三级电力市场交易通道搜索方法.docx
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三级电力市场交易通道搜索方法
说明书
三级电力市场交易通道搜索及确立方法
技术领域
本发明涉及一种用于电力市场平台中各市场成员参与电力交易时对交易通道的搜索及确立方法。
背景技术
为了与我国的市场经济体系和现行的电力调度机制相适应，综合考虑能源和电力需求的布局、现行的行政管理、财税体制、电源结构、负荷特性、发电成本、用电效率差异等因素，以科学发展观为指导，以用最小的改革成本获得最大的改革效益为目标，尊重市场自然发展的客观规律，兼顾各个市场主体的利益，确保电力交易与电网安全校核的协同性，并根据客观存在的资源优化配置空间，通过深化电力体制改革，构建起分层、竞争有序、协调运作的省级、区域级和国家级三级电力市场体系。
国家电力市场是实现全国范围内电力资源优化配置的交易平台。
以区域电网公司、省电网公司和部分大型发电厂为交易主体，由国家电力市场负责组织跨区中长期合同的集中竞价交易、长中短期双边交易，区域间紧急情况及事故备用支援辅助服务；通过与周边国家联网，开展电力进出口贸易，实现电力资源利用的国际化。
区域电力市场是实现区域内电力资源优化配置的交易平台。
在区域电力市场中，建立区域年度和月度的撮合与双边交易市场；负责组织区域内直接参与区域竞价的机组和省电网公司进行购售电交易；建立以省为购售电主体的区域现货价格平衡市场，在满足省间输电容量的前提下，实现各省发电边际电价的趋同；区域调度交易中心负责省间联络线的安全校核。
省级电力市场是国家和区域电力市场的基础，主要开展省内电厂非竞争电量年度合同的双边交易和现货的集中竞价交易。
省级电力市场可同时作为售电主体（以委托代理的方式组织省内剩余发电资源）与购电主体，自由选择参与国家月度合同市场或区域年、月度合同市场的交易；并直接参与国家现货市场的双边交易。
对于省间联络线薄弱、区域内经济发展和电价水平差别较大的省份，可独立组织竞价机组的合同市场竞价与现货市场。
在三级电力市场体系中，区域电网公司、省电网公司以及直调发电企业在国家电力市场中作为平等的市场成员参与各类电力交易。
在电力交易中，需要确定各市场成员的网络拓扑关系，即建立电力交易网络模型，确定各成员之间的交易通道集合，并用以校验分析交易通道的可用输电容量（阻塞情况）以及确定输电费用。
在建立三级电力市场之前，一般交易主体之间不存在经济上的从属关系及地理位置的包含关系，相应的，已有电力交易通道搜索方法中，直接将交易主体所在的物理位置等值为一个网络点，以确定交易通道。
即建立的是物理网络拓扑关系网路，在物理模型中根据交易主体所在等值网络点以及网络点之间的输送电线路来建立电力交易网络模型。
在某区域电力市场中，区域内各省电网公司为市场中的交易主体（市场成员），将各省电网公司所在的省份等值为一个网络点，省间联络线即为各市场成员之间的交易通道，可进行可用输电容量的校验以及输电费用的确定。
而在三级电力市场体系中的国家电力市场平台上，区域电网公司和省电网公司同时作为平等的国家电力市场中的市场成员，在物理模型中无法确定它们之间的网络连接，并且区域电网公司及区域内省电网公司在网络等值时不能作为一个等值点来处理，如果使用现有方法，将无法确定区域电网公司与省电网公司的交易通道。
因此，在建立搜索交易通道时，如果采用各省电网公司所在的省份作为一个网络等值点，所有跨区、跨省线路的起始、终止点连接到省份的方法，则无法建立起区域电网公司与省电网公司之间的交易通道。
如，东北电网公司与辽宁省电力公司之间可能存在的交易通道将无法确定。
发明内容
