CN113052631A - 一种竞争性售电市场多产消者p2p日前交易机制 - Google Patents

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CN113052631A CN202110290290.8A CN202110290290A CN113052631A CN 113052631 A CN113052631 A CN 113052631A CN 202110290290 A CN202110290290 A CN 202110290290A CN 113052631 A CN113052631 A CN 113052631A
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Abstract

本发明公开了一种竞争性售电市场多产消者P2P日前交易机制，涉及竞争性售电市场点对点交易技术领域，包括对产消者的基本特征进行归纳分析，提出产消者典型的组合类型；采用供给函数均衡模型对产消者竞价行为进行建模，确定产消者的购售电需求，确立含多产消者的P2P交易平台参与日前市场交易；考虑电网公司对P2P交易平台过网输电费用的制定规则和点对点交易主体之间的电气距离和交易量的分级定价标准；在交易窗口期，产消者买卖双方分别向电力交易中心提交由电价/电量组成的购售电报价，买家和卖家除了提交自己的报价外，还分别浏览平台内其他产消者报价；采用VCG拍卖机制对产消者之间进行点对点匹配，并确定交易过程的拍卖价格和交易价格。

Description

一种竞争性售电市场多产消者P2P日前交易机制
技术领域
本发明涉及竞争性售电市场点对点交易领域，具体为一种竞争性售电市场多产消者P2P日前交易机制。
背景技术
随着分布式能源的快速发展以及竞争性售电市场逐渐放开，具有生产、消费电能的产消者在配电网中逐渐兴起。分布式能源分散存在于配电网的不同节点中，但由于交易准入限制，用户想申报参与交易的部分可能未满足交易的最低准入要求，部分资源无法参与到交易与调度中，导致资源的浪费。产消者能够整合多种分布式能源参与市场交易，合理协调调度产消者可以实现局部电能共享，具有降低运行成本、为配网扩容、实现分布式能源就地消纳等优点。目前，国内外对于产消者有一定的研究，但多数对产消者的研究多是基于固定产消者的组合模式，将其视为同质产品，很少涉及分散式资源在不同时段动态组合形成不同产消者的多样性，仍存在以下问题：
一是在未来产消者不仅仅局限于如一栋智能楼宇建筑，产消者类型和能源共享模式会进行丰富，针对不同类型的用户和分布式能源可以组合成不同类型的产消者参与市场交易；
二是目前关于产消者的交易基本没有考虑产消者对电网公司的过网输电费用的支付。除此以外，对于小规模分散式资源目前的研究多是集中式交易，由电网公司统一出清，未考虑产消者之间的点对点交易来解决能源供需问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种竞争性售电市场多产消者P2P日前交易机制。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种竞争性售电市场多产消者P2P日前交易机制，包括以下步骤：
步骤1，对产消者的基本特征进行归纳分析，提出产消者典型的组合类型；
步骤2，在产消者层面，采用供给函数均衡模型对产消者竞价行为进行建模，确定产消者的购售电需求，确立含多产消者的P2P交易平台参与日前市场交易；
步骤3，在P2P平台层面，考虑电网公司对过网输电费用的制定规则，并考虑点对点交易主体之间的电气距离和交易量的分级定价标准；
步骤4，在交易窗口期，产消者买卖双方分别向电力交易中心提交由电价/电量组成的购售电报价，买卖双方同时提交多个报价；
步骤5，电力交易中心展示所有可选用的报价，买家和卖家除了提交自己的报价外，还分别浏览平台内其他产消者报价；
步骤6，采用VCG拍卖机制对产消者之间进行点对点匹配，并确定交易过程的拍卖价格和交易价格，买家浏览到一份合约并有意进行交易时，买家向该售电产消者发送一份合同，并请求确认；卖家浏览买家报价并寻求交易。
优选的，产消者典型的组合类型具有动态性，产消者内部资源在不同时段受价格、申报容量、申报类型影响，由不同生产、消费方进行组合构成不同对外特性的产消者参与竞争性售电市场交易；
在不同时段，未达到市场交易准入的资源通过集体联盟参与组建产消者，共同达到准入量；已经达到交易准入的资源直接参与P2P平台与其他产消者进行交易。
优选的，含有多余电能的产消者将多余的电能出售给P2P平台中的其他产消者或普通用户，存在电量缺额的产消者需要向其余产消者购买电能，此时该产消者视为普通用电用户，对于未参与P2P平台交易的普通用户，由电网公司向其供电；
电力交易中心是P2P交易平台的管理者与监督者，保证P2P平台交易安全执行，引导P2P平台有序健康发展，具有独立优化决策且完全理性的产消者通过向电力交易中心提交投标、报价曲线与其余产消者形成竞争，最大化自身利益，电网公司向P2P平台传输的不平衡功率和过网输电费用收取，需经由电力交易中心签字确认。
P2P交易平台建立后，电网公司一方面向P2P平台内售电方收取过网输电费用；另一方面在P2P平台内部供电不足时维持功率平衡，保证供电的可靠性，对于未参与P2P平台的普通用户，电网公司直接向其供电，为传统配电网交易模式向P2P交易模式转变提供平稳过渡。
优选的，产消者含有可再生能源、微型燃气轮机、储能单元、电动汽车以及需求响应资源，对产消者层面资源进行建模包括以下内容：
1)可在生能源出力模型
设产消者的数量为N，对于其中一个产消者e来说，根据其在调度时段所属角色不同，可为卖方n或买方m，其PV和WT模型如下：
