（其中St為電池在時(shí)刻t的容量，St,min、St,max分別為電池的容量下限、上限，pt,cmin、pt,dmax表示充放電功率下限和上限）。

求解混合整數(shù)線性規(guī)劃模型（1）～（10），將整數(shù)變量固定可得考慮儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題，表示為

其中，線路潮流約束式（13）可包含基態(tài)約束和N–1約束。由于該出清模型中包含傳統(tǒng)機(jī)組和儲(chǔ)能設(shè)備，本文將論證考慮調(diào)峰需求之后，節(jié)點(diǎn)電價(jià)能夠滿足機(jī)組和儲(chǔ)能設(shè)備的激勵(lì)相容。

首先，整理問題（11）～（17）的Lagrange對(duì)偶問題為

根據(jù)問題（11）～（17）可知，節(jié)點(diǎn)電價(jià)的表達(dá)式為

進(jìn)一步可將式(18)目標(biāo)函數(shù)整理為

式(20)可等價(jià)為

式中：pit、it分別表示機(jī)組和儲(chǔ)能在時(shí)間t的出力變量；pit?、it?即相應(yīng)最優(yōu)解；λit,ci,f,ci,e分別表示節(jié)點(diǎn)i處t時(shí)刻的電價(jià)、機(jī)組出力成本和儲(chǔ)能運(yùn)行成本。

根據(jù)KKT條件的互補(bǔ)松弛性質(zhì)，進(jìn)一步簡(jiǎn)化，最終可得最優(yōu)解(pit?,it?,αt?,βt?,μt?)滿足機(jī)組的激勵(lì)相容和儲(chǔ)能設(shè)備的激勵(lì)相容。機(jī)組最大凈收益Ri,f和儲(chǔ)能的最大凈收益Ri,e分別為

上述證明表示儲(chǔ)能和其他機(jī)組自調(diào)度的最大收益等于執(zhí)行調(diào)度結(jié)果獲得的收益，機(jī)組并無偏離調(diào)度指令的動(dòng)機(jī)。然而在考慮N–1安全校核和交流可行性校驗(yàn)之后，儲(chǔ)能和機(jī)組的激勵(lì)相容不再成立。因而，需要在出清階段對(duì)出清結(jié)果進(jìn)行交流可行性恢復(fù)。

2 日前市場(chǎng)校驗(yàn)及修正策略

2.1 N–1安全校驗(yàn)

日前電力市場(chǎng)進(jìn)行N–1安全校核的過程如圖1所示，在經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的潮流約束中增加松弛，同時(shí)在目標(biāo)函數(shù)中增加對(duì)松弛的罰項(xiàng)。經(jīng)濟(jì)調(diào)度獲得機(jī)組出力作為基態(tài)解來篩選越限線路。具體來說，分別校驗(yàn)N–1場(chǎng)景下線路容量是否越限，如果越限，將越限線路增加到經(jīng)濟(jì)調(diào)度中重新進(jìn)行優(yōu)化，直至不再出現(xiàn)越限。

圖1 N–1安全分析過程Fig.1 N–1 contingency analysis process

通常，線路松弛會(huì)設(shè)置一個(gè)限值，如果最優(yōu)解為0（即線路松弛不起作用）或者小于松弛閾值，則N–1安全校驗(yàn)通過，下一步進(jìn)行交流可行性校驗(yàn)；反之，該安全校核模型中，若松弛起作用，則說明在t時(shí)刻系統(tǒng)出現(xiàn)單條線路斷線之后，現(xiàn)有機(jī)組組合下始終存在線路功率值超過其容量限值，造成系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，需對(duì)現(xiàn)有出清結(jié)果進(jìn)行修正。

2.2 交流可行性校驗(yàn)建模

由于前序市場(chǎng)調(diào)度模型和N–1安全校核模型都是基于直流最優(yōu)潮流模型，忽略了無功和電壓幅值的影響，其獲得的解是交流不可行的，與實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行存在偏離。因此，交流可行性校驗(yàn)?zāi)Ｐ图傲鞒?，具體過程如圖2所示。