本发明的目的是提供一种三级电力市场交易通道搜索及确立方法，其是针对三级电力市场中市场成员存在从属关系及物理位置包含关系的情况，实现正确电力交易通道的搜索，从而确立最经济最优化的电力交易通道。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种三级电力市场交易通道的搜索及确立方法，其方法步骤如下：
1）首先在已建立的物理网络拓扑关系的基础上建立三级电力市场电力交易网络拓扑关系：
a）将区域作为虚拟节点添加到物理网络拓扑关系网路系统中，与物理网络支路省份节点同时作为网络模型中的节点，其中，省份节点为所在区域节点的子节点，对所有节点进行编号；
b）将跨区、跨省联络线添加到物理网络中，其起始、终止节点为省份节点，并根据电网运行情况确定各联络线的可用输电容量、输电费用以及网络损耗；
c）在区域节点与其所属的省份节点之间添加虚拟等值联络线，认为该联络线的可用输电容量为无穷大，输电费用为零，网络损耗为区域平均网损（即区域节点的网络损耗）；对所有联络线进行编号；
d）根据电网运行方式设置联络线的连接或断开状态，其中，虚拟联络线的状态始终为“连接”；
2）对每一对起、止节点搜索可用交易通道，分别对它们之间的路径进行搜索、记录，形成交易通道集合；需要注意的是：
由于电力传输有方向性，联络线有正反向可用输电容量限制条件，（i，j）与（j，i）为不同的起止节点对。
3）将每一条连通状态的交易通道标识出包含的起始节点、联络支路、联络支路输电方向、转运节点、终止节点；
4）分别根据每一条连通状态的交易通道内各联络支路输电费用与转运节点的输电费用计算该通道的输电费用；
5）根据各连通状态的交易通道内各联络支路网络损耗与转运节点的网络损耗计算该交易通道的网络损耗；
6）连通状态的交易通道内各联络支路以及转运节点的可用输电容量的最小值作为该交易通道的初始可用输电容量；
7）将参与电力交易的市场成员根据其性质进行设置，定位到网络模型中相应的节点；从而得到各参与电力交易的市场成员之间的交易通道集合；
8）每次交易匹配时，根据交易规则确定最优交易通道，匹配成功后更新该交易涉及到的交易通道输电容量，当某交易通道输电容量为0时认为该通道已被阻塞，状态变为不可用。
该方法适用于国家三级电力市场交易的组织者。
本发明涉及三级电力市场平台中各市场成员参与电力交易时交易通道的搜索及确立方法，以及该方法在电力交易过程中的应用。
通过本发明搜索方法，可以清晰、明确地找出各市场成员之间的交易通道集合，进行交易通道阻塞分析以判断通道的可用性，计算交易通道的输电费用以得到最优通道。
本方法适用于三级电力市场体系中的国家电力市场，也可适用于区域电力市场以及省级电力市场。
本发明三级电力市场交易通道的搜索及确立方法可以借助计算机设备来实现，亦可开发为独立的电力交易系统，借助于该电力交易系统自动完成主要步骤。
本发明的优点是：
可以为三级电力市场的电力交易提供一个良好的交易平台，满足竞争有序、协调运作的省级、区域级和国家级三级电力市场体系的需求，利于电力资源利用国际化的实现。
附图说明
图1为本发明一示例电力市场物理拓扑关系图
图2为本发明一示例电力交易网络拓扑关系图
图3为本发明一示例交易通道表示图
具体实施方式
本发明三级电力市场交易通道搜索及确立方法首先通过添加虚拟节点及等值联络线对物理网络拓扑直接进行修正，或者是可以按照现有的物理网络拓扑模式进一步修改完善后，再建立起适合三级电力市场的网络模型，从而正确搜索交易通道。
电力市场中进行电力交易时，各市场成员按照交易前发布信息进行购售电报价申报，系统根据电力交易用户申报时的登录身份认证信息确定交易的市场成员，形成购电方集合与售电方集合。
电力交易时根据市场规则对购售电市场成员集合进行排序，依次进行交易匹配。
区域电网公司与省电网公司作为市场成员（购电方或售电方）在电力市场中参与电力交易时，交易模式一般存有以下五种情况：
1）．省间交易：