Figure BDA0002979286300000021
Figure BDA0002979286300000022
式中：
Figure BDA0002979286300000023
为第e个产消者在t时段的实际PV、WT出力值；
Figure BDA0002979286300000024
为根据历史数据预测的光伏、风电出力最大值；
2)微型燃气轮机模型
产消者的微型燃气轮机运行成本为：
Figure BDA0002979286300000031
Figure BDA0002979286300000032
Figure BDA0002979286300000033
式中：
Figure BDA0002979286300000034
分别为第e个产消者中MT申报的独立合同有功出力上下限；
Figure BDA0002979286300000035
为产消者e在时段t微型燃气轮机出力值；rd,i、ru,i分别为机组e的向下和向上爬坡率；ΔT为一个运行时段；
3)储能单元模型
产消者中第k个储能单元模型为：
Figure BDA0002979286300000036
Figure BDA0002979286300000037
Figure BDA0002979286300000038
Figure BDA0002979286300000039
式中：
Figure BDA00029792863000000310
为储能单元放电和充电状态的0-1变量；NESS为储能单元放电和充电状态转换次数上限；
Figure BDA00029792863000000311
为放电功率上下限；
Figure BDA00029792863000000312
为充电功率上下限；
Figure BDA00029792863000000313
为储能单元在第t时段的容量状态；
Figure BDA00029792863000000314
为考虑储能单元寿命等因素的容量上下限值；
Figure BDA0002979286300000041
分别为充电和放电效率系数，其取值范围为
Figure BDA0002979286300000042
4)电动汽车模型
产消者中电动汽车模型为：
Figure BDA0002979286300000043
式中：
Figure BDA0002979286300000044
Ev、hv分别为电动汽车的电池购买成本、电池可用循环次数、电池容量和电池可用放电限度；
Figure BDA0002979286300000045
为电动汽车在t时刻的放电功率；
Figure BDA0002979286300000046
为电动汽车的放电效率；Sv、dv,t分别为电动汽车的单位行使距离消耗的功率和t时刻行使的距离。
5)需求响应类负荷模型
产消者中允许用户参与需求响应，需求响应分为可中断负荷IL和可平移负荷IL。
Figure BDA0002979286300000047
Figure BDA0002979286300000048
Figure BDA0002979286300000049
Figure BDA00029792863000000410
Figure BDA00029792863000000411
式中：
Figure BDA00029792863000000412
为t时段第a个IL用户的负荷中断量；
Figure BDA00029792863000000413
为t时段第b个TL用户的负荷平移量；
Figure BDA00029792863000000414
为IL用户的负荷中断的单位补偿费用；
Figure BDA00029792863000000415
为TL用户的负荷平移的单位补偿费用；
Figure BDA00029792863000000416
和
Figure BDA00029792863000000417
分别为第a个IL用户申报的独立IL合同上下限；
Figure BDA00029792863000000418
和
Figure BDA00029792863000000419
分别为第b个TL用户申报的独立TL合同上下限；
Figure BDA00029792863000000420
分别为负荷平移削减量和负荷平移增加量。
6)产消者能量平衡约束
P2P平台内在满足市场准入规则的情况下的产消者参与竞价层进行售电交易，产消者的购售电需满足如下约束：
Figure BDA00029792863000000421
Figure BDA0002979286300000051
Figure BDA0002979286300000052
式中：
Figure BDA0002979286300000053
为产消者预计售电上限；
Figure BDA0002979286300000054
为产消者预计购电上限；
Figure BDA0002979286300000055
为产消者e在时段t从产消者f购买的功率；
Figure BDA0002979286300000056
为产消者e在时段t售电总功率；
Figure BDA0002979286300000057
表示对于产消者e来说，其对所有产消者售电总功率应等于其余产消者从产消者e购买的功率之和；
每个产消者需满足以下功率平衡约束：
Figure BDA0002979286300000058
式中：
Figure BDA0002979286300000059
为产消者e在时段t的负荷量，
Figure BDA00029792863000000510
为电动汽车在t时刻的充电功率；
Figure BDA00029792863000000511
为电动汽车的充电效率；
优选的，采用供给函数均衡模型对产消者竞价行为进行建模包括以下内容：
基于供给函数均衡模型构造产消者的投标、报价函数，发电侧产消者报价函数为：
