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南京理工大学硕士学位论文电力市场运营环境的仿真研究 摘要 电力市场是国际电力工业的发展趋势,也是我国电力工业的发展方向。在电力市 场的运营中,如果预知未来市场的走势与运营状况,对于做出合理的决策,避免风险, 增加效益具有非常重要的意义,同时,在电力市场的发展过程中,也需要对市场环境 进行分析来改进市场规则,但实际中,真正的市场化环境并没有完全形成,如果制造 一个实际的硬件环境要需要极大的成本,因此,用软件的方法模拟电力市场的运营状 况,即建立一个仿真的电力市场实验室环境是解决上述问题的最佳途径。 本文首先对电力市场的运营进行了研究,并对电力市场运营系统及其运营环境作 了大量的分析,在此基础上,探讨了电力市场运营系统的仿真环境,并设计了环境仿 真的总体架构与功能实现方案,接着对四类数据仿真的算法与技术实现进行了研究, 最后编制了仿真软件。仿真环境能模拟实际的电力市场的运营,符合电力特征与电力 市场的实际规律,模拟的数据环境能预测以及模拟各种情况下电力市场的走势,辅助 决策,优化市场规则。同时,仿真环境为电力市场的运营软件提供一个数据平台,它 能配合电力市场运营系统的运行,为其提供模拟数据源来改进与完善系统,提高系统 的可靠性,缩短系统的开发周期。 关键词:电力市场环境仿真数据源模拟回归分析报价策略交易模拟 摘要 硕士论文 a b s t r a c t e l e c t r i c i t ym a r k e ti st h et r e n do ft h ee l e c t r i ci n d u s t r ya l lo v e rt h e w o r l d ,i ti sa l s ot h ed i r e c t i o no fe l e c t r i ci n d u s t r yo fo u rc o u n t r y i nt h e o p e r a t i o no fe l e c t r i c i t ym a r k e t ,f o r e s t i n gt h et r e n da n ds t a t eo ff u t u r em a r k e t i sv a r yi m p o r t a n tt om a k ep o l i c y ,a v o i dr i s ka n di n c r e a s eb e n e f i t ,m e a n w h il e ,i n t h ep r o c e s so fd e v e l o p i n g ,a n a l y z i n gt h em a r k e te n v i r o n m e n ti sa l s ov a r y n e c e s s a r y b u ti nf a c t ,t h er e a lm a r k e te n v i r o n m e n th a s h tf o r m e dc o m p l e t e y , i far e a le n v i r o n m e n ti sm a d e ,i tw il lc o s ta1 0 to ff u n d s ,s od e v e l o p i n ga s o f t w a r ep r o g r a ms i m u l a t i n gt h eo p e r a t i o ne n v i r o n m e n to fe l e c t r i c i t ym a r k e t ist h eb e s tw a yt os o l v et h e s ep r o b e m s i nt h i sp a p e r ,t h eo p e r a t i o no fe l e c t r i c i t ym a r k e ti ss t u d i e d ,a n dt h e e l e c t r i c i t ym a r k e to p e r a t i o ns y s t e ma n di t so p e r a t i o ne n v i r o n m e n ta r ed e e p l y a n a l y z e d b a s e do nt h a t ,t h es i m u l a t i o ne n v i r o n m e n to fo p e r a t i o ns y s t e mi s e x p l o r e da n dt h ef r a m e w o r ko fs i m u l a t i o ne n v i r o n m e n ta n dr e a l i z a t i o ns c h e m e o fi t sf u n c t i o n sa r ed e s i g n e d ,a c c o r d i n gt ow h i c h ,t h ea l g o r i t h mo fa n d t e c h n i c a lr e a l i z a t i o no fd