包含区域内省间交易以及跨区域省间交易的所有情况，根据上述已经建立的电力交易网络拓扑关系搜索交易通道集合，先不考虑区域的影响，可以认为省间交易不经过区域，直接搜索各省间的实际跨区、跨省联络线，得到交易通道。
交易通道中如果经过转运区域（非交易对象的区域），需向转运区域缴纳进出区域的输电费用。
2）．省和本区域交易：
交易通道为三级电力市场网络模型中添加的虚拟联络线，其可用输电容量为无穷大，输电费用为零，网络损耗为区域平均网损（即区域节点的网络损耗）。
3）．省与外区域交易：
交易通道的起始节点为该省份节点，终止节点为外区域内边界省份节点，并且通道不再经过外区域其它省份节点。
交易通道中如果经过转运区域（非交易对象的区域），需向转运区域缴纳进出区域的输电费用。
4）．区域与外省交易：
交易通道的起始节点为该区域内边界省份节点，终止节点为外区域某省份节点，并且通道不再经过本区域其它省份节点。
交易通道中如果经过转运区域（非交易对象的区域），需向转运区域缴纳进出区域的输电费用。
5）．区域与区域的交易：
交易通道的起始节点为该区域内边界省份节点，终止节点为外区域内边界省份节点，并且通道不再经过本区域与外区域其它省份节点。
交易路径中如果经过转运区域（非交易对象的区域），需向转运区域缴纳进出区域的输电费用。
无论何种交易模式下，各购、售电方之间都存在着多条可用交易通道，每条交易通道的网络损耗和输电费用可根据该通道中联络线、转运节点（包括转运省份和转运区域）的网络损耗和输电费用计算得出。
可用于在可用通道中选择出最优（最经济）通道。
在以上各种交易模式中，每条交易通道的初始可用输电容量都可根据通道中联络线和转运节点（包括转运省份和转运区域）的可用输电容量计算得出。
根据交易规则匹配成功每一笔交易后更新该交易涉及到的交易通道输电容量，当某交易通道输电容量为0时认为该通道已被阻塞，状态变为不可用。
以国家电力市场组织发布可交易信息为例，本发明三级电力市场交易通道搜索及确立方法主要步骤如下：
1．将区域作为虚拟节点添加到系统中，与省份节点同时作为网络模型中的节点，对所有节点进行编号。
并根据地理位置包含关系设置节点间的从属关系，即省份节点为所在区域节点的子节点。
2．根据实际的物理电网连接关系，将跨区、跨省联络线添加到网络中，其起始、终止节点为省份节点，并根据实际电网运行情况确定联络线的可用输电容量、输电费用以及网络损耗。
3．在区域节点与其所属的省份节点之间添加虚拟等值联络线，认为该联络线的可用输电容量为无穷大，输电费用为零，网络损耗为区域平均网损（即区域节点的网络损耗）。
4．对所有联络线进行编号。
5．根据电网运行方式设置联络线的状态（连接或断开）。
其中，虚拟联络线的状态始终为“连接”。
6．通过以上步骤建立包括区域虚拟节点在内的电力交易网络拓扑关系，在此基础上搜索各节点之间的可用交易通道，形成交易通道集合。
a）对每一对起、止节点搜索可用交易通道。
其中由于电力传输有方向性，联络线有正反向可用输电容量限制条件，（I，j）与（j，I）为不同的起止节点对，需要分别对它们之间的路径进行搜索、记录。
b）每一条连通状态的交易通道标识出包含的起始节点、联络线、联络线输电方向、转运节点（包括转运省份和转运区域）、终止节点。
c）省份节点与省份节点之间的交易通道集合可直接根据联络线起始终止节点搜索得到。
d）区域虚拟节点与本区域内省份节点之间的交易通道为所添加的虚拟联络线。
e）区域虚拟节点与外区域某省份节点之间的交易通道集合中，交易通道的起始节点为该区域内边界省份节点，终止节点为外区域某省份节点，并且通道不再经过本区域其它省份节点。
f）省份节点与外区域虚拟节点之间的交易通道集合中，交易通道的起始节点为该省份节点，终止节点为该外区域内边界省份节点，并且通道不再经过该外区域其它省份节点。
