本发明涉及电力系统领域，具体是一种适用于容量约束越限的电力市场出清系统。
背景技术：
电力市场出清是通过求解一个安全约束经济调度(sced)问题得到。为了保证安全约束经济调度问题有可行解，目前多数电力市场运营机构都会在约束中加入松弛因子。同时在目标函数中加入罚因子，罚因子即反映容量约束越限导致的成本。为了保证越限程度尽可能小，电力市场运营机构会在计算软件中将罚因子设为一个很大的值。但是，这一很大的罚因子会影响节点电力节点发电回报(lmp)，尖峰价格甚至会达到正常价格的数百倍甚至上千倍。支路越限尽量小和合理电力节点发电回报之间存在矛盾。
为了解决该问题，各个电力市场运营机构都提出了不同的方法来减轻罚因子对电力节点发电回报的影响。一种思路是分段线性函数管理罚因子，根据线路越限程度和电压等级确定罚因子，但是当支路越限严重时，仍要选取较大的罚因子，电力节点发电回报尖峰仍然存在；另一种思路是构建一个定价模型获得电力节点发电回报，分离调度和定价模型可在一定程度上解决罚因子造成的电力节点发电回报尖峰，但是电力节点发电回报脱离于调度模型，不再具备节点电力节点发电回报的优良性质，如激励相容，需要对部分发电机进行额外补偿(upliftpayment)，而额外补偿对不同发电机存在差异，会影响市场透明程度。并且，目前电力市场采用的定价模型中均采用特定的罚因子，而对于罚因子的确定，至今仍未找到合适的方法。
技术实现要素：
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种适用于容量约束越限的电力市场出清系统，主要包括数据采集模块、电力系统安全调度模块、电力节点发电回报规划模块和电力市场出清模块。
所述数据采集模块采集电力数据，并发送至电力系统安全调度模块。
基于电力数据，所述电力系统安全调度模块建立电力系统sced模型。
进一步，建立电力系统sced模型的主要步骤如下：
a)建立有约束的电力系统sced模型，即：
式中，hi(·)表示发电机成本函数。pi表示发电机出力。ai表示系统全局约束的系数矩阵。b表示全局约束的常数项。
b)基于拉格朗日函数，将有约束的电力系统sced模型转换为无约束的电力系统sced模型，即：
所述电力节点发电回报规划模块调取电力系统sced模型，并建立适用于容量约束越限的电力节点发电回报规划模型。
进一步，建立适用于容量约束越限的电力节点发电回报规划模型的主要步骤如下：
a)确定适用于容量约束越限的电力节点发电回报规划模型的目标函数，即：
式中，λ表示电力节点发电回报。ui表示电力节点发电回报的额外补偿。
b)建立适用于容量约束越限的电力节点发电回报规划模型约束条件，包括电力节点发电回报约束、激励相容约束、最大电力节点发电回报约束和互补松弛约束。
电力节点发电回报约束如下所示：
式中，n为发电机总数。
激励相容约束如下所示：
式中，
最大电力节点发电回报约束如下所示：
λi≤λmax。(6)
式中，λmax为最大电力节点发电回报。
互补松弛约束如下所示：
σj＝0,支路j未达界。(7)
所述电力市场出清模块调取电力节点发电回报规划模型，并建立适用于容量约束越限且满足实际市场出清速度要求的电力市场出清模型。
进一步，适用于容量约束越限且满足实际市场出清速度要求的电力市场出清模型如下所示：
本发明的技术效果是毋庸置疑的。本发明在不出现约束越限的情况下，所得电力节点发电回报和传统节点电力节点发电回报理论方法所获得的结果完全一致。当出现约束越限，罚因子造成电力节点发电回报尖峰时候，本发明提出的方法能够在解决电力节点发电回报尖峰问题的同时，获得比目前电力市场实践更小的额外补偿，提高电力市场透明程度。
附图说明
图1为m1方法电力节点发电回报示意图；
图2为m2和m3方法电力节点发电回报示意图；
图3为ieee118节点电价上限与系统额外补偿关系图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
一种适用于容量约束越限的电力市场出清系统，主要包括数据采集模块、电力系统安全调度模块、电力节点发电回报规划模块和电力市场出清模块。
所述数据采集模块采集电力数据，并发送至电力系统安全调度模块。
基于电力数据，所述电力系统安全调度模块建立电力系统sced模型。
进一步，建立电力系统sced模型的主要步骤如下：