Figure BDA00029792863000000512
Figure BDA00029792863000000513
式中：
Figure BDA00029792863000000514
为发电侧产消者e报价的售电电价；αe,t为产消者e调整竞标曲线的决策变量，定义产消者购电功率为正，售电功率为负；
Figure BDA00029792863000000515
为产消者e自身用电负荷；
用电侧产消者投标函数为：
Figure BDA00029792863000000516
式中：
Figure BDA00029792863000000517
为用电侧产消者e投标的购电电价；βe,t为产消者e调整竞标曲线的决策变量。
最终成交的拍卖价格为：
Figure BDA0002979286300000061
交易价格为：
Figure BDA0002979286300000062
式中：
Figure BDA0002979286300000063
为点对点匹配的产消者e过网输电费用。
发电侧产消者报价过后，电力交易中心在收集到用电侧产消者投标信息之后，确定发电侧和用电侧产消者匹配，采用按报价结算的收益机制结算，发电侧产消者e收益的具体目标为：
Figure BDA0002979286300000064
式中：
Figure BDA0002979286300000065
为产消者内部单元运行成本。
P2P准入规则和维持市场秩序给分散式资源的准入带来了一定的要求，产消者需在满足P2P平台准入规则的情况下参与平台交易，需满足如下约束：
Figure BDA0002979286300000066
Figure BDA0002979286300000067
式中：
Figure BDA0002979286300000068
分别为产消者e报价和投标电价下限和上限；
Figure BDA0002979286300000069
分别为产消者e参与日前市场交易电量下限和上限。
优选的，通过使用电气距离来计算过网输电费用，在P2P交易开始之前，电网公司提前提供过网输电费用收取标准，电网公司在决定收费标准时，应考虑资本成本回收、电力线路维护和现代化成本、税收和政策因素，电网公司支持P2P交易模式的推广，减少因小容量产消者产生的电量并网增加电网的负担；
如果买方n通过电气距离dnm向卖方m购买
Figure BDA00029792863000000610
的电量，则买方n的过网输电费用表示为：
Figure BDA00029792863000000611
Figure BDA00029792863000000612
式中：dnm为考虑电气距离的过网输电费用系数；χl为l段过网输电费用价格；
Figure BDA0002979286300000071
为买方n向卖方m电量交易值；W为交易电量
Figure BDA0002979286300000072
大于的第l段分段功率区间；
Figure BDA0002979286300000073
表示针对某一个产消者来说，P2P交易的过网输电费用由买卖双方共同承担；
使用电力传输距离来估计卖方和买方之间的电气距离；两个节点之间的PTD表示有多少网络资产被用于促进两个节点之间的P2P交易；PTD是用功率传输分配系数PIDF计算的；在给定线路ι∈L上，从一个节点到另一个节点的交易功率占比为PTDF。
Figure BDA0002979286300000074
优选的，在P2P交易模式下，需要电力交易中心供产消者报价、报量，同时对产消者的合同进行审核，电网公司负责对交易过程的过网输电费用收取以及不平衡功率输送；
电力交易中心需要对收集到的信息进行合理审批，促进P2P平台内部交易，减少从上级电网购电功率，具体的目标函数表示为：
Figure BDA0002979286300000075
式中：
Figure BDA0002979286300000076
为产消者交易电价；
Figure BDA0002979286300000077
为产消者竞标功率；
Figure BDA0002979286300000078
为电网公司为补充P2P平台不平衡功率的售电电价；Pt grid为补充不平衡功率的调度出力；
针对P2P平台的设立，电网公司通过收取过网输电费用来从P2P平台获利；考虑到P2P平台的运营成本，一方面包括信息流和能量流：信息流的通信互动成本，能量流的功率输送成本；另一方面包含P2P平台的建设维护以及阻塞管理综合成本；因此需要对电网公司收取的过网输电费用进行利润分配：
Figure BDA0002979286300000079
Ftrans＝C1+C2+C3+Futility
式中：Ftrans为电网公司收取产消者的过网输电费用；C1为P2P平台信息流通信成本；C2为P2P平台能量流功率输送成本；C3为P2P平台建设维护以及阻塞管理等综合成本；Futility为最终电网公司在P2P平台中的收益；
电网公司的利润来源是通过在P2P平台收取的过网输电费用除去其余成本获取的收益Futility，以及维持系统功率平衡补充不平衡功率来获取收益，其总收益F表示为：
Figure BDA0002979286300000081
优选的，VCG拍卖机制的交易撮合流程包括：
产消者之间竞价策略相互影响，属于完全信息下的非合作博弈，P2P平台拟定的拍卖计划包含三个要素：买方、卖方和拍卖商，买方为消费者，卖方为生产者，在电力交易中心进行拍卖，然后由电力交易中心充当拍卖商完成产消者之间的合同签订；最终，各产消者和P2P平台电力交易中心达成博弈均衡；
产消者之间的拍卖分为两步，具体如下：
