1. 国网湖北电力公司经济技术研究院 湖北武汉 430077
摘要： 本文介绍了笔者所在项目组研发的电能交易仿真系统设计的一个新型电力交易程序模型——比较因子排队程序模型，该模型能模拟所有可能的各类电力交易模式，不论是竞争性交易还是非竞争性交易；该模型除了启动前的各种基本配置外，中间的交易过程完全由程序按照规定好的算法自动执行，无需任何人工操作，从而避免了人为因素的干扰。该模型的提出有力保证了执行交易规则的严肃性和可易操作性；同时，由于一系列概念的提出和明确，也为交易规则的完善和发展打下基础。
关键词： 动态匹配对队列；比较因子；分配系数；电能交易仿真系统；交易矩阵；交易模式
A kind of Electric Power Transaction Algorithmic Model Based on Comparative Factor’ Queue
HAN Wenchang2， ZENG Weimin1， FAN Yuhong2，HU Guang1， LIU Jiangping1
（1. State Grid Hubei Electric Power Company Economic Research Institute， Wuhan， 430077， P.R.China）
Abstract： This paper introduces a new kind of electric power transaction algorithmic model designed by the author’s research group that developed for electric power transaction simulation system—the comparative factor queue program model. This model can imitate various kinds of possible electric power trade models， whether competitive trading or non-competitive trading. And except different kinds of basic configuration before launching， the remain trading process of this model is automatically performed with the trading rules formulated by the programs without any manual works， which avoids interference with human factors. This model ensured seriousness and operability for the execution of trading rules， and laid a foundation of trading rules’ perfection and development.
Key words： dynamically match queue， comparative factor， allocation coefficient， electric power transaction simulation system， trading matrix， trading mode
0 引言
伴随电力体制改革和电力市场机制逐步完善，各种各样的电能交易模式应运而生，各区域电网、省市电网纷纷投资建设电力市场技术支持系统[1]，但这些系统因定位于实际运行，极大地受到实际需求和现有模式的制约，不能适应探索期快速变化的要求，因此重复建设在所难免，能不能有个系统，跳出实际因素的制约，并能充分反映这些已经出现的各种市场交易模式呢？ 基于此目的，近几年来，我们组织了一个研发团队，研发一套电力市场电能交易仿真系统，用来模拟仿真二、三级电力市场的电力交易过程。
本文对该仿真系统中电力交易程序模型进行了探讨。
1 现有交易模型
