本發明涉及電力系統及其自動化領域，具體是一種考慮跨區備用互濟的聯合市場出清方法。
背景技術：
1、中國各區域資源稟賦的大幅差異，導致新能源跨省跨區消納的需求愈發迫切。截至2023年底，全國新能源發電總裝機容量達到10.5億千瓦，占總裝機容量35.99％；建成特高壓直流輸電通道20條，跨省跨區輸電能力約3億千瓦。未來，中國將持續推進跨省跨區輸電通道規劃建設和配電網升級改造，考慮新能源大規模并網后的電力資源廣域配置將成為未來中國電力系統的主流趨勢。
2、目前，各國調度系統均基于跨區輸電線路傳輸能力確定容許送電范圍，并據此開展電力資源的跨區優化配置。中國的跨區調度采取分區模式，由國調中心先統籌制定跨區聯絡線電能量傳輸計劃，各省/區根據跨區邊界條件制定自身的調度計劃。美國電力現貨市場框架下，各個獨立系統運營商(isos)需要提前發布聯絡線信息與價格信號，促進各區域間開展跨區電力傳輸與市場交易。在歐洲電力市場中，歐洲跨區電力市場在日前和日內考慮跨區傳輸能力，出清算法按社會福利最大化制定出清結果和跨區電能量計劃，通過市場的手段實現了負荷-頻率控制(lfc)區的電能從低價區流向高價區，實現了電力資源的跨區優化配置，區域市場的耦合減少了高比例新能源對歐洲電網電力平衡的沖擊。
3、上述跨區交易方式下，跨區聯絡線交易僅考慮電能量交易，對于跨區輸入電能的實時平衡在事后進行考慮。中國跨區輸入的電能基本不承擔輔助服務義務，由受端區域負責電能的實時平衡。美國以區域間電能凈交換量開展跨區電能量交易，從而彌補區域發電量與需求量之間的差額。歐洲部分輸電系統運營商(tsos)在日前聯絡線電能量出清完成后，采取數據驅動的方式評估跨區交易資源的充裕性。但由于新能源隨機性、波動性、不確定性的特定，在未來新能源大規模并網的場景下，備用輔助服務資源的充裕性將會成為制約新能源跨區消納的主要因素。
4、當前，中國建成了反映發電側和用戶側供需匹配的能量市場，并根據供需匹配關系形成了能量稀缺價格，但尚未建成能夠反映備用輔助服務供需匹配的區域備用市場，尚未形成能夠反映備用稀缺性的備用稀缺性價格。因此，有必要研究計及備用跨區互濟的市場機制，構建可精準反映輔助服務價值、引導供需充分競爭的跨區備用輔助服務市場，實現資源的廣域優化配置。
技術實現思路
1、本發明的目的是提供一種考慮跨區備用互濟的聯合市場出清方法，包括以下步驟：
2、1)考慮機組能量與備用之間的耦合關系，以總運行成本最小為目標，構建安全約束機組組合模型；
3、2)求解安全約束機組組合模型，得到機組組合方案；
4、3)構建安全約束經濟調度模型；
5、4)基于步驟2)的機組組合方案，求解安全約束經濟調度模型，得到安全約束經濟調度模型約束條件的對偶乘子；
6、5)基于對偶乘子，進行市場主體結算，包括能量結算和備用輔助服務結算。
7、進一步，安全約束機組組合模型的目標函數如下所示：
8、
9、式中：pj,t為傳統發電機j在t時刻的出清量；pw,t為新能源機組w在t時刻的出清量；和分別為傳統發電機組j在t時刻的上、下備用中標量；分別為傳統發電機j在t時刻的發電成本、上備用成本、下備用成本、啟動成本、停機成本；為新能源機組w在t時刻的發電成本；和為機組啟、停布爾變量；t為時段集合；j為傳統發電機集合；w為新能源機組集合。
10、進一步，安全約束機組組合模型的約束條件包括功率平衡約束、線路潮流約束、傳統機組爬坡約束、傳統機組啟停時間約束、傳統機組啟停邏輯約束、備用需求申報約束、備用傳輸線路容量預留約束、機組中標量約束、新能源備用需求調整約束。
11、進一步，功率平衡約束如下所示：
12、
13、式中：pn,t為節點n在t時刻的負荷需求；n為節點集合，λt為功率平衡約束的對偶乘子；
14、線路潮流約束如下所示：
15、