Step1：确定拍卖价格和参与合同签订的产消者确定。在拍卖过程中，电力交易中心根据产消者的投标、报价来决定双边合同签订进行能源交易的产消者的数量；首先，卖方针对交易时段提供售电报价，标明它的供电数量与对应的价格需求，售电报价按照从低到高的顺序排列，得到P2P交易市场的供应曲线；同样，买方提交包含量价信息的投标，并按照价格从高到低的顺序进行排序，得到P2P交易市场上的需求曲线：
Figure BDA0002979286300000082
Step2：电力交易中心根据产消者的投标报价得到市场上的供需曲线，得到最高预定拍卖价格pmax，在VCG拍卖机制中，拍卖价格pauc被设定为第二高的预定拍卖价格，有文献证明了在博弈均衡条件下，拍卖价格对应于最高预定拍卖价格，因此假设pauc＝pmax；
确定了拍卖价格pauc，则确定了基于拍卖价格参与P2P交易的买家数量|Bauc|＝Bauc＜Bn和卖家数量|Sauc|＝Sauc＜Sm；所有满足拍卖条件
Figure BDA0002979286300000083
的产消者
Figure BDA0002979286300000084
将在P2P平台参与能源交易；
交易合同经过买卖双方以及电力交易中心三方签名后被视为生效，过网输电费用由买卖双方共同承担；买方所支付的费用包括确定的拍卖价格以及相应的过网输电费用，卖方获得拍卖价格减去相应的过网输电费用，所收取费用存在P2P平台中；当买方确定收货后，在P2P平台中将过网输电费用和拍卖价格成交费用分别发放到电网公司和卖方账户。
本发明的有益效果是：
1、采用本发明所设计的P2P交易平台在产消者层面可以通过投标、报价进行供需匹配达到能量共享，降低了每个产消者和系统整体的交易运行成本，产消者同时接受市场监管；在P2P平台层面电网公司收取过网输电费用提供保底供电服务，保证系统供电可靠性。
2、根据产消者的对外特性进行分类组合有利于对分散式资源的整合利用，提高了配电系统对分散式资源的利用率，同时使得产消者可以更清晰的制定对外策略。
3、通过过网输电费用的合理设定，使得电网公司可以从中获利，而过网输电费用的分级定价机制可以促进产消者之间进行更多的能量共享，考虑电气距离对过网输电费用的影响可以让产消者之间考虑距离传输成本。
附图说明
图1为竞争性售电市场多产消者P2P日前交易机制的流程图。
图2为产消者组合策略机制示意图。
图3为P2P平台交易模式示意图。
图4为过网输电费用分段定价机制示意图。
图5为P2P交易拍卖价格确定示意图。
图6为P2P平台交易流程图。
图7为T＝21h时P2P交易平台的报价/投标排序图。
图8为T＝21h时不同过网输电费用下的交易电价图。
图9为效益型/电源型产消者优化调度结果。
图10可中断/可平移负荷型产消者优化调度结果。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
参考图1，图1为竞争性售电市场多产消者P2P日前交易机制的流程图；该流程图包括步骤1到步骤6；
在步骤1中，对产消者的基本特征进行归纳分析，提出产消者典型的组合类型；
在步骤2中，在产消者层面，采用供给函数均衡模型对产消者竞价行为进行建模，确定产消者的购售电需求，确立含多产消者的P2P交易平台参与日前市场交易；
在步骤3中，在P2P平台层面，考虑电网公司对过网输电费用的制定规则，并考虑点对点交易主体之间的电气距离和交易量的分级定价标准；
本发明通过使用电气距离来计算过网输电费用。在P2P交易开始之前，电网公司提前提供过网输电费用收取标准。电网公司在决定收费标准时，应考虑资本成本回收、电力线路维护和现代化成本、税收和政策等因素。除此以外，电网企业支持P2P交易模式的推广，减少因小容量产消者产生的电量并网增加电网的负担。因此，采用过网输电费用分段定价机制。参考图4，最后一段过网输电费用大幅升高为了惩罚交易功率过大可能造成输电线路阻塞，线路传输需满足各项约束。
在步骤4中，在交易窗口期，产消者买卖双方分别向电力交易中心提交由电价/电量组成的购售电报价，买卖双方同时提交多个报价；
在本发明的一个实施例中，日前阶段中产消者利用分布式资源产生的电能除了满足自身需求外，还可以与其他产消者进行P2P模式的电能交易。在竞争性售电市场环境下，产消者将不会按照边际发电成本和用电需求进行投标、报价，而是为提高收益或降低成本调整投标、报价曲线。产消者向交易中心提交包括电价和电量的竞标信息。
在步骤5中，电力交易中心展示所有可选用的报价，买家和卖家除了提交自己的报价外，还分别浏览平台内其他产消者报价；
在步骤6中，采用VCG拍卖机制对产消者之间进行点对点匹配，并确定交易过程的拍卖价格和交易价格，买家浏览到一份合约并有意进行交易时，买家向该售电产消者发送一份合同，并请求确认；卖家浏览买家报价并寻求交易；
基于VCG拍卖机制撮合产消者之间P2P交易，当买家浏览到一份合约并有意进行交易时，它可以向该售电产消者发送一份合同，并请求确认。
在本发明的一个实施例中，P2P能源交易考虑采用满足激励相容理论的VCG拍卖方法进行P2P电能交易。这个机制有两个特点：一是该机制能激励竞拍者按照其对拍品的真实估值出价；二是该机制可以达到社会最优分配。这个机制是有效的，激励相容的，以及个人理性的，可以保证用户之间分配资源的公平性。
在本发明的一个实施例中，参考图5关于竞价交易遵循以下两个原则：(1)价格优先。当有多个产消者进行报价时，对于买方而言，买方出价高者拥有优先交易权，对于卖方而言，卖方报价低者可以优先选择交易；(2)时间优先。当买卖双方的物品及价格相同时，先进入市场报价者优先交易。
参考图2，产消者组合策略机制示意图。产消者准入规则的设立主要在于考虑到规模过小的分散式资源，如果直接参与传统电网调度机制，则享受不到P2P平台的福利。因此，也给予小规模资源参与P2P交易的权利，可优先考虑将未达到准入规则的小用户组合起来参与P2P平台进行交易。
