一种多元化市场主体与电力交易机构协同运营方法与流程

1.本发明属于电力系统测算领域，尤其涉及一种多元化市场主体与电力交易机构协同运营方法。


背景技术：

2.随着电力系统的快速发展，环保理念越来越受重视，碳达峰、碳中和是目前的“双碳”目标，清洁的可再生能源发电成为目前发展的重点，这一变化导致了分布式资源迅速发展。伴随着分布式资源迅速增多，传统的电力消费者开始向主动的电力参与者转变，产生了电力产消者这一新兴电力市场主体。不同于传统电力市场中的生产者与消费者，产消者兼具二者的特点，可以根据电力市场中出清价格的变化灵活改变自己的运营策略以达到自身的利益最大化目的，在出清价格较高时产消者倾向于将多余的自身发电量卖给电力市场，而在出清价格较低的情况下则更倾向于从电力市场中购电。在此背景下，对于电力产消者这一市场主体的监督和研究还较少，有必要研究电力产消者参与到电力市场所带来的影响。
3.现在关于纳什-古诺电力市场模型的研究也开展了许多，认识到了市场力的存在除了会影响各市场主体的利益和社会利润之外还会影响社会生产效益，需要研究各市场主体与电力机构相互协调运营削减市场力使得社会效益最大化，但目前还缺乏这种共同合作的机制研究。
4.本发明提出多元化市场主体与电力交易机构协同运营机制。首先，根据电力市场的纳什-古诺模型分别构建了四个市场主体—生产者、消费者、输电系统运营商(tso)与产消者的优化模型；根据电力市场出清条件构建含产消者的电力市场出清模型，本发明采用等价优化模型将上述四个市场主体的模型结合起来实现了单层模型的高效求解。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明提供了一种多元化市场主体与电力交易机构协同运营机制。首先，根据电力市场的纳什-古诺模型分别构建了四个市场主体—生产者、消费者、tso与产消者的优化模型；根据电力市场出清条件构建含产消者的电力市场出清模型，本发明采用等价优化模型将上述四个市场主体的模型结合起来实现了单层模型的高效求解。本发明能够得到在含有产消者的多元化市场中，市场力以及各个主体对电力市场出清的影响以及优化结果，研究了多元化市场主体与电力交易机构协同运营的机制，为产消者这一新兴主体参与到市场中与各个市场主体在市场中采取的策略提供支持。
6.技术方案：本发明提供一种多元化市场主体与电力交易机构协同运营机制，包括以下步骤：
7.步骤1：根据电力市场的纳什-古诺模型分别构建了四个市场主体—生产者、消费者、输电系统运营商(tso)与产消者的优化模型；
8.步骤2：根据电力市场出清条件构建含产消者的电力市场出清模型；
9.步骤3：采用等价优化模型将四个市场主体的模型结合起来，得到单层模型进行高效求解，采用cplex求解器求解二次约束规划问题(qcp)问题，得出市场力以及各个主体对电力市场出清的影响以及优化结果。
10.进一步，所述步骤1包括以下步骤：
11.在纳什-古诺模型中，电力市场的主要成员分别是生产者、tso、消费者和产消者，每个成员的目标函数均是使得自己所获得利润最大化，下面根据各成员自身与电力系统的约束，构建相应的模型。
12.1)生产者：
13.生产者为整个电力市场提供电力，其目标函数表示为：
[0014][0015]
式中：pi为节点i价格，x
fi
为生产商f在节点i的发电量，s
fi
为生产商f与节点i的双边交易量，ωi为从集线器到节点i的传输费用，c
fi
为生产商f在节点i 的发电成本。生产者所进行发电还需要符合发电容量的约束，即：
[0016][0017][0018]
式中：if是生产商f在其上进行生产的节点i的集合，g
fi
为生产商f在节点 i的发电量上限。销售平衡约束将总销售限制为所产生的电量，即：
[0019][0020]
除此之外还需要注意每个节点上的净负荷量需要通过生产商的双边交易与 tso平衡。
[0021][0022]
式中：qi为节点i处的需求量，在这里可以直接理解为负荷量，ai表示为tso 与节点i的交易量。
[0023]
2)tso：
[0024]
tso被假定作为一个受监管但有效的实体来运营网络。它为双边交易提供传输服务。它还在市场中担任套利者的身份，从价格较低的节点购买电量转售给价格较高的节点,使得在两个节点之间的价格差等于在它们之间传输电量的价格。tso目标函数为传输费用获利和套利之和，即：
[0025][0026]
式中：yi为到节点i的总体传输量。对于tso来说，它只是一个中间传输商，所以它购入与卖出的电量应该相平衡，即：
[0027][0028]
对于每个系统中的节点来说输入的功率应该与输出的功率和负荷相平衡，即：
[0029][0030]
式中：b
ij
为节点i与节点j之前线路的电纳值，θi，θj为节点i与节点j的相角，在这里为了方便起见用电纳乘以相角差来代替流动的功率。
[0031]
3)消费者：
[0032]
对于消费者来说，衡量买者的利益主要通过消费者剩余来实现，即愿意为该商品出的最高价格减去现在价格再乘以数量，用公式表示为：
[0033][0034]
式中：qi为节点i的负荷量也可以理解为节点i的需求量，l
imax
为节点i的最大负荷量，ki为节点i需求曲线的弹性系数，根据需求曲线，得到消费者的价格需求函数，即：
[0035][0036]
4)产消者：
[0037]
产消者在电力市场中表现为既可以作为生产者又可以作为消费者，在此处假设产消者在消费者节点上含有新能源发电机，遵循着使得自己利益最大化的原则从电网中购电或者将电量卖入电网中，则其利润为：
