江澤志，梁立全，劉 濱，陳皓勇，伍景陽(yáng)

（1.深圳市深電能售電有限公司，廣東 深圳 518000；2.華南理工大學(xué)，廣州 510640）

0 引言

2015 年3 月15 日，中共中央辦公廳發(fā)布中發(fā)〔2015〕9 號(hào)《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見(jiàn)》，是我國(guó)電力體制改革的重要里程碑。2017 年9 月5 日，國(guó)家發(fā)改委和能源局綜合司聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)試點(diǎn)工作的通知》，選擇南方（以廣東起步）、蒙西、浙江、山西、山東、福建、四川、甘肅等8 個(gè)地區(qū)作為第一批試點(diǎn)，開(kāi)展現(xiàn)貨試點(diǎn)模擬試運(yùn)行。廣東作為電改急先鋒，率先推出電力現(xiàn)貨市場(chǎng)系列規(guī)則。廣東電力現(xiàn)貨市場(chǎng)包括批發(fā)市場(chǎng)和零售市場(chǎng)，批發(fā)市場(chǎng)采用“電能量市場(chǎng)+輔助服務(wù)市場(chǎng)”的市場(chǎng)架構(gòu)。其中，電能量市場(chǎng)包含基于差價(jià)合約的日以上周期的中長(zhǎng)期電能量市場(chǎng)和全電量競(jìng)價(jià)的現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)?，F(xiàn)貨電能量市場(chǎng)包括日前電能量市場(chǎng)和實(shí)時(shí)電能量市場(chǎng)，采用全電量申報(bào)、集中優(yōu)化出清的方式開(kāi)展，通過(guò)求解最優(yōu)化問(wèn)題[1]，得到機(jī)組開(kāi)機(jī)組合、分時(shí)出力曲線(xiàn)及現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)分時(shí)價(jià)格?，F(xiàn)貨市場(chǎng)開(kāi)展后，實(shí)時(shí)報(bào)價(jià)和交易與雙邊協(xié)商和月度競(jìng)價(jià)有明顯區(qū)別?，F(xiàn)貨市場(chǎng)每15 min出清一次，每小時(shí)形成一個(gè)結(jié)算價(jià)格。不同時(shí)段用電需求以及線(xiàn)路機(jī)組檢修信息的變化，將導(dǎo)致電價(jià)出現(xiàn)較大幅度的波動(dòng)。如果售電公司的大部分電量暴露在現(xiàn)貨市場(chǎng)下，風(fēng)險(xiǎn)將難以控制[2-3]。

電力現(xiàn)貨價(jià)格的預(yù)測(cè)對(duì)市場(chǎng)參與主體極其重要，同時(shí)也是學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。章維維用現(xiàn)貨價(jià)格數(shù)據(jù)建立線(xiàn)性回歸方程，并用ARIMA模型修正擾動(dòng)項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了較好的預(yù)測(cè)效果[4]。在應(yīng)用灰色模型預(yù)測(cè)上，國(guó)內(nèi)學(xué)者做了很多有益的工作。范玉宏等人建立了改進(jìn)的多電價(jià)格灰色模型預(yù)測(cè)現(xiàn)貨市場(chǎng)和期貨市場(chǎng)的價(jià)格，并多維度、多指標(biāo)地對(duì)比了測(cè)試結(jié)果，結(jié)果表明該方法具有較高的精度[5]。機(jī)器學(xué)習(xí)算法近年來(lái)風(fēng)靡全球，李正欣、趙林度兩人融合貝葉斯框架及最小二乘支持向量機(jī)模型，建立非線(xiàn)性預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)加州電力市場(chǎng)現(xiàn)貨價(jià)格，取得了較好的效果[6]。供求決定價(jià)格、價(jià)格引導(dǎo)供求，從該角度出發(fā)，張建建立了邊際電價(jià)的三時(shí)點(diǎn)預(yù)測(cè)模型，取得了很好的預(yù)測(cè)效果[7]。Maciejowska Katarzyna 使用因子模型、分位數(shù)回歸和預(yù)測(cè)平均法組合模型對(duì)現(xiàn)貨價(jià)格進(jìn)行區(qū)間預(yù)測(cè)，該方法在預(yù)測(cè)英國(guó)電力市場(chǎng)的現(xiàn)貨價(jià)格中表現(xiàn)良好[8]。上述方法需要大量的數(shù)據(jù)作為支撐，我國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)開(kāi)展初期，現(xiàn)貨運(yùn)行數(shù)據(jù)缺乏，因此通過(guò)仿真系統(tǒng)進(jìn)行價(jià)格預(yù)測(cè)是目前行之有效的方法。

