一種考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優(yōu)化方法。本發(fā)明采用雙層規(guī)劃模型研究零售商最優(yōu)購售電決策:首先,分別構(gòu)建零售商和用戶群的最優(yōu)規(guī)劃模型,然后構(gòu)建包含零售商和用戶群兩個利益相關(guān)方的完整的雙層規(guī)劃模型。本發(fā)明為零售商提供了在中期規(guī)劃內(nèi)制定雙邊合約購買決策及售電價格策略的依據(jù),零售商可根據(jù)自己能夠承受的風(fēng)險力度,調(diào)整自身的雙邊合約購電量與售電價格,以制定考慮雙邊合約的最優(yōu)購售電策略,在保障用戶的用電可靠性同時,又能使自己制定的價格具有一定競爭力,保證自己的市場份額。
【專利說明】-種考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優(yōu)化方法,屬于電力市場與經(jīng) 濟領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 零售商是連接用戶與電力市場的紐帶,一方面零售商需要在電力市場購買電力, 另一方面零售商在充滿競爭的市場中將購買的電力銷售給用戶。在電力市場中,零售商總 是面臨著如下兩個問題:1)在進行購電決策時,零售商面臨著電力市場價格波動帶來的風(fēng) 險;2)在售電行為中,零售商既要應(yīng)對用戶負荷需求的不確定性,同時還要保證售電電價 的競爭力以爭取更多的用戶,從而爭取更多的用戶份額。為規(guī)避電力市場價格及用戶需求 不確定性帶來的風(fēng)險,零售商常常選擇風(fēng)險價值較小的雙邊合約交易進行套期保值,以有 效減少經(jīng)營風(fēng)險,而如何合理確定雙邊交易和競價市場的購電策略以及規(guī)劃期內(nèi)向用戶供 電的售電價格,能夠有效規(guī)避價格波動等不確定因素帶來的風(fēng)險,同時又能兼顧用戶的利 益,保障制定的價格具有一定的競爭力,成為零售商需要解決的重要難題。
[0003] 目前,眾多學(xué)者進行了一系列的研究,從零售商的風(fēng)險與收益角度入手,通過建立 零售商購售電收益分析模型,來尋求最優(yōu)的零售商購售電策略組合,進而分析出零售商如 何在購售電過程中規(guī)避市場風(fēng)險,提高售電收益;但是這些研究均是建立在完全競爭的電 力零售市場模式下,僅考慮了零售商通過競價購買、銷售電能的情景,未涉及雙邊合約交易 對零售商收益和風(fēng)險的影響。
[0004] 由此可見,當前尚未有考慮雙邊交易情景的零售商購售電策略優(yōu)化方法,本發(fā)明 旨在建立此類模型,具有極大的創(chuàng)新意義與現(xiàn)實價值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優(yōu)化方法,本發(fā)明 在兼顧零售商和用戶雙方的利益的情況下解決零售商在中期規(guī)劃內(nèi)如何制定雙邊合約購 買決策以及售電電價兩個問題?;诒景l(fā)明,零售商可根據(jù)自己能夠承受的風(fēng)險力度,制定 考慮雙邊合約的最優(yōu)購售電策略。
[0006] 本發(fā)明考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優(yōu)化方法,采用雙層規(guī)劃模型研究零 售商最優(yōu)購售電決策:首先,分別構(gòu)建零售商和用戶群的最優(yōu)規(guī)劃模型,然后構(gòu)建包含零售 商和用戶群兩個利益相關(guān)方的完整的雙層規(guī)劃模型。
[0007] 本發(fā)明考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優(yōu)化方法,具體包括如下步驟:
[0008] 1)零售商和用戶的決策過程
[0009] 為模擬實際問題,將用戶按照其對電價的反映特征進行分類,每一類稱為一個用 戶群;零售商和用戶的決策過程如下:首先,零售商制定雙邊交易購電的合約組合及對用 戶群的售電價格;其次,用戶群選擇供應(yīng)電力的零售商,最后,零售商從現(xiàn)貨市場購入電 力;
[0010] 2)考慮雙邊合約的零售商購售電決策的上層規(guī)劃模型
[0011] 上層規(guī)劃是指零售商在一個特定的計劃范圍內(nèi)確定雙邊交易的購電合約組合和 售電給用戶群的價格,在這個決策過程中,用戶的需求由下層規(guī)劃決定;將通過條件風(fēng)險價 值(CVaR)對現(xiàn)貨市場價格和用戶需求帶來的不確定性進行建模;
[0012] 根據(jù)用戶特性,將用戶劃分為Nf組,假定在規(guī)劃期內(nèi),零售商向每組用戶群提供的 電價為差別電價(設(shè)售電價格為忠),且用戶對售電價格有較大的彈性,即若禮較高,則用 戶將選擇其他零售商,以零售商預(yù)期利潤最大化為目標,建立含CvaR的考慮雙邊交易的零 售商購售電策略的上層規(guī)劃模型如下:
[0013] 11)目標函數(shù)
【權(quán)利要求】
1. 一種考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優(yōu)化方法,其特征在于采用雙層規(guī)劃模型 研究零售商最優(yōu)購售電決策:首先,分別構(gòu)建零售商和用戶群的最優(yōu)規(guī)劃模型,然后構(gòu)建包 含零售商和用戶群兩個利益相關(guān)方的完整的雙層規(guī)劃模型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優(yōu)化方法,其特征在于 具體包括如下步驟: 1) 零售商和用戶的決策過程 為模擬實際問題,將用戶按照其對電價的反映特征進行分類,每一類稱為一個用戶群; 零售商和用戶的決策過程如下:首先,零售商制定雙邊交易購電的合約組合及對用戶群的 售電價格;其次,用戶群選擇供應(yīng)電力的零售商,最后,零售商從現(xiàn)貨市場購入電力; 2) 考慮雙邊合約的零售商購售電決策的上層規(guī)劃模型 上層規(guī)劃是指零售商在一個特定的計劃范圍內(nèi)確定雙邊交易的購電合約組合和售電 給用戶群的價格,在這個決策過程中,用戶的需求由下層規(guī)劃決定;將通過條件風(fēng)險價值 (CVaR)對現(xiàn)貨市場價格和用戶需求帶來的不確定性進行建模; 根據(jù)用戶特性,將用戶劃分為Nf組,假定在規(guī)劃期內(nèi),零售商向每組用戶群提供的電價 為差別電價(設(shè)售電價格為 <),且用戶對售電價格有較大的彈性,即若g較高,則用戶將 選擇其他零售商,以零售商預(yù)期利潤最大化為目標,建立含CvaR的考慮雙邊交易的零售商 購售電策略的上層規(guī)劃模型如下: 11) 目標函數(shù)
其中,Pu為雙邊合約b第η個合約曲線段的售電量;忠為零售商售電給用戶群f的電 價;(?/ (<)為情景ε i中t時段零售商從現(xiàn)貨市場購入的電量;Ψ和μ ( ε D為計算CVaR 的輔助變量;D為現(xiàn)貨市場價格及用戶需求的集合,ε i e D ; X ( ε D為情景ε i發(fā)生的概 率;T規(guī)劃期內(nèi)的為時間集合;F為用戶群集合,f e F ;乂為用戶群總數(shù);(Jf., (A)為情景ε i 中t時段零售商提供給用戶群f的電量;# (S1)為情景ε i中t時段現(xiàn)貨市場的電價;Bt為 t時段零售商簽訂的雙邊合約的集合,b e Bt ;Nn為雙邊合約曲線的分段總數(shù);$為雙邊合 約b第η段合約曲線的電價;ht為時段t的長度;ω為風(fēng)險權(quán)重;α為CVaR的可信度; 式(1)表示,考慮雙邊合約的零售商購售電優(yōu)化策略的目標函數(shù)包含兩部分內(nèi)容:1) 利潤期望值,本發(fā)明中利潤期望值等于售電給用戶獲得的收入期望值減去從現(xiàn)貨市場購電 的成本,再減去雙邊合約的購電成本之差;2)條件風(fēng)險價值(CvaR)與權(quán)重因子ω的乘積, 這里參數(shù)ω對利潤期望值和CVaR具有調(diào)節(jié)作用; 12) 零售商利益最大化模型的約束條件: O < Phll <Ph.":ybeB,n = \,...,N, (2)
其中,Pm為雙邊合約b第η段合約曲線的售電量上限;Qt為規(guī)劃周期開始之前,t時 段零售商已購買的雙邊交易電量;g( ·)為零售商的售電函數(shù); 在上述約束條件中,式(2)表明每份合約的電量須符合雙邊合約曲線的相關(guān)要求;式 (3)為每個情景下的電力供需平衡約束;式(4)為CvaR值的計算方法;式(6)表示在情形 ^下,t時零售商向用戶群f提供的電量取決于售電價格Θ ; 3)用戶群購電策略優(yōu)化的下層規(guī)劃模型 31) 競爭對手的售電價格 采用隨機變量對競爭對手的價格進行模擬:設(shè)零售商s向用戶群f提供的售電價格 為隨機變量es;f,S = 1,...,NS,NS為競爭對手的總數(shù);研究的零售商取值為s = 0,即 巧,。= <,在隨機規(guī)劃模型中,隨機變量eSif代表不同報價情景{0sfa),...,0 sf(Nu)} 的隨機輸出量,其中Nu為競爭對手報價方案的總數(shù),假設(shè)競爭對手報價情景ε 2發(fā)生的概率 為 X ( ε 2), 32) 零售商的供電份額 定義決策變量nts(e2)為ε2情景下零售商s對用戶群f的供電比例,由于決策變量 ^Us(S2)是用戶群f在擁有所有零售商提供的完全的售電價格信息基礎(chǔ)上做出的決策,因 此假設(shè)當用戶確定n f,s(e2)時,0sf(e2)是已知的,此外,定義參數(shù)I lf sS規(guī)劃期開始之 前,零售商s為用戶群f提供的負荷比例; JUcl(S2)是規(guī)劃期間所研究零售商在^2情景下向用戶群f提供的電量比例,為簡化 計算,對所研究的零售商為用戶群提供的供電比重采取如下算法:在t時段內(nèi)ε /清景下零 售商向用戶群f所提供的負荷需求),等于情景ε i下用戶從零售商購買電量的期望 值,其計算公式如下:
其中,敗,(S1)情景ε i中t時段用戶群f的用電需求;η。( ε 2)是規(guī)劃期間零售商在 情景ε2下向用戶群f提供的電量比例,由式(7)可知,變量?!--(ι(ε2)的最優(yōu)值可直接帶 入式(6)進行求解; 33) 用戶更換零售商的成本 虛構(gòu)用戶群f放棄零售商s選擇零售商V的阻力成本,將用戶選擇另外一個 零售商的成本計入模型內(nèi),設(shè)連續(xù)、非負變量為情景ε 2下,用戶群f的用電需求由 零售商s轉(zhuǎn)移為零售商s'提供的百分比,因此,用戶群f在情景ε2下更改零售商的成本 可表不為:
其中,Cf,re(e2)為情景%中用戶群f更換零售商的成本;$,為用戶群f在規(guī)劃期 內(nèi)的負荷需求期望值;nss\f( ε 2)為競爭對手報價為情景ε 2時,用戶群f供電量由零售 商s轉(zhuǎn)移到零售商s'的比重;U為競爭對手的競價集合,e2eU; 34) 零售商的供電份額平衡 零售商s在情景ε 9下向用戶群f提供的電力份額平衡公式如下:
其中,s,f(e2)為競爭對手價格為情景ε2時,用戶群f供電量由零售商s'轉(zhuǎn)移到 零售商s的比重; 35) 用戶群的購電成本,用戶群的購電成本計算公式如下:
其中,θs,f ( ε 2)為情景ε 2下零售商s售電給用戶群f的價格; 6)用戶群購電策略建模 根據(jù)上述推導(dǎo),用戶群f在競價情景ε 2中的下層規(guī)劃可表示為:
在上述約束條件中,式(13)為每一個零售商的供電份額平衡約束;式(14)限定了用戶 群f的供電來自于零售商集合中的成員;式(15)和(16)為變量的非負約束; 4) 考慮雙邊交易的零售商購售電策略優(yōu)化的雙層規(guī)劃模型 綜合零售商和用戶群的最優(yōu)規(guī)劃模型,可得到雙層規(guī)劃模型如下:
其中自變量nf.s( ε 2)屬于下面的函數(shù)的
最優(yōu)解集合: 5) 雙層規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為等價一階混合整數(shù)規(guī)劃模型 為能夠直截了當?shù)亟鉀Q上層規(guī)劃和下層規(guī)劃中目標函數(shù)的雙線性因子,現(xiàn)將雙層規(guī)劃 模型轉(zhuǎn)化為一個等價的一階混合整數(shù)規(guī)劃模型,再進行求解,模型的等價轉(zhuǎn)化包含以下三 個步驟: 51)利用KKT最優(yōu)條件替代每個下層規(guī)劃模型; 設(shè)4a為下層規(guī)劃中用戶群f在零售商競爭對手的競價情景ε 2中的拉格朗日乘子, 的計算公式如下:
對f e F和ε 2 e U而言,下層規(guī)劃模型中式(23)至式(27)的最優(yōu)解的必要條件KKT 可表不為:
將式(29)和(30)與式(32)進行合并,式(31)與式(33)進行合并,約束條件(38)和 (39)能行重新組合,消除對偶變量和因此,KKT條件可改寫為:
52) 利用等效線性表達式確定互補松弛條件; 互補松弛條件(47)至(49)可表示為線性約束:
其中,M1和M2是足夠大的常數(shù);d (?)和(A)為二進制輔助變量, 53) 利用對偶理論將雙線性函數(shù)轉(zhuǎn)換為線性函數(shù)。利用線性函數(shù)對雙層規(guī)劃模型中目 標函數(shù)(17)和約束條件(20)中的雙線性式子中(A)進行改寫; 公式(5-23)至公式(5-27)的對偶問題可表示為:
設(shè) Uf,s(e2),nss, ,f(e2)}為式(23)至式(27)的可行解,·?〇2),4(£ 2》為式 (23)至式(27)對偶問題的可行解,根據(jù)強對偶定理可得到式(61):
由式(61)可推導(dǎo)出非線性式子<7,..,,(A)的表達式:
將式(62)帶入式(22),零售商在時期t內(nèi)情景£1中售電給用戶群f得到的收入 幻可表示為:
其中,(A)為情景ε i中t時段零售商售電給用戶群f的收入; 根據(jù)式(62)和式(63),雙線性式子(A)可以表示為:
54) -階混合整數(shù)線性規(guī)劃,根據(jù)整合與變形,得到考慮雙邊交易的零售商購售電策略 的雙層規(guī)劃模型的等價一階混合整數(shù)線性規(guī)劃模型如下:
【文檔編號】G06Q30/02GK104376379SQ201410652879
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】陳政, 歐鵬, 曾鳴, 冷媛, 蒙文川, 張翔, 宋藝航, 楊惠萍, 歐陽邵杰, 李春雪, 史慧 申請人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 華北電力大學(xué)