发电侧电力市场是电力的买方与卖方相互作用以决定其电价和电量的过程[1]电力交易机制是电力市场的核心。由于各国的情况不同，管理体制和市场开放程度千差万别，交易模型也是各不相同，就我国目前情况来讲，电力交易只对发电侧和电网开放。交易分为三类：一是非竞争性交易：即基于用电计划和发电分配规则落实的购售电合同交易，即所谓电厂基数上网电量。二是市场竞争性交易，主要包括：跨省跨区购售电交易、节能减排发电权交易、大用户与发电企业直接购电交易等，即所谓电厂基数电量之外的上网电量。三是其它性质交易电量，包括：跨省跨区水火电丰枯置换调剂电能交易，电网之间紧急和特殊情况借还电能交易，新投产并网机组调试试运行上网电量交易等。随着国家电力体制改革的深入，我国发电侧电力市场机制将会更加完善，交易品种也将更加丰富。
按照时间的长短分为中长期交易（年度、季度、月度），不定期交易、日前交易和实时交易。
交易的参与者有三种类型：1、代理或中间商作用的购售者，如电网公司；2、发电企业及其机组；3、最终用户，包括大用户。
购方需求包括电量和典型日的96点负荷曲线。如果是峰平谷分时段交易，我们可以将某个时段的电量平均分配给这个时段，其他时段为零，形成特殊的负荷曲线。叠加所有购电方的成交电量和电力负荷曲线，形成总的负荷曲线，作为供电方电力分配的依据。
不管是电网公司代理还是发电企业直接参与交易，成交电量最终还是需要分配到各个发电企业不同容量的机组身。
2 交易模型设计
2.1 交易定义
对于电网公司或是发电企业来说，购电方案或是售电方案是某个阶段所有单笔交易的叠加，如省电网公司某天的购电方案是计划性购电、发电权交易、大用户与发电企业直接购电交易、跨省跨区电力交易等产生的购电量的合计。
什么是单笔交易呢？在交易仿真系统中，明确定义交易为某个组织交易的单位组织的某个时间的某种类型电力交易的组织实施的全过程行为及成交结果，单笔交易属性包括：交易品种，时间，交易的组织者，交易申报，输电费，线损，成交结果。
图1 交易流程（之一）
Fig. 1 One of trading program
时间段如2012年度交易的起止时间为2012年1月1日至2012年12月31日。
交易的组织者作为2级市场一般指区域电网，3级市场指省级电网，需要指明是哪家电网公司。
交易申报是参与交易的购方所需的和售方能出售的电量、电价和96点日负荷曲线，以及其他特殊需求。
结果包括三个内容：成交的电量，电价和96点电力曲线（有些交易不需要）等。
由图1所示，交易的全过程为：依据某种交易规则，组织一次交易活动，对交易进行配置，对购售双方的申报进行配对形成匹配对，并根据某种比较因子对匹配对进行排队，确定成交的先后顺序和电量分配的比例，再按照分配原则分配电量，如果有必要，还需要将购方的电力曲线一同分配给售方。
2.2 交易品种
为了在仿真系统中模拟各种可能的交易方式，课题组提出了按交易品种配置的规则：指为了交易仿真的需要，在选定交易类型、交易范围、交易种类、交易主体和交易模式的条件下，所形成的某一种特定的电力交易方式。
（1）交易类型：定义交易类型，如计划性购电或是跨省交易等；
（2）时间类型：根据交易时间范围的长短不同而划分，如：年度交易、月度交易、短期交易和日前交易。
（3）交易范围：交易范围指交易主体的地域跨度，按照交易区域的不同，可以将交易划分为跨区交易（一级市场）、省间交易（二级市场）和省内交易（三级市场）。
（4）交易种类：智能化电能交易仿真系统不仅模拟电能交易，还模拟在发用电市场出现的各种交易标的。课题组将交易的标的选择定义为交易种类。主要有跨省区电能交易、发电权交易、丰枯置换交易等。
（5）交易模式：交易模式与电力联营体（POOL）模式，双边交易模式以及多边交易模式有所不同，这里指的是交易成交的依据，其内容涵盖交易组织形式和交易规则等方面的内容，是交易模拟的核心概念。
（6）交易主体类型：交易主体包括交易的组织主体和参与主体性质。交易主体是交易模拟时对交易组织主体和交易参与主体的范围限定。交易主体包括国家电网公司、国家电网公司分部、省电力公司、电厂（发电集团）和具有自主购电资格大用户。
在交易品种定义后，某个交易的基本情况便得到确定，它界定了交易的边界，决定了交易的操作流程和使用的交易规则。
