CN113077284A - 一种考虑复杂订单类型的改进块交易市场的出清方法 - Google Patents

一种考虑复杂订单类型的改进块交易市场的出清方法 Download PDF

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CN113077284A CN202110360294.9A CN202110360294A CN113077284A CN 113077284 A CN113077284 A CN 113077284A CN 202110360294 A CN202110360294 A CN 202110360294A CN 113077284 A CN113077284 A CN 113077284A
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Abstract

本发明涉及一种考虑复杂订单类型的改进块交易市场的出清方法，包括以下步骤:步骤S1:获取市场参与者申报的订单;步骤S2:根据订单约束和平衡约束，以市场总福利最大为目标函数，构建改进块交易市场出清模型；步骤S3:根据得到的改进块交易市场出清模型，添加辅助变量将模型线性化，并进行求解，得到市场主体中标结果；步骤S4:根据中标结果优化改进块交易市场出清模型，得到定价模型，进一步得到市场出清价格。本发明能够将出清模型与定价模型区分，使出清模型的中标结果在电力系统中实际可行，使定价模型的电价结果满足激励相容原理，确保市场主体尽量按中标结果运行，保证电网的安全稳定运行。

Description

一种考虑复杂订单类型的改进块交易市场的出清方法
技术领域
本发明涉及电力系统运作技术领域，涉及一种考虑复杂订单类型的改进块交易市场的出清方法。
背景技术
我国目前的中长期和现货市场对各种市场主体的支持还不够完善，存在着以下问题：1.电能量的时间价值在中长期市场上得不到体现；2.燃煤电厂在现货市场中频繁启停，浪费燃料，影响系统平稳运行；3.燃气电厂报价无法反应其发电成本随出力递减的特性；4.梯级水电厂的梯级约束在现货市场得不到保障；5.储能电站只能以实现指定的功率运行，不能参与市场优化。
为了解决传统中长期市场和现货市场存在的问题，块交易机制在欧洲市场开始得到广泛应用。块交易是一种改进的分时电力报价和出清机制，适用于各类中期市场和现货市场，包括能量市场和辅助服务市场。块交易的特点是市场参与者的买单和卖单都以“块”的形式提交，不同类型的块有着不同的特点，适合不同种类的产品。市场参与者通过提交适合其产品的块报价来达成理想的交易结果，使交易结果和市场参与者的物理特性相吻合，最大限度地保证了电力系统的安全有效运行。
现有方法对块交易出清的支持不足，只能用于出清部分订单类型，不能实现对电力系统运行更好的支持。只有支持所有订单类型的交易系统和出清方法才能做到对包括燃煤电厂、燃气电厂、水电厂、核电厂、风电厂、光伏电厂、储能电站、抽水蓄能电站等各种类型市场的支持。
综上所述，对块交易市场的出清方法进行研究，对于发展我国电力市场来说很有必要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种考虑复杂订单类型的改进块交易市场的出清方法，能够将出清模型与定价模型区分，使出清模型的中标结果在电力系统中实际可行，使定价模型的电价结果满足激励相容原理，确保市场主体尽量按中标结果运行，保证电网的安全稳定运行
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种考虑复杂订单类型的改进块交易市场的出清方法，包括以下步骤:
步骤S1:获取市场参与者申报的订单；
步骤S2:根据订单约束和平衡约束，以市场总福利最大为目标函数，构建改进块交易市场出清模型；
步骤S3:根据得到的改进块交易市场出清模型，添加辅助变量将模型线性化，并进行求解，得到市场主体中标结果；
步骤S4:根据中标结果优化改进块交易市场出清模型，得到定价模型，进一步得到市场出清价格。
进一步的，所述市场参与者申报的订单类型包括小时订单、灵活小时订单、常规块、灵活块、链式块、轮廓块、可缩减块、互斥组合以及它们组合而成的复杂订单类型。
