學(xué)海爭(zhēng)峰電氣專場(chǎng)

跨省區(qū)電量交易優(yōu)化算法研究學(xué)校導(dǎo)師：袁越教授基地導(dǎo)師：耿建高級(jí)工程師匯報(bào)人：吳涵

2014年11月24日StudyonOptimizationAlgorithmofInter-provincialElectricityTrading目錄研究背景與意義PARTONE跨省區(qū)電力交易概述PARTTWO基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流的交易路徑自組織算法PARTTHREE基于拓展網(wǎng)絡(luò)流的交易路徑自組織算法PARTFOUR總結(jié)PARTFIVE2研究背景與意義3研究背景與意義PARTONE4國(guó)外跨區(qū)域電力市場(chǎng)技術(shù)成熟：美國(guó)、北歐等品種多、范圍廣、機(jī)制完善中國(guó)國(guó)情幅員遼闊能源分布不均大范圍跨省區(qū)電力交易現(xiàn)階段僅靠人工經(jīng)驗(yàn)起步晚、技術(shù)不夠完善優(yōu)化研究研究背景與意義PARTONE有利于促進(jìn)電力市場(chǎng)建設(shè)緩解局部地區(qū)時(shí)段性缺電情況促進(jìn)可再生能源充分利用面對(duì)現(xiàn)存的大范圍、遠(yuǎn)距離的電力余缺問(wèn)題，跨省區(qū)電力交易能夠起到很好的調(diào)節(jié)作用，在加強(qiáng)區(qū)域與省間的電力互供和支援力度的同時(shí)，保證了電力的可靠供應(yīng)。當(dāng)部分省或區(qū)域出現(xiàn)時(shí)段性、地區(qū)性缺電時(shí)，電力調(diào)度交易機(jī)構(gòu)能夠充分發(fā)揮區(qū)域及省間的聯(lián)網(wǎng)作用，通過(guò)月度競(jìng)價(jià)交易、調(diào)度中心臨時(shí)交易等靈活多樣的交易方式，使相關(guān)地區(qū)的電力緊張狀況得到有效緩解?？缡^(qū)電量交易優(yōu)化5我國(guó)幅員遼闊一次能源分布不均衡，青海、甘肅、新疆、內(nèi)蒙古等省可再生能源十分豐富。這些省份在豐水期或風(fēng)力集中時(shí)期，僅僅依靠省內(nèi)的市場(chǎng)難以消納多余的電能。通過(guò)跨省區(qū)的電力交易可以充分利用這些當(dāng)?shù)仉y以消納的清潔能源。我國(guó)煤炭資源“北多南少、西富東貧”的分布特點(diǎn)決定了“北煤南運(yùn)、西煤東運(yùn)”的煤炭運(yùn)輸格局?？缡^(qū)電力交易可以充分利用西部豐富的可再生發(fā)電資源向東部供電，從而減少煤炭運(yùn)輸，大量節(jié)約了非可再生能源，提高了社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。PARTONE跨省區(qū)電量交易優(yōu)化研究背景與意義6促進(jìn)可再生能源充分利用緩解局部地區(qū)時(shí)段性缺電情況有利于促進(jìn)電力市場(chǎng)建設(shè)PARTONE跨省區(qū)電量交易優(yōu)化通過(guò)建立跨省區(qū)電力交易的機(jī)制，增強(qiáng)了市場(chǎng)主體的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，積極推進(jìn)了電力市場(chǎng)改革。隨著跨省區(qū)交易電量不斷增加，參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主體也在不斷增加，電量份額在不斷上漲，市場(chǎng)機(jī)制的作用也越來(lái)越大。目前，我國(guó)大部分區(qū)域省市都已開展了外送電量的競(jìng)爭(zhēng)交易，通過(guò)掛牌、雙邊等交易形式在培養(yǎng)市場(chǎng)主體競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)的同時(shí)，也進(jìn)一步推進(jìn)了我國(guó)電力市場(chǎng)的建設(shè)。促進(jìn)可再生能源充分利用緩解局部地區(qū)時(shí)段性缺電情況有利于促進(jìn)電力市場(chǎng)建設(shè)研究背景與意義7跨省區(qū)電力交易概述8跨省區(qū)電力交易概述PARTTWO雙擊添加標(biāo)題文字跨省區(qū)電力交易跨省區(qū)購(gòu)售電交易跨省區(qū)發(fā)電權(quán)交易跨省區(qū)大用戶直購(gòu)交易跨省區(qū)購(gòu)售電合同轉(zhuǎn)讓交易跨省區(qū)發(fā)電權(quán)交易是指交易對(duì)象為本省區(qū)發(fā)電公司和省區(qū)以外的發(fā)電公司進(jìn)行的發(fā)電權(quán)交易。