基于纳什议价的园区绿色电力交易滚动出清和结算方法与流程

1.本发明涉及的是一种能源配置领域的技术，具体是一种基于纳什议价的园区绿色电力交易滚动出清和结算方法。


背景技术：

2.随着海量分布式可再生能源的接入，配电侧的工商业园区也聚合了众多分布式可再生能源和绿电需求用户，其生产和消纳绿电的潜力不容忽视。然而，当前分布式可再生能源仍以“自发自用，余量上网”的方式消纳。这一刚性的价格机制未能充分激发工商业园区生产和消纳绿电的能力。一方面，对于绿电供过于求的工商业园区，余量上网电量并未发挥其“绿色”附加价值；另一方面，对于绿电供不应求的工商业园区，无法从外部购买绿电来满足自身负荷的绿色用电需求。因此，有必要研究园区间绿电交易机制，提高园区生产和消纳可再生能源的积极性。
3.现有技术侧重于配电网侧的微网间的分布式电能交易，无法充分保证绿电生产者的生产积极性以及绿电消费者的利益，电能交易出清结果和实际执行结果存在偏差，不利于最大限度地促进分布式可再生能源的生产和消纳。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于纳什议价的园区绿色电力交易滚动出清和结算方法，促进配电网分布式可再生能源的生产和消纳。一方面体现了分布式可再生能源的绿色价值，促进了分布式可再生能源的生产和消纳；另一方面利用滚动出清和结算的手段，有效降低了绿色电力出力预测不确定性带来的影响。
5.本发明中所述的园区：即工商业园区，可以看做是由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与外部电网并网运行,也可以孤立运行。
6.本发明中所述的绿电：即在生产电力的过程中，它的二氧化碳排放量为零或趋近于零，因相较于其他方式(如火力发电)所生产之电力，对于环境冲击影响较低。绿电的主要来源为太阳能、风力、生质能、地热等。
7.本发明中所述的绿电交易：即以绿色电力产品为标的物的电力交易，用以满足电力用户购买、消费绿色电力需求，并提供相应的绿色电力消费认证。
8.本发明是通过以下技术方案实现的：
9.本发明涉及一种基于纳什议价的园区绿色电力交易滚动出清和结算方法，通过构建园区绿电交易构架后，构造基于纳什议价的园区绿电交易滚动出清和结算模型并进行基于纳什议价的园区间绿电交易滚动出清。
10.本发明涉及一种实现上述方法的系统，包括：基于纳什议价的微网绿电市场滚动出清单元和微网绿电结算单元，其中：基于纳什议价的微网绿电市场滚动出清单元根据参与绿电交易的微网信息，进行市场出清处理，得到微网绿电交易结果；微网绿电结算单元根
据计算得到的微网绿电交易量和价格信息，进行结算处理得到结算结果。
附图说明
11.图1为园区间绿电交易机制示意图；
12.图2典型日下不同园区中的绿电出力及负荷水平示意图；
13.图3为园区间的绿电交易量示意图；
14.图4为园区间绿电交易价格.为示意图；
15.图5为不同园区的成本变化情况示意图；
16.图6为不同园区的收支情况示意图。
具体实施方式
17.在本实施例提出的园区间绿电交易机制下，对于绿电供大于求，即本地可再生能源出力大于负荷需求的园区，可以分布式能源上网电价向电网企业出售富裕电能，或在园区间绿电交易市场中向其他园区出售绿电；对于供不应求，即本地可再生能源出力小于负荷需求的园区，可以终端销售电价从电网企业购买电能，或在园区间绿电交易市场中从其他园区购买绿电。如图1所示，为本实施例涉及一种基于纳什议价的园区绿色电力交易滚动出清和结算方法，包括以下步骤：
18.s1、构建园区间绿电交易机制，包括：交易出清和交易结算：
19.s1.1交易出清：在时段v，参与绿电交易的园区首先提交自身从v+1时段到v+t时段的报价信息，并交纳交易保证金。随后，交易平台以t为出清窗口求解得到园区间绿电交易的出清结果。最后，平台将出清结果返回给参与交易的园区，园区确认结果后，在v+1时段按照出清结果交割绿电。