进一步的，所述市场出清模型由目标函数、平衡约束和报价约束组成，其具体构成如下：
目标函数：
Figure BDA0003005281150000031
出清模型求社会总福利最大，即中标买单总价格减去中标卖单总价格；其中，T是市场时段总数；N是总订单数；x是订单的中标变量，跨时段订单在不同时段的x是相等的，对于常规块、灵活小时订单、灵活块、轮廓块来说，x是0-1整数变量，0代表不中标，1代表中标，对于小时订单和可缩减块来说，x是取值范围[0,1]的连续变量，表示中标电量的比例；p是订单的报价，跨时段订单在不同时段的p是相等的；q是订单的负荷电量，跨时段订单在不同时段的p可能相等也可能不相等，若订单是买单那么q是正值，若订单是卖单那么q是负值，若订单在该时段没有电量则q为0；
负荷平衡约束：
Figure BDA0003005281150000032
所有时段的中标买卖电量达到平衡；
小时订单：
Xi(pi-πt)qt，i≥0
Xi≥xi
市场参与者不能因为交易而亏损，其中π是时段t的出清价格，X是0-1整数变量，0代表不中标，1代表中标，用于辅助线性化；
灵活小时订单：
Figure BDA0003005281150000041
一个灵活小时订单只能中标1次，其中i是同属于一个灵活小时订单Lj的小时订单的编号，j是该灵活小时订单的编号，各小时订单还需各自满足小时订单中标约束，并且不能部分中标；
常规块：
Figure BDA0003005281150000042
市场参与者不能因为交易而亏损，其中t(i)到T(i)是常规块所经历的时段；
灵活块：
Figure BDA0003005281150000043
一个灵活块只能中标1次，其中i是同属于一个灵活块Kj的常规块的编号，j是该灵活块编号，各常规块还需各自满足常规块中标约束；
链式块：
xp≥xc
Figure BDA0003005281150000051
Figure BDA0003005281150000052
子块必须不能亏损，若子块盈利，那么只要子块父块的组合能盈利，子块和父块都中标，其中p代表父块，c代表子块；
轮廓块：
Figure BDA0003005281150000053
若轮廓块同时是链式块或可缩减块，那么还需添加辅助变量进行线性化并满足它们的约束；
可缩减块：
Figure BDA0003005281150000054
Xi≥xi
xi≥Xiri
X是0-1整数变量，0代表不中标，1代表中标，用于辅助线性化，r是可缩减块的最小接受率；
互斥组合：
Figure BDA0003005281150000055
其中i是同属于一个互斥组合Ij的可缩减块的编号，j是该互斥组合编号，各可缩减块还需各自满足可缩减块中标约束。
进一步的，所述添加辅助变量将模型线性化，具体为：
采用以下约束将模型线性化：
-Mx≤y≤Mx
-M(1-x)≤π-y≤M(1-x)
其中，y是被添加的辅助连续变量，x是0-1变量，π是连续变量，M是足够大的正数，需要大于π的上限。
进一步的，所述步骤S4具体为：
将所有常规块、轮廓块、灵活小时订单、灵活块、互斥组合和链式块的中标标识和中标率由优化变量改为由步骤S3得到结果决定的常量；
保持小时订单和可缩减块的中标率为优化变量，得到定价模型，然后重新进行优化；经过上述操作后，定价模型等价于如下形式，其中λt代表负荷平衡约束的拉格朗日乘子；
目标函数：
Figure BDA0003005281150000061
模型约束：
Figure BDA0003005281150000062
Figure BDA0003005281150000063
Xi≥xi
xi≥Xiri
通过定价模型负荷平衡约束的拉格朗日乘子得到市场出清价，时段t的市场出清价等于λt。
一种考虑复杂订单类型的改进块交易市场的出清系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5一个或多个的方法。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明能够对包括小时订单、灵活小时订单、常规块、灵活块、链式块、轮廓块、可缩减块、互斥组合在内的订单类型以及包括链式可缩减轮廓块、可缩减轮廓块互斥组合等在内的复杂订单类型进行建模，最大限度地满足各种市场参与者因发电或负荷特性的不同产生的对订单类型的不同需求；
