一种基于划分聚类分析的动态分区电价计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于划分聚类分析的动态分区电价计算方法，构建直流最优潮流优化目标并确定电力系统运行约束条件，求解得到优化后的水电出力，然后求解节点电价、常规机组与新能源机组出力、潮流数据、有功对偶因子和节点注入功率；生成有效聚类属性；确定最优聚类数；通过标准化处理、欧式距离法生成相异度矩阵、划分聚类算法来实现聚类；根据聚类结果划分各电价区域，最终确定各区域统一定价；再将分区电价计算结果进行反馈，按照分区电价对各分区中的市场参与者进行结算。本发明专利技术能够确定各分区的电价，最终对同一区域内部的各个节点采用统一定价的方式进行结算，提高实际可操作性，符合大部分用户希望获得相对稳定价格的需求。

A Dynamic Partition Price Calculating Method Based on Partition Cluster Analysis

The invention discloses a dynamic partition electricity price calculation method based on partition clustering analysis, constructs the DC optimal power flow optimization objective and determines the operation constraints of the power system, solves the optimized hydropower output, and then solves the node electricity price, the output of conventional units and new energy units, power flow data, active dual factor and node injection power to generate effective clustering attributes. To determine the optimal clustering number; to achieve clustering by standardization, Euclidean distance method to generate the dissimilarity matrix, and partition clustering algorithm; to divide the electricity price regions according to the clustering results, and ultimately determine the unified pricing of each region; and then to feedback the calculation results of the electricity price in the zones, and to settle the market participants in the zones according to the electricity price in the zones. The invention can determine the electricity price of each district, and eventually settle the settlement of each node in the same region by a unified pricing method, so as to improve the practical operability and meet the needs of most users to obtain relatively stable prices.

【技术实现步骤摘要】
一种基于划分聚类分析的动态分区电价计算方法
本专利技术属于电力
，具体涉及一种基于划分聚类分析的动态分区电价计算方法。
技术介绍
