基于并行计算的省间电力现货交易出清方法、系统及介质与流程

1.本发明属于电力现货市场交易技术领域，具体涉及一种基于并行计算的省间电力现货交易出清方法、系统及介质。


背景技术：

2.省间电力现货交易具有交易范围广、参与主体多、流程衔接紧凑等特点，随着特高压输电工程陆续投运、市场主体不断增多，市场出清规模呈指数级上升，需要进一步提高出清计算速度，以满足省间电力市场出清计算时间的要求。省间电力现货交易出清的目标就是确定最优的交易对集，实现达成交易的买卖方价差最大且输电成本总和最低。
3.目前，现有省间电力现货交易出清技术可实现多卖方、多卖方和多通道集中出清，采用串行计算模式，进行逐时段出清。与之相比，并行计算模式的设计思路是首先启动一个主进程程序，计算过程中的串行部分由主进程程序执行。主进程程序对计算任务进行分解，确定各子进程的计算任务，完成子进程计算环境构建，并启动子进程。计算过程中的并行部分由子进程程序执行，每个子进程分配给一个cpu核心进行处理。主进程程序对各子进程进行监控，待所有子进程执行完毕后，再执行后续串行部分。
4.省间电力现货交易包括日前交易和日内交易，现有技术通常将日前交易以15min为1个交易时段，按日开展次日全天96个时段的省间日前现货交易。日内交易则以2h为一个固定交易周期，在日前交易基础上开展未来8个交易时段的省间日内现货交易。
5.由于省间电力现货交易的集中出清涉及多买方、多卖方和多通道，如图1所示，现有技术按照交易时段顺序，依次完成各时段的出清计算。在出清过程中，将买卖方申报的报价和电力需求，按照交易路径匹配形成交易对，考虑多路径级联通道的分时容量限制、输电成本和运行约束，确定交易达成的买卖方及交易路径，直至当前时段无可成交交易对，则开始出清下一个时段。当所有交易时段依序出清后，出清计算完毕。
6.现有技术主要存在以下缺点：一是缺少省间电力现货交易出清计算任务分解方法。现有技术采用单进程计算方式，所有计算任务在同一进程中完成。尚未结合省间电力现货交易出清计算任务特点，无法按照并行计算模式对计算任务进行分解。
7.二是尚未构建省间电力现货交易并行计算框架。现有技术采用串行方式进行计算，按照模型与数据获取、交易对匹配、通道容量校核和结果输出的顺序，依次执行，缺乏各子功能的串并行计算模式和衔接方式设计。
8.三是缺少并行计算模式下考虑通道爬坡容量约束的出清方法。由于通道爬坡约束属于时段耦合类约束，通道爬坡约束的校验需要依赖其他时段的结果。现有技术的计算流程中，各时段计算结果紧密相关，尚无法在并行计算模式下，实现考虑通道爬坡容量约束的出清计算。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于并行计算的省间电力现货交易出清方法、系统及介质，提升省间电力现货交易出清计算效率。
10.为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：第一方面，提供一种基于并行计算的省间电力现货交易出清方法，包括：读入省间现货交易网络模型数据；由出清任务调度主程序将省间现货交易网络模型数据发送给各出清计算子程序；出清任务调度主程序获取计算节点的计算资源数据，根据计算节点的计算资源数据计算可使用的cpu核心数，将需要计算的时段分为多组，每组若干个时段作为一项计算子任务；出清任务调度主程序根据各项计算子任务所需计算的时段，整合对应时段的边界条件和申报数据；将整合后的计算数据，分发给各项计算子任务；出清任务调度主程序按照各项计算子任务，调用并将所需参数传递给各出清计算子程序；买卖方申报数据相互配对，按照买卖方间可行的交易路径进行匹配，形成交易对；各出清计算子程序并行运行，出清计算子程序判断无可成交交易对后将计算日志和结果进行输出。
11.作为一种优选方案，在所述读入省间现货交易网络模型数据的步骤中，通过省间电力现货交易系统获取并准备省间现货交易网络模型，所述省间现货交易网络模型数据包括：交易节点信息、交易通道信息、地区信息、市场成员信息、输电通道信息以及交易路径信息。