現(xiàn)貨仿真系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)貨運(yùn)行規(guī)則，結(jié)合電力市場(chǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)[9]、交易中心披露的線(xiàn)路機(jī)組檢修計(jì)劃、斷面約束情況等信息，對(duì)節(jié)點(diǎn)出清價(jià)格進(jìn)行精確地預(yù)測(cè)及分析，為售電公司制定零售價(jià)格套餐提供重要依據(jù)[10]，提高售電公司在現(xiàn)貨市場(chǎng)下的持續(xù)盈利能力。節(jié)點(diǎn)價(jià)格的高低反映了節(jié)點(diǎn)上的機(jī)組簽約中長(zhǎng)期合約的積極程度：節(jié)點(diǎn)價(jià)格越高，機(jī)組簽訂中長(zhǎng)期合約的積極性越高；節(jié)點(diǎn)價(jià)格越低，機(jī)組簽訂中長(zhǎng)期合約的積極性越低。因此，節(jié)點(diǎn)價(jià)格的預(yù)測(cè)也為售電公司在中長(zhǎng)期市場(chǎng)尋找交易對(duì)象提供了重要信息。

目前關(guān)于現(xiàn)貨仿真系統(tǒng)研究的目的都是尋找最優(yōu)交易機(jī)制或驗(yàn)證當(dāng)前交易機(jī)制的可行性。劉曉光博士后設(shè)計(jì)了基于多Agent 的電力市場(chǎng)仿真系統(tǒng)[11]，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)比單一價(jià)格機(jī)制和離散價(jià)格機(jī)制的市場(chǎng)效率。南瑞集團(tuán)的丁恰重點(diǎn)探討現(xiàn)貨市場(chǎng)技術(shù)支持系統(tǒng)架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)[12]，提出了分區(qū)部署的系統(tǒng)總體架構(gòu)及分層應(yīng)用功能框架。陳皓勇教授提出基于Java 的電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[13]，該平臺(tái)模擬市場(chǎng)成員的報(bào)價(jià)情況，對(duì)發(fā)電商競(jìng)價(jià)策略及交易規(guī)則的制定具有重要意義。目前，應(yīng)用于售電公司實(shí)際運(yùn)營(yíng)工作的現(xiàn)貨仿真系統(tǒng)少之又少，本文基于廣東現(xiàn)貨市場(chǎng)運(yùn)行基本規(guī)則，考慮售電公司實(shí)際運(yùn)營(yíng)需要，利用Java 和Python 語(yǔ)言設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套BS 架構(gòu)的現(xiàn)貨仿真系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)概述

電力現(xiàn)貨市場(chǎng)出清的本質(zhì)是優(yōu)化問(wèn)題，目標(biāo)函數(shù)如下所示：

式中：N 表示機(jī)組數(shù)；T 表示時(shí)段數(shù)；Pi，t表示機(jī)組i 在時(shí)段t 的出力；Ci，t（Pi，t）和分別為機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用和啟動(dòng)費(fèi)用。

邊界條件包括：

（1）系統(tǒng)負(fù)荷平衡約束

式 中：Pi，t，Tj，t和Dt分別表示時(shí)段t 時(shí)機(jī)組i 的出力、聯(lián)絡(luò)線(xiàn)j 的功率和系統(tǒng)負(fù)荷；NT 為聯(lián)絡(luò)線(xiàn)總數(shù)。

（2）系統(tǒng)備用容量約束

式中：αi，t表示機(jī)組i 在時(shí)段t 的啟停狀態(tài)，1 表示開(kāi)機(jī)，0 表示停機(jī)；分別表示機(jī)組i在時(shí)段t 的最大出力和最小出力；分別表示時(shí)段t 的系統(tǒng)正備用容量和負(fù)備用容量。