a t as i m u l a t i o na r es t u d i e da n ds i m u l a t i o ns o f t w a r e i sd e v e l o p e di nt h ef i n a l t h es i m u l a t i o ne n v i r o n m e n tc a ns i m u l a t et h er e a l o p e r a t i o no fe l e c t r i cp o w e rm a r k e t ,a g r e e i n gw i t ht h er u l eo fp o w e rm a r k e t a n de l e c t r i cf e a t u r e t h em o d e l e dd a t ae n v i r o n m e n tc a nf o r e c a s ta n ds i m u l a t e t h et r e n do fe l e c t r i c i t ym a r k e ti nv a r i o u sk i n d so fs i t u a t i o n s ,a s s i s t i n g m a k i n gd e c i s i o n ,o p t i m i z i n gm a r k e tr u l e s ,a tt h es a m et i m e ,i tc a r lp r o v i d e a no p e r a t i o np l a t f o r mf o rv a r i e t yo fa p p l i c a t i o ns o f t w a r eu s e d i nt h e e l e c t r i c i t ym a r k e ta n dc o o r d i n a t ew i t ht h eo p e r a t i o no fe l e c t r i c i t ym a r k e t o p e r a t i o ns y s t e m ,s u p p o r t i n gt h e d a t as o u r c ef o ri m p r o v i n gr e g u l a t i o n s , e n h a n c i n gr e l i a b i l i t yo ft h es y s t e ma n ds h o r t e n i n gt h ed e v e l o p i n gc y c e k e yw o r d s :e l e e t r i c i t ym a r k e t e n v i r o n m e n ts i m u l a t i o nd a t as o u r c e s i m u a t i o n r e g r e s s i o na n a l y s isq u o t a t i o ns t r a t e g y t r a n s a c t i o ns i m u l a t i o n i i 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果,尽我所知,在 本学位论文中,除了加以标注和致谢的部分外,不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果,也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名:年月 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档,可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容,可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 于保密论文,按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名:年月日 南京理工大学硕士学位论文电力市场运营环境的仿真研究 l 绪论 1 1 研究背景 传统的电力工业通常是按地域建立垄断性的发电、输电、供电一体的垂直管理体 系,最典型的是在电网所及的广泛地域只有一个拥有发电、输电以及配电的“电力公 司”,一个垄断的电力工业,垄断了一个或数个地域电力的生产、输送、分配和销售, 然后通过公共电价体系,用一个包括所有服务成本的集总式电价销售给用户。 随着社会和经济的发展,电力工业高度垄断的负面影响日益显露,为了引入竞争 “3 、提高效率从而降低电价、改善服务并且得到持续发展,各国纷纷放松对电力行业 的管制,在电力系统中引入开放式的运行机制。”“,逐步建立符合本国情况的电力市 场。1 。电力市场是实现电力工业结构性重组而进入商业竞争机制后的一大类新型电 力工业资产结构,经营管理和运行管理模式的总称。近年来,我国也开始进行电力行 业的改革,从我的国情出发,遵循社会主义市场经济规律和电力工业发展规律,以“厂 网分开,竞价上网”嘲”1 为基础,打破市场壁垒,充分发挥市场配置资源的基础性作 用,优化电力资源配置,促进电力工业持续健康发展,满足国民经济发展和人民生活 水平提高对电力的需要。”