2、本发明能够将出清模型与定价模型区分，使出清模型的中标结果在电力系统中实际可行，使定价模型的电价结果满足激励相容原理，确保市场主体尽量按中标结果运行，保证电网的安全稳定运行；
3、本发明能够在市场环境下使市场出清结果与市场主体物理特性与成本特性相吻合，有利于对市场主体进行调度，能充分保证电力系统安全稳定且低成本地运行。
附图说明
图1为本发明流程示意图；
图2为本发明的实施例中燃煤电厂、燃气电厂和水电厂中标结果；
图3为本发明的实施例中核电厂、风电厂和储能电站中标结果；
图4为本发明的实施例中市场出清价格。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种考虑复杂订单类型的改进块交易市场的出清方法，包括以下步骤：
1)收集市场参与者申报的订单；
2)根据订单约束和平衡约束，以市场总福利最大为目标函数，建立改进块交易市场出清模型；
3)添加辅助变量，将出清模型线性化，并进行求解，得到市场主体中标结果；
4)根据中标结果修改模型，得到定价模型，重新优化得到市场出清价格。
在步骤1)中，所述市场参与者申报的订单类型包括小时订单、灵活小时订单、常规块、灵活块、链式块、轮廓块、可缩减块、互斥组合以及它们组合而成的复杂订单类型，它们均可以被申报为买单也可以被申报为卖单，市场价格高于卖单价或低于买单价时订单中标，不同的订单需要申报的信息不同：
1.1)小时订单：申报一个时段、一个电量和一个价格。
1.2)常规块：申报多个连续时段、一个电量和一个价格。
1.3)轮廓块：申报多个连续时段、多个电量和一个价格。
1.4)可缩减块：申报多个连续时段、多个电量、一个价格和最小接受率。
1.5)灵活小时订单：申报多个小时订单，其中只能中标一个。
1.6)灵活块：申报多个常规块，其中只能中标一个。
1.7)互斥组合：申报多个可缩减块，中标率之和为一。
1.8)链式块：申报多个块之间的优先度，优先度高的块(父块)中标后优先度低的块(子块)才能中标。
各发电侧市场主体的技术参数、成本特性和申报订单类型如表1所示。
表1发电侧市场主体的技术参数和申报订单类型
Figure BDA0003005281150000091
本实施例中用户侧市场主体被视作一个整体，仅申报价格，完全需求弹性。
在步骤2)中，根据步骤1)订单数据构建出清模型，所述市场出清模型由目标函数、平衡约束和报价约束组成，其具体构成如下：
2.1)目标函数：
Figure BDA0003005281150000101
出清模型求社会总福利最大，即中标买单总价格减去中标卖单总价格。其中，T是市场时段总数；N是总订单数；x是订单的中标变量，跨时段订单在不同时段的x是相等的，对于常规块、灵活小时订单、灵活块、轮廓块来说，x是0-1整数变量，0代表不中标，1代表中标，对于小时订单和可缩减块来说，x是取值范围[0,1]的连续变量，表示中标电量的比例；p是订单的报价，跨时段订单在不同时段的p是相等的；q是订单的负荷电量，跨时段订单在不同时段的p可能相等也可能不相等，若订单是买单那么q是正值，若订单是卖单那么q是负值，若订单在该时段没有电量则q为0。
2.2)负荷平衡约束：
Figure BDA0003005281150000102
所有时段的中标买卖电量达到平衡。
2.3)小时订单：
Xi(pi-πt)qt，i≥0
Xi≥xi
市场参与者不能因为交易而亏损，其中π是时段t的出清价格，X是0-1整数变量，0代表不中标，1代表中标，用于辅助线性化。
2.4)灵活小时订单：
Figure BDA0003005281150000111
一个灵活小时订单只能中标1次，其中i是同属于一个灵活小时订单Lj的小时订单的编号，j是该灵活小时订单的编号，各小时订单还需各自满足小时订单中标约束，并且不能部分中标。
2.5)常规块：
Figure BDA0003005281150000112
市场参与者不能因为交易而亏损，其中t(i)到T(i)是常规块所经历的时段。
2.6)灵活块：
Figure BDA0003005281150000113
一个灵活块只能中标1次，其中i是同属于一个灵活块Kj的常规块的编号，j是该灵活块编号，各常规块还需各自满足常规块中标约束。
2.7)链式块：
xp≥xc