（3）系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用約束

（4）機(jī)組出力上下限約束

（5）機(jī)組爬坡約束

（6）機(jī)組最大啟停次數(shù)約束

式中：ηi，t和γi，t分別為機(jī)組i 在時(shí)段t 的啟動(dòng)與停機(jī)狀態(tài)切換變量，即：

（7）機(jī)組最小連續(xù)運(yùn)行/停運(yùn)時(shí)間約束

式中：TU和TD分別為機(jī)組的最小連續(xù)運(yùn)行時(shí)間和最小連續(xù)停運(yùn)時(shí)間。

（8）線(xiàn)路潮流約束

電力現(xiàn)貨市場(chǎng)出清就是考慮各類(lèi)約束條件的前提下，優(yōu)先調(diào)用報(bào)價(jià)最便宜的發(fā)電機(jī)組。目前，廣東電力現(xiàn)貨市場(chǎng)電價(jià)是基于統(tǒng)一出清原則的節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)。電力現(xiàn)貨仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬現(xiàn)貨出清，需要輸入電網(wǎng)模型、機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、機(jī)組運(yùn)行邊界條件、節(jié)點(diǎn)負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線(xiàn)、機(jī)組報(bào)價(jià)曲線(xiàn)等信息，系統(tǒng)調(diào)用SCUC 和SCED 等出清算法，輸出電網(wǎng)線(xiàn)路的潮流情況、各個(gè)機(jī)組的出力曲線(xiàn)、各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電價(jià)等。系統(tǒng)根據(jù)出清結(jié)果分析市場(chǎng)出清情況，包括價(jià)區(qū)分布、線(xiàn)路阻塞情況、阻塞盈余情況等，并對(duì)市場(chǎng)成員進(jìn)行結(jié)算分析；結(jié)合成本曲線(xiàn)及機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，對(duì)機(jī)組成本及效益進(jìn)行分析與對(duì)比；結(jié)合零售套餐，對(duì)售電公司進(jìn)行批零收益分析,指導(dǎo)售電公司制定零售用戶(hù)套餐，減少虧損風(fēng)險(xiǎn)。

2 系統(tǒng)組成

圖1 顯示了現(xiàn)貨仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)流程圖。

圖1 系統(tǒng)流程圖

2.1 電網(wǎng)模型

電網(wǎng)模型主要包括：節(jié)點(diǎn)、線(xiàn)路、機(jī)組、負(fù)荷的定義?？赏ㄟ^(guò)圖形拖拽的方式對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)靈活配置。節(jié)點(diǎn)定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：節(jié)點(diǎn)代碼、節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)、節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。線(xiàn)路定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括起始節(jié)點(diǎn)代碼、起始節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)、線(xiàn)路電抗。機(jī)組定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：所屬節(jié)點(diǎn)代碼、機(jī)組代碼、機(jī)組名稱(chēng)、最小技術(shù)出力、最大出力、最大上爬坡速率、最大下爬坡速率、最小連續(xù)開(kāi)機(jī)時(shí)間、最小連續(xù)停機(jī)時(shí)間、成本曲線(xiàn)、開(kāi)機(jī)成本、關(guān)機(jī)成本、是否必開(kāi)。負(fù)荷定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：曲線(xiàn)代碼、曲線(xiàn)名稱(chēng)、行業(yè)特征、典型曲線(xiàn)。

2.2 市場(chǎng)規(guī)則

市場(chǎng)規(guī)則模塊包括出清算法、報(bào)價(jià)方式、出清日時(shí)段數(shù)、申報(bào)規(guī)則的定義。出清算法包括SCUC（安全約束機(jī)組組合）和SCED（安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度）。系統(tǒng)分3 種方式調(diào)用出清算法，如圖2所示。