g）区域虚拟节点与外区域虚拟节点之间的交易通道集合为两个区域内各边界省份节点之间的交易通道。
h）根据通道内各联络支路输电费用与转运节点的输电费用计算交易通道的计算输电费用。
i）通道内各联络支路以及转运节点的可用输电容量的最小值作为交易通道的可用输电容量（考虑不同输电方向的可用输电容量）。
j）根据通道内各联络支路网络损耗与转运节点的网络损耗计算交易通道的网络损耗。
7．将参与电力交易的市场成员根据其性质进行设置，定位到相应网络模型中的节点，如：
省电网公司所在节点为网络拓扑中的相应省份节点，区域电网公司所在节点为网络拓扑中的相应区域节点。
至此，获得电力市场交易网络中所有节点之间的交易通道集合。
无论参与电力交易的市场成员属于何种类型，都可在该网络模型中定位到节点，在通道集合中查询到各市场成员之间所有可能的交易路径，进行交易通道的阻塞分析与最优选择。
本发明适用于三级电力市场体系中市场成员存在各种关系之间的电力交易网络模型的建立过程以及交易通道的搜索方法，包括市场成员之间存在从属关系或不存在从属关系，所在物理位置具有包含关系或无包含关系等各种情况。
本发明方法在生成交易通道集合时，已经对虚拟节点的可用输电容量、网络损耗以及输电费用进行处理，可用于交易过程中的阻塞分析以及通道最优选择。
下面结合具体实施例（以三个区域电网公司九个省电网公司参与国家电力市场电力交易为例）给出解释性例子来阐述三级电力市场中交易通道的搜索方法。
实施例1：
省间交易通道搜索
电力市场物理网络拓扑关系如图1所示。
电力交易中心组织发布可交易信息。
以图1中省份节点a1与省份节点b1为例，其间的电力交易通道搜索具体方法步骤如下：
1）首先在已建立的物理网络拓扑关系的基础上建立三级电力市场电力交易网络拓扑关系：
如图1所示，电力市场内包含三个区域：
区域A、区域B、区域C，a1，a2，a3为区域A内的三个省份，b1，b2，b3为区域B内的三个省份，c1，c2，c3为区域C内的三个省份。
a）按照本发明方法，在搜索交易通道、构建电力市场网络拓扑关系时，添加区域虚拟节点，并设置区域节点与省份节点的父子关系。
如图2所示，A、B、C为添加的区域虚拟节点，省份节点a1，a2，a3；b1，b2，b3；c1，c2，c3分别为所在区域节点A、B、C的子节点；
b）将跨区、跨省联络线添加到物理网络联络支路中，细实线（L1，L2，L3，L4，L5，L6，L7，L8，L9）为区域内各省间联络线；粗实线（L10，L11，L12，L13）为区域间联络线，起止点为相应省份节点，联络线正向输电方向如图中线路箭头方向所示。
所有联络支路（线）的状态均为连接。
c）在区域节点与其所属的省份节点之间添加虚拟等值联络线，添加区域与本区域省份节点之间的虚拟联络线，虚线（L14，L15，L16，L17，L18，L19，L20，L21，L22）为各区域虚拟节点与本区域各省份节点之间添加的虚拟联络线（联络支路）。
设定这些联络线的可用输电容量为无穷大，输电费用为零；对所有联络支路进行编号。
d）设定所有跨区、跨省联络支路（线）的状态均为连接，其中，虚拟支路的状态始终为“连接”；
按照以上步骤，形成电力交易网络拓扑关系，如图2所示。
网络拓扑中各联络线关联关系及输电参数见表1。
表1电力交易网络拓扑关系
联络线
起始节点
终止节点
连接状态
网络损耗
输电费用（元/MWh）
正向可用输电容量（MW）
反向可用输电容量（MW）
L1
a1
a2
ON
0.008
98
1200
1200
L2
a1
a3
ON
0.007
89
1600
1600
L3
a2
a3
ON
0.009
95
1000
1000
L4
b1
b2
ON
0.009
80
1000
1000
L5
b1
b3
ON
0.012
85
1200
1200
L6
b2
b3
