一种协调多种时间尺度的跨省区电量库交易方法

摘要

本发明公开了一种协调多种时间尺度的跨省区电量库交易方法，属于电力市场交易理论与方法研究领域。本发明综合考虑了电量库交易中多个成员省份的电力供需情况、跨省区外购电的运输及供给情况、调峰资源和正负调节能力差异等因素，实现了多约束下的跨省跨区电量库交易决策制定方法，能够使低成本电力和可再生能源电力在参与电量库交易的多省之间进行高效、合理、互利的再分配，促进省间电力的余缺互补，降低削峰填谷的成本，同时提高跨省输电通道的利用水平；本发明以月度电量库交易为主线和基准，保证电量库交易的提前规划与科学统筹，同时协调在月内灵活展开日前电量库交易和日内电量库交易，以进一步平抑负荷波动，实现电力余缺互补。

说明书

技术领域

本发明属于电力市场交易理论与方法技术领域，更具体地，涉及一种协调多种时间尺度的跨省区电量库交易方法。

背景技术

保障能源安全、优化能源结构、大力发展清洁能源，是实现我国经济、社会、能源、环境协调可持续发展的必然要求。我国西北地区是新能源发电较为集中的地区，但新能源装机与负荷增长不匹配、新能源大规模集中并网、电网网架存在薄弱环节等一系列原因，导致弃风弃光问题突出。为了解决上述问题，已有文献提出了新能源“电量库交易”的概念，通过深入分析西北电网的电源特性和负荷特性，追寻重要输电通道运行规律，因地制宜设立了主控区置换电量库、陕青省间调峰置换电量库等电量库交易品种。通过电量库充分利用电网调峰资源，将西北地区电网的各类电能资源在电量库中打捆汇集，提高输电通道利用水平，平抑新能源出力随机性波动，拓展新能源消纳空间。

既有文献主要针对我国西北地区具体的新能源电力背景来设计“电量库交易”，以新能源的打捆汇集和平稳出力为主要目标，未考虑到电量库交易在实现多省电力余缺互济、提升清洁能源电力消纳空间、降低调峰成本等方面更为广泛的应用，特别是与现有跨省区电力交易相结合，用于更多的电源类型、更丰富的交易品种、更大范围的参与省份等。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种协调多种时间尺度的跨省区电量库交易方法，其目的在于，在已有的电量库交易概念的基础上，对电量库交易的适用场景、涉及的交易品种和电源类型均进行了拓展，同时提供了一套更加完整的、能够被电力供需环境和资源禀赋不同的更多区域、省份所利用的多时间尺度协调的电量库交易组织决策方案。

为实现上述目的，本发明提供了一种协调多种时间尺度的跨省区电量库交易方法，包括：

S1.计算当月电量库交易参与省份的电量库预计余缺电量和正、负向可调节发电量；

S2.根据各省份的电量库预计余缺电量和正、负向可调节发电量，确定月度电量库交易中的存入、支取省份以及存入、支取的基准电量；

S3.构建月度电量库交易品种和交易主体的决策模型，所述决策模型用于建立不同约束条件与交易决策项之间的对应关系，并根据所述对应关系以及预设的优先级规则对不同约束条件下的交易决策项进行排序；

S4.根据步骤S2得到的存入、支取的基准电量，选择排序靠前的一个或多个交易方案，形成本月的月度电量库交易计划；

S5.以月度电量库交易计划为基准，设定日前、日内电量库交易的各类适用场景，根据参与省份提供的相应信息判断其当前申请的日前或日内电量库交易是否允许进行；

S6.设定日前及日内电量库交易的不平衡电量阈值U

若|U′|

进一步地，步骤S1中，电量库预计余缺电量计算公式为：

R

其中，R

U

U

其中，M

进一步地，步骤S2具体为：

1)若R

2)若R

P

3)主动支取省份在本月预计可从电量库中支取的电量基准值C＝min{|R

4)主动存入省份在本月预计可向电量库中存入的电量基准值Q＝min{|R

L表示根据所有参与省份的正、负向调峰能力人为确定的电量上浮或下调值。

进一步地，步骤S3中构建月度电量库交易品种和交易主体的决策模型，具体包括：

01.建立各个交易决策项下的不同项目类别的属性之间的第一映射关系表；所述交易决策项包括交易电量品种和交易主体；其中，交易电量品种下的不同项目类别的属性包括品种编码和交易品种；交易主体下的不同项目类别的属性包括交易主体编码和交易主体；

