一種考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優化方法

2023-09-11 15:23:55 3

一種考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優化方法
【專利摘要】本發明公開了一種考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優化方法。本發明採用雙層規劃模型研究零售商最優購售電決策：首先，分別構建零售商和用戶群的最優規劃模型，然後構建包含零售商和用戶群兩個利益相關方的完整的雙層規劃模型。本發明為零售商提供了在中期規劃內製定雙邊合約購買決策及售電價格策略的依據，零售商可根據自己能夠承受的風險力度，調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化方法

【技術領域】
[0001] 本發明是一種考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優化方法，屬於電力市場與經 濟領域的創新技術。

【背景技術】
[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 險；2)在售電行為中，零售商既要應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。為規避電力市場價格及用戶需求 不確定性帶來的風險，零售商常常選擇風險價值較小的雙邊合約交易進行套期保值，以有 效減少經營風險，而如何合理確定雙邊交易和競價市場的購電策略以及規劃期內向用戶供 電的售電價格，能夠有效規避價格波動等不確定因素帶來的風險，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，眾多學者進行了一系列的研究，從零售商的風險與收益角度入手，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避市場風險，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化方法，本發明 旨在建立此類模型，具有極大的創新意義與現實價值。


【發明內容】

[0005] 本發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化方法，本發明 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劃內如何制定雙邊合約購 買決策以及售電電價兩個問題。基於本發明，零售商可根據自己能夠承受的風險力度，制定 考慮雙邊合約的最優購售電策略。
[0006] 本發明考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優化方法，採用雙層規劃模型研究零 售商最優購售電決策：首先，分別構建零售商和用戶群的最優規劃模型，然後構建包含零售 商和用戶群兩個利益相關方的完整的雙層規劃模型。
[0007] 本發明考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優化方法，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徵進行分類，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，用戶群選擇供應電力的零售商，最後，零售商從現貨市場購入電 力；
[0010] 2)考慮雙邊合約的零售商購售電決策的上層規劃模型
[0011] 上層規劃是指零售商在一個特定的計劃範圍內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劃決定；將通過條件風險價 值（CVaR)對現貨市場價格和用戶需求帶來的不確定性進行建模；
[0012] 根據用戶特性，將用戶劃分為Nf組，假定在規劃期內，零售商向每組用戶群提供的 電價為差別電價（設售電價格為忠），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劃模型如下：
[0013] 11)目標函數