圖2 出清算法調(diào)用方式

報(bào)價(jià)方式包括發(fā)電側(cè)報(bào)量報(bào)價(jià)、用戶(hù)側(cè)報(bào)量不報(bào)價(jià)和發(fā)電側(cè)報(bào)量報(bào)價(jià)、用戶(hù)側(cè)報(bào)量報(bào)價(jià)兩種；出清日時(shí)段數(shù)包括96 點(diǎn)和24 點(diǎn)；申報(bào)規(guī)則包括機(jī)組容量段數(shù)、報(bào)價(jià)段限值比例、申報(bào)價(jià)格上限、申報(bào)價(jià)格下限。若迭代次數(shù)達(dá)到要求而收斂未完成，則系統(tǒng)會(huì)重新出清并提示無(wú)法收斂。

2.3 市場(chǎng)約束

市場(chǎng)約束包括節(jié)點(diǎn)、線(xiàn)路、機(jī)組約束。節(jié)點(diǎn)約束主要是節(jié)點(diǎn)負(fù)荷約束；線(xiàn)路約束包括線(xiàn)路容量約束和線(xiàn)路檢修約束。機(jī)組約束包括最小技術(shù)出力、最大出力、最大上爬坡速率、最大下爬坡速率、最小連續(xù)開(kāi)機(jī)時(shí)間、最小連續(xù)停機(jī)時(shí)間約束。

2.4 市場(chǎng)仿真

可設(shè)置機(jī)組的典型報(bào)價(jià)，典型報(bào)價(jià)根據(jù)報(bào)價(jià)策略計(jì)算得出。報(bào)價(jià)策略包括成本曲線(xiàn)法，電量分段策略包括隨機(jī)分段法，分段數(shù)可自行設(shè)置。

2.5 仿真結(jié)果

仿真結(jié)果包括市場(chǎng)整體出清概況、機(jī)組、節(jié)點(diǎn)、線(xiàn)路出清結(jié)果。市場(chǎng)整體出清概況包括：系統(tǒng)綜合價(jià)格、系統(tǒng)無(wú)阻塞價(jià)格、系統(tǒng)阻塞價(jià)格、系統(tǒng)阻塞成本、當(dāng)前系統(tǒng)負(fù)荷、系統(tǒng)容量利用率、系統(tǒng)線(xiàn)路負(fù)載率、無(wú)約束系統(tǒng)線(xiàn)路負(fù)載率、系統(tǒng)影子價(jià)格、電網(wǎng)容量分配系數(shù)、線(xiàn)路滿(mǎn)負(fù)載比例、節(jié)點(diǎn)邊際價(jià)格的最小值、節(jié)點(diǎn)邊際價(jià)格的最大值。機(jī)組出清結(jié)果包括開(kāi)關(guān)機(jī)狀態(tài)、是否中標(biāo)、機(jī)組出力、機(jī)組利用率指數(shù)、機(jī)組成本、單位發(fā)電成本、結(jié)算價(jià)格、機(jī)組收入、最高中標(biāo)報(bào)價(jià)、容量份額、市場(chǎng)份額、機(jī)組容量利用率、機(jī)組利潤(rùn)、銷(xiāo)售利潤(rùn)率。節(jié)點(diǎn)出清結(jié)果包括：節(jié)點(diǎn)邊際價(jià)格、用電負(fù)荷、節(jié)點(diǎn)內(nèi)機(jī)組出力、節(jié)點(diǎn)阻塞價(jià)格、節(jié)點(diǎn)阻塞成本。線(xiàn)路出清結(jié)果包括：潮流方向、線(xiàn)路容量、線(xiàn)路功率、線(xiàn)路負(fù)載率、線(xiàn)路影子價(jià)格、無(wú)約束功率、無(wú)約束負(fù)載率。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

電力現(xiàn)貨仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需實(shí)現(xiàn)高效、可靠、靈活、可擴(kuò)展的系統(tǒng)架構(gòu)，系統(tǒng)分為三部份：Web 瀏覽器端、Web 服務(wù)器、算法服務(wù)器，如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)

算法服務(wù)器是系統(tǒng)的計(jì)算處理中心，未來(lái)全國(guó)各省開(kāi)展電力現(xiàn)貨市場(chǎng)后，各省份的算法會(huì)有不同，算法服務(wù)器的分開(kāi)獨(dú)立部署，是為了滿(mǎn)足不同省份不同規(guī)則的算法同時(shí)兼容。Web 服務(wù)器是系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理核心，包括數(shù)據(jù)存取，業(yè)務(wù)處理和人機(jī)界面。用戶(hù)通過(guò)Web 瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)應(yīng)用服務(wù)器，而不同的仿真用戶(hù)，根據(jù)配置的算法庫(kù)不同訪(fǎng)問(wèn)不同的算法服務(wù)器。

