考虑灵活块交易的电力现货市场出清模型

张馨瑜, 陈启鑫, 葛 睿, 赵兴泉, 李鸣镝, 邹 鹏

(1. 清华大学电机工程与应用电子技术系, 北京市100084; 2. 国家电力调度控制中心, 北京市100031;3. 国网山西省电力公司电力调度控制中心, 山西省太原市 030002)

考虑灵活块交易的电力现货市场出清模型

张馨瑜1, 陈启鑫1, 葛 睿2, 赵兴泉3, 李鸣镝3, 邹 鹏3

(1. 清华大学电机工程与应用电子技术系, 北京市100084; 2. 国家电力调度控制中心, 北京市100031;3. 国网山西省电力公司电力调度控制中心, 山西省太原市 030002)

灵活块交易是国外电力现货市场新设计的交易品种。该交易品种允许发电企业、电力用户根据自身的发电技术特征与用电实际需求,选择多样化、个性化的交易方式,以增加市场的流动性,这对于在中国开展电力现货市场建设试点具有借鉴价值。为此,文中首先简要介绍了北欧电力现货市场的运行机制,描述了现货市场中小时交易、灵活小时交易、块交易等交易品种的定义与特点。在此基础上,结合现货市场交易机制设计,重点构建了考虑灵活块交易的现货市场出清模型。由于该模型属于多时段、大规模、非线性混合整数规划问题,因此为提高该模型的求解效率,提出了降低模型非线性程度的线性化建模方法。最后,通过算例分析验证了所提模型与求解方法的正确性和有效性。

现货市场; 复杂投标; 灵活块交易; 出清模型; 线性化

0 引言

2015年3月,中国启动了以“中发〔2015〕9号文”为标志的新一轮电力体制改革[1]。随后,多项改革配套文件陆续下发,初步完成了本轮电改的顶层设计,力图构建起以中长期交易规避风险、以现货交易发现价格、优化资源配置、品种齐全、功能完善、竞争充分、开放有序的电力市场体系。其中,现货市场被认为是电力市场体系建设的核心环节[2-4]。

目前,国家已将广东等8个省列入首批现货市场试点建设省份,要求于2018年底前启动试运行。为做好现货市场试点建设工作,需要加强对国外现货市场实践经验的学习和借鉴。尤其是近年来,在北欧日前电力现货市场中,引入了灵活块交易的交易品种与竞价机制,允许发电企业、电力用户根据其发电技术特征与用电实际需求,选择适宜的灵活块交易进行投标,反映交易意愿,参与市场竞争,并对各类交易品种实现一体化集中出清[5],使电力交易过程更加自主、公平,并达到电力资源供需高效匹配的效果。灵活块交易允许市场成员申报一定的电力供给或需求、连续中标3 h及以上,并给市场成员提供可移动式块交易、链接式块交易、扩展链接式块交易等多类选择,给予市场成员充分自主的选择权[6]。事实上,灵活块交易本质上属于考虑了时段耦合、电量耦合、价格耦合的分时竞价机制,是分时竞价市场的高阶版本,对于丰富电力交易方式、提升市场竞争程度、提高交易便利性等均具有重要的促进作用,也将为中国电力现货市场建设提供重要的借鉴意义。

考虑灵活块交易的现货市场出清模型,本质上是含互补约束的多时段大规模非线性混合整数规划问题[7]。文献[8-11]研究了在市场需求随机变动的条件下,竞争者如何达到个体利润最大化的市场均衡点。文献[12-13]以社会福利最大化作为目标函数,并考虑了功率与容量约束、时间约束、网络约束等,构建了完整的市场出清模型。文献[14-16]基于区域电力市场,采用多卖方、多买方的竞价模式,建立了买卖双方报价的双向拍卖竞价模型,但只考虑了简单的交易品种,未考虑块交易类型。

为此,本文在传统的分时竞价机制中,借鉴分段竞价机制中保障电力生产连续性、平稳性的思想[17-18],引入了多种类型的灵活块交易品种,对电力现货市场出清模型进行了研究。

1 灵活块交易机制

北欧电力现货市场设计了小时交易(hourly order)、块交易(block order)、灵活小时交易(flexible hourly order)3种不同类型的交易品种,市场成员可根据自身实际的发用电需求,选择其中任意一种或者三者的组合来进行投标,参与交易[19]。