20.s1.2交易结算：园区在v+2时段执行交易结算，交易平台根据量测设备提交的计量结果，计算园区间绿电交易偏差量并执行结算，随后将结算结果返回参与交易的园区，其中：交易平台的核心算法是s2园区间绿电交易模型。
21.s2构造园区间绿电交易模型，具体包括：
22.s2.1绿电交易出清：为确定园区间绿电交易的出清结果，先建立本实施例交易机制下，单个园区的优化运行模型。随后，提出立基于纳什议价理论的园区间绿电交易滚动出清模型及求解方法，保证市场的资源配置效率最优性及交易红利分配公平性。
23.s2.1.1构造单个园区运行模型，包括：
24.1)目标函数，具体包括：
25.①
单园区的目标函数为最小化其综合用能成本其中：分别代表绿电不足成本、从电网企业购电的成本、向电网企业售电的收益以及向其他园区出售绿电的收益(收益为负代表从其他园区购买绿电的成本)。
26.②
园区中的工商业和居民均存在绿电需求：对于工业用户而言，使用绿电能够为其商品带来更高附加价值；对于商业居民用户而言，使用绿电能够契合其节能减排的积极性。园区i绿电不足成本其中：t是运行时段；δt是时段的长度；t是园区滚动优化的时间窗口；v是当前所处时段；ai是园区i的绿电不足成本系数，代表
园区中绿电供给不足给用户带来的单位负荷的效用损失；是t时段园区i的负荷水平；μi是负荷中的绿电需求占比；是园区i的绿电自发自用部分功率。
27.③
园区i从大电网购电的成本其中：为终端销售电价；是t时段园区i从大电网的购电量。
28.④
当园区i中的绿电出力高于负荷绿电需求时，可以选择向电网企业出售富余电量，所得收益其中：γ为分布式能源上网电价；是园区i的绿电余量上网部分功率。
29.⑤
园区i向其他园区出售绿电的收益其中：π
ij
,t是t时段下园区i与园区j间绿电交易的出清价格；p
ij,t
δt是t时段下园区i向园区j出售的绿电电量。且有π
ij,t
＝π
ji,t
；p
ij,t
＝-p
ji,t
30.2)约束条件，具体包括：
31.①
园区i的储能装置的充放电约束其中：为t时段下园区i中储能装置存储的能量；和分别为t时段下园区i中储能装置充电功率和放电功率；和分别为园区i中储能装置的充放电效率。
32.②
园区i中绿电出力为自发自用部分功率和余量上网部分功率之和：
33.③
园区i的电能供求平衡约束
34.④
园区i中储能装置的充放电功率约束以及存储能量约束其中：是园区i中储能装置的能量上限；是园区i中储能装置的最大充放电功率；为表示储能充放电状态的0-1变量，取值为1表示t时段下园区i储能装置为充电状态，否则为放电状态。
35.s2.1.2基于纳什议价的园区间绿电交易滚动出清：理性园区参与园区间交易的前提是绿电交易可以降低自身的综合用能成本，因此，园区在绿电交易前后的成本需要满足个人理性约束：其中：表示根据上述步骤计算得到的园区i不参与园区间交易时的综合用能成本，在纳什议价理论中，该成本也被称为园区参与交易的谈判破裂点，将作为常量代入滚动出清模型求解；基于纳什议价的园区间绿电交易滚动出清模型其中：m为参与绿电交易的园区数量；是园区间绿电交易的出清变量，即{π
ij,t
,p
ij,t
}。
36.所述的基于纳什议价的园区间绿电交易滚动出清模型，通过两阶段的求解方法。由于纳什议价的目的是公平地增加社会福利，因此将该模型转化为社会成本最小化和支付效益最大化两个子问题，然后依次求解，得到园区间交易的出清结果。该两阶段优化得到的结果和的最优解等价，具体包括：
37.1)社会总成本最小化：根据算术-几何均值不等式，当目标函数取得最优解时需满足：其等价于所有参与交易的园区总综合用能成本最小化问题：由于园区间的绿电的出售量互为相反数，且绿电的交易价格相等，因此，全体园区的交易收益互相抵消，即从而简化园区总综合用能成本最小化问题为进而确定原滚动出清模型的最优交易量以及对应的园区本地最优调度计划，也即其中：带上划线变量表示其最优解。
