一種基于網絡安全約束的電力集中撮合交易仿真方法與流程

本發明涉及電力交易仿真領域，尤其是涉及一種基于網絡安全約束的電力集中撮合交易仿真方法。

背景技術：

目前國內外電力市場的競價交易機制一般分為雙邊交易和撮合交易兩種模式。

雙邊交易是指購售雙方直接協商，確定交易電量、交易曲線以及交易價格，經電力調度交易機構安全校核確認后，雙方簽訂雙邊交易合同的交易方式。

撮合交易是指購電方或售電方申報電量(或電力)和對應電價，購電方按照報價由高到低進行優先級排序，售電方按照折算排序價由低到高進行優先級排序，在滿足一定的網絡約束條件下，通過交易算法撮合購售雙方成交的交易方式。一般分為單買(或單賣)的單邊撮合交易和多買多賣的雙邊撮合交易兩種形式。

目前現有技術中直接交易仿真方法有個共同的缺陷，就是沒有考慮網絡安全約束。本質上，電力直接交易僅考慮電量平衡，缺乏電力實時平衡機制，無法真正滿足電力發、輸、配、用實時平衡的物理屬性要求，這也正是目前我國電力直接交易電量占比不高、安全校核難以真正有效展開的主要原因。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于網絡安全約束的電力集中撮合交易仿真方法。在集中撮合交易仿真過程中，通過集中出清和匹配撮合兩步實現集中撮合；為了滿足潮流約束，通過用戶負荷曲線及電網潮流轉移分布因子予以考慮。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于網絡安全約束的電力集中撮合交易仿真方法，該方法包括以下步驟：

s1、以用戶總收益減去發電商總成本作為目標函數，并設立約束條件，得到滿足網絡安全約束的集中出清模型；

s2、求解集中出清模型，得到市場個體直接交易量；

s3、利用市場個體直接交易量進行匹配撮合。

s1中的集中出清模型為：

滿足約束條件：

其中，ρm為發電商成本報價，γn為用戶報價；

為發電商m在h時段的出力；

t為政府核定的輸配電價；

xn為用戶的交易量；

為發電商m出力pm的下限；

為發電商m出力pm的上限；

為建立交易過程中的電量分解系數；

為用戶n負荷qn的最大值；

m為發電商數量；

n為用戶數量；

h為折算到小時的直接交易周期。

集中出清步驟還滿足網絡安全約束條件：

其中，jlm、jln分別為線路l對發電商m、用戶n所在母線節點的潮流轉移分布因子ptdf；

為發電商m在h時段的出力；

xn為用戶的交易量；

為建立交易過程中的電量分解系數；

fl為安全絕對值；

l為線路總數；

h為折算到小時的直接交易周期。

s3中的匹配撮合步驟包括：

s301、將最高的買價與最低的賣價進行比較，若買價高于或等于賣價則匹配成交，否則無法成交；

s302、在剩余未匹配的買賣交易中，按s301方法繼續進行交易匹配，直到滿足匹配撮合結束條件。

匹配撮合步驟結束條件為最高買價低于最低賣價或所有申報購電量均已成交。

s301中成交價格為配對雙方買價與賣價之和的二分之一，成交電量為買方與賣方申報電量的較小值。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1)首次將網絡安全約束納入直接交易市場出清約束條件中，有助于解決目前我國電力直接交易安全校核難以有效開展等問題，為直接交易規模進一步擴大做了理論儲備；

2)為市場監管者、市場個體深入分析研究集中撮合交易提供了有效仿真工具。

附圖說明

圖1為直接交易網絡圖；

圖2為4節點網絡接線圖；

圖3為負荷曲線圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應屬于本發明保護的范圍。

實施例

1基本概念

1.1直接交易網絡

采用圖1所示g表示直接交易網絡。圖中節點1、3和節點2、4分別代表發電商和用戶，各條邊代表直接交易，邊的權值代表直接交易電量。通過對直接交易網絡的加邊(建立交易)、減邊(刪除交易)操作加以實現。

1.2市場個體收益函數

假設市場中有m個發電商,n個用戶：其中發電商m(m＝1,2,…，m)的成本報價為ρm，用戶n(n＝1,2,...,n)的報價為γn；假設在任意演化時刻t，發電商m與用戶n之間的直接交易電量為價格等于買賣雙方報價的平均值，即(ρm+γn)/2；假設政府核定的輸配電價為t，輸配電成本由買賣雙方平均承擔。于是，直接交易網絡g^t對應發電商m與用戶n的收益函數um^t、un^t分別為：