a)建立有约束的电力系统sced模型，即：
式中，hi(·)表示发电机成本函数。pi表示发电机出力。ai表示系统全局约束的系数矩阵。b表示全局约束的常数项。
b)基于拉格朗日函数，将有约束的电力系统sced模型转换为无约束的电力系统sced模型，即：
所述电力节点发电回报规划模块调取电力系统sced模型，并建立适用于容量约束越限的电力节点发电回报规划模型。上标d表示保证系统越限程度最小时的参数。r为无约束的电力系统sced模型发电机数量。
进一步，建立适用于容量约束越限的电力节点发电回报规划模型的主要步骤如下：
a)确定适用于容量约束越限的电力节点发电回报规划模型的目标函数，即：
式中，λ表示电力节点发电回报。ui表示电力节点发电回报的额外补偿。f(λ)表示电力节点发电回报函数。
b)建立适用于容量约束越限的电力节点发电回报规划模型约束条件，包括电力节点发电回报约束、激励相容约束、最大电力节点发电回报约束和互补松弛约束。
电力节点发电回报约束如下所示：
式中，n为发电机总数。
激励相容约束如下所示：
式中，
最大电力节点发电回报约束如下所示：
λi≤λmax。(6)
式中，λmax为最大电力节点发电回报。
互补松弛约束如下所示：
σj＝0,支路j未达界。(7)
σ为互补松弛约束表征参数。
所述电力市场出清模块调取电力节点发电回报规划模型，并建立适用于容量约束越限且满足实际市场出清速度要求的电力市场出清模型。
进一步，适用于容量约束越限且满足实际市场出清速度要求的电力市场出清模型如下所示：
上标t表示转置。
实施例2：
一种适用于容量约束越限的电力市场出清系统，主要包括数据采集模块、电力系统安全调度模块、电力节点发电回报规划模块和电力市场出清模块。
所述数据采集模块采集电力数据，并发送至电力系统安全调度模块。
基于电力数据，所述电力系统安全调度模块建立电力系统sced模型。
所述电力节点发电回报规划模块调取电力系统sced模型，并建立适用于容量约束越限的电力节点发电回报规划模型。
所述电力市场出清模块调取电力节点发电回报规划模型，并建立适用于容量约束越限且满足实际市场出清速度要求的电力市场出清模型。
实施例3：
一种适用于容量约束越限的电力市场出清系统，主要内容见实施例2，其中，建立电力系统sced模型的主要步骤如下：
1)建立有约束的电力系统sced模型，即：
式中，hi(·)表示发电机成本函数。pi表示发电机出力。ai表示系统全局约束的系数矩阵。b表示全局约束的常数项。
2)基于拉格朗日函数，将有约束的电力系统sced模型转换为无约束的电力系统sced模型，即：
实施例4：
一种适用于容量约束越限的电力市场出清系统，主要内容见实施例2，其中，建立适用于容量约束越限的电力节点发电回报规划模型的主要步骤如下：
1)确定适用于容量约束越限的电力节点发电回报规划模型的目标函数，即：
式中，λ表示电力节点发电回报。ui表示电力节点发电回报的额外补偿。
2)建立适用于容量约束越限的电力节点发电回报规划模型约束条件，包括电力节点发电回报约束、激励相容约束、最大电力节点发电回报约束和互补松弛约束。
电力节点发电回报约束如下所示：
式中，n为发电机总数。
激励相容约束如下所示：
式中，
最大电力节点发电回报约束如下所示：
λi≤λmax。(4)
式中，λmax为最大电力节点发电回报。
互补松弛约束如下所示：
σj＝0,支路j未达界。(5)
实施例5：
一种适用于容量约束越限的电力市场出清系统，主要内容见实施例2，其中，适用于容量约束越限的电力市场出清模型如下所示：
实施例6：
参见图1至图3，一种验证适用于容量约束越限的电力市场出清方法的实验，主要包括以下步骤：
1)建立ieee30节点测试系统。
2)为验证本发明所提约束越限下的市场出清方法，以解决罚因子导致的电力节点发电回报尖峰问题，采用如下3种模型进行比较：
m1:传统的市场出清方法，调度问题和定价问题采用同一个模型，节点电力节点发电回报由调度问题的对偶解获得。
m2:广东/miso采用的市场出清方法，调度问题和电力节点发电回报规划问题分离，调度问题中罚因子设定为极大值，电力节点发电回报规划问题中将发电机出力固定在调度解附近，同时将罚因子取较小值。