。 在电力市场模式下,为了保证电力市场的商业化运作以及电网的安全、稳定、优 质运行,电力市场运营系统( e l e c t r i c i t ym a r k e to p e r a t i o ns y s t e m ,简称e m o s ) 随之 产生。它是支持电力市场运营的控制和管理系统,电力市场运营系统综合采用i t 技 术,遵从电力市场运营规则,为市场报价、交易、结算、合同管理及信息发布提供技 术手段,并实现电力系统的监控、计量、调节、安全分析等应用功能,从而支撑电力 市场的运营,既支持电力市场的公平、公正和公开竞争,也支持电力系统的安全、稳 定、优质和经济运行。 1 2 研究的必要性 电力市场是各国电力工业发展的必然趋势,同时也是中国电力工业发展的方向, 在电力市场的运营中,如果能预知未来市场的走势及各种情况下电力市场的运营状 况,将会对做出合理的决策,降低风险,增加效益有着非常重要的意义。同时,实际 的环境中,市场是不能停止的,也会有一些紧急的情况出现,而且我国暂时是进行电 力市场的试点阶段,其市场化环境并没有完全形成,这都给开发与测试电力市场运营 系统等需要外部市场化环境作为支撑的应用软件造成了一定的困难,在运营系统的开 发过程中,脱离电力市场的环境,此系统也无法运行,也无法完善其系统。但如果制 造一个实际的硬件环境则会耗费很大的资金,所以,研究和开发电力市场环境的仿真 绪论硕士论文 软件是解决上述问题的最佳途径。可以说,它也是电力市场运营系统的强有力的辅助 开发工具,这里所指的仿真是指模拟当前的电力市场的实际环境,也就是模拟电力市 场运营系统所处的外部环境,而不是电力市场运营与交易的模拟或者仿真。仿真环境 可以模拟电力市场的走势及运行规律,使电力市场运营系统可以脱离实际的电力市 场而在仿真环境中进行测试和改进。同时,仿真环境还可以模拟特殊情况,来培训调 度员,提高调度员在紧急情况下的应变能力。此外,仿真软件还有助于优化和改进市 场规则。因此,研究和开发电力市场环境的仿真软件对于电力市场的发展有重要的理 论意义和实用价值。 1 - 3 研究内容及实现方法 电力市场的运营环境实际上是相关的各种信息和数据的集合体,因此,仿真环境 便主要是模拟电力市场中的相关数据,建立一个电力市场的实验室环境。 电力市场环境中,负荷数据( 包括实时的电力负荷数据和负荷预测数据) 、报价 数据、机组的运行数据、计量数据是其中最为重要的数据,同时,也是电力市场运营 系统的运行所必要的外部数据,因此,本文的内容主要是研究产生这四类数据。 本文结合一些相关理论,制定相应的规则,建立模型,设计出产生四种数据的算 法,并用软件实现。以操作系统w i n d o w s 2 0 0 0 为平台,以d e l p h i 为开发工具,通过 b d e 方式访问和连接o r a c l e 数据库,并将实时产生的数据存于o r a c l e 数据库中。本 课题的结构示意图如下: 图1 1 结构示意图 电力市场的运营环境也是电力市场运营系统的外部运行环境,因此,电力市场运 营环境的仿真在一定程度上也是电力市场运营系统的数据源模拟,本文沿着研究四个 2 南京理工大学硕士学位论文电力市场远营环境的仿真研究 数据模块这一技术路线,首先实现电力市场的数据源及其仿真,然后模拟交易中心的 部分功能,使其成为一个可独立运作的实验室环境,模拟各种情况下的市场行为。 1 4 研究成果的应用前景 电力市场仿真环境可以根据当前的市场情况,预测未来市场的走势,模拟未来一 定时间段的市场情况,优化市场规则,也能够辅助已建的电能量管理系统( e m s 系统) 来做出合理有效的决策,以更好的服务于电力市场中。同时,仿真环境可以产生市场 中的相关数据,为电力市场运营系统提供了外部数据源,配合电力市场运营系统协同 工作,为电力市场运营系统等需要以环境为支撑的相关软件提供一个数据平台,使其 可以在仿真环境下运行,并进行测试和改进。可以加快系统开发和测试的速度,提高 系统的可靠性。 3 电力市场的运营及其仿真环境的研究硕士论文 2 电力市场的运营及其仿真环境的研究 2 1 电力市场运营模式 随着我国社会主义市场经济体制的建立,电力工业要面向市场,引进市场经济体 制,已成大势所趋。所谓电力市场就是电价、电力系统运行、负荷管理、供电用电合 作、通信和计算机系统的总和,是电力工业经营( 包括运行与发展、内部与社会) 管 理与技术的综合体。通俗的说,电力市场就是以电力这种特殊商品作为交换内容的市 场。电力是一种特殊的商品,由于它的不可贮存性,要求发电、输电、配电、用电环 节时时刻刻保持平衡,否则就是一种能源和人力上的巨大浪费。因此,电力市场保持 竞争的同时,又要协调统一。 电力市场按照交易商品的类型可以分为电能市场、辅助服务市场、输电权市场 “”“。电能市场中按照交易时间的长短可以划分为中长期电力交易、日前电力交易和 实时电力交易。中长期电力交易一般是提供未来多日到三年的电力交易,包括合同电 力交易和期货电力交易两种交易形式,期货电力交易包括年、月、日的期货交易。日 前交易是提前一天进行次日的电力交易,确定次日的交易计划。