02.建立各个约束条件下的不同条件类别的属性之间的第二映射关系表；约束条件包括当月距不平衡电量清算时间节点的剩余时间值、电量库交易相关的电力通道输送量、参与电量库的各品种电力供应量和所在省当月月末不平衡电量限值；其中，剩余时间值下的不同条件类别的属性包括条件编码、条件内容和条件含义；电力通道输送量、各品种电力供应量以及月末不平衡电量限值下的不同条件类别的属性均包括条件编码和条件内容；

03.根据第一映射关系表、第二映射关系表以及优先级规则建立每个约束条件下的不同条件类别对应的项目类别的优先级顺序，生成决策模型。

进一步地，日内及日前电量库交易的主要适用场景包括：

1)对月度电量库交易计划进行正向调节；

i)月度电量库交易计划中的主动支取省份需要在短时间内额外支取月度电量库交易计划之外的电量库电量；在相同的时间段内，主动存入省份对应有富余电量能够满足该需求；

ii)月度电量库交易计划中的主动存入省份在短时间内有富余电量；在相同的时间段内，主动支取省份对应能够消纳此部分电量；

2)对月度电量库交易计划进行反向冲抵：

i)月度电量库交易计划中的主动支取省份在短时间内出现电量富余；在相同时间段内，主动存入省份能够通过自身的调节消纳此部分电量；

ii)月度电量库交易计划中的主动存入省份在短时间内出现电量缺口；在相同时间段内，主动支取省份能够通过自身的调节提供此部分电量；其中，短时间内指周内、连续几日或日内。

进一步地，所述方法还包括：

S7.月末统计各省在月度、日前和日内三个时间尺度下的所有电量库交易中的实际电量存取情况，计算各省累计至月末的不平衡电量；

S8.根据所在月份是否为电量库清算月份，对不平衡电量进行相应的处理；

S9.对电量库交易中的电量进行结算。

进一步地，各省累计至月末的不平衡电量U

U

其中，U

进一步地，步骤S8具体为，

若本月不是清算月份，则计算得到的累计不平衡电量U

若本月是清算月份，则通过处理使得各省的U

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。

(1)本发明综合考虑了电量库交易中多个成员省份的电力供需情况、跨省区外购电的运输及供给情况、调峰资源和正负调节能力差异等因素，实现了多约束下的跨省跨区电量库交易决策制定方法，能够使低成本电力和可再生能源电力在参与电量库交易的多省之间进行高效、合理、互利的再分配，从而促进省间电力的余缺互补，降低削峰填谷的成本，同时提高跨省输电通道的利用水平，有助于形成多区域电力互济互利的长效发展机制。

(2)本发明方法综合考虑到电量库交易在月度、日前和日内三个时间尺度上涉及的计划、组织、执行以及清算结算等问题，该方法以月度电量库交易为主线和基准，保证电量库交易的提前规划与科学统筹，同时协调在月内灵活展开日前电量库交易和日内电量库交易，以进一步平抑负荷波动，实现电力余缺互补。

附图说明

图1是本实施例提供的一种协调多种时间尺度的跨省区电量库交易方法的流程图；

图2是本实施例提供的一种根据交易条件T(距不平衡电量清算时间节点的时间充裕程度)和交易条件H(月末是否有平衡电量的要求)来对交易决策项I(交易主体)进行决策的交易决策流程图；