1.1 小时交易

小时交易是最灵活的交易品种,其成交额占北欧日前市场交易份额的一半以上[20]。小时交易需要申报竞价小时内的电量与价格。若市场成员要参与次日全天的交易,需申报24个时段、相互独立的小时交易意向。各个小时交易的投标之间不存在时段耦合约束,由市场成员自行考虑机组爬坡约束与用电负荷变化等因素。以发电侧为例,小时交易的中标规则为:当发电侧申报的小时交易价格低于或等于市场出清边际价格时,该小时交易中标;否则不中标[21]。

1.2 灵活小时交易

灵活小时交易,同样需要市场成员申报该小时内的电量与价格,以及该小时交易可以被接收的多个中标时段(如不加说明,本文中的时段均指1 h)。在这些允许的时段内,该灵活小时交易可以中标1次。即灵活小时交易允许申报几个投标时段,但在这些时段中至多出清1次,即至多中标1次,且出清时段由市场出清模型统一优化确定。目前,北欧现货市场中只允许发电侧申报灵活小时交易的投标,主要用来满足高峰负荷需求,降低总发电成本或提高总社会福利,具体中标的时段由电力交易所依据市场申报情况统一优化确定[22]。

1.3 块交易

块交易允许多种量—价组合的投标类型,包括常规块交易、可移动式块交易、链接式块交易、扩展链接式块交易等。从其发展历程来看,2004年,常规块交易与链接式块交易正式引入北欧日前市场中。2006年,上述2类块交易品种引入到日内市场中。2015年6月30日,由北欧电力交易所(Nord Pool)控股的英国2家电力交易所之一N2EX,在英国日前拍卖交易中推出了块交易的交易品种。2015年11月,链接式块交易被引入到北欧日前市场中[23]。

1)常规块交易

常规块交易需要申报电力和价格。作为一个整体,常规块交易投标必须连续3 h及以上(最长不超过24 h),并在多个时段内整体性中标(如附录A图A1所示),即一整个块交易要么都中标,要么都不中标。对发电侧来说,中标常规块交易能够避免机组启停或频繁地进行出力调整;对用户侧来说,中标常规块交易能够保障其以稳定的价格连续用电,避免频繁地参与交易,增加交易成本[22]。

2)可移动式块交易

可移动式块交易是多个常规块交易的组合,并最多由3个常规块交易组成,且其投标总电量不能超过一定上限(如附录A图A2所示)。其中标方式类似于灵活小时交易,在制定的多个时段内最多只能出清1次。可移动式块交易的开始和结束时间由市场成员自行申报,并包含多个常规块交易。此外,多个常规块交易在不同的时段内,可以申报不同的投标电力和价格。设计可移动式块交易的目的是对于某些市场成员来说,其预期的发电量或用电量是一定的,但其电力生产和使用的时间没有刚性要求,存在一定程度的时间自由度[24]。因而,可以在价格较为合适的时段中标,扩大市场成员的收益。

3)链接式块交易

链接式块交易同样由多个常规块交易组成,但其块与块之间存在优先级,即一个块(子块)的中标取决于另外一个块(母块)的中标(如附录A图A3所示)。市场成员在选择链接式块交易时,需规定每个块交易的优先级,优先级高的块交易,在市场出清时优先中标,之后才能出清优先级低的块交易。链接式块交易包含的所有块,只能同时申报作为卖出型/卖电型块交易或买入型/购电型块交易[25]。一个完整的链接式块交易不能部分是卖出型块交易,部分是买入型块交易。链接式块交易允许部分中标,即优先级较高的块可以中标,而优先级较低的块可以不中标。

4)扩展链接式块交易

2016年2月,北欧电力交易所在链接式块交易的基础上,设计了扩展链接式块交易[23]。扩展链接式块交易是家族式关系,包含父块与子块。假设块P为父块,块D为子块,其中,P(+)表示P单独执行时,能获利,可以中标;P(-)表示P单独执行时,将亏损,不可以中标;D(+)表示D单独执行时,能获利,可以中标;D(-)表示D单独执行时,将亏损,不可以中标。

以发电侧为例,上述获利是指发电企业的申报价格低于市场出清价格时,块交易能够中标且获得额外利润;亏损是指发电企业的申报价格高于市场出清价格时,块交易能够中标但将入不敷出。用户侧反之。