实时电力交易是确定 下一个调度时段的电力调度与交易计划。电力市场交易的分类如下图所示。 不。 4 图2 1 电力市场交易类型 通过分析电力市场的交易类型,可以将电能市场分为四大类运营模式。如下图所 南京理工大学硕士学位论文电力市场运营环境的仿真研究 图2 2 电力市场运营模式 四种模式中,实时交易与日前交易1 是各种运营模式中都共存的交易方式,而且 是主要的交易方式。本文所研究的仿真软件便是模拟这两种交易方式。 2 。1 1 日前交易 日前交易是在前一日进行次日的现货交易,它的交易周期为次日的2 4 小时。市 场运行部门在前天,针对第二天的每个时段,依据相应交易时段的机组报价及市场 运行部门对相应交易时段的负荷预测,运行统一交易计划程序,编制各台机组第二天 的日发电计划,调度发电机组。 在满足系统安全稳定的前提下,日发电计划编制的目标是以最小的电网运行成本 满足负荷要求。 日计划编制的约束条件如下: ( 1 ) 功率平衡约束,机组发电功率之和等于负荷预测值加网损; ( 2 ) 机组最大、最小发电功率约束; ( 3 ) 网络输送功率的要求; ( 4 ) 辅助服务的约束,无功、调峰、调频; ( 5 ) 网络安全约束。 每个交易时段的发电计划应包括以下内容:每台机组发电计划、机组有功功率、 机组无功功率、可调容量、发电量等。 2 。1 2 实时交易 在实时运行中,由于实际负荷值与负荷预测值之间会出现一定的偏差,尤其是在 发电机组突然停运货负荷发生突变时,这种偏差会进一步加大,为保证系统运行安全 及电力的可靠供应,需要由市场运行部门对发电计划进行实时的修改,并计算发电机 组的实时交易价格。 实时调度的原则是,市场运行部门在保证电力系统安全稳定运行的基础上,以最 小的电网购电成本满足负荷要求。实时电力交易中,市场运作部门提前一个交易时段 电力市场的运营发其仿真环境的研究 硕士论文 计算下一个交易时段的发电计划。编制实时交易计划的依据是市场运行部门每半小时 ( 或几分钟) 的超短期负荷预测值、发电公司在前一交易日中所申报的发电机组的数 据以及前一天编制的该交易日的曰发电计划,并考虑网络及系统安全约束。 当超短期负荷预测值与日发电计划出力水平偏差较小时,可以不修改发电机组的 日发电计划,偏差部分由日计划中安排的发电机组的调频容量进行调整,并按有偿辅 助服务结算。当超短期负荷预测值与日发电计划水平偏差较大时,运行统一调度计算 程序,重新修正发电机组的发电计划。 市场运行部门必须将修改发电计划的输入条件及修改后的发电计划进行记录,并 向发电公司公布。在实时市场运作中,市场运行部门应依据发电机组在该交易时段内 的发电计划调度发电机组的出力。发电计划出力与实际负荷问的偏差由a g c ( a u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r o l ,即自动发电控制) 自动进行调整。 2 2 电力市场运营系统 电力市场运营系统( e m o s ) “3 3 也称电力市场技术支持系统,是支持电力市场运营 的计算机、数据网络与通信设备、各种技术标准和应用软件的有机组合。它要保证电 网安全、稳定运行的前提下,公平、公正、准确无误和快捷的对电力市场的数据申报、 负荷预测、合同的分解与管理、交易计划的编制、安全校核、计划执行、辅助服务、 市场信息发布、市场结算等运作环节提供技术支持。 2 2 1 电力市场运营系统各模块概述 电力市场运营系统实际e 是融电力市场交易管理系统、电网安全实时监控系统、 合同管理系统、考核与结算系统、电能量计量系统和市场信息管理系统,以及软硬件 运行支撑平台于一体的电网商业化运营综合技术支持系统。 电力市场技术支持系统是电力市场准备、交易、运行、结算等各阶段提供信息和 服务的各计算机系统的统称,它由以下子系统组成:能量管理系统( e m s :e n e r g y m a n a g e m e n ts y s t e m ) 、现货交易系统( d a t s :d a y a h e a dt r a d es y s t e m ) 、实时交易 系统( r t s :r e a lt i m et r a d es y s t e m ) 、中长期交易系统( f r s :f o r w a r dt r a d es y s t e m ) 、 电能量计量系统( t m r :t e l em e t e rr e a d i n gs y s t e m ) 、结算系统( s b s :s e t t l e m e n t b i1 1i n gs y s t e m ) 、合同管理系统( c m s :c o n t r a c tm a n a g e m e n ts y s t e m ) 、报价处 理系统( b p s :b i d d i n gp r o c e s ss y s t e m ) 、市场分析预测系统( m a f :m a r k e ta n a l y s i s f o r e c a s ts y s t e m ) 、信息发布系统( s i s :s a m et i m ei n f o r m a t i o ns y s t e m ) 等。 各子系统的逻辑结构如图2 3 所示。 