图3是本实施例提供的一种根据交易条件E(电量库交易相关的电力运输通道能力)和交易条件S(参与电量库各品种电量的供应充足程度)来对交易决策项K(交易电量品种)进行决策的交易决策流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明中“跨省区电量库”指充分利用两个及以上具有双向输电能力的区域电网区域调峰资源，将各区域电网的各类电能资源在电量库中打捆汇集，实现资源共享、余缺互济，达到灵活存取、峰谷互填，充分利用各区域电网负荷的时间空间差异，提髙输电通道利用水平，扩大库中电网对库外电量的消纳规模，是一种新颖的电力市场交易思路。

参见图1，本发明提供的协调多种时间尺度的跨省区电量库交易方法包括以下步骤：

步骤S1：构建各省当月的预计电量库余缺电量计算模型，根据当月各省预计的电量供需情况和累计至上月的电量库交易情况得到参与电量库交易的各省本月的预计电量库余缺电量值；

每月月初，参与电量库交易的各省交易中心根据本月预计的电量供需情况和前期的电量库交易情况，利用以下公式估算本省本月电量库电量的预计余缺情况R

R

其中R

U

U

其中M

各省将本月的电量库电量预计余缺情况R

步骤S2：基于所有参与省份的预计电量库余缺电量和正、负向可调节发电量，设立月度电量库交易电量决策模型，计算得到当月各参与省份在月度电量库交易中的交易电量基准值和交易方向；

总交易中心统筹相关调峰资源、断面输送容量等后，结合各省上报的本月月度电量预计余缺情况R

原则上，本月主动支取省份的可出库电量应与主动存入省份的可入库电量值相等。由于在电量库运行过程中，允许各省的部分不平衡电量在月度间进行转移，且各省的调峰资源能力和利用程度均有所差异，因此可出库电量和可入库电量不应直接等同于各参与省份上报的R

1)决策主动存入省份P

2)决策主动支取省份P

3)决策可出库电量C和可入库电量Q：C＝Q＝min{|R

其中，P表示所有参与电量库的省份集合；R

注：若本月所有参与电量库交易省份的可出库电量均为正(即均有额外消纳空间而无富余电量)，或可入库电量均为正(即均有富余电量而无额外消纳空间)，则不考虑采取电量库交易的方式来解决电量的余缺问题。

步骤S3：创建月度电量库交易品种和交易主体的决策模型，所述决策模型用于建立不同约束条件与交易决策项之间的对应关系，并根据所述对应关系以及预设的优先级规则对不同约束条件下的交易决策项进行排序；

其中，创建交易决策模型具体包括：

S31：建立各个交易决策项下的不同项目类别的属性之间的第一映射关系表；交易决策项包括交易电量品种和交易主体；其中，交易电量品种下的不同项目类别的属性包括品种编码和交易品种；交易主体下的不同项目类别的属性包括交易主体编码和交易主体；

a.交易电量品种

电量库的交易电量品种包括：

表1交易电量品种下的项目类别属性之间的第一映射关系表

b.交易主体

电量库交易涉及的交易主体包括：

表2交易主体下的项目类别属性之间的第一映射关系表

S32：建立各个约束条件下的不同条件类别的属性之间的第二映射关系表；约束条件包括当月距不平衡电量清算时间节点的剩余时间值、电量库交易相关的电力通道输送量、参与电量库的各品种电力供应量和所在省当月月末不平衡电量限值；其中，剩余时间值下的不同条件类别的属性包括条件编码、条件内容和条件含义；电力通道输送量、各品种电力供应量以及月末不平衡电量限值下的不同条件类别的属性均包括条件编码和条件内容。

对于月度电量库交易品种及交易主体的决策，需根据以下条件进行评估和判断：

a.距不平衡电量清算时间节点的时间充裕程度T；

不平衡电量的清算时间节点是指在这一节点前，各省需完成电量库电量的存取冲抵以消除不平衡电量，或针对不平衡电量引入调峰火电(置换电量)开展有结算交易；这一时间点根据实际情况，通常可设为汛期结束的月末或年末。