由父块P与子块D所组成的扩展链接式块交易中,存在以下4种不同的情形。

情形1:P(+),D(+)。当父块P单独执行时,能获利,子块D单独执行时,也能获利,则扩展链接式块交易中,父块P和子块D均可中标。

情形2:P(-),D(+)且P+D≥0。当父块P单独执行时亏损,子块D单独执行时获利,但父块P与子块D相加之和为获利时,扩展链接式块交易中,父块P和子块D均可中标。即父块P中标亏损,但整体块交易中标能获利时,扩展链接式块交易可以全部中标。

情形3:P(+),D(-)且P+D≥0。当父块P单独执行时获利,子块D单独执行时亏损,尽管父块P与子块D相加之和为获利,但扩展链接式块交易中,只有父块P可以中标,子块D不能中标(区别于情形2)。即子块D中标亏损,但整体块交易中标能获利时,扩展链接式块交易只能够中标父块P。

情形4:P(-),D(-)。当P单独执行时亏损,子块D单独执行时也亏损,扩展链接式块交易中的父块P和子块D均不中标。

2 考虑灵活块交易的市场出清模型建立

2.1 市场机制

本文所构建的考虑灵活块交易的市场竞价机制,参考北欧日前电力现货市场,采用“双向报价、集中竞价、统一出清、边际定价”的组织方式。

具体的竞价机制为:发电商、售电商与大用户可以选择小时交易、各种类型的块交易、灵活小时交易等进行竞价申报。电力交易所在考虑电网安全约束的基础上,以社会福利最大化为目标,进行市场统一优化出清,确定各市场成员每小时的中标电量、块交易的中标情况,以及每小时的市场边际出清价格[23]。当各价格区间的输电断面发生阻塞时,则可形成分区价格[26]。

2.2 考虑常规块交易的市场出清模型

2.2.1目标函数

日前市场出清以社会福利最大化为优化目标,包含小时交易、块交易和灵活小时交易3类交易品种。目标函数如下所示。

max [∑(δh,d,tph,d,tqh,d,t+βb,d,tpb,d,tqb,d,t+

φf,d,tpf,d,tqf,d,t)+∑(δh,g,tph,g,tqh,g,t+

(1)

式中:ph,d,t,qh,d,t和ph,g,t,qh,g,t分别为购电侧和发电侧小时交易在时段t的申报价格和申报电力;pb,d,t,qb,d,t和pb,g,t,qb,g,t分别为购电侧和发电侧块交易在时段t的申报价格和申报电力;pf,d,tqf,d,t和pf,g,t和qf,g,t分别为购电侧和发电侧灵活小时交易在时段t的申报价格和申报电力;δh,d,t∈[0,1],δh,g,t∈[0,1]分别为表示购电侧和发电侧小时交易是否中标的0-1整数变量,可以中标部分电量;βb,d,t∈{0,1},βb,g,t∈{0,1}分别为表示购电侧和发电侧块交易是否中标的0-1整数变量;φf,d,t∈{0,1},φf,g,t∈{0,1}分别为表示购电侧和发电侧灵活小时交易是否中标的0-1整数变量。

需要说明的是,对于申报价格来说,购电侧、发电侧均为正;对于申报电力,购电侧投标为正,发电侧投标为负。

2.2.2约束条件

1)发用电平衡约束

各时段的购电量与发电量相等,即

∑(δh,d,tqh,d,t+βb,d,tqb,d,t+φf,d,tqf,d,t)+

∑(δh,g,tqh,g,t+βb,g,tqb,g,t+φf,g,tqf,g,t)=0

(2)

2)市场出清约束

考虑到发电侧的售电报价不大于市场出清价格时才能中标,用户侧的购电报价不小于市场出清价格时才能中标,因此，考虑发电侧申报电力视为负数，发电侧和购电侧的中标表达式可以简化。为表示方便,各类交易品种出清的价格约束条件统一表示,如式(3)至式(6)所示,公式中变量既表示发电侧,也表示购电侧,不再区分。其中式(3)为小时交易市场出清约束;式(4)为块交易市场出清约束;式(5)为灵活小时交易市场出清约束。

δh,t∑(ph,t-πt)qh,t≥0

(3)

式中:πt为时段t时市场边际出清价格。

βb,t∑(pb,t-πt)qb,t≥0

(4)

φf,t∑(pf,t-πt)qf,t≥0

(5)

3)灵活小时交易出清次数约束

灵活小时交易可以申报连续或不连续的几个时段,其出清时段不固定,但至多只能出清1次。因此,灵活小时交易在各个时段的决策变量之和要小于等于1,由于发电侧和购电侧类似,因此,统一如下所示:

∑φf,t≤1

(6)

至此，式(1)至式(6)构成了考虑常规块交易的日前市场出清模型[22]。

2.3 考虑可移动式块交易的市场出清模型

与常规块交易相比,可移动式块交易在常规块交易的基础上,引入了中标时间灵活的弹性约束,即投标块交易的申报电量是一定的,中标时段不唯一,但只能中标1次。因此,出清模型在常规块交易的基础上,需要添加有关可移动式块交易出清次数的约束条件。除新增可移动式块交易的出清次数约束以外,其他约束条件以及目标函数与式(1)至式(6)相同,此处不再赘述[17]。

新增可移动式块交易的出清次数约束,如下式所示:

∑βb，i,t≤1

(7)

式中:βb,i,t为在时段t时块交易中交易顺序为i的可移动式块交易的中标变量。

2.4 考虑链接式块交易的市场出清模型

与常规块交易相比,链接式块交易的特点在于存在优先级。优先级高的块,先出清;优先级低的块,后出清。

在出清模型中,在常规块交易的基础上,需添加中标优先级的相关约束,即可构建考虑链接式块交易的出清模型。除新增链接式块交易的优先级约束以外,其他约束条件以及目标函数与上文提到的一致,为式(1)至式(6),此处不再赘述。

新增链接式块交易的优先级约束,如下式所示:

为降低“政银企户保”小额贷款风险，政府及金融机构采取一系列风险防范措施。首先是监督机制。政府配合银行、保险公司对贫困户贷款用途进行跟踪调查，防止出现“贷而不用、贷而它用”的现象。对于未按约定使用的贷款给予引导干预，确保其能最大限度地发挥成效。其次是信用机制。银行以贷款协议履行情况度量借款人信用度，将未按协议使用贷款行为、不良贷款记入农户信用档案，健全农村信用体系。最后是熔断机制。当全县不良贷款率达3%时，暂停贷款发放，由县政府会同担保中心、合作银行、保险公司及时调查原因并寻求解决办法，确保贷款安全性。

β3≤β2≤β1

(8)

式中:β1,β2,β3分别为表示3个不同的块组成的链接式块交易的中标优先级变量,块1的优先级最高,块1中标之后,块2才能中标，块2中标之后,块3才能中标。

更多层级的链接式块交易的模型处理方式与上述类似。

2.5 考虑扩展链接式块交易的市场出清模型

与一般的链接式块交易相比,扩展链接式块交易是在其基础上,有了新的扩展定义。因此,在模型中需要将新的扩展定义转化为约束条件,构建考虑扩展链接式块交易的出清模型。其他约束条件以及目标函数与上文提到的一样,为式(1)至式(6),此处不再赘述。

βD∑(pD-πD)qD≥0

(9)

(10)

βP≥βD

(11)

式中:pD和pP分别为子块D和父块P的申报价格;βD和βP分别为表示子块D和父块P的中标变量;πD和πP分别为子块D和父块P的出清价格;βP+D为该扩展链接式块交易的中标变量;qD和qP+D分别为子块D和该扩展链接式块交易的中标电量。

在考虑扩展链接式块交易的出清模型中,添加了3种约束条件来描述该交易品种。

约束式(9)表示,当发电侧子块D的申报价格小于市场平均出清价格,因定义中发电侧申报电量为负,故块D可中标;或者购电侧子块D的申报价格大于市场平均出清价格时,因定义中购电侧申报电量为正,故块D也可中标。

约束式(11)表示,无论购电侧还是发电侧父块P的0-1整数变量始终大于等于子块D的0-1整数变量,确保了父块P中标的优先级。

约束式(9)至式(11)描述了父块与子块存在的优先级问题。结合之前的目标函数以及约束条件,即可构成考虑扩展链接式块交易的日前现货市场出清模型。

3 模型求解方法

考虑到出清模型为大规模、强耦合的非线性整数规划问题,其关键在于如何处理非线性约束条件。本文采用非线性问题线性化的数学思想,以降低模型的求解难度。

出清模型中,式(3)至式(5)为非线性约束,且三者约束条件相似,故均统一表示为:

xt∑(pt-πt)qt≥0

(12)