在本发明的一个实施例中，基于组合的产消者对外特性，将外部特性呈供需都存在的产消者定义为效益型产消者；外部特性呈电源性的产消者定义为电源型产消者；外部特性呈负荷性的产消者根据可中断负荷、可平移负荷进一步分为可中断负荷型产消者和可平移负荷型产消者。售电市场中的分散式资源可通过向产消者动态组合平台上报实施电量和价格，优先组合价量低于准入规则的分散式资源。在不同交易时刻，根据内部资源的产消特性，产消者的对外特性都有可能会发生转变。
参考图3，P2P平台交易模式示意图。在竞争性售电市场背景下的P2P交易机制，主要有以下几类主体：产消者和普通用户、电力交易中心、电网公司。
在本发明的一个实施例中，上下层优化目标不一致且变量求解结果相互影响，本发明采用VCG拍卖规则与Cplex求解器相结合的方法求解模型的均衡解。对于上层交易中心收集信息和优化决策模型，采用VCG拍卖规则计算产消者的最优竞价策略，并将产消者形成的购售电计划和相应购售电价传输到P2P平台，各产消者通过在P2P平台中获得的信息寻求最优匹配方。对于下层各产消者优化调度模型，基于Yalmip平台，采用Cplex求解器进行求解，以保证解的计算效率和最优性，求解流程如图6所示。
在本发明的一个实施例中，在24时段P2P交易平台各产消者都会进行电量交易，本发明以其中某时段为例对P2P交易行为进行分析。如图7所示，给出了在21:00时(T＝21h)在P2P平台各产消者的报价、投标策略。从图中可以看出产消者6,2,3,8,4在该时段处于售电状态，向市场出售功率，产消者9,7,3,1,5在该时段处于购电状态，从市场购买功率满足自身用电缺额。根据P2P交易平台中VCG拍卖规则，最终只有产消者6,2,9,7,3能够进行电量成交,而且产消者3不能从该轮P2P交易中获得自身全部的功率缺额，产消者1,5,8,4竞标失败。
在本发明的一个实施例中，表1中给出了T＝21h时刻在P2P平台中各产消者在提交报价、投标后，交易中心返回给匹配成功签订合同的产消者的拍卖价格和交易价格。从表1中可以看出，产消者6和9、2和9、2和7、2和3拍卖价格相同，而且产消者2和9和不同产消者交易有着不同的拍卖价格，这是因为产消者2作为卖方，同时售电给其余多个产消者，因此有着不同的拍卖价格，产消者9从不同其余产消者购电，因此也有着不同的拍卖价格。同时可以看到产消者2和6的最终交易价格低于拍卖价格，而产消者9、7和3最终交易价格高于拍卖价格，这是因为产消者2和6作为卖方需向电网公司提交一定的过网输电费用，所以实际交易价格低于拍卖价格，而产消者9、7和3作为买方也许向电网公司提交一定过网输电费用，因此实际支付费用除拍卖价格还需额外支付一部分过网输电费用。
表1 T＝21h时产消者P2P模式下竞价策略(单位/元)
Figure BDA0002979286300000111
Figure BDA0002979286300000121
在本发明的一个实施例中，为进一步分析产消者在P2P交易平台中的优势，表2中列出了在P2P模式下和传统调度模式下产消者交易的效益对比。通过表2的交易价格和表1交易价格对比可以发现，传统模式下产消者6和2的交易价格低于P2P模式，产消者9、7和3的交易价格高于P2P模式，说明在传统集中式调度下，卖方售电价格更低，买方购电价格更高。除此以外，通过表2中P2P模式和传统模式的收益可以进一步发现，传统调度模式下产消者6和2收益更低，产消者9、7和3支付成本更高。产生上述现象原因是因为在传统集中调度模式下，各产消者按照电网公司制定的购售电价进行买卖电量，售电利润低而购电成本高，同时传统集中式调度需要更长的输电距离，因此产生更多的过网输电费用，而P2P交易则可以通过市场竞争提高售电价格的同时又降低购电价格，同时输电距离缩短也就减少了过网输电费用。通过以上分析可得出，相较于传统的集中式调度，采用本发明所提的P2P交易模型更有利于市场中产消者获利。
表2 T＝21h时在P2P模式和传统模式下对比分析(单位/元)
Figure BDA0002979286300000122
参考图8和表3可以看出，通过设置不同的过网输电费用标准，对于产消者的收益也产生影响。当不设置过网输电费用时，各产消者卖方售电价格最高，买方购电价格最低，随着过网输电费用设置标准的提高，卖方售电价格逐渐下降，买方购电价格逐渐上升，电网公司获利逐渐增加，图中阴影部分即表示电网公共企业的获利来源。表3中给出了产消者在不同过网输电费用标准下的收益情况，可以看出随着标准提高，卖方收益减少，买方成本增加。因此电网公司设置合适的过网输电费用至关重要。在电网公共服企业获得过网输电费用后，需要进行利润分配来维护整个电网的安全稳定运行。
表3 T＝21h时不同过网输电费用收益对比(单位/元)
Figure BDA0002979286300000123
在本发明的一个实施例中，参考图9和图10，产消者1作为“效益型”以自身最大化收益为目标，产消者1在时段4-19内供大于求，因此向P2P平台报价售电，其余时段存在电量缺额，因此需向P2P平台进行投标购电。产消者4作为“发电型”主要向P2P平台售电来获得收益，自身内部没有传统负荷，因此考虑自身发电成本后最大化向市场售电，因为燃气轮机组的发电成本每时段都低于向平台报价价格，因此从图中可以看出，燃气轮机组满发出力。产消者2作为“IL-Pro”，从图10可以看出，其在负荷高峰时段电量需求大，通过IL的调控来达到削峰填谷作用，保持内部各单元安全稳定运行。产消者6作为“TL-Pro”考虑可再生能源最大化发电，同时保证其供电稳定性，因此考虑使用TL来平抑风光波动性。从图10可以看出，在经过TL的出力变化来平抑可再生能源出力波动性后，风电、光伏呈现的功率曲线稳定性大大提升。在时段9-12和16-18内，因自身电量缺额，需向P2P平台进行投标购电满足功率平衡。