表3剩余时间值下的条件类别属性之间的第二映射关系表

b.电量库交易相关的电力运输通道能力E；

注：认为置换电量可通过发电权交易等方式实现，因此此项对应的通道条件始终为充足。

表4电力通道输送量下的条件类别属性之间的第二映射关系表

c.参与电量库各品种电量的供应充足程度S；

注：认为调峰火电供应始终充足。

表5各品种电力供应量下的条件类别属性之间的第二映射关系表

d.根据电量库运行规则或已签订合同，本月月末是否有平衡电量的要求H；

平衡电量的要求包括月度平衡、年度(汛期内)平衡等，具体的平衡方式(完全平衡、部分平衡)以及电量额度，根据总交易中心制定的规则以及与火电企业所签订的合同决定。

表6月末不平衡电量限值下的条件类别属性之间的第二映射关系表

S33：根据第一映射关系表、第二映射关系表以及优先级规则建立每个约束条件下的不同条件类别对应的项目类别的优先级顺序，生成交易模型。

根据上述描述，交易策略考虑不同的交易条件，交易模型针对不同的交易决策项进行选择与排序：

表7交易模型中的参数定义

流程图中“>”表示决策项的优先级顺序。例如“K1>K2”表示K1、K2决策项同时可选的情况下，优先选择K1。

a.判断置换电量(调峰火电)是否参与；

条件T和H主要决定月度电量库交易中是否纳入调峰火电(置换电量)，以达到电量库的平衡。对应交易策略流程如图2所示：

若当月距不平衡电量清算时间节点的时间间隔不足1个月(t＝T2)，或规则合同等规定本月月末要对电量库电量进行平衡(h＝H2)，则需要置换电量参与到月度电量库交易当中。但在能够使用三峡水电或西南水电的情况下，仍然优先考虑通过这两类电量的存取冲抵进行平衡。因此交易品种的选择顺序为三峡水电优先，西南水电次之，置换电量最末。对应的交易主体中除各省电力交易机构外也包括一些火电企业。

若当月距不平衡电量清算时间节点的时间充裕(t＝T1)，且月末不要求对电量库电量进行平衡(h＝H1)时，则不需要置换电量参与月度电量库交易，本月的入库电量交易品种仅为三峡水电与西南水电。对应的交易主体为各省的电力交易机构。

b.在无调峰火电参与(即不需要进行电量平衡)的情况下，决策三峡水电或西南水电作为交易品种；

条件E和S主要反映了三峡水电和西南水电作为跨省区运输的电力品种所面临的供应和运输约束，此时交易主体不考虑火电企业。对应交易策略流程如图3所示：

当通道和供应均充足时，两类电量均可作为月度电量库交易的交易品种，其中优先考虑三峡水电；当通道和供应存在任一不足时，对应品种的电量无法入库。若通道和供应情况使得两类电量均无法入库，则当月不开展月度电量库交易。(注意此处的前提是当月没有平衡电量的要求；若在三峡水电和西南水电都无法入库的情况下需要进行电量平衡，则火电部分按需求参与即可，参照a中所述流程)。

步骤S4：按S2中所述的交易电量基准值，选择S3中得到的排序靠前的一个或多交易方案，形成本月的月度电量库交易计划；

若根据S3中的流程进行决策后，有多种可选的月度电量库交易方案，则根据交易决策项优先级和交易成本进行排序，成本较低的方案在前。对于购电成本差距在可接受范围内的多种交易方案，交易决策项优先级别高的方案排序在前。最后按可出库电量(以及可入库电量)所规定的交易电量基准额度，选择排序靠前的一个或多交易方案，形成本月的月度电量库交易计划。将制定好的月度电量库交易计划下发给各省交易中心及调度部门，协调各方配合执行。

步骤S5：设定日前电量库交易和日内电量库交易的适用场景，包括存入省份、支取省份同时需要满足的内、外部条件等，根据参与省份提供的相应信息判断其当前申请的日前或日内电量库交易是否允许进行；