式中:x可分别代表小时交易、块交易、灵活小时交易的决策变量δ,β,φ。

考虑式(12),引入变量xt为中标变量;ut为0-1变量;Mt为ut相关变量;λ为已知的参与者申报价格。其中,下标t表示时段,购电侧Mt=1-ut;发电侧Mt=ut。化简如下。

xt≤Mt

(13)

(14)

(15)

ut∈{0,1}

(16)

针对化简后的数学模型,采用GAMS平台中的CPLEX算法,求解考虑灵活块交易的现货市场出清模型。

4 算例分析

所采用算例模拟某日10位市场成员参与日前现货市场的情形,其中现货交易针对次日24个交易时段开展。具体投标数据,见附录B表B1和表B2。

电力市场24 个交易时段的价格如图1所示,交易总量为2 627 MW·h,用户侧共支付购电资金45 692欧元。块交易的出清结果如表1和表2所示。表中0表示不中标；1表示中标；0.4表示部分中标。

图1 市场出清价格Fig.1 Market clearing price

表1 购电侧出清结果Table 1 Clearing results of demand side

1)常规块交易

发电商2在时段9至时段12之间的常规块交易中连续中标,因为其申报价格为12欧元/MW,小于时段9至时段12的平均出清价格12.75欧元/MW。而如果将该块交易拆开来单独中标,则在时段10时,因其投标价格12欧元/MW大于市场出清价格11欧元/MW,将不能中标;同理,在时段11也不能中标，这将可能造成机组的频繁启停。但此处,该常规块交易作为一个整体,实现了时段9至时段12的连续4个时段中标,在保障交易整体效益的前提下,有效避免了发电机组频繁的出力调整与启停。

表2 发电侧出清结果Table 2 Clearing results of generation side

2)可移动式块交易

电力用户3在时段1至时段4、时段18至时段20这2个时段所构成的可移动式块交易中,中标时段为时段18至时段20。尽管该用户在时段1至时段4的块交易中,申报价格为13欧元/MW,大于市场平均出清价格12.75欧元/MW,满足单独中标的规则，但由于可移动式块交易只能出清1次,且该电力用户3又只追求总投标电量得到满足,而对电力生产和使用的时间均无明确要求,故市场出清时,考虑到社会福利的最大化,必然选取投标价格更高的时段中标。而如果该可移动式块交易,作为2个单独的块交易进行投标,电力需求将为用户所需电力的2倍。此外,用户也没有自由选择时间段的机会,且其块交易不中标的可能性也相对较大。但用户以可移动式块交易的方式参与投标,不仅能提高其电力中标的可能性,还拥有相对自由的时间选择,一定程度上也将有助于实现社会福利的最大化。

3)扩展链接式块交易

发电商5在时段5至时段8、时段21至时段24构成的扩展链接式块交易连续中标。主要原因是父块(时段5至时段8)和子块(时段21至时段24)相加之和为获利,且子块单独中标时也获利。而如果将扩展链接式块交易的父块和子块拆开单独中标,则父块的申报价格14欧元/MW,大于时段5至时段8的市场平均出清价格12欧元/MW,故父块不能中标。但因为父块的优先级高于子块,且子块获利,以及父块和子块相加之和也获利,故父块和子块可以同时中标。这有效避免了发电商的发电损失,提高了其中标概率。

4)算例分析结果表明,不同块交易在实际电力交易中,各有其竞争优势和交易特点,市场参与者可提前预估自己的电力需求或者自己的发电能力,选择合适的投标方式进行交易,使得收益最大化。

5 结语

现货市场是电力市场体系中的关键环节,是协调市场运行与系统运行的关键所在。本文在传统现货市场出清模型的基础上,考虑了新型灵活块交易复杂投标的多类交易品种,构建了相应的市场出清模型,研究了针对该模型结构特点的线性化求解方法,得到如下结论。

1)在电力现货市场中引入常规块交易,能有效避免发电机组频繁的出力调整与启停;引入可移动式块交易,能赋予电力用户自由选择的权利,并将在一定程度上有助于增加社会福利;引入扩展链接式块交易,能提高发电商的中标可能性,避免电力损失。

2)含块交易的现货市场竞价机制,具有丰富电力交易方式、提升市场竞争性、提高交易便利性、并为电力用户提供更多选择权的优势,对于中国下阶段现货市场的建设有一定的借鉴意义，未来将在实践中加以实施验证。

附录见本刊网络版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

[1] 张树伟.电力体制改革的成功标准与动力——基于9号文的讨论[J].能源,2015(4):92-96.