圖2 交流可行域校驗(yàn)過程Fig.2 AC feasibility check process

日前市場(chǎng)出清獲得N–1可行解之后，根據(jù)有功出力值、上一時(shí)段系統(tǒng)參數(shù)及歷史數(shù)據(jù)或者人為經(jīng)驗(yàn)獲得的無功和電壓幅值等數(shù)據(jù)確定交流潮流的控制變量，求解交流潮流獲得交流可行解。由于交流潮流問題中不對(duì)潮流進(jìn)行約束，因而求解交流潮流的決策變量之后，再根據(jù)式（24）進(jìn)行潮流校驗(yàn)。

如果交流可行性中出現(xiàn)潮流超過裕度，為確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)出清結(jié)果進(jìn)行修正。根據(jù)式（24）獲取的越限支路和越限解信息，修改原安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度（security constrained economic dispatch, SCED）的潮流約束為

為進(jìn)一步分析該修正策略的物理內(nèi)涵，將越限潮流改寫為

式中：ΔFlt,vio表示支路l越限潮流超出限值的部分。

將式（26）代入式（25）可得

因而，式（25）在越限支路方向上對(duì)可行域進(jìn)行削減，使得再調(diào)度時(shí)該支路獲得補(bǔ)償直流-交流模型損失的空間。

通過式（25）所示的修正之后，重新求解SCED，并將獲得結(jié)果再次進(jìn)行交流潮流驗(yàn)證，直至校驗(yàn)之后潮流不再越限，交流潮流解即為交流可行解。

本部分所提交流可行性校驗(yàn)方法通過對(duì)SCED的潮流約束修改進(jìn)行再調(diào)度解決交流不可行的問題，每一次迭代修正都是該場(chǎng)景下最優(yōu)解，所獲得的節(jié)點(diǎn)電價(jià)能夠滿足該場(chǎng)景下各機(jī)組的各激勵(lì)相容，為場(chǎng)內(nèi)修正。在負(fù)荷波動(dòng)較小的場(chǎng)景下可以快速獲得交流可行解。

2.3 場(chǎng)外修正策略

如果N–1或者交流可行性校驗(yàn)失敗，即場(chǎng)內(nèi)修正不能獲得可行解，獨(dú)立市場(chǎng)運(yùn)行中心可以根據(jù)越限信息修正安全機(jī)組組合模型進(jìn)行重新求解。該方法下每一次迭代修正都是該場(chǎng)景下最優(yōu)解。然而，在實(shí)際出清過程中，尤其是復(fù)雜、大規(guī)模電力系統(tǒng)，混合整數(shù)線性規(guī)劃的安全約束機(jī)組組合問題求解非常耗時(shí)，重復(fù)迭代不能滿足工業(yè)實(shí)踐對(duì)出清時(shí)間的限制。因而，在出清時(shí)間限制時(shí)，市場(chǎng)會(huì)根據(jù)啟發(fā)式?jīng)Q策新開機(jī)機(jī)組，即為場(chǎng)外修正。電力市場(chǎng)出清中的場(chǎng)外修正定義為：為滿足市場(chǎng)某些要求必須對(duì)調(diào)度結(jié)果做出修正，且這種修正不能體現(xiàn)在出清優(yōu)化模型中，是可能損失經(jīng)濟(jì)性的調(diào)整[23]。

場(chǎng)外修正措施通過啟發(fā)式方法對(duì)未開機(jī)機(jī)組進(jìn)行排序，當(dāng)需要新增機(jī)組時(shí)，根據(jù)機(jī)組排序和功率缺額選擇機(jī)組，令所選機(jī)組總?cè)萘看笥诠β嗜鳖~。啟發(fā)式機(jī)組排序方法有2種：（1）基于功率轉(zhuǎn)移分布因子（ power transfer distribution factors，PTDF）的啟發(fā)式機(jī)組排序；（2）機(jī)組組合的凸松弛排序。

（1） 基于PTDF的啟發(fā)式機(jī)組排序。機(jī)組g對(duì)所有潮流越限支路的調(diào)節(jié)作用可表示為

式中：Dlg表示越限支路l的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)移分布因子；c表示越限場(chǎng)景；χlt,c為保證排序方向的參數(shù)。