本发明提出了一种在竞争性售电市场下考虑过网输电费用的新的P2P交易机制模型，并基于SFE与VCG拍卖规则设计了面向多产消者交易的配电网管控下的P2P交易平台。通过算例仿真验证，得到以下结论：1)采用本发明所设计的P2P交易平台在产消者层面可以通过投标、报价进行供需匹配达到能量共享，降低了每个产消者和系统整体的交易运行成本，产消者同时接受市场监管；在P2P平台层面电网公司收取过网输电费用提供保底供电服务，保证系统供电可靠性。2)根据产消者的对外特性进行分类组合有利于对分散式资源的整合利用，提高了配电系统对分散式资源的利用率，同时使得产消者可以更清晰的制定对外策略。3)通过过网输电费用的合理设定，使得电网公司可以从中获利，而过网输电费用的分级定价机制可以促进产消者之间进行更多的能量共享，考虑电气距离对过网输电费用的影响可以让产消者之间考虑距离传输成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种竞争性售电市场多产消者P2P日前交易机制，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对产消者的基本特征进行归纳分析，提出产消者典型的组合类型；
步骤2，在产消者层面，采用供给函数均衡模型对产消者竞价行为进行建模，确定产消者的购售电需求，确立含多产消者的P2P交易平台参与日前市场交易；
步骤3，在P2P平台层面，考虑电网公司对过网输电费用的制定规则，并考虑点对点交易主体之间的电气距离和交易量的分级定价标准；
步骤4，在交易窗口期，产消者买卖双方分别向电力交易中心提交由电价/电量组成的购售电报价，买卖双方同时提交多个报价；
步骤5，电力交易中心展示所有可选用的报价，买家和卖家除了提交自己的报价外，还分别浏览平台内其他产消者报价；
步骤6，采用VCG拍卖机制对产消者之间进行点对点匹配，并确定交易过程的拍卖价格和交易价格，买家浏览到一份合约并有意进行交易时，买家向该售电产消者发送一份合同，并请求确认；卖家浏览买家报价并寻求交易。
2.根据权利要求1所述的一种竞争性售电市场多产消者P2P日前交易机制，其特征在于，产消者典型的组合类型具有动态性，产消者内部资源在不同时段受价格、申报容量、申报类型影响，由不同生产、消费方进行组合构成不同对外特性的产消者参与竞争性售电市场交易；
在不同时段，未达到市场交易准入的资源通过集体联盟参与组建产消者，共同达到准入量；已经达到交易准入的资源直接参与P2P平台与其他产消者进行交易。
3.根据权利要求1或2所述的一种竞争性售电市场多产消者P2P日前交易机制，其特征在于，含有多余电能的产消者将多余的电能出售给P2P平台中的其他产消者或普通用户，存在电量缺额的产消者需要向其余产消者购买电能，此时该产消者视为普通用电用户，对于未参与P2P平台交易的普通用户，由电网公司向其供电；
电力交易中心是P2P交易平台的管理者与监督者，保证P2P平台交易安全执行，引导P2P平台有序健康发展，具有独立优化决策且完全理性的产消者通过向电力交易中心提交投标、报价曲线与其余产消者形成竞争，最大化自身利益，电网公司向P2P平台传输的不平衡功率和过网输电费用收取，需经由电力交易中心签字确认；
P2P交易平台建立后，电网公司一方面向P2P平台内售电方收取过网输电费用；另一方面在P2P平台内部供电不足时维持功率平衡，保证供电的可靠性，对于未参与P2P平台的普通用户，电网公司直接向其供电，为传统配电网交易模式向P2P交易模式转变提供平稳过渡。
4.根据权利要求3所述的一种竞争性售电市场多产消者P2P日前交易机制，其特征在于，
产消者含有可再生能源、微型燃气轮机、储能单元、电动汽车以及需求响应资源，对产消者层面资源进行建模包括以下内容：
1)可在生能源出力模型
设产消者的数量为N，对于其中一个产消者e来说，根据其在调度时段所属角色不同，可为卖方n或买方m，其PV和WT模型如下：
Figure FDA0002979286290000021
Figure FDA0002979286290000022
式中：
Figure FDA0002979286290000023
为第e个产消者在t时段的实际PV、WT出力值；
Figure FDA0002979286290000024
为根据历史数据预测的光伏、风电出力最大值；
2)微型燃气轮机模型
产消者的微型燃气轮机运行成本为：
Figure FDA0002979286290000025
Figure FDA0002979286290000026
Figure FDA0002979286290000027
式中：
Figure FDA0002979286290000028
分别为第e个产消者中MT申报的独立合同有功出力上下限；
Figure FDA0002979286290000029
为产消者e在时段t微型燃气轮机出力值；rd,i、ru,i分别为机组e的向下和向上爬坡率；ΔT为一个运行时段；
3)储能单元模型
产消者中第k个储能单元模型为：
Figure FDA00029792862900000210
Figure FDA00029792862900000211
Figure FDA0002979286290000031
Figure FDA0002979286290000032
式中：
Figure FDA0002979286290000033
为储能单元放电和充电状态的0-1变量；NESS为储能单元放电和充电状态转换次数上限；
Figure FDA0002979286290000034
为放电功率上下限；
Figure FDA0002979286290000035
为充电功率上下限；
Figure FDA0002979286290000036
为储能单元在第t时段的容量状态；
Figure FDA0002979286290000037