12.作为一种优选方案，所述交易节点的计算资源数据包括：系统cpu数、cpu核心数、内存使用率、cpu负载。
13.作为一种优选方案，所述根据交易节点的计算资源数据计算可使用的cpu核心数，将需要计算的时段分为多组，每组所需计算的时段作为一项计算子任务的步骤，每一项计算子任务由一个cpu核心完成计算，满足如下表达式：算子任务由一个cpu核心完成计算，满足如下表达式：算子任务由一个cpu核心完成计算，满足如下表达式：算子任务由一个cpu核心完成计算，满足如下表达式：算子任务由一个cpu核心完成计算，满足如下表达式：式中：为cpu核心总数，为第n个cpu核心的可用状态，为已被使用的cpu核心数，为预留的cpu核心数，为出清计算的总时段数，为最大可启动的进程数，为每个进程需计算的时段基数，为剩余待分配进程数，
为第n个cpu核心需要计算的时段数，为分配给第n个cpu核心的剩余进程数。
14.作为一种优选方案，还包括由出清任务调度主程序生成各项计算子任务计算所需的系统路径、目录和配置文件的步骤。
15.作为一种优选方案，所述对应时段的边界条件包括通道预计划、通道限额、通道可用容量和通道爬坡约束。
16.作为一种优选方案，所述出清任务调度主程序按照各项计算子任务，调用并将所需参数传递给各出清计算子程序的步骤中，所述所需参数包括计算子任务计算环境路径、计算日期、计算时段。
17.作为一种优选方案，所述出清任务调度主程序定时循环监听各项计算子任务运行状态，直到所有计算子任务完成计算。
18.作为一种优选方案，所述交易对成交电力作为对应交易路径的成交电力，根据交易路径的成交电力，计算交易路径途径输电通道的成交电力，所述输电通道的成交电力计算表达式如下：算表达式如下：式中，为t时段交易对k的卖方成交电力，为交易对k的卖方成交电力与输电通道h的功率转移因子，为交易对中第i个输电通道的网损率，h为输电通道i在交易路径中的序号，为t时段输电通道d的成交电力，为交易对k中的输电通道集合。
19.作为一种优选方案，还包括校验各输电通道的成交电力是否满足通道容量约束的步骤，若不满足则调整交易对成交电力；校验各输电通道的成交电力是否满足通道容量约束的表达式如下：束的表达式如下：式中：为输电通道d在t时段的剩余可用容量，为输电通道d在t时段的可用容量，为输电通道d在t时段的成交量，为输电通道d在t时段的越限量。
20.作为一种优选方案，所述出清计算子程序判断有无可成交交易对的步骤包括：根据交易对成交电力，计算交易对买方和卖方的剩余申报电力，根据输电通道成交电力，计算输电通道剩余可用容量；若交易对买卖方仍有剩余申报电力、买卖方间交易路径途径的输电通道仍有剩余可用容量，且买卖方申报价格的价差大于0，则交易对可成交；否则交易对不可成交。
21.作为一种优选方案，当所有计算子任务计算完成后，出清任务调度主程序获取各项计算子任务的计算结果，根据各项计算子任务所计算的结果，检索相同交易节点、相同交
易通道和相同交易路径的交易结果，按各项计算子任务计算的时段，依序生成各交易节点、各交易通道和各交易路径的全时段交易结果。
22.作为一种优选方案，还包括出清任务调度主程序分别校核各输电通道是否满足爬坡约束的步骤，校验表达式如下：坡约束的步骤，校验表达式如下：坡约束的步骤，校验表达式如下：若存在输电通道不满足爬坡约束，则根据爬坡越限情况，调整输电通道可用容量，重新计算；若所有输电通道均满足爬坡约束，则将汇总后的交易节点交易结果、交易通道交易结果、交易路径交易结果输出。
23.第二方面，提供一种基于并行计算的省间电力现货交易出清系统，包括：模型数据读入模块，用于读入省间现货交易网络模型数据；模型数据分发模块，用于由出清任务调度主程序将省间现货交易网络模型数据发送给各出清计算子程序；计算子任务分配模块，用于出清任务调度主程序获取计算节点的计算资源数据，根据计算节点的计算资源数据计算可使用的cpu核心数，将需要计算的时段分为多组，每组若干个时段作为一项计算子任务；计算子任务计算数据分发模块，用于出清任务调度主程序根据各项计算子任务所需计算的时段，整合对应时段的边界条件和申报数据；将整合后的计算数据，分发给各项计算子任务；计算子任务启动模块，用于出清任务调度主程序按照各项计算子任务，调用并将所需参数传递给各出清计算子程序；交易对匹配模块，用于买卖方申报数据相互配对，按照买卖方间可行的交易路径进行匹配，形成交易对；输出模块，用于各出清计算子程序并行运行，出清计算子程序判断无可成交交易对后将计算日志和结果进行输出。