Figure BDA0003005281150000114
Figure BDA0003005281150000115
子块必须不能亏损，若子块盈利，那么只要子块父块的组合能盈利，子块和父块都中标，其中p代表父块，c代表子块。
2.8)轮廓块：
Figure BDA0003005281150000121
若轮廓块同时是链式块或可缩减块，那么还需添加辅助变量进行线性化并满足它们的约束。
2.9)可缩减块：
Figure BDA0003005281150000122
Xi≥xi
xi≥Xiri
X是0-1整数变量，0代表不中标，1代表中标，用于辅助线性化，r是可缩减块的最小接受率。
2.10)互斥组合：
Figure BDA0003005281150000123
其中i是同属于一个互斥组合Ij的可缩减块的编号，j是该互斥组合编号，各可缩减块还需各自满足可缩减块中标约束。
在步骤3)中，所述模型线性化的意义在于，步骤2)中的出清模型含有0-1整数变量与连续变量相乘导致的非线性，可以用以下约束将模型线性化：
-Mx≤y≤Mx
-M(1-x)≤π-y≤M(l-x)
其中，y是被添加的辅助连续变量，x是0-1变量，π是连续变量，M是足够大的正数，需要大于π的上限。这两个约束是线性约束，这两个约束的作用等同于以下等式：
y＝πx
这样就可以使用一个连续变量来代替连续变量与0-1变量的乘积，使模型变为线性模型，进而可以准确、快速求解。
将线性化得到的模型通过现有的成熟的求解混合整数线性规划的工具进行求解，即可得到市场中标结果，包括每一个订单中标与否以及其中标量。
本算例各市场中标结果如图2，图3所示。
在步骤4)中，为了求解市场出清价格，需要将步骤3)中的模型进一步转化为纯线性规划形式的定价模型并再次计算，具体的：
4.1)将所有常规块、轮廓块、灵活小时订单、灵活块、互斥组合和链式块的中标标识和中标率由优化变量改为由步骤3)出清结果决定的常量。
4.2)保持小时订单和可缩减块的中标率为优化变量，得到定价模型，然后重新进行优化。经过上述操作后，定价模型等价于如下形式，其中λt代表负荷平衡约束的拉格朗日乘子，可在优化计算中自动生成。
目标函数：
Figure BDA0003005281150000141
模型约束：
Figure BDA0003005281150000142
Figure BDA0003005281150000143
Xi≥xi
xi≥Xiri
4.3)通过定价模型负荷平衡约束的拉格朗日乘子得到市场出清价，时段t的市场出清价等于λt。本算例市场出清价格如图4所示。
得到本实施例出清结果后，将本实施例市场主体置于现有市场机制下进行出清，其结果对比如表2所示。
表2现有市场出清方法和本发明所述出清方法结果对比
Figure BDA0003005281150000144
综上所述，本发明所提出的一种考虑复杂订单类型的改进块交易市场的出清方法，允许市场参与者申报多种订单类型及其组合，使其报价和自身物理特性及成本特性相匹配，从而让市场出清结果更加符合电力系统实际运行的需求，相比现有的出清方法，本方法能够使电力系统的运行效率更高，安全稳定性更强，实现电力系统资源配置和调度的进一步优化。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种考虑复杂订单类型的改进块交易市场的出清方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤S1:获取市场参与者申报的订单；
步骤S2:根据订单约束和平衡约束，以市场总福利最大为目标函数，构建改进块交易市场出清模型；
步骤S3:根据得到的改进块交易市场出清模型，添加辅助变量将模型线性化，并进行求解，得到市场主体中标结果；
步骤S4:根据中标结果优化改进块交易市场出清模型，得到定价模型，进一步得到市场出清价格。
2.根据权利要求1所述的一种考虑复杂订单类型的改进块交易市场的出清方法，其特征在于，所述市场参与者申报的订单类型包括小时订单、灵活小时订单、常规块、灵活块、链式块、轮廓块、可缩减块、互斥组合以及它们组合而成的复杂订单类型。
3.根据权利要求2所述的一种考虑复杂订单类型的改进块交易市场的出清方法，其特征在于，所述市场出清模型由目标函数、平衡约束和报价约束组成，其具体构成如下：