跨省區(qū)購(gòu)售電交易是指不同的省份或區(qū)域電網(wǎng)公司之間所進(jìn)行的購(gòu)售電交易，也可以指發(fā)電公司與本省區(qū)以外的發(fā)電公司所進(jìn)行的購(gòu)售電交易。跨省區(qū)購(gòu)售電合同的轉(zhuǎn)讓交易是指購(gòu)電方將交易合同轉(zhuǎn)讓給本省區(qū)以外的電網(wǎng)公司，或者各類型的售電方將交易合同轉(zhuǎn)讓給本省區(qū)以外的發(fā)電公司或者電網(wǎng)公司?？缡^(qū)大用戶直購(gòu)交易是指電力大用戶與本省區(qū)域以外的發(fā)電公司直接簽訂雙邊購(gòu)、售電合同或者通過(guò)電力市場(chǎng)購(gòu)入電力進(jìn)行電力購(gòu)、銷交易的一種特殊行為。9跨省區(qū)電力交易概述PARTTWO撮合交易透明、公開成本高、風(fēng)險(xiǎn)大雙邊協(xié)商交易簡(jiǎn)單、靈活競(jìng)爭(zhēng)不強(qiáng)掛牌交易透明、公開價(jià)格鎖定跨省區(qū)電力交易方式交易周期：實(shí)時(shí)交易：24小時(shí)以內(nèi)的交易；短期交易：1日及以上，1個(gè)月以內(nèi)的交易；中長(zhǎng)期交易：1個(gè)月及以上，1年以內(nèi)的交易和1年及以上的交易。10跨省區(qū)電力交易概述PARTTWO我國(guó)跨省區(qū)電力交易現(xiàn)狀：11跨區(qū)域線路區(qū)域內(nèi)省際線路在國(guó)家電網(wǎng)公司的統(tǒng)一組織下，共有23個(gè)省份參與跨省區(qū)電量交易，涉及26條輸電線路?？缡^(qū)電力交易概述PARTTWO我國(guó)跨省區(qū)電力交易現(xiàn)狀：12總體而言，我國(guó)跨區(qū)跨省電力交易量呈逐年上升的趨勢(shì)。但輸電通道利用率不高，且交易多由政府組織，市場(chǎng)化程度較低。為了發(fā)揮電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸送能源的作用，有必要提高交易主體參與交易的積極性并優(yōu)化現(xiàn)有的電力交易?；趥鹘y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流的交易路徑自組織算法13基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流的交易路徑自組織算法PARTTHREE傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流模型簡(jiǎn)介網(wǎng)絡(luò)流是一個(gè)綜合組合數(shù)學(xué)、圖論、計(jì)算科學(xué)、管理科學(xué)等多門學(xué)科的十分活躍的研究領(lǐng)域。從廣義上說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)流是通過(guò)點(diǎn)、邊、弧等圖論概念描繪特定對(duì)象與對(duì)象間的特定關(guān)系，并求解網(wǎng)絡(luò)流量的問(wèn)題的總稱。14解決的問(wèn)題對(duì)應(yīng)的算法最短路問(wèn)題Dijkstra算法，Bellman-ford算法，F(xiàn)loyd算法，A*算法最大流問(wèn)題增廣路算法，預(yù)流推進(jìn)算法最小費(fèi)用最大流問(wèn)題連續(xù)最短路算法，消圈算法，原始對(duì)偶算法，網(wǎng)絡(luò)單純形算法運(yùn)輸問(wèn)題單純形算法PARTTHREE15跨區(qū)跨省電力交易建模為了計(jì)及線路上雙向的交易，在本課題中將輸電網(wǎng)視為一有重邊的有向圖，跨省區(qū)交易優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)樵撚邢驁D下的路徑優(yōu)化問(wèn)題。圖中G1，G2為售電節(jié)點(diǎn)，G0為虛擬的匯總售電節(jié)點(diǎn)，L1，L2為購(gòu)電節(jié)點(diǎn)，L0為虛擬的匯總購(gòu)電節(jié)點(diǎn)，A既不售電也不購(gòu)電，為轉(zhuǎn)運(yùn)節(jié)點(diǎn)。G0G1G2AL2L1L0售電省購(gòu)電省轉(zhuǎn)運(yùn)省基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流的交易路徑自組織算法PARTTHREE16目標(biāo)函數(shù)：運(yùn)行約束條件：轉(zhuǎn)運(yùn)平衡約束:線路運(yùn)力約束:線路價(jià)差實(shí)際交易量與申報(bào)量約束:基于最大費(fèi)用最大流的交易路徑自組織優(yōu)化算法數(shù)學(xué)模型