機(jī)組在整個(gè)調(diào)度時(shí)段對(duì)潮流越限支路的調(diào)節(jié)作用可表示為

電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)中心得到越限支路的信息之后，通過式（28）（29）計(jì)算未開機(jī)機(jī)組在全調(diào)度時(shí)段內(nèi)對(duì)線路越限的緩解作用，給未開機(jī)機(jī)組排序，并將潮流越限值作為功率缺額，選擇新開機(jī)機(jī)組。

該種方法流程簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)速度快，可用于人工調(diào)節(jié)潮流越限。從理論角度，該方法通過功率轉(zhuǎn)移分布因子可以很快找到對(duì)消除線路越限作用最大的發(fā)電機(jī)。然而一旦傳輸過程存在阻塞，相關(guān)發(fā)電機(jī)將失去調(diào)節(jié)作用，甚至無法消除越限線路，并且由于忽略了對(duì)機(jī)組固定成本的考慮，機(jī)組的選擇無法保證經(jīng)濟(jì)性，在一定程度上增加了系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

（2）機(jī)組組合的凸松弛排序。為解決基于PTDF啟發(fā)式機(jī)組排序方法無法考慮線路阻塞的問題，本部分提出適用于能量市場(chǎng)出清的新增機(jī)組決策模型。模型可表示為

式（30）中已經(jīng)組合的發(fā)電機(jī)組在該次優(yōu)化中仍然處于固定狀態(tài)，將未開機(jī)機(jī)組進(jìn)行松弛。將一個(gè)混合整數(shù)線性規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)線性規(guī)劃問題求解，既能考慮到機(jī)組的固定成本，又能保證求解效率。然后，根據(jù)式（31）將未開機(jī)機(jī)組進(jìn)行排序，衡量各未開機(jī)機(jī)組在全時(shí)段內(nèi)對(duì)系統(tǒng)越限的緩解作用，最終根據(jù)機(jī)組排序和功率缺額選擇開機(jī)機(jī)組。

3 算例分析

基于IEEE 118節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證考慮調(diào)峰需求的市場(chǎng)出清模型的有效性、交流校核方法的有效性，并比較1種場(chǎng)內(nèi)修正策略及2種場(chǎng)外修正策略算例。

3.1 儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)電力市場(chǎng)的影響

基于IEEE 118節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，可調(diào)度機(jī)組共24臺(tái)，節(jié)點(diǎn)5處有儲(chǔ)能設(shè)備，最大放電功率為200 MW。比較有、無儲(chǔ)能設(shè)備2種場(chǎng)景的系統(tǒng)運(yùn)行成本。

儲(chǔ)能設(shè)備參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)前后，各時(shí)段開機(jī)機(jī)組總數(shù)如圖3所示。由圖3可知，在負(fù)荷高峰期（09:00—11:00，19:00—21:00），無儲(chǔ)能參與時(shí)的開機(jī)機(jī)組總是大于有儲(chǔ)能參與時(shí)，因?yàn)閮?chǔ)能在低負(fù)荷時(shí)段進(jìn)行充電，在負(fù)荷高峰期進(jìn)行放電，系統(tǒng)在負(fù)荷高峰期無需再另外開啟機(jī)組。比較有儲(chǔ)能和無儲(chǔ)能的開啟機(jī)組可知，無儲(chǔ)能時(shí)，機(jī)組啟動(dòng)最大為24臺(tái)，而有儲(chǔ)能時(shí)，機(jī)組啟動(dòng)最大僅為20臺(tái)，儲(chǔ)能的參與使得負(fù)荷高峰期啟動(dòng)機(jī)組減少，達(dá)到了調(diào)峰目的。

圖3 儲(chǔ)能設(shè)備參與前后各時(shí)段開機(jī)機(jī)組總和Fig.3 Sum of the committed units with and without storage