ON
0.008
79
900
900
L7
c1
c2
ON
0.006
86
600
600
L8
c1
c3
ON
0.009
87
800
800
L9
c2
c3
ON
0.006
95
500
500
L10
a2
b2
ON
0.027
180
3200
3200
L11
a3
b1
ON
0.025
160
2800
2800
L12
b3
c2
ON
0.022
190
1800
1800
L13
b3
c1
ON
0.018
185
2400
2400
L14
A
a1
ON
0.012
0
∞
∞
L15
A
a3
ON
0.012
0
∞
∞
L16
A
a2
ON
0.012
0
∞
∞
L17
B
b2
ON
0.011
0
∞
∞
L18
B
b1
ON
0.011
0
∞
∞
L19
B
b3
ON
0.011
0
∞
∞
L20
C
c2
ON
0.013
0
∞
∞
L21
C
c1
ON
0.013
0
∞
∞
L22
C
c3
ON
0.013
0
∞
∞
网络拓扑中网络节点参数如表2所示：
表2：
网络节点参数
网络拓扑节点
网络损耗
输电费用（元/MWh）
正向可用输电容量（MW）
反向可用输电容量（MW）
a1节点
0.009
20
50000
50000
a2节点
0.012
20
50000
50000
a3节点
0.01
20
48000
48000
b1节点
0.008
20
49000
49000
b2节点
0.011
20
51000
51000
b3节点
0.009
20
49500
49500
c1节点
0.008
20
48900
48900
c2节点
0.007
20
51000
51000
c3节点
0.008
20
50800
50800
A节点
0.012
20
100000
100000
B节点
0.011
20
128000
128000
C节点
0.013
20
115000
115000
2）省份节点与省份节点之间的交易通道集合可根据联络线起始终止节点搜索得到。
每一条连通状态的交易通道标识出包含的起始节点、联络支路、联络支路输电方向、转运节点、终止节点。
3）根据每一条连通状态的交易通道内各联络线输电费用与转运节点的输电费用计算该通道的输电费用：
，其中，
为通道内各联络线及转运节点的网络损耗；
4）交易通道内各联络线以及转运节点的可用输电容量的最小值作为该交易通道的可用输电容量；
5）根据各交易通道内各联络支路网络损耗与转运节点的网络损耗计算该交易通道的网络损耗：
，其中，
为交易通道内各联络线及转运节点的网络损耗；
如图2中所示，省份a1节点与省份b1节点，它们之间可用的交易通道集合，以及交易通道的输电费用、网络损耗和可用输电容量如下表3所示，其中的一条交易通道示意图如图3所示：
表3：
为本发明省间交易时，a1与b1之间的交易通道表
起始节点
终止节点
交易通道
联络线集合
转运省份
转运区域
网络损耗
输电费用（元/MWh）
正向初始可用输电容量（MW）
反向初始可用输电容量（MW）
a1
b1
{a1,（+）L1,a2,（+）L3,a3,（+）L11,b1}
（+）L1
（+）L3
（+）L11
a2
a3
A
B
0.0625
433
1000
1000
{a1,（+）L1,a2,（+）L10,b2,（-）L4,b1}
（+）L1
（+）L10
（-）L4
a2
b2
A
B
0.0653
438
1000
1000
{a1,（+）L1,a2,（+）L10,b2,（+）L6,b3,（-）L5,b1}
（+）L1
（+）L10
（+）L6
（-）L5
a2
b2
b3
A
B
0.0839
542
900
900
{a1,（+）L2,a3,（+）L11,b1}
（+）L2