38.2)支付效益最大化：在确定了园区间绿电最优交易量之后，需要将优化变量回代并取对数来确定绿电交易价格。在滚动出清模式下，v时段将得到v+1至v+t时段的出清电量，但实际只执行v+1时段的出清结果，因此，支付效益最大化子问题也只需求解得出v+1时段的出清价格，即通过得到v+1时段的园区间绿电交易出清价格，出清过程完成。
39.s2.2绿电交易结算：园区中负荷和绿电出力实际值往往和预测值存在偏差。在这种情况下，规定实际绿电发电量依次满足本地需求、园区间交易交割需求，富余部分则由电网企业收购。同时，当某园区同时向多个园区出售绿电，按照交易量比例分配绿电实际交割量。当卖方园区i向买方园区j实际交割的绿电小于其成交量时，则园区i需要对园区j支付补偿，由两部分组成：一是由于绿电不足的绿电不足损失补偿(以园区j的绿电效用系数为参考)，二是由于电能不足的供求不平衡补偿(以从电网企业购电的终端销售电价为参考)，具体为：其中：是园区i向园区j实际交割的绿电功率。
40.算法的试试环境包含4个独立运行的园区，园区中的设备包含分布式可再生能源、储能装置和电力用户，其参数设置如表1所示。且滚动优化时间窗口t为24小时，每个优化时段长度δt为1小时。
41.表1不同园区的运行参数设置
42.园区在典型日的实际负荷曲线和分布式绿电出力曲线如图2所示，设预测值和实际值之间存在偏差，且满足：其中：是实际绿电出力；是实际负荷水平；和是绿电和负荷的预测偏离程度；ε
i,t
是预测偏离程度上限，本方法设ε
i,t
＝ε
initial
+(t-v)δ，其中：ε
initial
是预测偏离程度上限初始值；δ是变化步长。代表该上限将随着预测时段和当前时段间隔的增加而增大(园区的ε
initial
均为0.01，δ均为0.01)。
43.园区间电能交易情况如图3所示。在园区间交易市场中，园区1和园区4由于自身绿电产能不足以满足本地绿电需求，因此在交易中为绿电买方，分别购买206.44mwh、148.99mwh绿电。园区2和园区3由于自身绿电产能在满足本地绿电需求后仍有富余，因此在交易中为绿电卖方，分别出售205.48mwh、149.95mwh绿电。由此可见，通过本方法提出的园区间绿电交易机制，绿电资源在更广范围内实现了合理配置。
44.园区间的绿电交易价格如图4所示。园区1和园区3的绿电成交价位于$14.26/mw到$18.60/mw之间，和园区2的绿电成交价位于$14.05/mw到$16.12/mw之间；园区4和园区2的绿电成交价位于$10.38/mw到$13.52/mw之间，和园区3的绿电成交价位于$9.99/mw到$14.25/mw之间。其中：园区1从园区2、3的购电价格高于园区4从园区2、3的购电价格，原因是园区1的绿电不足成本系数较园区4的绿电成本系数高，且绿电缺额(负荷水平乘以绿电需求比例)较大，因此期望支付更高费用以满足本地绿电需求。
45.园区间绿电交易出清后，各园区的综合用能成本变化情况如图5所示。由图可知，在基于纳什议价的园区间绿电交易滚动出清方法下，园区1-4的成本在不同时段均得到了相同程度的降低。园区的全天总成本如表2所示，园区1-4的总成本在交易后均减少了$451。结果表明，本方法提出的出清方法实现了各市场成员的帕累托改进，且所有园区公平地分配了绿电交易带来的社会福利增量。
46.表2不同园区的成本改善水平
47.各园区的参与交易的收支情况如图6所示。结果表明，绿电富余的园区(园区2和园区3)可以通过园区间绿电交易获取额外收益，而绿电不足的园区(园区1和园区4)则通过参与交易满足了本地的绿电需求。