最大費(fèi)用最大流問(wèn)題基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流的交易路徑自組織算法PARTTHREE17SPFA算法EK算法該算法是Bellman-Ford算法的隊(duì)列改進(jìn)算法。Bellman-Ford算法的基本思想是不斷進(jìn)行松弛操作尋找到下一節(jié)點(diǎn)的最長(zhǎng)路。將一條弧擴(kuò)增為兩條（另一條方向相反、價(jià)差相反、容量為0），不斷尋找增廣路并修改增廣路上的正向流量與反向流量，直到不存在增廣路。1.尋找當(dāng)前圖中從源點(diǎn)到匯點(diǎn)中費(fèi)用最大的增廣鏈；2.調(diào)整該增廣鏈上的流量至該增廣鏈上最小容量弧的限額；3.重復(fù)步驟1，直至無(wú)增廣鏈。該問(wèn)題的解法如下:最長(zhǎng)路問(wèn)題最大流問(wèn)題基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流的交易路徑自組織算法PARTTHREE18河北新疆遼寧河南陜西浙江上海江蘇江西湖南黑龍江吉林京津唐山東山西四川甘肅青海寧夏湖北重慶安徽福建將上述23個(gè)省份按售電方，購(gòu)電方排列，得到如上的圖?；趥鹘y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流的交易路徑自組織算法PARTTHREE19河北新疆黑龍江吉林京津唐山東山西四川甘肅青海寧夏湖北重慶安徽福建遼寧河南陜西浙江上海江蘇江西湖南5.49-14.41-6.41-2.43-58.88-56.8858.49-66.8830.21-39.4430.99-40.65-1.05-9.0115.9-35.5816.99-26.79-47.4833.77.76-16.120.58-17.24-91.2483.883.8-12.1219.54-28.22-37.4419.98-12.15.81-1.21-5.19-68.3854.38-35.8629.8162.21-71.1287.95-97.1223.6-39.7612.19-19.6530.6-46.62-9.02-9.02通過(guò)計(jì)算輸電線路兩端節(jié)點(diǎn)申報(bào)價(jià)格的價(jià)差得到弧的費(fèi)用。輸電線路的容量限額即為弧的容量。以社會(huì)福利最大或輸電量最大為目標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù)求解交易路線。線路上的數(shù)據(jù)為兩個(gè)方向的價(jià)差基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流的交易路徑自組織算法PARTTHREE20基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流的交易路徑自組織算法申報(bào)序號(hào)節(jié)點(diǎn)名稱售電(兆瓦時(shí))購(gòu)電(兆瓦時(shí))申報(bào)電價(jià)（元/兆瓦時(shí)）1京津唐85760003822河北003953山西193100003154山東279000003975上海059890004626江蘇049000004367浙江039261004588安徽100000003989福建127300042210湖北10224600035411湖南05300037112河南030180035813江西058500039114四川255000028815重慶227000029116黑龍江1435000040017吉林1431410037618遼寧032120038019陜西03450029720甘肅220200027721青海418600027922寧夏117600026823新疆00250

總計(jì)2103531016110600序號(hào)方向正向價(jià)差(元/兆瓦時(shí))反向價(jià)差(元/兆瓦時(shí))正向限額(兆瓦)反向限額(兆瓦)網(wǎng)損率1河北-京津唐-16.829.05400040000.012山東-河北-5.95-1.97380038000.013山西-河北-85.15-83014山西-京津唐63.18-70015安徽-江蘇33.64-41.98350035000.016福建-浙江31.42-40.22180018000.017浙江-上海-0.62-8.58260026000.018江蘇-上海16.76-34.72340034000.029江蘇-浙江17.42-26.36400040000.0110四川-重慶-2.82-8.76220022000.0211湖北-江西33.09-40.54160016000.0112湖北-湖南9.58-24.08260011000.0213湖北-重慶-65.9159.46300020000.0114湖北-河南0.42-7.54300030000.0115吉林-黑龍江20-27.76240024000.0116遼寧-吉林-11.52-3.6140014000.0217甘肅-寧夏-11.686.23380041000