【權利要求】
1. 一種考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優化方法，其特徵在於採用雙層規劃模型 研究零售商最優購售電決策：首先，分別構建零售商和用戶群的最優規劃模型，然後構建包 含零售商和用戶群兩個利益相關方的完整的雙層規劃模型。
2. 根據權利要求1所述的考慮雙邊交易的零售商購售電策略的優化方法，其特徵在於 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徵進行分類，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，用戶群選擇供應電力的零售商，最後，零售商從現貨市場購入電力； 2) 考慮雙邊合約的零售商購售電決策的上層規劃模型 上層規劃是指零售商在一個特定的計劃範圍內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劃決定；將通過條件風險價值 (CVaR)對現貨市場價格和用戶需求帶來的不確定性進行建模； 根據用戶特性，將用戶劃分為Nf組，假定在規劃期內，零售商向每組用戶群提供的電價 為差別電價（設售電價格為 <)，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劃模型如下： 11) 目標函數
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發生的概 率；T規劃期內的為時間集合；F為用戶群集合，f e F ;乂為用戶群總數；(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時段現貨市場的電價；Bt為 t時段零售商籤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；$為雙邊合 約b第η段合約曲線的電價；ht為時段t的長度；ω為風險權重；α為CVaR的可信度； 式（1)表示，考慮雙邊合約的零售商購售電優化策略的目標函數包含兩部分內容：1) 利潤期望值，本發明中利潤期望值等於售電給用戶獲得的收入期望值減去從現貨市場購電 的成本，再減去雙邊合約的購電成本之差；2)條件風險價值（CvaR)與權重因子ω的乘積， 這裡參數ω對利潤期望值和CVaR具有調節作用； 12) 零售商利益最大化模型的約束條件： O < Phll <Ph."：ybeB,n = \,...,N, (2)
其中，Pm為雙邊合約b第η段合約曲線的售電量上限；Qt為規劃周期開始之前，t時 段零售商已購買的雙邊交易電量；g( ·)為零售商的售電函數； 在上述約束條件中，式（2)表明每份合約的電量須符合雙邊合約曲線的相關要求；式 (3)為每個情景下的電力供需平衡約束；式（4)為CvaR值的計算方法；式（6)表示在情形 ^下，t時零售商向用戶群f提供的電量取決於售電價格Θ ; 3)用戶群購電策略優化的下層規劃模型 31) 競爭對手的售電價格 採用隨機變量對競爭對手的價格進行模擬：設零售商s向用戶群f提供的售電價格 為隨機變量es;f，S = 1，...，NS，NS為競爭對手的總數；研究的零售商取值為s = 0,即 巧,。= <，在隨機規劃模型中，隨機變量eSif代表不同報價情景{0sfa)，...，0 sf(Nu)} 的隨機輸出量，其中Nu為競爭對手報價方案的總數，假設競爭對手報價情景ε 2發生的概率 為 X ( ε 2)， 32) 零售商的供電份額 定義決策變量nts(e2)為ε2情景下零售商s對用戶群f的供電比例，由於決策變量 ^Us(S2)是用戶群f在擁有所有零售商提供的完全的售電價格信息基礎上做出的決策，因 此假設當用戶確定n f，s(e2)時，0sf(e2)是已知的，此外，定義參數I lf sS規劃期開始之 前，零售商s為用戶群f提供的負荷比例； JUcl(S2)是規劃期間所研究零售商在^2情景下向用戶群f提供的電量比例，為簡化 計算，對所研究的零售商為用戶群提供的供電比重採取如下算法：在t時段內ε /清景下零 售商向用戶群f所提供的負荷需求)，等於情景ε i下用戶從零售商購買電量的期望 值，其計算公式如下：
其中，敗,(S1)情景ε i中t時段用戶群f的用電需求；η。（ ε 2)是規劃期間零售商在 情景ε2下向用戶群f提供的電量比例，由式（7)可知，變量?!--(ι(ε2)的最優值可直接帶 入式（6)進行求解； 33) 用戶更換零售商的成本 虛構用戶群f放棄零售商s選擇零售商V的阻力成本，將用戶選擇另外一個 零售商的成本計入模型內，設連續、非負變量為情景ε 2下，用戶群f的用電需求由 零售商s轉移為零售商s'提供的百分比，因此，用戶群f在情景ε2下更改零售商的成本 可表不為：
其中，Cf，re(e2)為情景％中用戶群f更換零售商的成本；$，為用戶群f在規劃期 內的負荷需求期望值；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 根據上述推導，用戶群f在競價情景ε 2中的下層規劃可表示為：
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的供電來自於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化的雙層規劃模型 綜合零售商和用戶群的最優規劃模型，可得到雙層規劃模型如下：
其中自變量nf.s( ε 2)屬於下面的函數的
最優解集合： 5) 雙層規劃模型轉化為等價一階混合整數規劃模型 為能夠直截了當地解決上層規劃和下層規劃中目標函數的雙線性因子，現將雙層規劃 模型轉化為一個等價的一階混合整數規劃模型，再進行求解，模型的等價轉化包含以下三 個步驟： 51)利用KKT最優條件替代每個下層規劃模型； 設4a為下層規劃中用戶群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，下層規劃模型中式（23)至式（27)的最優解的必要條件KKT 可表不為：
將式（29)和（30)與式（32)進行合併，式（31)與式（33)進行合併，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鬆弛條件； 互補鬆弛條件（47)至（49)可表示為線性約束：
其中，M1和M2是足夠大的常數；d (?)和(A)為二進位輔助變量， 53) 利用對偶理論將雙線性函數轉換為線性函數。利用線性函數對雙層規劃模型中目 標函數（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 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，根據強對偶定理可得到式（61):
由式（61)可推導出非線性式子<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； 根據式（62)和式（63)，雙線性式子（A)可以表示為：
54) -階混合整數線性規劃，根據整合與變形，得到考慮雙邊交易的零售商購售電策略 的雙層規劃模型的等價一階混合整數線性規劃模型如下：

【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 優先權日:2014年11月17日
【發明者】陳政, 歐鵬, 曾鳴, 冷媛, 蒙文川, 張翔, 宋藝航, 楊惠萍, 歐陽邵傑, 李春雪, 史慧 申請人:南方電網科學研究院有限責任公司, 華北電力大學