[0038][0039]
式中：ki为节点i处产消者所含新能源发电量，相应的考虑了产消者之后，每个节点的功率平衡需要重新考虑，即：
[0040][0041]
进一步的，所述步骤2为：
[0042]
步骤201：在上面市场主体的模型基础上加入市场出清约束。市场出清约束主要是关于传输服务方面的约束，即任一节点中功率流通量为tso与该处消费者的交易量加上生产者与消费者的双边交易量，还需要考虑该节点上若存在发电机组时它的发电量，则市场出清约束为：
[0043][0044]
在市场出清中还得考虑各个变量的取值得符合实际，各生产商与各节点上消费者的双边交易量得大于0并且小于该生产商的发电值。
[0045][0046]
各个节点上流通功率相角也得在一定限度之内。
[0047][0048]
步骤202：将上述市场主体的模型结合起来，建立等价优化模型进行市场出清。目标函数则变为社会利润最大化，此时先不考虑产消者，因为产消者存在生产者和消费者的两面性，得到相应的表达式为：
[0049][0050]
此时电力市场采用的模型为纳什-古诺模型，所以还需要考虑生产商为了使得自己利润最大化而采取的一定策略，故在目标函数中需要扣除各个生产商市场力的影响，则此时目标函数变为：
[0051][0052]
最后加入产消者，产消者的加入对于市场出清的影响在于相比于高成本的传统发电方式，加入了低成本的新能源，提高了社会总体利润，表现在目标函数中则为：
[0053][0054]
进一步的，所述步骤3为：
[0055]
根据市场出清条件，采用等价优化模型将上述四个市场主体的模型结合起来进行市场出清。因此目标函数即为：
[0056][0057]
约束条件为：
[0058][0059][0060][0061][0062][0063][0064][0065][0066]
采用gams软件cplex求解器求解上述qcp问题，得出市场力以及各个主体对电力市场出清的影响以及优化结果，从而分析研究多元化主体与电力交易机构协同运营机制。
[0067]
采用gams软件cplex求解器求解上述qcp问题，得出各市场主体收益和市场优化结果以及市场力对市场出清的影响。
[0068]
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
[0069]
1、本发明考虑到了产消者这一新兴主体，将其纳入到了纳什-古诺电力市场模型的出清与研究中。又因为产消者含有低成本的新能源资源以及在负荷较重时倾向于担任生产者，负荷较轻时更倾向于担任消费者的特点，缓解了线路阻塞，降低了出清电价，提高了
社会总利润。
[0070]
2、本发明采用纳什-古诺电力市场模型构建了各个市场主体的优化模型，再根据出清约束建立了电力市场出清模型，并采用等价优化模型进行求解，从而可以清晰得到各市场主体对市场出清的影响以及利润情况，还能得知市场力对社会总利润的负面效果，为多元化市场主体与交易机构的协同提供了分析依据。
附图说明
[0071]
图1为本发明提供方法的流程图；
[0072]
图2为各种情况下市场价格；
[0073]
图3为产消者在负荷情况不同时的身份转变。
具体实施方式
[0074]
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。
[0075]
下面以一个ieee-30节点系统为例，介绍本发明：
[0076]
在该系统中共有3个发电商拥有6个传统发电机组分别在独立的节点上，这些发电机组所在节点号以及传输线路等参数见表1所示。设定每个节点上均含有消费者，并设定其在节点上最大负荷需求量为24mw。在节点10，15，19上存在有风电厂的产消者。
[0077]
产消者根据系统中负荷的轻重决定自身的身份，如图3所示。当负荷较重时，此时系统中价格升高，产消者更愿意将自身发电量卖给系统以此获得更高的利润，而当负荷较轻时，则是更倾向于从系统中购电。当负荷较重需求刺激了交易，从而整体社会利润是上升的。而通过图2可以看出存在产消者时，价格较于无产消者时降低，且更为平滑缓解了线路阻塞，并且从表2可以清晰看出除了发电商，各主体及社会利润均是增加的。而之所以发电商利润增加，这是因为没有清洁的资源输入时，整个系统只能依赖传统的发电机组发电。
[0078]
在市场力的影响作用下，各市场主体与社会的利润如表2所示。设定case1：去除发电商1的市场力；case2：去除发电商2的市场力；case3：去除发电商3 的市场力；case4：去除所有发电商的市场力。从图2中可以看出，去除市场力会减缓线路阻塞，使得各节点间价格趋向平滑，并且降低出清电价，比较各情况之后还可以发现发电商2所含市场力最少而发电商1所含市场力最多。比较表3 中的数据可以发现去除市场力后该发电商的净利润变为0，而社会总利润在去除掉市场力的作用后增大。
[0079]
以上仿真结果验证了本发明方法的有效性和实用性。本发明方法充分地说明了产消者的出现缓解了线路阻塞，降低了出清电价，提高了社会总利润。同时表面市场力的存在降低了社会利润，抬高了电价，使得高成本的发电机组能继续发电，不利于高效发电，这是未来多元市场主体与电力交易机构所极力需要去避免的。
[0080]
表1发电商与发电机组参数
[0081][0082]
表2各市场主体利润及社会利润
[0083][0084]
表3发电商利润
[0085][0086]