月度电量库交易计划的具体执行由各省的交易中心及调度部门负责安排。在本月执行月度电量库交易计划过程中的任何时段，都可以合理穿插进行日前电量库交易和日内电量库交易。日内及日前电量库交易的主要适用场景包括：

a.对月度电量库交易计划进行正向调节：

i)月度电量库交易计划中的主动支取省份出现突发的用电高峰(用电需求上涨)、部分跨省区交易的实际受入电量低于合同规定电量、月度电量库计划中电量库电量缺口估算偏低导致可出库电量设定偏低等情形，从而需要在短时间内(如周内、连续几日或日内)额外支取月度电量库交易计划之外的电量库电量；同时在相同的时间段内，主动存入省份对应有富余电量能够满足这一额外需求。

ii)月度电量库交易计划中的主动存入省份由于在跨省区交易中实际受入电量高于合同规定电量、对本月的整体用电需求预测偏高等，使得月初对电量库的电量富余估算偏低，导致可入库电量设定偏低，因此在短时间内(如周内、连续几日或日内)有过高的富余电量；同时在相同的时间段内，主动支取省份对应能够腾出空间消纳此部分电量。

在上述情形的日前或日内电量库交易中，主动支取省份仍进一步“支取”电量，而主动存入省份也进一步“存入”电量。因此可以视为对月度电量库计划的起到了正向增强的作用。

b.对月度电量库交易计划进行反向冲抵：

i)月度电量库交易计划中的主动支取省份在短时间内由于需求减弱或外来电量增加，从而出现短暂且集中的电量富余；而在相同时间段内，主动存入省份能够通过自身的调节，短时地腾出空间消纳此部分电量。

ii)月度电量库交易计划中的主动存入省份在短时间内由于需求增强或外来电量减少，从而出现短暂的电量缺口；而在相同时间段内，主动支取省份能够通过自身的调节，短时地提供此部分电量。

在上述情形的日前或日内电量库交易中，主动支取省份会向电量库中“存入”电量，而主动存入省份会从电量库中“支取”电量。这一操作与月度电量库交易所规定的存取方向相反，因而可以起到反向存取冲抵的作用，降低当月产生的不平衡电量额数。

日前和日内电量库交易需要一定程度的及时性和灵活性，因此交易的组织计划过程较月度电量库交易而言，需尽量从简。在确定交易计划时，主要由符合交易适用情形的两方省份协商确定存入(和支取)的电量、供电曲线等。

原则上，日前及日内电量库交易中应不包括置换电量的参与。仅在以下情形下允许置换电量参与：时间点非常接近不平衡电量的清算时间节点，三峡水电与西南水电已最大程度地进行冲抵，但若按月度电量交易计划执行至月末，不平衡电量仍然存在。此时可以通过置换电量的日前或日内交易，来达成年末或期末平衡电量的目的。

步骤S6：设定日前及日内电量库交易的不平衡电量阈值，根据日前或日内电量库交易是否会使得当月累计的不平衡电量超出这一阈值，来判定交易是否允许进行、是否需要调整交易电量额度；

与月度电量库交易存取方向一致的、多次或大量的日前及日内电量库交易，极有可能导致本月的不平衡电量显著增加。为了将不平衡电量控制在合理范围内，设立针对日前及日内电量库交易的累计不平衡电量最高数额限制U

步骤S7：月末，统计各省在月度、日前和日内三个时间尺度下的所有电量库交易中的实际电量存取情况，计算各省累计至月末的不平衡电量；

月末，各省根据月度、日前和日内三个时间尺度下电量库交易的实际电量存取情况，计算累计至本月月末各省的不平衡电量。计算公式如下：

U

其中，U

步骤S8：根据所在月份是否为电量库清算月份，对不平衡电量进行相应的处理；

若本月不是清算月份(不要求在月末将电量库中的电量进行完全平衡)，则计算得到的累计不平衡电量U

若本月是清算月份(月末须达成电量平衡，例如在年末或者汛期的期末)，则需利用合约置换、发电权交易等方式处理U

步骤S9：对电量库交易中的电量进行结算；

电量库交易涉及的结算主要如下：

a.三峡水电、西南水电等入库电量在一定交易周期(以月为单位)内进行冲抵，只统计不结算，力求做到年度平衡；

b.本月参与到电量库电量平衡中的置换电量(调峰火电)，若用于本月的月度电量平衡，则在月末根据合同中事先商定的价格进行结算；若用于年度(或汛期)电量平衡，则可依合同规定，选择在各月末进行结算，或在年末(或汛期结束时)统一结算。