2.3 交易配置
交易配置包括以下几个方面：
（1）交易品种各种参数的配置；
（2）交易时间范围、输电费、线损、联络线容量，以及申报的边界条件等的配置；
（3）购售双方申报电量、电价、比较因子及购电方的负荷曲线的设置；
（4）购售电方案中已经分配的各方的电量配置；
（5）电量和负荷曲线的分配方式配置。
2.4 匹配对队列
举例如下：
如撮合交易或是竞价交易中的扣除线损和输电费后的折算值差额，即价格差；
如节能调度交易，按照火电机组的煤耗率排序，由于只有火电类型的发电企业具备这一指标，因此作为购方不具有煤耗率，因此其比较因子为发电企业的煤耗率，火电之外的其他类型的发电企业的煤耗率可以设为零或是其他指标的折算值。
如非竞争性的年度购电计划分配，购电方为省电网，比较因子可以设置为发电企业的批复电价。
当比较因子相等时，如何决定匹配对的先后顺序呢？就是在原有比较因子的基础上再增加一个不同的比较因子，称为次比较因子，让两者一起决定匹配对队列的排队方式。
2.5 动态匹配对队列交易算法
成交结果为一个五元组：
O=（ida，idb，v，p，ln）
ida，idb一为交易的售方和购方；
v，p，ln为成交的电量、电价和日电力曲线。
匹配交易是一个通过T产生O集合的函数，即：
O=f（T）
由于T和O都是集合，因此O的产生是一个动态过程，在成交过程中，匹配对队列也在不断变化中，因此称为动态匹配对队列算法，具体算法已有论文论述[2]。其中成交结果的计算为：
对于r（ai，bj），ida =idai ，idb =idbj
v=min（vai，vbj，l）最小值函数，其中vai，vbj为售购双方的申报电量，lr.为idb ，idbj之间的动态限制量。
p=f（pai，pbj，tr，ll）函数，其中pai，pbj为售购双方的电价，tr为idb ，idbj之间的输电费，ll为idb ，idbj之间的线损。
有如下问题需要进一步厘清：
（1）原有的匹配交易只满足跨省撮合交易；
（2）对于跨省竞价交易和节能调度交易模式，原有匹配交易只解决了机组开机方式的确定，电量的分配和电力曲线的确定需要进一步的电量分配和电力曲线的程序才能完成：
（3）原有算法不涵盖非竞争性的交易，如计划性购电的分配。
2.6电量分配方式
为此，需要增加新的要素，我们首先分析实际工作中的处理方式，然后再进行算法模型的补充。
对于跨省撮合交易模式，总是最大限度地满足队列前面的匹配对，因此上述公式不存在问题，但是这不能满足其他交易模式的，如计划性购电、节能调度交易等。
如计划性购电，作为特例，购电方只有省电力公司一家，假说计划性购电300，售电方是各个机组，假定可发电量为售电量，购电方为三组机组，其他因素不考虑，形成匹配对按照某种指标排序如下：
2.7分配系数
定义：对排好序的匹配对队列，按照队列顺序进行分配，分配的比例称为分配系数rt，它是一个电力交易全盘考虑的参数，可以根据实际情况灵活设置，比较常见的确定方法有：等比例、等差额、先者优先等。
（1）等比例
上例中的“成交2”就是按照售电量等比例分配，等比例中的比例为购方或是售方某个指标（常见的是交易中售电方的售电量）占整个购方或是售方的比例。
（2）等差额
等差额就是给出一个上限，或是一个下限，然后再按照相等的差额，依次减少或是增加分配量，如给出上限L，则L小于等购电量，同样，如果下限S，则S*n必须大于等于购电量，如表2“等差额系数”列中在设定下限为90时的等差额系数。
（3）先者优先
把前面算法中优先满足前面的匹配对的称为先者优先，这里也计算出系数，目的是为了统一算法，如撮合交易，就是一种先者优先情形。
本模型可以利用分配系数，丰富电力交易规则，根据电力交易的目标不同，采用不同的指标计算出不同的分配系数。
2.8电力曲线分配
当交易为日前等短期交易时，除了考虑电量交易外，还要将购电方的日负荷曲线分配给售电方，这里一般考虑96点负荷。
尤其是售电方为发电企业的机组时，负荷曲线的分配受制于：1、机组的最大和最小出力；2、机组的爬坡率。3、一日内尽量减少启停机行为。
电力分配要考虑如下问题：
（1）由于电量是电力的积分，如果电量分配后，再考虑电力分配，则有些电力曲线可能不能满足机组的最大出力、最小出力和爬坡率的限制。