48.在绿电交易中，园区2和园区3为绿电卖方，需要考核其结算偏差。为验证本方法提出的滚动出清方法在减少不确定性导致的园区收入损失方面的效果，本算例对比了本方法出清方法与多时段统一出清方法下的园区偏差惩罚结果，如表3所示。
49.表3交易结算偏差惩罚结果
50.由表3可知，相较于多时段统一出清方法，园区2和园区3在采用滚动出清方法下的偏差惩罚分别减少了$14.2(13.7％)和$82.5(33.4％)。
51.与现有技术相比，本方法可提高可再生能源发电不确定性环境下园区参与绿电交易时交割的准确性，维护其参与绿电交易的积极性。
52.上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

技术特征：
1.一种基于纳什议价的园区绿色电力交易滚动出清和结算方法，其特征在于，通过构建园区绿电交易构架后，构造基于纳什议价的园区绿电交易滚动出清和结算模型并进行基于纳什议价的园区间绿电交易滚动出清。2.根据权利要求1所述的基于纳什议价的园区绿色电力交易滚动出清和结算方法，其特征是，具体包括：s1、构建园区间绿电交易机制，包括：交易出清和交易结算：s1.1交易出清：在时段v，参与绿电交易的园区首先提交自身从v+1时段到v+t时段的报价信息，并交纳交易保证金；随后，交易平台以t为出清窗口求解得到园区间绿电交易的出清结果；最后，平台将出清结果返回给参与交易的园区，园区确认结果后，在v+1时段按照出清结果交割绿电；s1.2交易结算：园区在v+2时段执行交易结算，交易平台根据量测设备提交的计量结果，计算园区间绿电交易偏差量并执行结算，随后将结算结果返回参与交易的园区，其中：交易平台的核心算法是s2园区间绿电交易模型；s2构造园区间绿电交易模型，具体包括：s2.1绿电交易出清：为确定园区间绿电交易的出清结果，先建立本实施例交易机制下，单个园区的优化运行模型；随后，提出立基于纳什议价理论的园区间绿电交易滚动出清模型及求解方法，保证市场的资源配置效率最优性及交易红利分配公平性；s2.2绿电交易结算：园区中负荷和绿电出力实际值往往和预测值存在偏差；在这种情况下，规定实际绿电发电量依次满足本地需求、园区间交易交割需求，富余部分则由电网企业收购；同时，当某园区同时向多个园区出售绿电，按照交易量比例分配绿电实际交割量；当卖方园区i向买方园区j实际交割的绿电小于其成交量时，则园区i需要对园区j支付补偿，由两部分组成：一是由于绿电不足的绿电不足损失补偿，以园区j的绿电效用系数为参考，二是由于电能不足的供求不平衡补偿，以从电网企业购电的终端销售电价为参考，具体为：其中：是园区i向园区j实际交割的绿电功率。3.根据权利要求2所述的基于纳什议价的园区绿色电力交易滚动出清和结算方法，其特征是，所述的步骤s2.1，具体包括：s2.1.1构造单个园区运行模型，包括：1)目标函数，具体包括：
①
单园区的目标函数为最小化其综合用能成本其中：其中：分别代表绿电不足成本、从电网企业购电的成本、向电网企业售电的收益以及向其他园区出售绿电的收益，即为负代表从其他园区购买绿电的成本；
②
园区中的工商业和居民均存在绿电需求：对于工业用户而言，使用绿电能够为其商品带来更高附加价值；对于商业居民用户而言，使用绿电能够契合其节能减排的积极性；园区i绿电不足成本其中：t是运行时段；δt是时段的长度；t是园区滚动优化的时间窗口；v是当前所处时段；a
i
是园区i的绿电不足成本系数，代表园区中绿电供给不足给用户带来的单位负荷的效用损失；是t时段园区i的负荷水平；μ
i
是负荷
中的绿电需求占比；是园区i的绿电自发自用部分功率；
③
园区i从大电网购电的成本其中：为终端销售电价；是t时段园区i从大电网的购电量；
④
当园区i中的绿电出力高于负荷绿电需求时，选择向电网企业出售富余电量，所得收益其中：为分布式能源上网电价；是园区i的绿电余量上网部分功率；
⑤
园区i向其他园区出售绿电的收益其中：π