[2] 郑昕.我国电力用户与发电企业直接交易改革的理论依据与政策选择[D].福州:福州大学,2014.

[3] 王建学,张成刚,王秀丽,等.电力市场混合竞价模式及其出清算法[J].电力系统自动化,2011,35(7):28-33.

WANG Jianxue, ZHANG Chenggang, WANG Xiuli, et al. A mixed bidding mode and its clearing algorithm for electricity market applications[J]. Automation of Electric Power Systems, 2011, 35(7): 28-33.

[4] 王永福,张伯明,孙宏斌,等.国外平衡机制介绍及建设我国实时平衡市场的建议[J].电网技术,2003,27(9):10-13.

WANG Yongfu, ZHANG Boming, SUN Hongbin, et al. An introduction to foreign balancing market mechanism and suggestions on constructing real-time balancing market in China[J]. Power System Technology, 2003, 27(9): 10-13.

[5] 曾鸣,刘超,段金辉,等.美国与北欧电力双边交易市场模式的经验借鉴[J].华东电力,2013,41(1):5-10.

ZENG Ming, LIU Chao, DUAN Jinhui, et al. The bilateral electricity market modes of typical countries and our reference from America and Nordic[J]. East China Electric Power, 2013, 41(1): 5-10.

[6] MADRIGAL M, QUINTANA V H. Existence and determination of competitive equilibrium in unit commitment power pool auctions: price setting and scheduling alternatives[J]. IEEE Trans on Power Systems, 2001, 16(3): 380-388.

[7] 邹鹏,陈启鑫,夏清,等.国外电力现货市场建设的逻辑分析及对中国的启示与建议[J].电力系统自动化,2014,38(13):18-27.DOI:10.7500/AEPS20140219003.

ZOU Peng, CHEN Qixin, XIA Qing, et al. Logical analysis of electricity spot market design in foreign countries and enlightenment and policy suggestions for China[J]. Automation of Electric Power Systems, 2014, 38(13): 18-27.DOI: 10.7500/AEPS20140219003

[8] 张晓东,高波.基于供给函数均衡模型的区域电力现货市场模拟分析[J].电网技术,2005,29(13):80-84.

ZHANG Xiaodong, GAO Bo. Simulation of a real spot market based on supply function equilibrium model[J]. Power System Technology, 2005, 29(13): 80-84.

[9] MOTTO A L, GALIANA F D. Equilibrium of auction markets with unit commitment: the need for augmented pricing[J]. IEEE Trans on Power Systems, 2002, 17(3): 798-805.

[10] GALIANA F D, MOTTO A L, BOUFFARD F. Reconciling social welfare, agent profits, and consumer payments in electricity pools[J]. IEEE Trans on Power Systems, 2003, 18(2): 452-459.

[11] 王和康,马光文,左幸.基于MCP预测误差VaR值的日前现货市场竞价模型研究[J].四川大学学报(工程科学版),2007,39(3):57-61.

WANG Hekang, MA Guangwen, ZUO Xing. Research on day-ahead power market bidding model based on VAR of MCP forecasted error[J]. Journal of Sichuan University (Engineering Science Edition), 2007, 39(3): 57-61.

[12] MOTTO A L, GALIANA F D. Unit commitment with dual variable constraints[J]. IEEE Trans on Power Systems, 2004, 19(1): 330-338.

[13] Association of European Power Exchanges (Europex)[EB/OL]. [2017-04-10]. http://www.europex.org.

[14] 尚金成,张兆峰,韩刚.区域电力市场竞价交易模型与交易机制的研究:(一)竞价交易模型及其机理、水电参与市场竞价的模式及电网安全校核机制[J].电力系统自动化,2005,29(12):7-14.

SHANG Jincheng, ZHANG Zhaofeng, HAN Gang. Study on transaction model and mechanism of competitive regional electricity market: Part one transaction model and mechanism, participation mode for hydroelectricity participants and power system security checking mechanism[J]. Automation of Electric Power Systems, 2005, 29(12): 7-14.

[16] 杨彦,张尧,陈皓勇,等.考虑系统运行不确定性的电力市场均衡模型[J].电网技术,2012,36(7):100-105.

YANG Yan, ZHANG Yao, CHEN Haoyong, et al. Electricity market equilibrium model considering uncertainty of system operation [J]. Power System Technology, 2012, 36(7): 100-105.

[17] 王锡凡.分段竞价的电力市场[J].中国电机工程学报,2001,21(12):1-6.