.0118甘肅-青海-0.79-4.77240024000.0119陜西-甘肅-25.5414.06260020000.0220甘肅-新疆-29.524.23130013000.0121湖北-江蘇77.64-85.54360036000.0122湖北-上海103.38-111.54360036000.0123山西-河南35.84-49.3190015000.0224四川-陜西6.03-11.88116013600.0125陜西-河南53.84-66.94100010000.0226遼寧-京津唐-5.64-9.6150015000.02轉(zhuǎn)運(yùn)省，火電標(biāo)桿價(jià)轉(zhuǎn)運(yùn)省，火電標(biāo)桿價(jià)PARTTHREE21路徑編號(hào)路徑成交量（兆瓦時(shí)）價(jià)差（元）1重慶->湖北->上海227000171.832寧夏->甘肅->陜西->河南->湖北->上海117600166.623甘肅->陜西->河南->湖北->上海220200160.814青海->甘肅->陜西->河南->湖北->上海406200155.625青海->甘肅->陜西->四川->重慶->湖北->上海12400153.896四川->重慶->湖北->上海255000124.357山西->河南->湖北->上海141360099.438湖北->上海2640087.959湖北->江蘇->浙江267840079.210山西->京津唐->遼寧32120049.4711安徽->江蘇->浙江29760047.212安徽->江蘇->上海70240046.1113福建->浙江12730030.9914湖北->江西5850007.7615湖北->河南3018003.816湖北->湖南530000.58

基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流的交易路徑自組織算法PARTTHREE22基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流的交易路徑自組織算法基于拓展網(wǎng)絡(luò)流模型的交易路徑自組織算法23基于拓展網(wǎng)絡(luò)流模型的交易路徑自組織算法PARTFOUR24基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流模型的交易路徑自組織算法基于拓展網(wǎng)絡(luò)流模型的交易路徑自組織算法PARTFOUR25傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流中的輸電線路模型拓展網(wǎng)絡(luò)流中的輸電線路模型拓展網(wǎng)絡(luò)流中的交易成分模型傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流中的交易成分模型基于拓展網(wǎng)絡(luò)流模型的交易路徑自組織算法PARTFOUR基于拓展網(wǎng)絡(luò)流模型的交易路徑自組織算法最大收益目標(biāo)函數(shù)：運(yùn)行約束條件：26通道輸送容量約束:節(jié)點(diǎn)流量平衡約束:線路正反向利用小時(shí)數(shù)約束:弧-交易對(duì)關(guān)聯(lián)矩陣:線路網(wǎng)損系數(shù)申報(bào)售電價(jià)申報(bào)購(gòu)電價(jià)該矩陣規(guī)定了每條弧上允許進(jìn)行的交易，只有在交易對(duì)和弧存在對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)才能進(jìn)行交易基于拓展網(wǎng)絡(luò)流模型的交易路徑自組織算法PARTFOUR27編號(hào)路徑成交量(兆瓦時(shí))1安徽大用戶-安徽-江蘇-江蘇大用戶2736002安徽大用戶-安徽-江蘇-上海-上海大用戶958003安徽購(gòu)售電-安徽-江蘇-上海-上海購(gòu)售電6322004安徽購(gòu)售電-安徽-江蘇-浙江-浙江購(gòu)售電3678005福建大用戶-福建-浙江-上海-上海大用戶1655006福建大用戶-福建-浙江-浙江大用戶1944007福建購(gòu)售電-福建-浙江-浙江購(gòu)售電1273008甘肅購(gòu)售電-甘肅-陜西-河南-湖北-江蘇-上海-上海購(gòu)售電2202009湖北大用戶-湖北-江西-江西大用戶8870010湖北購(gòu)售電-湖北-湖南-湖南購(gòu)售電5300011湖北購(gòu)售電-湖北-江西-江西購(gòu)售電58500012湖北購(gòu)售電-湖北-上海-上海購(gòu)售電267840013湖北購(gòu)售電-湖北-江蘇-上海-上海購(gòu)售電32820014寧夏購(gòu)售電-寧夏-甘肅-陜西-四川-重慶-湖北-江蘇-上海-上海購(gòu)售電1240015寧夏購(gòu)售電-寧夏-甘肅-陜西-河南-湖北-江蘇-上海-上海購(gòu)售電10520016青海購(gòu)售電