儲(chǔ)能參與前后系統(tǒng)總運(yùn)行成本比較如表1所示。儲(chǔ)能參與前系統(tǒng)總運(yùn)行成本為1 909 123美元，儲(chǔ)能參與后系統(tǒng)總運(yùn)行成本為1 899 025美元，運(yùn)行成本減少10 098美元。由此可知，即使考慮了儲(chǔ)能充放電成本，儲(chǔ)能參與市場(chǎng)仍能夠減小系統(tǒng)運(yùn)行成本，在系統(tǒng)高峰期，儲(chǔ)能能夠替代高成本的發(fā)電機(jī)提供電能，避免高成本的發(fā)電機(jī)頻繁啟停，因此系統(tǒng)總運(yùn)行成本減小。

表1 儲(chǔ)能參與前后系統(tǒng)運(yùn)行成本比較Table 1 Comparison of the operation cost with and without storage

如圖4所示，比較儲(chǔ)能參與前后“凈負(fù)荷”曲線可知，儲(chǔ)能參與后，“凈負(fù)荷”的時(shí)段偏差減小，對(duì)系統(tǒng)爬坡資源的要求降低。

圖4 儲(chǔ)能參與前后“凈負(fù)荷”曲線Fig.4 Comparison of net load curve with and without storage

3.2 交流可行性校驗(yàn)流程的有效性驗(yàn)證

首先求解SCUC和SCED，將結(jié)果作為AC PF的有功輸入，無功需求根據(jù)歷史數(shù)據(jù)設(shè)置，電壓幅值設(shè)置為1。將求解的交流潮流結(jié)果代入式(24)求解潮流復(fù)功率，并將越限的支路以模型(25)進(jìn)行修正，同時(shí)將有功解代入，重新求解SCED。每次校驗(yàn)之后該系統(tǒng)的越限支路數(shù)和越限幅度如表2所示。

表2 所提交流潮流可行性校驗(yàn)的有效性Table 2 The effectiveness of the proposed AC feasibility check method

最大越限幅度的計(jì)算公式為

式中：Fl,c表示支路的復(fù)功率值；Frate表示線路潮流的額定值。

由表2可知，通過修正模型(25)，修正3次（即4次交流可行性校驗(yàn)）之后，系統(tǒng)的越限支路由11條減少到2條，越限線路的最大越限幅度由11.36%下降到0.17%。通過交流可行性驗(yàn)證可以有效解決系統(tǒng)潮流越限的問題，同時(shí)保證系統(tǒng)的交流可行性。市場(chǎng)出清結(jié)果從直流解恢復(fù)為交流可行解，通過修正調(diào)度模型補(bǔ)償了直流模型與交流運(yùn)行特性不匹配導(dǎo)致的損失，在該情況下，電價(jià)仍然能夠保證機(jī)組的激勵(lì)相容且不需要機(jī)組因修正可行性而偏離最大收益的運(yùn)行點(diǎn)。

3.3 修正策略的比較

令118節(jié)點(diǎn)算例中，常規(guī)可調(diào)度機(jī)組有44臺(tái)，其余10臺(tái)機(jī)組處于檢修狀態(tài)，電力市場(chǎng)調(diào)度中心在緊急情況下可以決策檢修機(jī)組的開機(jī)狀態(tài)。首先，求解基態(tài)機(jī)組組合，共有25臺(tái)機(jī)組開機(jī)；然后進(jìn)行N–1安全校核，線路松弛起作用情況如表3所示，共有16個(gè)線路故障場(chǎng)景松弛因子起作用，且多數(shù)越限幅度都大于10%，因而現(xiàn)有機(jī)組開機(jī)狀態(tài)下無法滿足需求，需新增開機(jī)機(jī)組。