随着电力市场的发展，市场中的出清方法和交易类型逐渐增多，以适应不同地区的电网特点。节点边际电价是最常用的现货市场出清模式，能够同时考虑各发电机组的边际成本以及电力网络的物理特性，包括输电阻塞和网损，从而求解得到某一时刻计及供电资源、电力网络特征的某节点新增单位负荷供电的最低成本。在电力市场中采用节点边际电价对电能量计价，能够在时间和空间两方面反映电力系统的实际供电成本，从而体现电力资源(包括发电、输电线路和损耗)的稀缺程度。可以明确的是，这种价格机制能够作为“看不见的手”为市场各参与方提供准确的经济信号，引导市场主体的经济行为理性化，从而提高电力资源使用效率，优化资源配置。然而需要指出的是，在电力系统的实际应用中节点边际电价机制也存在一些缺点。节点边际电价机制能够体现短期时间尺度下电能供应的边际成本，但考虑到电能供需具有不同于其他常规商品的特点，包括电能供需的同时性、快速性、实时性和随机性，采用节点边际电价机制可能会产生随时间序列剧烈波动的实时电价结果；另一方面，节点边际电价机制涵盖了电力系统约束对电价的影响，这也导致其所产生的电价结果具有复杂的空间分布特征，各节点的边际电价对于负荷分布和电力系统约束都异常敏感。可以看出在电力系统实际应用中，节点边际电价将会随时间和空间频繁变动，缺乏可预见性，在一定程度上阻碍了价格信号作用的发挥，市场参与者将不得不面对数千个剧烈变化的节点边际电价，各节点之间的信息交互成本高，实际可操作性较差；此外，节点边际电价纯粹由相应的数学模型通过优化算法得到，随着电力系统的持续发展，电力网络拓扑结构愈发复杂，节点电价的计算工作量将会持续增加，且所得到的电价结果透明性较差，对求解算法的依赖程度高，难以被市场的各方参与者共同接受，这也成为节点边际电价机制实际应用中的重要制约因素之一。一般而言，在实际电力系统中，输电阻塞通常只是频繁明显的发生在一定的地理区域内，而且其他区域输电阻塞发生的概率较小，情况也比较轻微。以西北地区电网为例，其作为新能源资源聚集地，由于新能源电源所处区域的负荷水平相对较低，可再生能源消纳面临远距离大容量输电、电网建设相对滞后、局部电网结构薄弱等问题，在系统实际运行中大规模新能源基地所处的周边地区，比如甘肃省河西、青海省海西等地区，将有可能出现严重的输电阻塞问题，影响新能源出力外送，而在其他区域则较少出现局部地区送出能力不足的情况。针对上述现象，实际上可以将整个市场的电力网络按照某种分区规则划分至若干个独立区域，使得同一区域内部的所有节点具有相近或相同的节点电价(该区域内部未发生输电阻塞)，进而结合分区结果和节点电价结果，通过分区定价模型确定各分区的电价，最终对同一区域内部的各个节点采用统一定价的方式进行结算，从而提高实际可操作性。这种基于节点边际电价机制，将电力市场转向用区域关系来简化复杂的电价定价方法就是分区边际电价机制，其最早并一直应用于北欧四国电力市场，目前在英国、美国佛罗里达州也得到了成功应用。除了上述完全实施分区定价机制的实际市场应用案例之外，其他多数采用节点电价的实际市场也或多或少地应用了分区定价理论。例如，作为节点电价典型应用案例之一的美国PJM市场，就存在着众多小规模的电价分区，具体地，PJM市场共包含有四类交易节点类型，物理节点仅是其中一类，其他三类都是根据不同要求划分的小区域，即大量物理节点的集合。换句话说，在PJM市场中，电网的交易模型与物理模型并不完全重合。以集节点(hub)为例，PJM市场规则规定的设置基本标准有：确保电力系统的运行鲁棒性、价格的稳定性，以及电价的可预见性。最大的hub含有的物理节点数量超过100个，这种类似区域划分的市场设置明显体现出分区电价的价格信号作用。此外，纽约电力市场虽然在定价上完全使用了节点边际电价，但是对负荷的结算却采用了分区结算，将整个控制区域分成15个区，每个时段负荷的结算价格是负荷所在区域该时段的平均节点电价。这种区域划分方式还应用于纽约州分区备用模型。该结算方式体现了大部分用户希望获得相对稳定价格的要求，同样说明了分区电价的意义在于能够提供更为简洁清晰的价格信号。由上述实际节点电价市场中的分区电价理论的应用情况可以看出：尽管完全使用考虑网架约束的电力系统最优潮流物理模型计算出的节点边际电价才是出自调度过程的、真正的实际节点电能价格，才具有准确的物理和经济含义，而分区电价则需要对节点边际电价进行或多或少的简化，有可能会导致少量的价格扭曲现象，然而合理平均和适当近似所具有的好处，如电价的透明性和可预见性，在实际应用中可以抵消价格扭曲的副作用。所以在实际市场中已经很少使用与物理节点含义完全相同的节点边际电价机制，多数市场都进行了某种程度的简化或使用混合机制。由分区边际电价机制的基本原则可知，划分在不同区域的节点电价是不同的，这意味着区域的划分将直接影响系统各节点电价的取值。因此，分区边际电价机制在实际应用中需要解决的一个关键问题就是如何制定合理有效、适用性强的区域划分准则。考虑到输电网络拓扑结构和电力系统运行状态的复杂性，分区边界的给定一直以来都是一个比较困难且备受争议的问题。如果区域划分结果不能够准确反映系统实际运行的线路阻塞情况，就有可能会出现各分区之间输电阻塞较少甚至没有输电阻塞，而各分区内部出现严重输电阻塞的情况，导致分区边际电价的价格信号严重扭曲，产生错误的市场导向。在电力市场设计中，设计一种节点边际电价简化形式或者合适的分区边际电价，使其在实际运行中有效并容易操作十分重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于划分聚类分析的动态分区电价计算方法，兼具效率且实用性强，尤其适用于具有复杂空间分布特征的大型电力系统。