6 南京理工大学硕士学位论文电力市场运营环境的仿真研究 图2 3 电力市场运营系统的逻辑结构图 ( 1 ) 能量管理系统( e m s ) ,对电能的生产、输送和分配进行监视、控制和管理, 保障电网的安全稳定运行。 ( 2 ) 电能量计量系统,用于自动、实时采集和统计各发电企业、供电企业和部分大 用户在各时段网上实际交易的电量及相关数据。 ( 3 ) 报价处理系统,接受市场主体的注册和申报数据,并对申报数据进行预处理。 ( 4 ) 交易管理系统,它包括目前交易管理子系统和实时交易管理子系统。目前交易 管理予系统的功能是短期负荷预测的管理,日前交易计划的安排以及计划的下 发等。实时交易管理子系统的功能就是超短期负荷预测的管理,实时交易计划 的安排以及实时交易计划的下发等。 ( 5 ) 结算管理系统,进行交易电量的结算,包括合同、长期、短期、目前和实时电 量结算,容量电费结算,输电费结算,联络线交换电量的结算,违约管理及结 算等。 ( 6 ) 合同管理系统,它的功能包括合同的录入,合同执行情况跟踪,合同电量变更 管理,合同电量统计,合同电量查询等。 还有其他的一些子系统,在这里就不再一一介绍。 2 2 2 电力市场运营系统的运营环境 电力市场的运营及其仿真环境的研究硕士论文 2 2 2 1 运行环境分析 在电力市场模式下,电力市场运营系统是支持电力市场运营的控制和管理系统, 它也是一套运营于各市场成员以及成员之间的商业化运作体系。 电力市场运营系统和其他的配套系统共同支撑电力市场的运作,其运行环境也就 是电力市场营运系统的外部环境,主要是由各市场成员和能量管理系统( e m s ) 、电能 量计量系统( t m r ) 、调度管理信息系统( d m i s ) 、水调系统等。其结构图如下: 图2 ,4 电力市场运营系统结构示意图 电力市场运营系统主要是跟市场成员,能量管理系统和电量计量系统进行数据 交换,下面分别介绍能量管理系统和电量计量系统。 ( 1 ) 能量管理系统( e m $ ) 能量管理系统( e m s ) 用于保障电网的安全稳定运行,主要由数据采集和监视控 制( s c a d a ) 、自动发电控制( a g c ) 及高级应用软件等功能模块组成。 能量管理系统的逻辑结构图如下所示。 旦蔓堡三查兰堡主堂垡堡奎皇苎! 吏塑垩蔓堑望塑堕壅堑窒 s c d a f 3 糕麒 _ 一 獭獭荫馘磊g e辩绢蚴辑囊搿艘翔靛件 慧入,吐黪口 ii,、,i ll 0 土3 工1 工史土之土 l 黼ll 一| l ii 躺ll 燃l 图2 5 能量管理系统逻辑结构图 ( 2 ) 电能计量管理系统( t m r ) 电能计量管理系统的逻辑结构图如下所示。 图2 6 电能计量系统逻辑结构图 电能计量系统( t m r ) 是对电能量数据进行自动采集、远传和存储、预处理、 电力市场的运营及其仿真环境的研究硕士论文 统计分析的子系统,是包含t v 和t a 二次计量回路、电能表计、采集装置以及 管理软件的综合系统,以支持电力市场的运营考核、电费结算和经济补偿计算 等。 电能计量系统的主要功能要求: 1 ) 应确保电能量数据的可靠性、准确性和安全性。在任何情况下原始计量数据 ( 包括时标) 不得丢失和修改。 2 ) 采集的电能量数据范围应包括所有参与电力市场的成员的电能量计量关口点 和网间交换电能量计量关口点。 3 ) 电量采集的时间间隔应满足市场规则对电能量统计时段的要求。 4 ) 电量采集及上传应达到准实时的要求,以满足实时交易及实时结算的要求。 5 ) 电能表计的时段精度和t v 、t a 的精度应满足时段结算与考核的要求。 6 ) 电能量计量点的配置应遵循数据唯一性原则,关口表计上传数据不得修改且 是唯一的。关口表应能接入当地监视系统。 7 ) 电能计量管理系统应具有开放性,采用基于国际标准的系统平台和商用数据 库。 8 ) 应支持与结算考核管理系统、信息发布与监管系统的数据通信和数据库访问 接口。 2 2 2 2 内部数据源与外部数据源 电力市场运营系统各个模块均需处理或计算各种数据,即各个模块均有数据的流 入与流出,流入电力市场运营系统各模块的数据,我们称为数据源;某些数据是由电 力市场运营系统内部的某些模块产生,我们称它为内部数据源;有些数据则是由外部 环境所提供,我们称其为外部数据源。本课题就是模拟外部的数据源,即模拟电力市 场运营的运行环境。电力市场运营系统的数据交互示意图如下。 1 0 南京理工大学硕士学位论文电力市场运营环境的仿真研究 ”一晶赢蕊颡j 图2 7 电力市场运营系统的数据交互示意图 电力市场内部各个模块之间的数据流很多。下面按模块的数据交换分类介绍。 ( 1 ) 报价处理系统将各机组的各种技术信息和报价信息的相应部分传给结算管理系 统,交易管理系统和信息发布系统,其技术信息包括:启动费用,停机费用;可调出 力上限,可调出力下限,开停次数;最小持续运行时间,最小停运持续时间;各功率 分段点对应的正常负荷调整升速度,降速度;调频速率,紧急备用调整负荷速率:开、 停机出力曲线等。报价信息包括各时段的功率价格曲线。 ( 2 ) 交易管理系统向结算管理系统传输的数据包括各机组的开停机计划及出力点安 排;各时段的发电边际电价、售电电价:各机组的上调调节电价和下调调节电价。还 有,交易管理系统向信息发布系统相关的交易信息。 ( 3 ) 结算管理系统将其各种电量,电费的结算数据传给合同管理系统。 ( 4 ) 合同管理系统向交易管理系统和结算管理系统提供的数据包括:发电商与电网 公司的发电合同,包括一段时间内的发电功率和结算电价。 ( 5 ) 信息发布系统接受各个模块的相关信息,并将其发布。 在电力市场的交易过程中,不仅其运营系统各子系统之间需要实时交换数据,电 力市场运营系统与各市场成员和其他配套系统之间也需要交换大量的技术数据和经 济数据,也就是市场运营系统与外部环境之间的数据交互,外部的数据源主要来自与 能量管理系统和电量计量系统以及各个市场成员。 电力市场的运营及其仿真环境的研究硕士论文 其主要的数据交换类型有如下三种 ( 1 ) 与调度交易中心其他系统的数据交换; 主要包括:能量管理系统( e m s ) ,电能量计量系统( t m r ) ,调度管理信息系统 ( d m i s ) ,水调系统等。 1 ) 与能量管理系统( e m s ) 的数据交换 电力市场运营系统向e m s 输出数据内容为交易计划结果。 从e m s 系统读取数据内容包括电力系统运行有关数据和电网数据。 a e m s 将负荷预测信息传给电力市场运营系统的交易管理系统,作为其编制计 划的基础。 b 电力市场运营系统将交易计划信息传给e m $ 系统,e m s 应能对现货交易计划 和实时交易计划进行安全校核。并依据交易计划控制a g c 及实现其他辅助服 务功能。 c e m s 系统为结算考核管理系统提供带时标的系统环境数据,包括:频率曲线、 实际负荷曲线、实际有功出力曲线、实际无功出力曲线、备用容量曲线、电 压曲线等,用于电量、电力及辅助服务的结算与考核。 d 为信息发布和市场分析预测系统提供负荷预测数据和分钟级的电网实时数 据。 2 ) 与电能量计量系统( t m r ) 的数据交换 电力市场运营系统从t m r 系统读取带时标的电能量数据。 3 ) 与调度管理信息系统d m i s 的数据交换 a 电网信息; b 电网运行信息; c 市场信息; d 市场运行信息: e 历史信息。 4 ) 与水调自动化系统的数据交换 电力市场运营系统从水调自动化系统读取水电计划和水情信息等数据。 ( 2 ) 与各市场成员的数据交换; 各个市场成员将其基本的参数信息和报价信息传给运营系统中的报价处 理系统,同时,交易管理系统也会将交易计划等信息传给市场成员。其与各市 场成员的数据交换如下; 1 ) 市场成员申报的注册数据 2 ) 市场成员申报的竞价数据 3 ) 市场运行信息 南京理工大学硕士学位论文电力市场运营环境的仿真研究 4 ) 合同信息 5 ) 交易计划信息及指令 6 ) 违约管理及结算信息 ( 3 ) 与不同电力市场运营系统间的数据交换。 不同电力市场运营系统相互间的数据交换包括有关市场经济数据、电网预 测数据、检修数据、电网运行数据、安全校核结果和输电堵塞情况等。 2 3 电力市场运营系统的运行环境仿真“” 目前,电力市场的运营规则还很不完善,需根据实际的发展来进行改进,有了仿 真软件,可以对各种未知情况进行预先的考虑,也对于各种未知的风险予以很好的避 免以完善运营规则。 仿真软件可以模拟外部环境,电力市场运营系统便可以在仿真的环境下运行,同 时,仿真的运行环境可以模拟各种突发事件,并且可以依据这些特殊的情况,测试电 力市场运营系统的运行状况并对各种运行情况进行相应的分析。 2 3 1 运行环境仿真的意义 ( 1 ) 模拟电力市场的行为和规律,生成模拟数据源,供电力市场运营系统使用, 这样,电力市场运营系统在脱离实际市场环境的情况下,可以独立的运行。 ( 2 ) 通过配合电力市场运营系统的使用,调试和优化电力市场运营系统,有助于 完善和改进系统。 ( 3 ) 优化市场规则,及时发现电力市场中存在的问题并加以改正,避免风险。 ( 4 ) 提高市场运作决策的预见性,超前性和科学性。 ( 5 ) 培训市场操作人员,熟悉各环节和各种情况下的市场状况,加深对各种情况 的全面认识,提高特殊情况下的应变能力。 2 3 2 运行环境仿真的研究 本文的研究是针对日前交易结合实时交易的运营模式,电力市场的外部数据源有 很多,这里主要是模拟能量管理系统( e i “s ) ,电量计量系统( t 凇) 以及竟价机组所 组成的外部环境。对应主要有四类数据,负荷数据,机组数据,报价数据和计量数据。 其中,负荷数据有实时的电力负荷数据和预测的负荷数据,机组数据包括机组的注册 数据和机组的运行数据。仿真软件也就是模拟产生上述的各种数据,以支撑电力市场 运营系统的运行。 同时,仿真软件也模拟了交易中心的部分功能以使整个模拟环境能在无需人为操 作的情况下自动运行,数据类似于真实的市场情况,自动的产生与更新。 电力市场的运营及其仿真环境的研究 硕士论文 一一_ - _ _ _ - - - 根据数据的分类,仿真软件拟采用四个模块:负荷模块、报价模块、机组运行模 块和计量模块。四个模块之间相互关联,产生出符合实际的数据源。四个模块分别建 立相应的模型,并设计出既符合实际运行规律又易于实现的算法,再用软件实现。仿 真数据与电力市场运营系统的数据交互关系如下: 图2 8 数据交互示意图 2 3 1 1 运行环境仿真的要求与特点 1 4 实时性仿真系统能随时间不停的产生数据,并存入数据库中。