ij,t
是t时段下园区i与园区j间绿电交易的出清价格；p
ij,t
δt是t时段下园区i向园区j出售的绿电电量；且有π
ij,t
＝π
ji,t
；p
ij,t
＝-p
ji,t
；2)约束条件，具体包括：
①
园区i的储能装置的充放电约束其中：为t时段下园区i中储能装置存储的能量；和分别为t时段下园区i中储能装置充电功率和放电功率；和分别为园区i中储能装置的充放电效率；
②
园区i中绿电出力为自发自用部分功率和余量上网部分功率之和：
③
园区i的电能供求平衡约束
④
园区i中储能装置的充放电功率约束以及存储能量约束其中：是园区i中储能装置的能量上限；p
ies,max
是园区i中储能装置的最大充放电功率；为表示储能充放电状态的0-1变量，取值为1表示t时段下园区i储能装置为充电状态，否则为放电状态；s2.1.2基于纳什议价的园区间绿电交易滚动出清：理性园区参与园区间交易的前提是绿电交易降低自身的综合用能成本，因此，园区在绿电交易前后的成本需要满足个人理性约束：其中：表示根据上述步骤计算得到的园区i不参与园区间交易时的综合用能成本，在纳什议价理论中，该成本也被称为园区参与交易的谈判破裂点，将作为常量代入滚动出清模型求解；基于纳什议价的园区间绿电交易滚动出清模型其中：m为参与绿电交易的园区数量；是园区间绿电交易的出清变量，即{π
ij,t
,p
ij,t
}。4.根据权利要求3所述的基于纳什议价的园区绿色电力交易滚动出清和结算方法，其特征是，所述的基于纳什议价的园区间绿电交易滚动出清模型，通过两阶段的求解方法；由
于纳什议价的目的是公平地增加社会福利，因此将该模型转化为社会成本最小化和支付效益最大化两个子问题，然后依次求解，得到园区间交易的出清结果。5.根据权利要求4所述的基于纳什议价的园区绿色电力交易滚动出清和结算方法，其特征是，所述的两阶段优化得到的结果和的最优解等价，具体包括：1)社会总成本最小化：根据算术-几何均值不等式，当目标函数取得最优解时需满足：其等价于所有参与交易的园区总综合用能成本最小化问题：由于园区间的绿电的出售量互为相反数，且绿电的交易价格相等，因此，全体园区的交易收益互相抵消，即从而简化园区总综合用能成本最小化问题为进而确定原滚动出清模型的最优交易量以及对应的园区本地最优调度计划，也即其中：带上划线变量表示其最优解；2)支付效益最大化：在确定了园区间绿电最优交易量之后，需要将优化变量回代并取对数来确定绿电交易价格；在滚动出清模式下，v时段将得到v+1至v+t时段的出清电量，但实际只执行v+1时段的出清结果，因此，支付效益最大化子问题也只需求解得出v+1时段的出清价格，即通过得到v+1时段的园区间绿电交易出清价格，出清过程完成。6.一种实现权利要求1～5中任一所述方法的园区绿色电力交易滚动出清和结算系统，其特征在于，包括：基于纳什议价的微网绿电市场滚动出清单元和微网绿电结算单元，其中：基于纳什议价的微网绿电市场滚动出清单元根据参与绿电交易的微网信息，进行市场出清处理，得到微网绿电交易结果；微网绿电结算单元根据计算得到的微网绿电交易量和价格信息，进行结算处理得到结算结果。

技术总结
一种基于纳什议价的园区绿色电力交易滚动出清和结算方法，通过构建园区绿电交易构架后，构造基于纳什议价的园区绿电交易滚动出清和结算模型并进行基于纳什议价的园区间绿电交易滚动出清。本发明促进配电网分布式可再生能源的生产和消纳。一方面体现了分布式可再生能源的绿色价值，促进了分布式可再生能源的生产和消纳；另一方面利用滚动出清和结算的手段，有效降低了绿色电力出力预测不确定性带来的影响。的影响。的影响。


技术研发人员：贾乾罡 罗祾 许少伦 董真 程凡 刘婧 潘爱强 范莹 田浩毅 严正 平健
受保护的技术使用者：国网上海市电力公司
技术研发日：2021.12.29
技术公布日：2023/7/22