24.作为一种优选方案，所述交易对匹配模块形成的交易对的成交电力作为对应交易路径的成交电力，根据交易路径的成交电力，计算交易路径途径输电通道的成交电力，校验各输电通道的成交电力是否满足通道容量约束，若不满足则调整交易对成交电力。
25.作为一种优选方案，还包括爬坡约束校核模块，用于出清任务调度主程序分别校核各输电通道是否满足爬坡约束，若存在输电通道不满足爬坡约束，则根据爬坡越限情况，调整输电通道可用容量。
26.第三方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于并行计算的省间电力现货交易出清方法。
27.相较于现有技术，本发明第一方面至少具有如下的有益效果：根据计算节点的计算资源数据计算可使用的cpu核心数，将需要计算的时段分为
多组，每组时段作为一项计算子任务；通过构建动态交易时段集的方法，以交易时段为计算子任务分配单位，将一个或多个时段的整合为一组交易时段集，每个计算子任务完成一组交易时段集的出清计算，解决省间电力现货交易出清计算任务分解问题。出清任务调度主程序按照各项计算子任务，调用并将所需参数传递给各出清计算子程序，买卖方申报数据相互配对，按照买卖方间可行的交易路径进行匹配，形成交易对，重构了模型与数据获取、交易对匹配、通道容量校核和结果输出等子功能运行模式，实现了各子功能在并行计算模式下的高效衔接。本发明的出清方法能够有效解决交易路径和参与成员双升造成的组合爆炸问题，保证了出清计算的效率，有助于实现大范围资源优化配置，促进可再生能源的消纳。
28.进一步的，本发明方法设计了任务调度主程序和计算子任务调度程序的迭代和衔接方式，实现了在并行计算模式下考虑爬坡约束的出清计算，保证了交易的可执行性。
29.可以理解的是，上述第二方面至第三方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1 现有省间电力现货交易出清方法的流程图；图2 本发明实施例基于并行计算的省间电力现货交易出清方法流程图；图3 本发明实施例基于并行计算的省间电力现货交易出清系统工作原理框图。
具体实施方式
32.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术的实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
33.另外，在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.省间电力现货交易范围广、参与主体多、流程衔接紧凑，随着特高压输电工程的不断投运、市场主体不断增多，市场出清规模呈指数级上升，为进一步提升省间电力现货交易出清计算效率，本发明基于并行计算的省间电力现货交易出清方法，主要解决以下技术问题：1.解决省间电力现货交易出清计算任务分解问题。分析省间电力现货交易出清计算特点，提出适用于并行计算的省间电力现货交易计算任务分解方法，实现在并行计算时各计算子任务相对独立。在任务分解过程中兼顾计算节点计算资源，保证并行计算的高效和稳定运行。
35.2.设计省间电力现货交易并行计算框架。通过分析省间电力现货交易串行出清计
算模式下，以及各子模块的功能特点，设计各子模块的并行计算模式。通过分析各计算子任务之间的关联关系，解决任务调度程序与计算子任务程序的协调问题。
36.3.提出并行计算模式下考虑通道爬坡容量约束的出清方法。需要提出考虑通道爬坡约束的计算子任务解耦策略，设计任务调度主程序与计算子任务程序的迭代方法和协调变量，实现考虑通道爬坡容量约束的出清计算。