本专利技术采用以下技术方案：一种基于划分聚类分析的动态分区电价计算方法，获得电力系统基本技术数据、电力系统运行约束条件数据、报价数据；构建直流最优潮流优化目标并确定电力系统运行约束条件，根据获取的数据利用直流最优潮流优化目标函数求解得到优化后的水电出力，然后以最小化火电、水电、新能源的购电费用为目标函数求解节点电价、常规机组与新能源机组出力、潮流数据、有功对偶因子和节点注入功率；根据节点电价计算结果和潮流因子生成有效聚类属性；计算密度指标、距离指标、设定阈值，确定最优聚类数；通过标准化处理、欧式距离法生成相异度矩阵、划分聚类算法来实现聚类；根据聚类结果划分各电价区域，最终确定各区域统一定价；再将分区电价计算结果进行反馈，按照分区电价对各分区中的市场参与者进行结算。具体的，以最小化火电和水电的购电费用为目标函数建立优化目标如下：其中，T代表报价时段，C为常规机组，H为水电机组，G_C为常规机组出力，G_H为水电机组出力。具体的，电力系统运行约束条件包括节点功率平衡约束、线路传输功率极限约束和机组出力约束，求解构建的机组组合模型，得到优化后的水电出力GH0。进一步的，电力系统运行约束条件计算如下：S.T.eT(PG_C+PG_H-PD)＝0其中，eT为单位行向量，PG_C为常规机组出力，PG_H为水电机组出力，P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于划分聚类分析的动态分区电价计算方法，其特征在于，获得电力系统基本技术数据、电力系统运行约束条件数据、报价数据；构建直流最优潮流优化目标并确定电力系统运行约束条件，根据获取的数据利用直流最优潮流优化目标函数求解得到优化后的水电出力，然后以最小化火电、水电、新能源的购电费用为目标函数求解节点电价、常规机组与新能源机组出力、潮流数据、有功对偶因子和节点注入功率；根据节点电价计算结果和潮流因子生成有效聚类属性；计算密度指标、距离指标、设定阈值，确定最优聚类数；通过标准化处理、欧式距离法生成相异度矩阵、划分聚类算法来实现聚类；根据聚类结果划分各电价区域，最终确定各区域统一定价；再将分区电价计算结果进行反馈，按照分区电价对各分区中的市场参与者进行结算。

【技术特征摘要】
1.一种基于划分聚类分析的动态分区电价计算方法，其特征在于，获得电力系统基本技术数据、电力系统运行约束条件数据、报价数据；构建直流最优潮流优化目标并确定电力系统运行约束条件，根据获取的数据利用直流最优潮流优化目标函数求解得到优化后的水电出力，然后以最小化火电、水电、新能源的购电费用为目标函数求解节点电价、常规机组与新能源机组出力、潮流数据、有功对偶因子和节点注入功率；根据节点电价计算结果和潮流因子生成有效聚类属性；计算密度指标、距离指标、设定阈值，确定最优聚类数；通过标准化处理、欧式距离法生成相异度矩阵、划分聚类算法来实现聚类；根据聚类结果划分各电价区域，最终确定各区域统一定价；再将分区电价计算结果进行反馈，按照分区电价对各分区中的市场参与者进行结算。2.根据权利要求1所述的基于划分聚类分析的动态分区电价计算方法，其特征在于，以最小化火电和水电的购电费用为目标函数建立优化目标如下：其中，T代表报价时段，C为常规机组，H为水电机组，G_C为常规机组出力，G_H为水电机组出力。3.根据权利要求1或2所述的基于划分聚类分析的动态分区电价计算方法，其特征在于，电力系统运行约束条件包括节点功率平衡约束、线路传输功率极限约束和机组出力约束，求解构建的机组组合模型，得到优化后的水电出力GH0。4.根据权利要求3所述的基于划分聚类分析的动态分区电价计算方法，其特征在于，电力系统运行约束条件计算如下：S.T.eT(PG_C+PG_H-PD)＝0其中，eT为单位行向量，PG_C为常规机组出力，PG_H为水电机组出力，PD为负荷，T代表报价时段，为线路的潮流极限。5.根据权利要求1所述的基于划分聚类分析的动态分区电价计算方法，其特征在于，以最小化火电、水电以及新能源的购电费用为目标函数具体如下：Min∑G_C*Bid_C+∑G_H*Bid_H+∑G_R*Bid_R其中，G_C为常规机组出力，Bid_C为常规机组报价，G_H为水电机组出力，Bid_H为水电机组报价，G_R为新能源机组出力，Bid_R为新能源机组报价。6.根据权利要求1所述的基于划分聚类分析的动态分区电价计算方法，其特征在于，有效聚类属性包括如下：基于现有系统网架数据，计算得到系统的潮流转移矩阵，作为一种聚类属性；读入各节点的节点电价数据，作为第二种聚类属性；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建学，李昀昊，姜正庭，刘彦洋，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61