學(xué)海爭峰電氣專場

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：耿建高級工程師匯報人：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國外跨區(qū)域電力市場技術(shù)成熟：美國、北歐等品種多、范圍廣、機制完善中國國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有利于促進電力市場建設(shè)緩解局部地區(qū)時段性缺電情況促進可再生能源充分利用面對現(xiàn)存的大范圍、遠距離的電力余缺問題，跨省區(qū)電力交易能夠起到很好的調(diào)節(jié)作用，在加強區(qū)域與省間的電力互供和支援力度的同時，保證了電力的可靠供應(yīng)。當(dāng)部分省或區(qū)域出現(xiàn)時段性、地區(qū)性缺電時，電力調(diào)度交易機構(gòu)能夠充分發(fā)揮區(qū)域及省間的聯(lián)網(wǎng)作用，通過月度競價交易、調(diào)度中心臨時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)力集中時期，僅僅依靠省內(nèi)的市場難以消納多余的電能。通過跨省區(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。我國煤炭資源“北多南少、西富東貧”的分布特點決定了“北煤南運、西煤東運”的煤炭運輸格局?？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，從而減少煤炭運輸，大量節(jié)約了非可再生能源，提高了社會效益和經(jīng)濟效益。PARTONE跨省區(qū)電量交易優(yōu)化研究背景與意義6促進可再生能源充分利用緩解局部地區(qū)時段性缺電情況有利于促進電力市場建設(shè)PARTONE跨省區(qū)電量交易優(yōu)化通過建立跨省區(qū)電力交易的機制，增強了市場主體的競爭意識，積極推進了電力市場改革。隨著跨省區(qū)交易電量不斷增加，參與市場競爭的主體也在不斷增加，電量份額在不斷上漲，市場機制的作用也越來越大。目前，我國大部分區(qū)域省市都已開展了外送電量的競爭交易，通過掛牌、雙邊等交易形式在培養(yǎng)市場主體競爭意識的同時，也進一步推進了我國電力市場的建設(shè)。促進可再生能源充分利用緩解局部地區(qū)時段性缺電情況有利于促進電力市場建設(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)購售電交易跨省區(qū)發(fā)電權(quán)交易跨省區(qū)大用戶直購交易跨省區(qū)購售電合同轉(zhuǎn)讓交易跨省區(qū)發(fā)電權(quán)交易是指交易對象為本省區(qū)發(fā)電公司和省區(qū)以外的發(fā)電公司進行的發(fā)電權(quán)交易。跨省區(qū)購售電交易是指不同的省份或區(qū)域電網(wǎng)公司之間所進行的購售電交易，也可以指發(fā)電公司與本省區(qū)以外的發(fā)電公司所進行的購售電交易。跨省區(qū)購售電合同的轉(zhuǎn)讓交易是指購電方將交易合同轉(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、售電合同或者通過電力市場購入電力進行電力購、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)險大雙邊協(xié)商交易簡單、靈活競爭不強掛牌交易透明、公開價格鎖定跨省區(qū)電力交易方式交易周期：實時交易：24小時以內(nèi)的交易；短期交易：1日及以上，1個月以內(nèi)的交易；中長期交易：1個月及以上，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)省際線路在國家電網(wǎng)公司的統(tǒng)一組織下，共有23個省份參與跨省區(qū)電量交易，涉及26條輸電線路?？缡^(qū)電力交易概述PARTTWO我國跨省區(qū)電力交易現(xiàn)狀：12總體而言，我國跨區(qū)跨省電力交易量呈逐年上升的趨勢。但輸電通道利用率不高，且交易多由政府組織，市場化程度較低。為了發(fā)揮電網(wǎng)遠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。基于傳統(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)流模型簡介網(wǎng)絡(luò)流是一個綜合組合數(shù)學(xué)、圖論、計算科學(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，網(wǎng)絡(luò)流是通過點、邊、弧等圖論概念描繪特定對象與對象間的特定關(guān)系，并求解網(wǎng)絡(luò)流量的問題的總稱。14解決的問題對應(yīng)的算法最短路問題Dijkstra算法，Bellman-ford算法，F(xiàn)loyd算法，A*算法最大流問題增廣路算法，預(yù)流推進算法最小費用最大流問題連續(xù)最短路算法，消圈算法，原始對偶算法，網(wǎng)絡(luò)單純形算法運輸問題單純形算法PARTTHREE15跨區(qū)跨省電力交易建模為了計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)化問題轉(zhuǎn)變?yōu)樵撚邢驁D下的路徑優(yōu)化問題。圖中G1，G2為售電節(jié)點，G0為虛擬的匯總售電節(jié)點，L1，L2為購電節(jié)點，L0為虛擬的匯總購電節(jié)點，A既不售電也不購電，為轉(zhuǎn)運節(jié)點。G0G1G2AL2L1L0售電省購電省轉(zhuǎn)運省基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流的交易路徑自組織算法PARTTHREE16目標(biāo)函數(shù)：運行約束條件：轉(zhuǎn)運平衡約束:線路運力約束:線路價差實際交易量與申報量約束:基于最大費用最大流的交易路徑自組織優(yōu)化算法數(shù)學(xué)模型

最大費用最大流問題基于傳統(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算法的隊列改進算法。Bellman-Ford算法的基本思想是不斷進行松弛操作尋找到下一節(jié)點的最長路。將一條弧擴增為兩條（另一條方向相反、價差相反、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)前圖中從源點到匯點中費用最大的增廣鏈；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，直至無增廣鏈。該問題的解法如下:最長路問題最大流問題基于傳統(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個省份按售電方，購電方排列，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通過計算輸電線路兩端節(jié)點申報價格的價差得到弧的費用。輸電線路的容量限額即為弧的容量。以社會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)為兩個方向的價差基于傳統(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序號節(jié)點名稱售電(兆瓦時)購電(兆瓦時)申報電價（元/兆瓦時）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2103531016110600序號方向正向價差(元/兆瓦時)反向價差(元/兆瓦時)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)運省，火電標(biāo)桿價轉(zhuǎn)運省，火電標(biāo)桿價PARTTHREE21路徑編號路徑成交量（兆瓦時）價差（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)：運行約束條件：26通道輸送容量約束:節(jié)點流量平衡約束:線路正反向利用小時數(shù)約束:弧-交易對關(guān)聯(lián)矩陣:線路網(wǎng)損系數(shù)申報售電價申報購電價該矩陣規(guī)定了每條弧上允許進行的交易，只有在交易對和弧存在對應(yīng)關(guān)系時才能進行交易基于拓展網(wǎng)絡(luò)流模型的交易路徑自組織算法PARTFOUR27編號路徑成交量(兆瓦時)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安徽購售電-安徽-江蘇-上海-上海購售電6322004安徽購售電-安徽-江蘇-浙江-浙江購售電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福建購售電-福建-浙江-浙江購售電1273008甘肅購售電-甘肅-陜西-河南-湖北-江蘇-上海-上海購售電2202009湖北大用戶-湖北-江西-江西大用戶8870010湖北購售電-湖北-湖南-湖南購售電5300011湖北購售電-湖北-江西-江西購售電58500012湖北購售電-湖北-上海-上海購售電267840013湖北購售電-湖北-江蘇-上海-上海購售電32820014寧夏購售電-寧夏-甘肅-陜西-四川-重慶-湖北-江蘇-上海-上海購售電1240015寧夏購售電-寧夏-甘肅-陜西-河南-湖北-江蘇-上海-上海購售電10520016青海購售電