WANG Xifan. Block bidding model based power market[J]. Proceedings of the CSEE, 2001, 21(12): 1-6.

[18] 王锡凡,耿建.分段竞价与分时竞价的比较[J].电力系统自动化,2003,27(7):1-7.

WANG Xifan, GENG Jian. Comparisons between hourly bidding and block bidding rules[J]. Automation of Electric Power Systems, 2003, 27(7): 1-7.

[19] O′SNEILL R P, SOTKIEWICZ P M, ROTHKOPF M H. Equilibrium prices in power exchanges with non-convex bids[R/OL]. [2017-06-01]. http://warrington.ufl.edu/centers/purc/purcdocs/papers/0601_oneill_equilibrium_prices_in.pdf.

[20] BISKAS P N, CHATZIGIANNIS D I, BAKIRTZIS A G. European electricity market integration with mixed market designs: Part Ⅱ solution algorithm and case studies[J]. IEEE Trans on Power Systems, 2014, 29(1): 466-475.

[21] MADANI M, VAN VYVE M. A new formulation of the European day-ahead electricity market problem and its algorithmic consequences,discussion paper[R/OL]. [2017-05-10]. https://cdn.uclouvain.be/public/Exports%20reddot/core/documents/coredp2013_74web.pdf.

[22] MARTIN A, MÜLLER J C, POKUTTA S. Strict linear prices in non-convex European day-ahead electricity markets[J]. Optimization Methods and Software, 2014, 29(1): 189-221.

[23] Nordpool spot[EB/OL]. [2017-05-20]. http://www.nordpoolspot.com/TAS/Day-ahead-market-Elspot/Order-Types/.

[24] SURHONE L M, TENNOE M T, HENSSONOW S F. Cplex[M]. Gütersloh: Betascript Publishing, 2010.

[25] DIVISION C. Using the Cplex callable library [M/OL]. [2017-05-20]. https://www.researchgate.net/publication/243672594_Using_The_Cplex_Callable_Library.

[26] 赵庆波,周原冰,郭蓉,等.模糊神经网络在电力系统边际电价预测中的应用[J].电网技术,2004,28(7):45-48.

ZHAO Qingbo, ZHOU Yuanbing, GUO Rong, et al. Application of fuzzy neural network in power system marginal price forecasting[J]. Power System Technology, 2004, 28(7): 45-48.

ClearingModelofElectricitySpotMarketConsideringFlexibleBlockOrders

ZHANGXinyu1,CHENQixin1,GERui2,ZHAOXingquan3,LIMingdi3,ZOUPeng3

(1. Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing100084, China;2. National Electric Power Dispatching and Control Center, Beijing100031, China;3. Dispatching and Control Centre of State Grid Shanxi Electric Power Company, Taiyuan030002, China)

In the abroad electricity spot market, a flexible block order is the new designed transaction category in the bidding mechanism. It allows the market members to select the diversified and personalized transaction mode according to the technical characteristics of the power generation and the actual demand of the electricity, which enriches the liquidity of trading market. This kind of mechanism has the reference value for China to carry out the construction of electricity spot market pilot. Therefore, the operating mechanism of the Nordic electricity spot market is briefly introduced, and the definition and characteristics of trading varieties including hour order, flexible order and block order in the spot market are described. On this basis, a clearing model for electricity spot market with the complex bidding of flexible block order is established combined with the design of the spot market transaction mechanism. Since the model belongs to the multi-period, large-scale and nonlinear mixed integer programming problem, a linear modeling method to reduce the nonlinearity of the model is proposed to improve the efficiency of the model. Finally, the example analysis is given to illustrate the correctness and validity of the proposed model and the solving method.

This work is supported by State Grid Shanxi Electric Power Company (No. SGSX0000KJS1700374).

spot market; complex bidding; flexible block order; clearing model; linearization

2017-06-14;

2017-10-30。

上网日期: 2017-11-13。

国网山西省电力公司科技项目(SGSX0000KJS1700374)。

张馨瑜(1994—),女,主要研究方向:电力经济。E-mail: 383234966@qq.com

陈启鑫(1982—),男,通信作者,副教授,博士生导师,主要研究方向:电力市场、能源互联网、低碳电力。E-mail： qxchen@tsinghua.edu.cn

葛 睿(1979—),男,硕士,高级工程师,主要研究方向:电网调度运行、电力市场、新能源发电。

(编辑顾晓荣)