表3 N-1松弛因子起作用記錄Table 3 Record of constraint violation in N-1 contingency check

本部分比較場(chǎng)內(nèi)、場(chǎng)外修正策略的修正效果，及不同修正策略對(duì)市場(chǎng)各成員收益的影響。M1：場(chǎng)內(nèi)修正；M2 a：基于PTDF的機(jī)組決策；M2 b：機(jī)組組合的凸松弛決策方法。若市場(chǎng)出清時(shí)間充裕，M1通過將N–1場(chǎng)景和越限支路返回基態(tài)約束，構(gòu)建機(jī)組組合問題進(jìn)行決策（其中假設(shè)已開機(jī)機(jī)組狀態(tài)不變）。重新機(jī)組組合之后，開機(jī)機(jī)組有29臺(tái)，與基態(tài)機(jī)組組合相比，新開機(jī)4臺(tái)機(jī)組，其中1臺(tái)計(jì)劃?rùn)z修機(jī)組。再進(jìn)行N–1校核，松弛不起作用，校核通過。M2 a基于PTDF將計(jì)劃開機(jī)外的所有機(jī)組對(duì)越限線路的緩解作用進(jìn)行排序，根據(jù)越限容量篩選機(jī)組。新增5臺(tái)機(jī)組，其中5臺(tái)檢修機(jī)組。再進(jìn)行N–1校核，松弛不起作用，校核通過。M2 b將機(jī)組組合問題進(jìn)行松弛，根據(jù)機(jī)組組合變量對(duì)機(jī)組緩解越限作用進(jìn)行排序。重新決策之后，開機(jī)機(jī)組有30臺(tái)，新增5臺(tái)，其中常規(guī)機(jī)組4臺(tái)，計(jì)劃?rùn)z修機(jī)組1臺(tái)。再進(jìn)行N–1校核，松弛不起作用，校核通過。

圖5比較了3種修正策略的運(yùn)行成本、負(fù)荷花費(fèi)和機(jī)組收益差異。由圖5可知，場(chǎng)內(nèi)修正策略M1運(yùn)行成本最低，市場(chǎng)盈余最小，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。其原因是場(chǎng)內(nèi)修正本質(zhì)是優(yōu)化，不含經(jīng)驗(yàn)行為，能夠保證可行域內(nèi)最優(yōu)。在場(chǎng)外修正的2種策略中，M2 b效果較好，具有比M2 a更小的運(yùn)行成本和市場(chǎng)盈余。其原因是M2 b本質(zhì)是機(jī)組組合的凸優(yōu)化，能夠篩選對(duì)越限影響比較大的機(jī)組，同時(shí)考慮機(jī)組的固定成本。M2 a的經(jīng)濟(jì)性差于另外2種方法，其原因是僅考慮PTDF無法計(jì)及機(jī)組的啟停成本導(dǎo)致市場(chǎng)運(yùn)行成本增加，若存在阻塞，則修正效果不明顯。

圖5 場(chǎng)內(nèi)、場(chǎng)外修正策略對(duì)市場(chǎng)成員收益的影響Fig.5 The effect of three correction methods on payments

4 結(jié)語

本文研究考慮交流可行性校驗(yàn)的市場(chǎng)出清全環(huán)節(jié)建模及修正策略。首先，證明了節(jié)點(diǎn)電價(jià)機(jī)制在考慮儲(chǔ)能和傳統(tǒng)機(jī)組聯(lián)合調(diào)度時(shí)可滿足所有參與機(jī)組的激勵(lì)相容。然后，提出了交流可行性檢驗(yàn)及恢復(fù)方法，分析表明，若不出現(xiàn)交流潮流越限或者越限無需新增機(jī)組調(diào)節(jié)時(shí)，該方法可將直流出清解快速恢復(fù)為交流可行解；若越限需新增機(jī)組調(diào)節(jié)時(shí)，本文提出場(chǎng)內(nèi)修正和兩種場(chǎng)外修正策略。場(chǎng)內(nèi)修正策略下運(yùn)行成本低、市場(chǎng)盈余小，但需較長(zhǎng)的求解時(shí)間；場(chǎng)外修正策略運(yùn)行成本和市場(chǎng)盈余一般大于場(chǎng)內(nèi)修正，但其求解時(shí)間短，可適應(yīng)實(shí)時(shí)市場(chǎng)出清時(shí)間窗要求。為進(jìn)一步減小市場(chǎng)出清結(jié)果和交流運(yùn)行點(diǎn)的間隙，未來可將線性化交流最優(yōu)潮流模型引入現(xiàn)貨市場(chǎng)的出清流程，基于此，節(jié)點(diǎn)電價(jià)的適應(yīng)性和修正成本的價(jià)格分量需要進(jìn)一步研究。