目标函数：
Figure FDA0003005281140000011
出清模型求社会总福利最大，即中标买单总价格减去中标卖单总价格；其中，T是市场时段总数；N是总订单数；x是订单的中标变量，跨时段订单在不同时段的x是相等的，对于常规块、灵活小时订单、灵活块、轮廓块来说，x是0-1整数变量，0代表不中标，1代表中标，对于小时订单和可缩减块来说，x是取值范围[0,1]的连续变量，表示中标电量的比例；p是订单的报价，跨时段订单在不同时段的p是相等的；q是订单的负荷电量，跨时段订单在不同时段的p可能相等也可能不相等，若订单是买单那么q是正值，若订单是卖单那么q是负值，若订单在该时段没有电量则q为0；
负荷平衡约束：
Figure FDA0003005281140000021
所有时段的中标买卖电量达到平衡；
小时订单：
Xi(pi-πt)qt，i≥0
Xi≥xi
市场参与者不能因为交易而亏损，其中π是时段t的出清价格，X是0-1整数变量，0代表不中标，1代表中标，用于辅助线性化；
灵活小时订单：
Figure FDA0003005281140000022
一个灵活小时订单只能中标1次，其中i是同属于一个灵活小时订单Lj的小时订单的编号，j是该灵活小时订单的编号，各小时订单还需各自满足小时订单中标约束，并且不能部分中标；
常规块：
Figure FDA0003005281140000031
市场参与者不能因为交易而亏损，其中t(i)到T(i)是常规块所经历的时段；
灵活块：
Figure FDA0003005281140000032
一个灵活块只能中标1次，其中i是同属于一个灵活块Kj的常规块的编号，j是该灵活块编号，各常规块还需各自满足常规块中标约束；
链式块：
xp≥xc
Figure FDA0003005281140000033
Figure FDA0003005281140000034
子块必须不能亏损，若子块盈利，那么只要子块父块的组合能盈利，子块和父块都中标，其中p代表父块，c代表子块；
轮廓块：
Figure FDA0003005281140000035
若轮廓块同时是链式块或可缩减块，那么还需添加辅助变量进行线性化并满足它们的约束；
可缩减块：
Figure FDA0003005281140000041
Xi≥xi
xi≥Xiri
X是0-1整数变量，0代表不中标，1代表中标，用于辅助线性化，r是可缩减块的最小接受率；
互斥组合：
Figure FDA0003005281140000042
其中i是同属于一个互斥组合Ij的可缩减块的编号，j是该互斥组合编号，各可缩减块还需各自满足可缩减块中标约束。
4.根据权利要求1所述的一种考虑复杂订单类型的改进块交易市场的出清方法，其特征在于，所述添加辅助变量将模型线性化，具体为：
采用以下约束将模型线性化：
-Mx≤y≤Mx
-M(1-x)≤π-y≤M(1-x)
其中，y是被添加的辅助连续变量，x是0-1变量，π是连续变量，M是足够大的正数，需要大于π的上限。
5.根据权利要求2所述的一种考虑复杂订单类型的改进块交易市场的出清方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：
将所有常规块、轮廓块、灵活小时订单、灵活块、互斥组合和链式块的中标标识和中标率由优化变量改为由步骤S3得到结果决定的常量；
保持小时订单和可缩减块的中标率为优化变量，得到定价模型，然后重新进行优化；经过上述操作后，定价模型等价于如下形式，其中λt代表负荷平衡约束的拉格朗日乘子；
目标函数：
Figure FDA0003005281140000051
模型约束：
Figure FDA0003005281140000052
Figure FDA0003005281140000053
Xi≥xi
xi≥Xiri
通过定价模型负荷平衡约束的拉格朗日乘子得到市场出清价，时段t的市场出清价等于λt。
6.一种考虑复杂订单类型的改进块交易市场的出清系统，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5一个或多个的方法。
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