（+）L11
a3
A
B
0.0415
309
1600
1600
{a1,（+）L2,a3,（-）L3,a2,（+）L10,b2,（-）L4,b1}
（+）L2
（-）L3
（+）L10
（-）L4
a3
a2
b2
A
B
0.0821
544
1000
1000
{a1,（+）L2,a3,（-）L3,a2,（+）L10,b2,（+）L6,b3,（-）L5,b1}
（+）L2
（-）L3
（+）L10
（+）L6
（-）L5
a3
a2
b2
b3
A
B
0.1004
648
900
900
其中，联络支路（线）前（+）表示正向传输，（-）表示反向传输。
实施例2．省和本区域交易通道搜索
以图1中省份节点a1及区域节点A为例，其间的电力交易通道具体搜索方法步骤如下：
1）在已建立的物理网络拓扑关系的基础上建立三级电力市场电力交易网络拓扑关系，方法步骤与实施例1的步骤1）相同。
2）省和本区域之间的交易通道采用图2中的虚拟联络线，通道可用输电容量、输电费用、网络损耗即为该联络线的可用输电容量、输电费用和网络损耗。
省份节点a1至区域节点A之间的交易通道集合为：
{a1-（-）L14-A}；只有唯一的选择，交易通道中不存在转运省份和转运区域。
通道可用输电容量为无穷大，输电费用为0，网络损耗为0.012。
实施例3．省与外区域交易通道搜索
以图1中省份节点b1及区域节点C为例，其间的电力交易通道具体搜索方法步骤如下：
1）在已建立的物理网络拓扑关系的基础上建立三级电力市场电力交易网络拓扑关系，方法步骤与实施例1的步骤1）相同。
2）省份节点与外区域节点之间的交易通道，起始节点为该省份节点，终止节点为外区域的边界省份节点，且通道不再经过外区域其它省份节点。
交易通道的起始节点为该省份节点b1，终止节点为区域C内边界省份节点c1或c2，并且通道不再经过区域C其它省份节点c3。
其可用交易通道包括：
①{b1-（+）L4-b2-（+）L6-b3-（+）L13-c1}，
②{b1-（+）L5-b3-（+）L13-c1}，
③{b1-（+）L4-b2-（+）L6-b3-（+）L12-c2，b1-（+）L5-b3-（+）L12-c2}。
各交易通道中涉及的转运区域列表：
{B}。
3）各交易通道的可用输电容量、输电费用与网络损耗的计算，与实施例1的步骤3）、4）、5）相同，在此不再赘述，也不再列出计算结果。
实施例4．区域与外省交易通道搜索
以图1中区域节点A及省份节点b2为例，其间的电力交易通道具体搜索方法步骤如下：
1）在已建立的物理网络拓扑关系的基础上建立三级电力市场电力交易网络拓扑关系，方法步骤与实施例1的步骤1）相同。
2）区域与外省之间的交易通道，起始节点为该区域内边界省份节点，终止节点为外省节点，且不再经过该区域内其它省份节点。
区域节点A与省份节点b2之间的交易通道，起始节点为区域A的边界省份节点a2或a3，终止节点为省份节点b2，并且通道不再经过区域A其它省份节点a1。
其可用交易通道包括：
①{a2-（+）L10-b2}；
②{a3-（+）L11-b1-（+）L4-b2}；
各交易通道中涉及的转运区域列表：
{B}
3）各交易通道的可用输电容量、输电费用与网络损耗的计算，与实施例1的步骤3）、4）、5）相同，在此不再赘述，也不再列出计算结果。
实施例5．区域与区域的交易通道搜索
以图1中区域节点A及区域节点C为例，其间的电力交易通道具体搜索方法步骤如下：
1）在已建立的物理网络拓扑关系的基础上建立三级电力市场电力交易网络拓扑关系，方法步骤与实施例1的步骤1）相同。
2）区域与区域之间的交易通道，起始节点为该区域内边界省份节点，终止节点为外区域内边界
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