3.1.1 算法服務(wù)器

算法服務(wù)器采用Python 開(kāi)發(fā)，包括模型轉(zhuǎn)參數(shù)，仿真算法，結(jié)果計(jì)算，參數(shù)模型4 個(gè)模塊，如圖4 所示。使用Flask 框架提供符合Web RESTful 設(shè)計(jì)規(guī)范的接口，對(duì)電網(wǎng)模型、節(jié)點(diǎn)、線(xiàn)路、機(jī)組等模型標(biāo)準(zhǔn)化建模，在內(nèi)部轉(zhuǎn)化為不同算法庫(kù)所需的參數(shù)，經(jīng)現(xiàn)貨仿真算法計(jì)算后，再對(duì)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算處理，最后轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)模型返回給Web 服務(wù)器。

圖4 算法服務(wù)器模塊

3.1.2 Web 服務(wù)器

Web 服務(wù)器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)包括結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和文件數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)中，包括用戶(hù)、角色、典型模板、電網(wǎng)模型參數(shù)、市場(chǎng)規(guī)則、市場(chǎng)約束、市場(chǎng)仿真結(jié)果；文件數(shù)據(jù)是電網(wǎng)模型的圖型文件，直接存儲(chǔ)在服務(wù)器的目錄上。Web服務(wù)器主要模塊如圖5 所示。

3.2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)貨仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)為前、后端分離的框架，后端包括業(yè)務(wù)層、處理數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，采用開(kāi)源的Spring4.1.7+Hibernate4.3.1+Springfox-Swagger2 框架。

現(xiàn)貨仿真系統(tǒng)采用MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)的操作使用Hibernate4.3.1 框架，Hibernate 可以用注解方式定義Model 與數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象關(guān)系，包括表、字段、外鍵關(guān)系、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等，Hibernate4 對(duì)MySQL 的兼容性好，在功能、性能、開(kāi)發(fā)效率上都能滿(mǎn)足仿真系統(tǒng)的需求。

圖5 Web 服務(wù)器主要模塊

現(xiàn)貨仿真系統(tǒng)中，Spring4.1.7 框架的用到的模塊有Spring-Core，Spring-Webmvc，Spring-Web，Spring-Context，Spring-AOP。Spring4 版本支持注解方式進(jìn)行配置，因此，除了少數(shù)的必要的或是可加載的資源使用XML 配置以外，其它如Controller，Service，Dao 和Interceptor 等全部采用注解方式進(jìn)行配置，以減少系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作量，使用系統(tǒng)更加簡(jiǎn)潔。

Swagger2 為項(xiàng)目在開(kāi)發(fā)和測(cè)試階段的前端開(kāi)發(fā)人員和測(cè)試提供詳盡的API 說(shuō)明文檔。通過(guò)添加依賴(lài)的jar 包和在spring-mvc.xml 中添加映射配置，即可以在Controller 中使用注解定義API，在項(xiàng)目程序啟動(dòng)運(yùn)行后，在瀏覽器中輸入U(xiǎn)RL即可訪(fǎng)問(wèn)到Swagger2 提供的API 規(guī)范文檔界面，在項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)階段，前端開(kāi)發(fā)人員很清晰地了解提供的API，為測(cè)試人員編寫(xiě)自動(dòng)化測(cè)試用例也提供了很大的方便。

現(xiàn)貨仿真系統(tǒng)的前端是系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，設(shè)計(jì)要求美觀(guān)、簡(jiǎn)潔、風(fēng)格統(tǒng)一、響應(yīng)訊速。系統(tǒng)支持可視化的電網(wǎng)模型編輯和展示，通過(guò)引入JS 繪圖組件庫(kù)mxGraph，實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)程加載服務(wù)器的圖模文件，在編輯時(shí)以拖拽方便實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)、線(xiàn)路、機(jī)組、負(fù)荷的添加和修改，并提供數(shù)據(jù)緩存和數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能，為用戶(hù)在電網(wǎng)模型的建模過(guò)程中提供較好的使用體驗(yàn)。