为考虑储能单元寿命等因素的容量上下限值；
Figure FDA0002979286290000038
分别为充电和放电效率系数，其取值范围为
Figure FDA0002979286290000039
4)电动汽车模型
产消者中电动汽车模型为：
Figure FDA00029792862900000310
式中：
Figure FDA00029792862900000311
Ev、hv分别为电动汽车的电池购买成本、电池可用循环次数、电池容量和电池可用放电限度；
Figure FDA00029792862900000312
为电动汽车在t时刻的放电功率；
Figure FDA00029792862900000313
为电动汽车的放电效率；Sv、dv,t分别为电动汽车的单位行使距离消耗的功率和t时刻行使的距离；
5)需求响应类负荷模型
产消者中允许用户参与需求响应，需求响应分为可中断负荷IL和可平移负荷IL；
Figure FDA00029792862900000314
Figure FDA00029792862900000315
Figure FDA00029792862900000316
Figure FDA00029792862900000317
Figure FDA00029792862900000318
式中：
Figure FDA0002979286290000041
为t时段第a个IL用户的负荷中断量；
Figure FDA0002979286290000042
为t时段第b个TL用户的负荷平移量；
Figure FDA0002979286290000043
为IL用户的负荷中断的单位补偿费用；
Figure FDA0002979286290000044
为TL用户的负荷平移的单位补偿费用；
Figure FDA0002979286290000045
和
Figure FDA0002979286290000046
分别为第a个IL用户申报的独立IL合同上下限；
Figure FDA0002979286290000047
和
Figure FDA0002979286290000048
分别为第b个TL用户申报的独立TL合同上下限；
Figure FDA0002979286290000049
分别为负荷平移削减量和负荷平移增加量；
6)产消者能量平衡约束
P2P平台内在满足市场准入规则的情况下的产消者参与竞价层进行售电交易，产消者的购售电需满足如下约束：
Figure FDA00029792862900000410
Figure FDA00029792862900000411
Figure FDA00029792862900000412
式中：
Figure FDA00029792862900000413
为产消者预计售电上限；
Figure FDA00029792862900000414
为产消者预计购电上限；
Figure FDA00029792862900000415
为产消者e在时段t从产消者f购买的功率；
Figure FDA00029792862900000416
为产消者e在时段t售电总功率；
Figure FDA00029792862900000417
表示对于产消者e来说，其对所有产消者售电总功率应等于其余产消者从产消者e购买的功率之和；
每个产消者需满足以下功率平衡约束：
Figure FDA00029792862900000418
式中：
Figure FDA00029792862900000419
为产消者e在时段t的负荷量，
Figure FDA00029792862900000420
为电动汽车在t时刻的充电功率；
Figure FDA00029792862900000421
为电动汽车的充电效率；
5.根据权利要求4所述的一种竞争性售电市场多产消者P2P日前交易机制，其特征在于，采用供给函数均衡模型对产消者竞价行为进行建模包括以下内容：
基于供给函数均衡模型构造产消者的投标、报价函数，发电侧产消者报价函数为：
Figure FDA00029792862900000422
Figure FDA0002979286290000051
式中：
Figure FDA0002979286290000052
为发电侧产消者e报价的售电电价；αe,t为产消者e调整竞标曲线的决策变量，定义产消者购电功率为正，售电功率为负；
Figure FDA0002979286290000053
为产消者e自身用电负荷；
用电侧产消者投标函数为：
Figure FDA0002979286290000054
式中：
Figure FDA0002979286290000055
为用电侧产消者e投标的购电电价；βe,t为产消者e调整竞标曲线的决策变量；
最终成交的拍卖价格为：
Figure FDA0002979286290000056
交易价格为：
Figure FDA0002979286290000057
式中：
Figure FDA0002979286290000058
为点对点匹配的产消者e过网输电费用；
发电侧产消者报价过后，电力交易中心在收集到用电侧产消者投标信息之后，确定发电侧和用电侧产消者匹配，采用按报价结算的收益机制结算，发电侧产消者e收益的具体目标为：
Figure FDA0002979286290000059
式中：
Figure FDA00029792862900000510
为产消者内部单元运行成本；
P2P准入规则和维持市场秩序给分散式资源的准入带来了一定的要求，产消者需在满足P2P平台准入规则的情况下参与平台交易，需满足如下约束：
Figure FDA00029792862900000511
Figure FDA00029792862900000512
式中：