m3:本发明所提市场出清方法，调度问题和电力节点发电回报规划分离，调度问题中罚因子设定为极大值，重新构建新的电力节点发电回报规划问题，电力节点发电回报规划问题中将电力节点发电回报作为决策变量，将电力节点发电回报应具备的激励相容、互补松弛和价格上限等性质作为约束，并将最小。
为衡量不同方法的特点和对电力市场运行的影响程度，采用比较指标包括节点电价幅值、额外补偿和调节额外补偿和电力节点发电回报规划的可行性。
3)罚因子越限下市场出清方法的仿真验证
首先，将在安全经济调度模型中将罚因子设置为一个极大值，$10000/mwh。其中，节点6和节点8之间的支路10越限，该现象表明该系统无法通过调节发电机将越限部分消除，此外，支路29和支路30为阻塞支路。当支路越限，该支路的对偶乘子等于罚因子值，进而各节点电价通过ptdftσ被影响，出现尖峰电价，如图1所示。然后，在m2中，一种基于调度模型的改进定价方法，在该定价模型中将发电机出力固定在调度解附近，同时罚因子取较小值，$100/mwh。该方法中，越限支路的对偶乘子等于$100/mwh。价格尖峰得到缓解，最高价格为$87.88/mwh，额外补偿为$10.42。各节点电价如图2中m2线所示。在m3中，电价作为决策变量，同时需要满足其应具备的优良性质和价格上限约束，此处将价格上限设为$87.88/mwh，额外补偿为$3.54下降了66.03％，该方法所各节点电价如图2中线m3所示。
三种方法的对偶乘子比较如表i，由表可知，m2和m3减小了越限约束的对偶乘子。其中，m2中阻塞支路的罚因子为0，该现象是由于m2定价方法将发电机出力固定在调度解附近，定价问题中调度解变化导致支路潮流变化，调度问题中达界的约束在定价问题中不再达界。m2和m3的各机组额外补偿如表ii所示，m3的总额外补偿小于m2，提高了市场透明程度，其原因是m3方法以最小额外补偿为目标，m2是也是m3方法的可行解，但不是最优解。
表iieee30节点中m2和m3定价方法的越限/阻塞对偶乘子比较
表iiieee30节点系统各发电机额外补偿比较
此外，通过8节点系统验证本发明所提方法的可控性，如图3所示。当电力节点发电回报上限不断增加时，额外补偿减小，但电力节点发电回报上限增加到1.76e4美元/兆瓦时，额外补偿为0。
1.一种适用于容量约束越限的电力市场出清系统，其特征在于：主要包括数据采集模块、电力系统安全调度模块、电力节点发电回报规划模块和电力市场出清模块。
所述数据采集模块采集电力数据，并发送至电力系统安全调度模块；
基于电力数据，所述电力系统安全调度模块建立电力系统sced模型；
所述电力节点发电回报规划模块调取电力系统sced模型，并建立适用于容量约束越限的电力节点发电回报规划模型；
所述电力市场出清模块调取电力节点发电回报规划模型，并建立适用于容量约束越限且满足实际市场出清速度要求的电力市场出清模型。
2.根据权利要求1所述的一种适用于容量约束越限的电力市场出清系统，其特征在于，建立电力系统sced模型的主要步骤如下：
1)建立有约束的电力系统sced模型，即：
式中，hi(·)表示发电机成本函数；pi表示发电机出力；ai表示系统全局约束的系数矩阵；b表示全局约束的常数项；
2)基于拉格朗日函数，将有约束的电力系统sced模型转换为无约束的电力系统sced模型，即：
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于容量约束越限的电力市场出清系统，其特征在于，建立适用于容量约束越限的电力节点发电回报规划模型的主要步骤如下：
1)确定适用于容量约束越限的电力节点发电回报规划模型的目标函数，即：
式中，λ表示电力节点发电回报；ui表示电力节点发电回报的额外补偿。
2)建立适用于容量约束越限的电力节点发电回报规划模型约束条件，包括电力节点发电回报约束、激励相容约束、最大电力节点发电回报约束和互补松弛约束；
电力节点发电回报约束如下所示：
式中，n为发电机总数；
激励相容约束如下所示：
式中，
最大电力节点发电回报约束如下所示：
λi≤λmax；(6)
式中，λmax为最大电力节点发电回报；
互补松弛约束如下所示：
σj＝0,支路j未达界。(7)
4.根据权利要求1所述的一种适用于容量约束越限的电力市场出清系统，其特征在于，适用于容量约束越限且满足实际市场出清速度要求的电力市场出清模型如下所示：