4 關(guān)鍵技術(shù)

仿真系統(tǒng)核心是出清模塊。出清模塊分為模型、建模環(huán)境、求解器三大部分。模型就是一個(gè)有約束的優(yōu)化問(wèn)題，包括目標(biāo)函數(shù)、邊界條件、優(yōu)化參數(shù)；而建模環(huán)境則為配置上述優(yōu)化問(wèn)題的要素提供工具，目前建模環(huán)境主要有用Python 封裝實(shí)現(xiàn)的建模環(huán)境、GAMS；鑒于GAMS 程序的可擴(kuò)展性及兼容性較差，本文采取第一種建模環(huán)境，即用Python 實(shí)現(xiàn)GAMS 的建模功能，進(jìn)行優(yōu)化問(wèn)題相關(guān)要素的定義。求解器對(duì)模型即優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，目前常用的求解器有GLPK 和COIN-OR CBC。出清模塊的三個(gè)部分相互獨(dú)立，完全解耦，可以實(shí)現(xiàn)靈活配置。

5 仿真案例及仿真結(jié)果

仿真系統(tǒng)的一個(gè)重要應(yīng)用是根據(jù)市場(chǎng)組織機(jī)構(gòu)披露的電網(wǎng)模型參數(shù)、節(jié)點(diǎn)參數(shù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)、出清規(guī)則，以及機(jī)組報(bào)價(jià)的模擬，計(jì)算分時(shí)機(jī)組組合以及分時(shí)節(jié)點(diǎn)價(jià)格。本文以4 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，模擬日前市場(chǎng)出清，展示仿真系統(tǒng)運(yùn)行全過(guò)程[14]。

5.1 電網(wǎng)模型

圖6 所示為簡(jiǎn)化的4 節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)模型。

圖6 簡(jiǎn)化的4 節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)模型

其中N1～N4 為電網(wǎng)模型中的節(jié)點(diǎn)，L12，L23，L34，L41 為連接節(jié)點(diǎn)的線(xiàn)路，G1 和G2 為節(jié)點(diǎn)上的機(jī)組，F(xiàn)1 為N3 節(jié)點(diǎn)上的負(fù)荷。

表1 為機(jī)組的相關(guān)參數(shù)，表2 為線(xiàn)路參數(shù)。其中，每條線(xiàn)路的線(xiàn)路電抗為標(biāo)幺值，假設(shè)所有線(xiàn)路電抗相等。圖7 為N3 節(jié)點(diǎn)日前負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線(xiàn)。

5.2 市場(chǎng)規(guī)則

本算例出清規(guī)則參照南方監(jiān)能市場(chǎng)函[2018]195 號(hào)《南方能源監(jiān)管局 廣東省經(jīng)濟(jì)與信息化委廣東省發(fā)展改革委關(guān)于征求南方（以廣東起步）電力現(xiàn)貨市場(chǎng)系列規(guī)則意見(jiàn)的通知》附件4《廣東現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)交易實(shí)施細(xì)則（征求意見(jiàn)稿）》。

表1 機(jī)組參數(shù)

表2 線(xiàn)路參數(shù)

圖7 N3 節(jié)點(diǎn)負(fù)荷曲線(xiàn)

5.3 市場(chǎng)約束

本算例考慮機(jī)組的空載成本、負(fù)荷平衡約束、線(xiàn)路潮流約束。

5.4 市場(chǎng)仿真

G1，G2 機(jī)組報(bào)價(jià)策略是根據(jù)邊際成本曲線(xiàn)進(jìn)行報(bào)價(jià)，報(bào)價(jià)曲線(xiàn)如圖8，9 所示，分5 段申報(bào)，每段申報(bào)出力區(qū)間起點(diǎn)、出力區(qū)間終點(diǎn)以及該區(qū)間報(bào)價(jià)。每一個(gè)報(bào)價(jià)段的起始出力點(diǎn)必須為上一個(gè)報(bào)價(jià)段的出力終點(diǎn)。報(bào)價(jià)曲線(xiàn)必須隨出力增加單調(diào)非遞減。在實(shí)際仿真過(guò)程中，機(jī)組報(bào)價(jià)策略是影響出清價(jià)格的重要因素，需要綜合考慮不同的報(bào)價(jià)方式對(duì)出清價(jià)的影響。機(jī)組報(bào)價(jià)策略包括基于日前電價(jià)預(yù)測(cè)的機(jī)組報(bào)價(jià)策略[15]、平均電價(jià)差值積分模型[16]。