Figure FDA00029792862900000513
分别为产消者e报价和投标电价下限和上限；
Figure FDA00029792862900000514
分别为产消者e参与日前市场交易电量下限和上限。
6.根据权利要求5所述的一种竞争性售电市场多产消者P2P日前交易机制，其特征在于，通过使用电气距离来计算过网输电费用，在P2P交易开始之前，电网公司提前提供过网输电费用收取标准，电网公司在决定收费标准时，应考虑资本成本回收、电力线路维护和现代化成本、税收和政策因素，电网公司支持P2P交易模式的推广，减少因小容量产消者产生的电量并网增加电网的负担；
如果买方n通过电气距离dnm向卖方m购买
Figure FDA0002979286290000061
的电量，则买方n的过网输电费用表示为：
Figure FDA0002979286290000062
Figure FDA0002979286290000063
式中：dnm为考虑电气距离的过网输电费用系数；χl为l段过网输电费用价格；
Figure FDA0002979286290000064
为买方n向卖方m电量交易值；W为交易电量
Figure FDA0002979286290000065
大于的第l段分段功率区间；
Figure FDA0002979286290000066
表示针对某一个产消者来说，P2P交易的过网输电费用由买卖双方共同承担；
使用电力传输距离来估计卖方和买方之间的电气距离；两个节点之间的PTD表示有多少网络资产被用于促进两个节点之间的P2P交易；PTD是用功率传输分配系数PIDF计算的；在给定线路ι∈L上，从一个节点到另一个节点的交易功率占比为PTDF；
Figure FDA0002979286290000067
7.根据权利要求1所述的一种竞争性售电市场多产消者P2P日前交易机制，其特征在于，在P2P交易模式下，需要电力交易中心供产消者报价、报量，同时对产消者的合同进行审核，电网公司负责对交易过程的过网输电费用收取以及不平衡功率输送；
电力交易中心需要对收集到的信息进行合理审批，促进P2P平台内部交易，减少从上级电网购电功率，具体的目标函数表示为：
Figure FDA0002979286290000068
式中：
Figure FDA0002979286290000069
为产消者交易电价；
Figure FDA00029792862900000610
为产消者竞标功率；
Figure FDA00029792862900000611
为电网公司为补充P2P平台不平衡功率的售电电价；Pt grid为补充不平衡功率的调度出力；
针对P2P平台的设立，电网公司通过收取过网输电费用来从P2P平台获利；考虑到P2P平台的运营成本，一方面包括信息流和能量流：信息流的通信互动成本，能量流的功率输送成本；另一方面包含P2P平台的建设维护以及阻塞管理综合成本；因此需要对电网公司收取的过网输电费用进行利润分配：
Figure FDA0002979286290000071
Ftrans＝C1+C2+C3+Futility
式中：Ftrans为电网公司收取产消者的过网输电费用；C1为P2P平台信息流通信成本；C2为P2P平台能量流功率输送成本；C3为P2P平台建设维护以及阻塞管理等综合成本；Futility为最终电网公司在P2P平台中的收益；
电网公司的利润来源是通过在P2P平台收取的过网输电费用除去其余成本获取的收益Futility，以及维持系统功率平衡补充不平衡功率来获取收益，其总收益F表示为：
Figure FDA0002979286290000072
8.根据权利要求3所述的一种竞争性售电市场多产消者P2P日前交易机制，其特征在于，
VCG拍卖机制的交易撮合流程包括：
产消者之间竞价策略相互影响，属于完全信息下的非合作博弈，P2P平台拟定的拍卖计划包含三个要素：买方、卖方和拍卖商，买方为消费者，卖方为生产者，在电力交易中心进行拍卖，然后由电力交易中心充当拍卖商完成产消者之间的合同签订；最终，各产消者和P2P平台电力交易中心达成博弈均衡；
产消者之间的拍卖分为两步，具体如下：
Step1：确定拍卖价格和参与合同签订的产消者确定，在拍卖过程中，电力交易中心根据产消者的投标、报价来决定双边合同签订进行能源交易的产消者的数量；首先，卖方针对交易时段提供售电报价，标明它的供电数量与对应的价格需求，售电报价按照从低到高的顺序排列，得到P2P交易市场的供应曲线；同样，买方提交包含量价信息的投标，并按照价格从高到低的顺序进行排序，得到P2P交易市场上的需求曲线：
Figure FDA0002979286290000081
Step2：电力交易中心根据产消者的投标报价得到市场上的供需曲线，得到最高预定拍卖价格pmax，在VCG拍卖机制中，拍卖价格pauc被设定为第二高的预定拍卖价格，有文献证明了在博弈均衡条件下，拍卖价格对应于最高预定拍卖价格，因此假设pauc＝pmax；
确定了拍卖价格pauc，则确定了基于拍卖价格参与P2P交易的买家数量|Bauc|＝Bauc＜Bn和卖家数量|Sauc|＝Sauc＜Sm；所有满足拍卖条件
Figure FDA0002979286290000082
的产消者
Figure FDA0002979286290000083
将在P2P平台参与能源交易；
交易合同经过买卖双方以及电力交易中心三方签名后被视为生效，过网输电费用由买卖双方共同承担；买方所支付的费用包括确定的拍卖价格以及相应的过网输电费用，卖方获得拍卖价格减去相应的过网输电费用，所收取费用存在P2P平台中；当买方确定收货后，在P2P平台中将过网输电费用和拍卖价格成交费用分别发放到电网公司和卖方账户。
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