像根据不同地 区的情况,能以每天4 8 点( 也可以9 6 点或2 8 8 点) 产生各种数据。 灵祸性它能可以根据人员的特别要求,模拟出各种相应的运行情况。像可以 指定天气状况,节假曰等,根据这样的情况进行模拟。 稳健性本软件需要稳定的运行,才能很好的配合电力市场运营系统的工作。 真实性模拟的数据应具有很强的真实性,即与真实的环境较为相似,这样, 模拟的环境才具有很好的实际意义。 互操作性强用户与软件应该有很好的互操作性,软件可以根据用户的要求进 行设嚣,来使软件与用户之间形成良好的对话。 ) ) ) ) ) n q 佑 南京理工大学硕士学位论文电力市场运营环境的仿真研究 2 3 1 2 运行环境仿真的功能 模拟产生四类数据源,电力负荷数据,机组运行数据,计量数据,报价数据; 负荷预测;模拟交易中心的相关功能,进行日前交易与实时交易的模拟。 可以通过人工方式按设定的条件进行负荷预测,并确定是否将数据写入数据库, 同时,仿真环境还可以,并按指定的条件进行自动的生成数据,数据自动的写入数据 库中,而无需人为操作。 2 3 3 总体设计思想 整个仿真环境其实就是模拟竞价机组,能量管理系统,电量计量系统和交易中心 流入电力市场运营系统的数据流,如前面的图2 8 所示。为了保证数据的连续产生, 仿真环境内部需要有独立的运行机制,能像真实的情况一样,自动的产生数据,并且 可以自动更新与调整,无需人为干预。电力市场数据源仿真环境最终对外提供的只是 相应的数据集,因此,按由低向上的分析方法,电力市场数据源仿真环境依次分为底 层数据库,中间层算法与规则,顶层系统集成,按功能可将其分为四个模块。其整体 的构架如下图所示。 顶层 系统集 中间层 算法与 底层 数据库 图2 9 仿真环境的功能结构图 电力市场运营环境仿真的技术研究硕士论文 3 电力市场运营环境仿真的技术研究 3 1 仿真环境的模块化设计 仿真环境可以分为四个模块:负荷数据模块、报价数据模块、机组运行数据模块 和计量数据模块。仿真环境的内部即四个模块之间也有内部的数据流,其示意图如下 所示: f负荷数据1 i 。一 电电 力 |机组数据k 数据流 力 市市 场 l 场 仿r 】互 真报价数据卜j营 软 1 一 系 件统 j计量数据 卅 11 。“ 图3 1 数据流示意图 仿真软件分成四个模块来分别产生四类数据,为电力市场运营系统提供数据源, 仿真软件的各个模块间也彼此关联,存在内部的数据交互。如上图3 1 中所示,箭头 表示电力市场仿真软件内部的数据流,意为某个模块为另一个模块提供数据源。 3 2 仿真环境各模块的方法研究 电力负荷数据的产生方法。电力负荷模块根据历史的负荷数据,建立数学模型, 制定算法,预测未来的数据,并实时产生。本文中,采用多元线性回归方法,通过对 变量的观测数据统计分析,确定变量间的关系,进行预测,并将实时产生的数据写入 数据库中。以产生的这些数据作为负荷数据源提供给电力市场运营系统。其原理就是 在电力负荷与其影响因素之间建立种关联,并将其数学化,即建立多元线性回归模 型,得到回归方程,由影响因素可计算出预测的负荷值,并使其预测值尽量接近于实 际值,使误差降到最低。建立好多元线性回归模型以后,便可以根据影响因素的数据 1 6 南京理工大学硕士学位论文电力市场运营环境的仿真研究 库,通过计算模型方程实时的得到负荷值,本课题设置为每5 分钟产生次数据,并 自动写入负荷数据表中。 报价数据的产生方法。此模块来模拟的机组报价过程,首先机组根据负荷的历史 统计量与预测值,通过报价策略来确定初始报价,然后再根据负荷的情况,按照所制 定的报价规则调整报价。各机组的报价按1 0 个容量段分段报价,为了确保报价数据 的真实性,并且避免由于报价策略的统一性而出现报价雷同的情况,我们根据经验, 在报价数据的产生中添加了有一定浮动区间的随机因子,使其在一定的范围内随机产 生,这样,报价数据的产生既有一定的随机性,同时又能符合实际的情况,反映出市 场的特性。 机组运行数据的产生方法。机组的运行数据是根据前面的负荷数据与报价数据, 通过虚拟的交易中心而得到的。此模块模拟了整个交易流程,制定了模拟电力市场交 易的算法并编制程序实现,使其类似于真实的交易过程来产生机组的运行数据。产生 的运行数据会实时写入机组运行数据表中。 计量数据的产生方法。计量数据是对机组运行数据的统计,因此,产生了机组运 行数据后,计量数据通过对其进行积分运算,并作相应的统计等处理后,便可以获得, 并将结果存于计量数据表中。 3 3 数据库系统的设计“5 课题中的模拟软件的主要功能是产生模拟的数据源,因此,数据库的设计至关重 要,关系到系统的功能实现,设计一个合理高效的数据库有着重大的意义,同时也有 利于今后系统的扩展。 3 3 1 需求分析 数据库的设计主要是数据的表示方法和存储结构的设计。为了能合理设计数据 库,首先要清楚数据库的用途,本课题设计的数据库是为四个数据产生模块服务,四 个模块为负荷数据模块、报价数据模块、机组运行数据模块以及计量数据模块,因此, 按模块的功能划分,数据库也相应的分为负荷数据库,报价数据库,机组数据库和计 量数据库,其中,负荷数据包括历史负荷数据、预测的负荷数据以及负荷的统计数据。 