圖8 G1 機(jī)組報(bào)價(jià)曲線(xiàn)

圖9 G2 機(jī)組報(bào)價(jià)曲線(xiàn)

5.5 仿真結(jié)果

本文根據(jù)上述電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)負(fù)荷預(yù)測(cè)、機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、機(jī)組報(bào)價(jià)曲線(xiàn)；經(jīng)出清程序優(yōu)化計(jì)算后，得到出清結(jié)果。其中，分時(shí)節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)如圖10 所示；分時(shí)機(jī)組出力如圖11 所示；分時(shí)線(xiàn)路潮流如圖12 所示。

圖10 分時(shí)節(jié)點(diǎn)電價(jià)

圖11 分時(shí)機(jī)組出力

圖12 分時(shí)線(xiàn)路潮流

由圖10 可以看出，第1 個(gè)時(shí)段到第36 個(gè)時(shí)段節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)相同，第37 個(gè)時(shí)段到第65 個(gè)時(shí)段節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)不同，第66 個(gè)時(shí)段到第96 個(gè)時(shí)段節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)相同。結(jié)合圖7、圖12 可知，隨著負(fù)荷的不斷升高，在第37 個(gè)時(shí)段線(xiàn)路L34 發(fā)生潮流越限，即產(chǎn)生阻塞，此時(shí)系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)發(fā)生變化。負(fù)荷在第51 個(gè)時(shí)段達(dá)到最高，隨著負(fù)荷的下降，線(xiàn)路阻塞得到緩解，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的邊際電價(jià)相等。

由圖8、圖9、圖11 可知，在沒(méi)有阻塞時(shí)，系統(tǒng)優(yōu)先調(diào)用低價(jià)機(jī)組，此時(shí)G2 機(jī)組由于報(bào)價(jià)較高，故G2 機(jī)組不發(fā)電。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生阻塞時(shí)，G1機(jī)組不足以滿(mǎn)足系統(tǒng)負(fù)荷需求，此時(shí)需要調(diào)用G2 機(jī)組，導(dǎo)致系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)升高。

由圖6 可知，機(jī)組G1，G2 分別位于N1、N2節(jié)點(diǎn)上，而N2 的節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)始終大于N1 的節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)，因此G2 機(jī)組更傾向于跟售電公司或大用戶(hù)簽訂中長(zhǎng)期合約以鎖定收益。而對(duì)于售電公司而言，與G2 簽訂中長(zhǎng)期合約能獲得較為理想的價(jià)格。

本文仿真所用計(jì)算機(jī)處理器型號(hào)為Intel Core i7-8700，主頻3.2 GHz，內(nèi)存16 GB，使用Win10 64 位操作系統(tǒng)。本文使用的8 節(jié)點(diǎn)算例的仿真運(yùn)行時(shí)間約0.5 s，另外84 節(jié)點(diǎn)算例的仿真運(yùn)行時(shí)間約4 h，基本可以滿(mǎn)足目前市場(chǎng)仿真要求。

6 結(jié)語(yǔ)

本文基于廣東現(xiàn)貨市場(chǎng)出清規(guī)則，搭建現(xiàn)貨仿真系統(tǒng)。在已知電網(wǎng)模型、電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)、機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)、線(xiàn)路數(shù)據(jù)等情況下，可以準(zhǔn)確出清得到節(jié)點(diǎn)電價(jià)及機(jī)組出力，不同節(jié)點(diǎn)電價(jià)的對(duì)比可指導(dǎo)我們尋找優(yōu)質(zhì)客戶(hù)以及優(yōu)質(zhì)電源。系統(tǒng)搭建采用積木式方式，各個(gè)模塊基本實(shí)現(xiàn)解耦，可靈活配置，適用于不同省份交易規(guī)則。