以下实施例是在上述交易方法的基础上以2019年5月华中电网和重庆电网电量库交易为例，对协调多时间尺度的跨省区电量库交易方法进行实例说明和验证。

S201，构建华中电网和重庆电网当月的预计电量库余缺电量计算模型，根据当月各电网预计的电量供需情况和累计至上月的电量库交易情况得到参与电量库交易的各省本月的预计电量库余缺电量值；

由于在该电量库交易中，水电为主要的交易品种，而5月(t＝5)为汛期前期，电量库交易刚刚开始，因此假设累计至4月末时，华中电网和重庆电网在电量库交易中的不平衡电量均为0(U

根据预测，当月重庆地区电力总体富余，供大于求，而华中地区由于受到大范围高温天气影响，需求量攀升，供给不足。当月华中电网预计总需求电量682.6亿千瓦时(D

根据预计电量库余缺电量计算模型，可得华中电网、重庆电网本月电量库预计余缺值分别为-4亿千瓦时(R

S202，基于所有参与省份的预计电量库余缺电量和正、负向可调节发电量，设立月度电量库交易电量决策模型，计算得到当月各参与省份在月度电量库交易中的交易电量基准值和交易方向；

京交四部会同华中调控分中心统筹相关调峰资源、断面输送容量等后，根据华中电网、重庆电网本月电量库预计余缺值-4亿千瓦时和2亿千瓦时，确定月度电量库交易中的主动支取省份为华中电网(P

步骤S203，根据本月距不平衡电量清算时间节点的时间充裕程度、电量库交易相关的电力运输通道能力、参与电量库各品种电量的供应充足程度、本月月末是否有平衡电量的要求等决策条件，判断并选择适当的交易决策项，确定所有可选的交易方案，根据需求总量选择执行交易决策项优先级较高且成本较低的多个交易方案。

(1)对不同约束条件下的交易决策项进行排序后得到的交易策略；

a、判断置换电量(调峰火电)是否参与：

当前月份为5月(t＝T1)，距清算时间节点时间充足，且月末不要求平衡电量(h＝H1)，则不需要置换电量参与月度电量库交易，本月的入库电量交易品种仅为三峡水电与西南水电。

b、在无调峰火电参与(即不需要进行电量平衡)的情况下，决策三峡水电或西南水电作为交易品种：

根据评估，当月三峡水电相关通道能力充足，西南水电相关通道能力充足(e＝E1)，所有供应充足(s＝S1)，通道和供应均充足时，两类电量均可作为月度电量库交易的交易品种，其中优先考虑三峡水电。

(2)可选交易方案选择：

综上所述，针对四种交易条件，有以下交易策略：

a、判断置换电量(调峰火电)是否参与：

置换电量(调峰火电)不能参与电量库交易。

b、在无调峰火电参与(即不需要进行电量平衡)的情况下，决策三峡水电或西南水电作为交易品种。

对于交易品种，优先采用三峡水电，其次采用西南水电。

综合三种情况，交易策略优先级排序为：

交易品种：三峡水电(国家计划电量)>西南水电(市场化电量)；

交易主体：华中电力交易机构、重庆电力交易机构；

按S202中所述的交易电量基准值(2亿千瓦时)，对各交易策略进行组合，计算各策略的交易成本，按照购电成本的高低对各方案进行排序，成本较低的方案在前。对于购电成本差距在可接受范围内的多种交易方案，交易决策项优先级别高的方案排序在前。最后按可出库电量(以及可入库电量)所规定的交易电量基准额度，选择排序靠前的一个或多交易方案，形成本月的月度电量库交易计划。京交四部将制定好的月度电量库交易计划下发给各省交易中心及调度部门，协调各方配合执行。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。