其中，αmn＝(ρm+γn)/2-ρm＝γn-(ρm+γn)/2。

此外，為便于分析，定義直接交易網絡g^t對應的收益函數u(g^t)等于所有發電商和用戶收益函數之和，即

1.3電量分解

為考慮網絡安全約束，在對直接交易進行仿真之前，還需要根據用戶提供的負荷曲線把雙邊協商交易合同電量分解到每個小時。對于任意交易xmn^t，假設直接交易為年度交易，則分解到時段h的電量為fn^h·xmn^t(fn^h為電量分解系數，∑h∈hfn^h＝1，h為折算到小時的直接交易周期)。

2集中撮合交易仿真

本文所提集中撮合出清模型分為兩步：即集中出清階段和匹配撮合階段：

2.1集中出清階段

在集中出清階段，采用了類似pool交易市場的出清模型，即：

其中，ρm為發電商成本報價，γn為用戶報價；

為發電商m在h時段的出力；

t為政府核定的輸配電價；

xn為用戶的交易量；

為發電商m出力pm的下限；

為發電商m出力pm的上限；

為建立交易過程中的電量分解系數；

為用戶n負荷qn的最大值；

jlm、jln分別為線路l對發電商m、用戶n所在母線節點的潮流轉移分布因子ptdf；

fl為安全絕對值；

l、h為折算到小時的直接交易周期。

式(3)以用戶總收益減去發電商總成本為目標函數，xm^h為發電商m在h時段的出力；式(4)為電量平衡約束；式(5)、(6)分別表示發電出力限制和最大負荷限制；式(7)表示網絡安全校核；其他各參數同上節。根據集中出清結果，可得到各市場個體的直接交易量xm(＝xm^h)和xn。

不難證明，式(3中的目標函數恒等于所有發電商和用戶收益函數之和u(g)。

2.2匹配撮合階段

根據集中出清結果進行匹配撮合：先將最高的買價與最低的賣價進行比較，若買價高于或等于賣價則匹配成交，成交價格為配對雙方買價與賣價之和的二分之一，成交電量為買方與賣方申報電量的較小值；再在剩余未匹配的買賣交易中，按以上同樣的方法進行交易匹配，直到所有申報購電量均已成交或最高買價低于最低賣價為止。

3算例分析

以4節點系統(見圖2)為例，系統中所有支路電抗均為1，潮流約束均為10mw；該系統中有三個發電商(分別位于節點1、2、3)和四個用戶(分別位于節點1、2、3、4)，其他參數見表1。選num為300次，輸配電價為2$/mw。

表1發電商和用戶參數

3.1單時段算例

3.1.1集中撮合交易仿真結果

基于2節所建模型得到的集中撮合市場出清結果如表2所示：

表2單時段集中撮合仿真結果

由表2可知，單時段條件下，發電商1、2、3的出力分別為50mw、30mw和25mw；電力用戶1、2、3、4的負荷分別為30mw、30mw、25mw和20mw，總的社會剩余為925$。

3.2多時段算例

本文假設時段集合為h＝{1,2,…,24}，用戶l1、l2、l3和l4的負荷曲線如圖3所示。

3.2.1集中撮合交易仿真結果

基于2節所建模型得到的集中撮合市場出清結果如表3所示。

由表3可知，多時段情況下集中撮合交易總電量達到2139mw，總社會剩余為18719$。相比單時段情況，多時段條件形成的交易對幾乎與單時段相同(僅多一個g3-l1交易對)，這主要由撮合交易價差高低匹配的本質所決定。

表3多時段集中撮合交易結果

4結論

本文提出了考慮網絡安全約束的電力直接交易仿真方法。在集中撮合交易仿真過程中，采用了集中出清、匹配撮合兩步法；為了滿足潮流約束，通過用戶提交的負荷曲線及電網潮流轉移分布因子予以考慮。算例表明，本發明所提方法可以真實的反映交易隨機性和網絡安全約束對電力直接交易的各種影響，計及了交易過程中的各種不確定性以及網絡安全等實際約束。

本文所提仿真方法具有如下意義：1)、首次將網絡安全約束納入直接交易市場出清約束條件中，有助于解決目前我國電力直接交易安全校核難以有效開展等問題，為直接交易規模進一步擴大做了理論儲備；2)、為市場監管者、市場個體深入分析研究集中撮合交易提供了有效仿真工具。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以權利要求的保護范圍為準。