37.实施例1参见图2，本发明实施例基于并行计算的省间电力现货交易出清方法，包括以下步骤：s1.通过省间电力现货交易系统获取并准备省间现货交易网络模型，读入省间现货交易网络模型数据，省间现货交易网络模型数据包括交易节点、交易通道、地区信息、市场成员信息、输电通道信息以及交易路径信息等基础数据。
38.s2.由出清任务调度主程序将省间现货交易网络模型数据发送给出清计算子程序。
39.s3.出清任务调度主程序获取计算节点的计算资源数据，包括系统cpu数、cpu核心数、内存使用率、cpu负载率等数据。
40.s4.出清任务调度主程序根据计算节点的计算资源数据，计算可使用的cpu核心数，按均分策略或顺序策略，将当前需要计算的时段数分为多组，每组所需计算的时段作为一项计算子任务。每一项计算子任务由一个cpu核心完成计算，满足如下表达式：核心完成计算，满足如下表达式：核心完成计算，满足如下表达式：核心完成计算，满足如下表达式：核心完成计算，满足如下表达式：式中：为cpu核心总数，为第n个cpu核心的可用状态，为已被使用的cpu核心数，为预留的cpu核心数，为出清计算的总时段数，为最大可启动的进程数，为每个进程需计算的时段基数，为剩余待分配进程数，为第n个cpu核心需要计算的时段数，为分配给第n个cpu核心的剩余进程数。
41.s5.出清任务调度主程序生成各项计算子任务计算所需的系统路径、目录和配置文件，用于各项计算子任务计算时的数据管理、日志管理和异常情况记录。
42.s6.出清任务调度主程序根据各项计算子任务所需计算的时段，整合对应时段的边界条件和申报数据，边界条件包括通道预计划、通道限额、通道可用容量和通道爬坡约束等。然后将整合后的计算数据，分发给各项计算子任务。
43.s7.出清任务调度主程序按照各项计算子任务，调用并将所需参数传递给各出清
计算子程序，所需参数包括计算子任务计算环境路径、计算日期、计算时段等。
44.s8.出清任务调度主程序定时循环监听各项计算子任务运行状态，直到所有计算子任务完成计算。
45.s9.各出清计算子程序并行运行，分别获取本程序的计算环境路径、计算日期和计算时段等计算参数，并对计算参数进行校验。
46.s10.各出清计算子程序获取交易网络模型、分时边界条件和申报数据。
47.s11.买卖方申报数据相互配对，按照买卖方间可行的交易路径进行匹配，形成交易对。各交易对按顺序依次成交。
48.s12.交易对成交电力作为其对应交易路径的成交电力。根据交易路径成交电力，计算交易路径途径输电通道的成交电力。输电通道的成交电力计算表达式如下：计算交易路径途径输电通道的成交电力。输电通道的成交电力计算表达式如下：式中：为t时段交易对k的卖方成交电力，为交易对k的卖方成交电力与输电通道h的功率转移因子，为交易对中第i个输电通道的网损率，h为输电通道i在交易路径中的序号，为t时段输电通道d的成交电力。为交易对k中的输电通道集合。
49.s13.校验各输电通道的成交电力是否满足通道容量约束，若不满足则需调整交易对成交电力。校验各输电通道的成交电力是否满足通道容量约束的表达式如下：对成交电力。校验各输电通道的成交电力是否满足通道容量约束的表达式如下：式中：为输电通道d在t时段的剩余可用容量，为输电通道d在t时段的可用容量，为输电通道d在t时段的成交量，为输电通道d在t时段的越限量。
50.s14.根据交易对成交电力，计算交易对买方和卖方的剩余申报电力。根据输电通道成交电力，计算输电通道剩余可用容量。
51.s15.判断各交易对是否仍可达成交易：若交易对买卖双方仍有剩余申报电力、买卖方间交易路径途径的输电通道仍有剩余可用容量、且买卖方申报价格的价差大于0，则视为交易对可成交；否则视为交易对不可成交。
52.s16.出清计算子任务程序判读已无可成交交易对后，将计算日志和结果进行输出。
53.s17.当所有计算子任务计算完成后，出清任务调度主程序获取各计算子任务计算结果，包括交易节点交易结果、交易通道交易结果和交易路径交易结果等。根据各计算子任务所计算的结果，检索相同节点、相同通道和相同路径的交易结果。按计算子任务计算的时段，依序生成各节点、各通道和各路径的全时段交易结果。
54.s18.出清任务调度程序汇总各输电通道成交电力后，分别校核各输电通道是否满