（2）仅就单笔交易进行电力曲线分配，不考虑该机组其他多次交易的电量（即购售电方案），显然不够全面。
（3）分配的依据是购电方的电力曲线，如果有多家售电成交，则电力曲线也是多家分配，考虑到不同因素的限制，电力分配也需要综合处理后分配，这直接影响了电量的分配。
综合上述情况，得出如下结论：
（1）电力分配影响电量分配，要放在一起综合处理
（2）电力曲线分配应该是将该售电方所有该时段的售电量合计后进行统一分配为妥。
如果条件1不能满足，则需要修正v，直到所有条件都满足，因此电力负荷曲线的分配应该是电量分配的一部分。
3交易模型的应用
3.1交易模型的适用范围
本交易模型是在对目前国内已经出现的各种交易模式的总结基础上，归纳抽象出的一个算法模型，模型设计出来后，课题组对比较常见的交易品种（如下表）进行分析和模拟后得出，经过归纳分析，它们都可以用此模型实现：
表3 应用于常见交易品种的主要配置情况
理论上，没有人工干预的，按照一定规则进行交易的交易品种，本交易模型都可以进行模拟实现，因为任何交易品种，本质上都是将购方的电量，按照一定的顺序（由比较因子确定），分配给售方一定的电量（按分配系数和限制量确定），如果需要加上分配电力，并根据双方报价，输电费和线损等因素确定成交价的一个动态过程，而本交易模型就是在这个层次上进行抽象设计的。
3.2 应用于交易规则的制定
本交易模型也可以做为交易规则制定的依据，如果交易规则按照本模型交易配置要求那样，将交易的属性全部规定清楚，又因为本交易模型已经通过交易仿真系统模拟实现，所以交易规则的可操作性便得到保证，同时，又因为比较因子、分配系数、限制量、电价折算和电力曲线分配等一些概念的明确提出，可以促进交易规则文本的规范性和可读性。
一个交易在交易配置完成后，完全可以由交易模型设计的算法自动完成，中间过程不需要任何人工操作，从而避免了人为因素的干扰，交易规则在交易过程中可以得到彻底的执行，从而保证了交易规则的严肃性。
3.3案例
对于区域电网组织的跨省撮合交易、节能调度交易和竞价交易，限于篇幅，本文以年度计划性购电为例。
计划性购电从实际操作来讲，相对简单，就是将省电力公司的年度电量需求按照全省各类机组可发电量权重规则（考虑机组容量、节能减排效益、载电网中的节电位置等多种因素组合）分配各机组，电价为机组的批复电价。
既然相对简单，为什么还要按照上述算法将过程复杂化呢？其目的就是要在各种各样的交易方式中寻找规律，建立概念，以便有一个统一算法的实现过程，为电力交易仿真和研究打下坚实基础，实现步骤如下：
（1）定义交易
交易品种A（计划性购电，年度交易，三级市场，电能交易，非竞争性分配，省电网+机组））
（2）交易配置
交易A=（交易品种A，2012-1-1至2012-12-31，输电费=0.02，线损=0，联络线=不考虑，边界条件=统调电厂，主比较因子=售电量降序（即机组的可发电量），次比较因子=批复电价升序，电力申报=如表3，电力负荷分配=无，购售电方案=无，分配方式=按售电量等比例分配）；
继续循环，一直到匹配对队列处理完成为止，最后形成的结果如下。
4 结语
本文是在项目团队开发的电力交易仿真系统中，研究提出的一种适应各种交易方式的统一算法模型，并应用于实际三级电力市场的电力交易。该算法第一次提出了主次比较因子和分配系数的概念，并明确阐述了购售电方案和单笔交易的关系，探讨了电量分配和电力分配之间的关系。
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作者简介：韩文长（1966-），男，通信作者，硕士，高级工程师，主要研究方向：电力信息化及电力交易。
唐学军（1965-），男，硕士，高级工程师，主要研究方向：电力系统自动化、电力市场。
李智威（1981-），男，博士，工程师，主要研究方向：电力市场。
论文作者:韩文长1,唐学军1,李智威1
论文发表刊物:《电力技术》2017年第2期
论文发表时间:2017/6/28
标签：电力论文; 分配论文; 电量论文; 模型论文; 曲线论文; 机组论文; 购电论文; 《电力技术》2017年第2期论文;