报价包括机组的电价申报数据和发电计划数据,机组数据包括机组信息数据和机组的 运行数据,计量数据主要是机组运行的统计数据,从而形成了本课题的数据资源。 3 3 2 数据表的设计 数据资源主要是以相关的数据表为载体的,其涉及的数据类别较多,每个模块有 相应的数据表。其数据分类如图3 2 所示: 1 7 电力市场运营环境仿真的技术研究硕士论文 数据资源 负荷数据类 报价数据类 机组数据类 机g 组雅出力, g 数a 据表 计量数据类觚组出力统计表 图3 2 数据资源分类图表 下面我们对四类数据分别予以介绍: ( 1 ) 负荷数据类历史气象信息表、历史负荷数据表、负荷预测数据表和负荷 统计数据表归于负荷数据类中,存于以p o w e r l o a d 一宰为名的数据表中。例如 p o w e r l o a dh i s t o r y 表示历史负荷数据表,其存储的数据为历史的负荷, p o w e r l o a d f o r e c a s t 表示预测的负荷数据表,其数据为预测的负荷。 ( 2 ) 报价数据类报价数据表主要是存储机组的报价数据,其主要包括时间,机 组基本参数,申报价格,容量段。其结构表如下: 表3 1 报价数据表 字段名称英文名称数据类型是否关键字 机组编号 u n i t n os h o r ti n t 木 厂商编号 p l a n t n os h o r ti n t 出 交易时间 t r a d e t i m ed a t e t i m e 女 容量lc a p a c it y l i n t 报价l p r i c e l i n t 容量2c a p a c i t y 2 i n t 报价2 p r i c e 2i n t 容量3c a p a c it y 3 i n t 报价3 p r i c e 3i n t 表表表表表表息据据据据据信数数数数数 象荷荷计价划 气负负统报计史史测荷组电 历历预负机发 南京理工大学硕士学位论文电力市场运营环境的仿真研究 ( 3 ) 机组数据类机组数据类包括机组的基本参数信息表和机组的运行数据表 其中机组参数信息表主要是指机组的约束条件。具体的表如下: 表3 2 机组数据表 字段名称英文名称数据类型是否关键字 机组名称 u n i t n a m ev a rc h a r 机组编号 u n i t n os h o r ti n t 采 厂商编号 p l a n t n os h o r ti n t 士 最小技术出力 p o w e r m i nf 1 0 a t 最大出力 p o w e r m a x f 1 0 a t 爬坡速度 c 1i m h s p e e df 1 0 a t 机组的运行数据表示用来记录机组的9 6 点实时运行数据的,因此,其主要包括 时间与出力值。此表为动态分配,每隔1 5 分钟,机组的出力值会自动写入此表中。 ( 4 ) 计量数据类计量数据主要对机组运行进行计算与统计而得到的数据,同时 提供非常快捷的查询。计量数据类为机组运行统计表。机组运行统计表每隔一段时间 自动更新,包括机组的基本信息,日出力值等。 3 3 3 数据表之间的关系 仿真软件所产生的模拟数据即为电力市场运营系统提供的数据源是根据一定的 规律和逻辑而产生的,各类数据彼此关联,存在较强的信息交互,以使整个数据源成 为一个整体的仿真环境,类似于一个实际的市场环境。因此,各数据表之间的数据必 然相互关联,例如,预测的负荷值是根据历史负荷,并考虑历史的气象等因素,按照 一定的算法得出来的,因此,预测的负荷值就与历史负荷和气象负荷相关联,还有, 机组的出力数据是与机组的基本参数相关联的,因为出力要受机组的约束条件的限 制。下面我们给出了数据之间信息交互的示意图,如图3 3 所示,箭头方向表示某个 数据的产生与另一个相关联。 电力市场运营环境仿真的技术研究硕士论文 3 4 电力负荷数据的产生 图3 3 数据表间的关系示意图 电力负荷数据“”“”的产生是此仿真环境中非常重要的环,它的逼真性对整个仿 真环境的实用性都有很大的影响。 负荷数据的产生方法类似于短期负荷预测“的方法,其产生过程就是运用短 期负荷预测算法,并将预测值作为负荷数据来实时产生。负荷预测的方法有很多,像 趋势外推预测方法、时间序列预测方法、灰色预测方法等。从本文的实际情况与软件 编制的可行性考虑,本文采用多元线性回归方法”“。电力负荷受诸多因素的影响, 设负荷为一个随机变量,记为y ,设影响因素有1 1 个,为x t ,x 2 ,x 。就是要根据 过去的历史资料,研究变量y 与变量x “x z ,之间的依赖关系。 这里,如果每目按9 6 点负荷来计,则y 为某时间点的预测负荷,x :,x 一,墨 为在此时间点的历史负荷值,即每日按9 6 个时间点,分别建立多元回归模型,根据 历史信息,分别生成每个时间点的预测负荷值。 3 4 1 回归模型的建立 南京理工大学硕士学位论文 电力市场运营环境的仿真研究 设 设有p 个自变量,以x t 表示第i 个自变量,则电力负荷y 可以式( 3 1 ) 表示 y - - - a + b i x i + 6 _ y + = a + b i x i 臼 ( i = l ,2 ,m ) ( 3

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