足爬坡约束，若存在输电通道不满足爬坡约束，则需调整边界条件。校验表达式如下：足爬坡约束，若存在输电通道不满足爬坡约束，则需调整边界条件。校验表达式如下：足爬坡约束，若存在输电通道不满足爬坡约束，则需调整边界条件。校验表达式如下：s19.若存在输电通道不满足爬坡约束，则根据爬坡越限情况，调整输电通道可用容量，重新计算。
55.s20.若所有输电通道均满足爬坡约束，则将汇总后的交易节点交易结果、交易通道交易结果、交易路径交易结果输出。
56.实施例2本发明另一实施例还提出一种基于并行计算的省间电力现货交易出清系统，包括：模型数据读入模块，用于读入省间现货交易网络模型数据；模型数据分发模块，用于由出清任务调度主程序将省间现货交易网络模型数据发送给各出清计算子程序；计算子任务分配模块，用于出清任务调度主程序获取计算节点的计算资源数据，根据计算节点的计算资源数据计算可使用的cpu核心数，将需要计算的时段分为多组，每组若干个时段作为一项计算子任务；计算子任务计算数据分发模块，用于出清任务调度主程序根据各项计算子任务所需计算的时段，整合对应时段的边界条件和申报数据；将整合后的计算数据，分发给各项计算子任务；计算子任务启动模块，用于出清任务调度主程序按照各项计算子任务，调用并将所需参数传递给各出清计算子程序；交易对匹配模块，用于买卖方申报数据相互配对，按照买卖方间可行的交易路径进行匹配，形成交易对；输出模块，用于各出清计算子程序并行运行，出清计算子程序判断无可成交交易对后将计算日志和结果进行输出。
57.在一种可能的实施方式中，所述交易对匹配模块形成的交易对的成交电力作为对应交易路径的成交电力，根据交易路径的成交电力，计算交易路径途径输电通道的成交电力，校验各输电通道的成交电力是否满足通道容量约束，若不满足则调整交易对成交电力。
58.在一种可能的实施方式中，本发明基于并行计算的省间电力现货交易出清系统还包括爬坡约束校核模块，用于出清任务调度主程序分别校核各输电通道是否满足爬坡约束，若存在输电通道不满足爬坡约束，则根据爬坡越限情况，调整输电通道可用容量。
59.参见图3，本发明实施例基于并行计算的省间电力现货交易出清系统在工作时，连接在模型数据生成模块与出清结果查询模块之间，首先由模型数据生成模块生成出清计算所需的交易网络模型、申报数据、通道数据和约束。基于并行计算的省间电力现货交易出清系统获取模型和数据后，调用出清任务调度主程序。出清任务调度主程序进行子任务分解，并行启动多个出清子任务程序。基于并行计算的省间电力现货交易出清系统监控到出清任
务调度主程序执行完毕后，出清结果查询模块获取出清结果并提供结果查询功能。
60.实施例3本发明的另一实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于并行计算的省间电力现货交易出清方法。
61.所述计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。为了便于说明，以上内容仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该计算机可读存储介质是非暂时性的，可以存储在各种电子设备形成的存储装置当中，能够实现本发明实施例方法记载的执行过程。
62.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
63.本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。应理解为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。
64.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。
65.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。
66.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。