16、式中：γi,n為線路i對于節點n的轉移分布因子；en,j和en,w分別為傳統發電機j和新能源機組w所在節點n的標記；和分別為t時刻線路i的傳輸容量上、下限；fi,t為t時刻線路i的傳輸線路潮流分布；σi,t和分別為潮流下、上限約束的對偶乘子；
17、傳統機組爬坡約束如下所示：
18、
19、式中：為傳統機組j在t時刻的運行狀態布爾變量；ruj和rdj分別為機組的上、下爬坡速率；suj和sdj分別為機組啟、停時最大爬坡速率；pj,t-1為傳統發電機j在t-1時刻的出清量；為傳統機組j在t-1時刻的運行狀態布爾變量；
20、傳統機組啟停時間約束如下所示：
21、
22、式中，to和ts分別為最小開機時間和最小停機時間；為傳統機組j在k時刻的運行狀態布爾變量；
23、傳統機組啟停邏輯約束如下所示：
24、
25、式中，為機組初始運行狀態；為t＝1時刻機組運行狀態；
26、備用需求申報約束如下所示：
27、
28、式中，和分別為新能源機組w在t時刻申報的上、下備用需求；和分別為節點n處電力用戶申報的上、下備用需求；和分別為新能源機組w在t時刻的上、下備用調整變量；為功率平衡約束的上、下備用對偶乘子；
29、備用傳輸線路容量預留約束如下所示：
30、
31、式中，和分別為計及上備用傳輸通道預留的下、上限約束對偶乘子；和分別為計及下備用傳輸通道預留的下、上限約束對偶乘子；
32、機組中標量約束如下所示：
33、
34、式中，為傳統機組j在時刻t的備用中標狀態布爾變量，m為足夠大的常數；為傳統發電機j出清量上下限；為新能源機組w在t時刻的出清量上限；
35、新能源備用需求調整約束如下所示：
36、
37、式中，和分別為上、下備用調整量系數，本文取1；為新能源備用需求調整狀態布爾變量。
38、進一步，安全約束經濟調度模型的目標函數如下所示：
39、
40、式中，j*為t時刻處于開機狀態的傳統機組集合。
41、進一步，安全約束經濟調度模型的約束條件包括式(2)、-式(6)、式(11)-式(24)。
42、進一步，機組組合方案包括傳統機組j的運行狀態變量啟動狀態變量停機狀態變量
43、進一步，步驟5)中，進行市場主體結算的步驟包括：
44、5.1)計算各市場產品價格，即：
45、
46、式中：和分為節點n在t時刻的能量、上備用和下備用節點邊際價格，γ'i,n＝γn,i為變化后的潮流轉移分布因子；i為線路集合；σi,t和分別為常規線路潮流下、上限約束的對偶乘子；和分別為計及上備用傳輸通道預留的下、上限約束對偶乘子；和分別為計及下備用傳輸通道預留的下、上限約束對偶乘子；
47、5.2)進行能量市場結算，得到：
48、
49、式中：為傳統機組的能量收益，為新能源機組的能量收益，為電力用戶的能量支付；
50、5.3)進行上備用市場結算，得到：
51、
52、式中：為傳統機組的上備用收益，為新能源機組的上備用支付，為電力用戶的上備用支付。
53、5.4)進行下備用市場結算，得到：
54、
55、式中：為傳統機組的下備用收益，為新能源機組的下備用支付，為電力用戶的下備用支付。
56、進一步，進行市場主體結算后，傳統發電機組按照下備用出清量和下備用節點邊際價格乘積獲得下備用收益，新能源機組和電力用戶按照下備用需求量與下備用節點邊際價格乘積支付下備用費用；
57、傳統發電機組和新能源機組按照能量出清量和能量節點邊際價格乘積獲得能量收益，電力用戶的能量結算按照負荷量與能量節點邊際價格的乘積支付能量費用，傳輸線路獲得常規阻塞盈余收益。
58、傳統發電機組按照上備用出清量和上備用節點邊際價格乘積獲得上備用收益，新能源機組和電力用戶按照上備用需求量與上備用節點邊際價格乘積支付上備用費用。
59、進一步，安全約束機組組合模型、安全約束經濟調度模型的求解工具包括cplex求解器。
60、本發明的技術效果是毋庸置疑的，本發明通過區域能量與備用的聯合出清結算，促進新能源的跨區消納的同時讓新能源承擔相應的輔助服務成本，為電力系統的優化調度和安全穩定運行提供有力的支撐。