本发明属于电力大用户直接交易领域，具体涉及一种考虑输电网损影响因子、集中撮合方式下的跨区跨省电力用户直接交易方法。
背景技术：
跨区跨省大用户直接交易是指不同电网间的发电企业与接入较高电压等级、具备一定购电规模的电力用户直接进行交易，签订交易合同，旨在采取市场化的交易方式，充分利用电网互联优势，促进资源配置和节能减排，保障电力平衡和安全供应。跨区跨省大用户直接交易的市场主体分为售电主体、输电主体和购电主体，售电主体主要为已取得发电业务许可证的发电企业；输电主体为已取得输电业务许可证的电网企业；购电主体为符合条件的电力用户。交易组织方式包括双边协商交易、集中撮合交易和集中挂牌交易，不同交易方式的实现方法不同，但均需遵循不同规则完成交易，其中，以集中撮合交易的规则和算法最为复杂，电力用户和发电企业通过电力交易平台集中申报交易需求，由电力交易平台按照集中撮合出清原则进行交易匹配。现有集中撮合方式组织的跨省跨区大用户直接交易按照“价格优先、节能环保优先”的原则进行交易排序和匹配，综合考虑申报购电量、购电价格等权重因素，计算购电量分配序列。
为促进清洁能源发展，满足直接交易范围从省内向更大范围扩展的需求，亟需加快推进跨区跨省大用户直接交易的开展。由于参与跨省区大用户直接交易的市场成员地理位置差异，造成各市场成员单位成交电量对输电网损产生不同影响，交易竞价排序规则亦应考虑输电网损影响因子。
现有技术中，陈西颖,胡江溢.大用户与发电企业直接交易算法探讨.电力系统自动化.2008,32(24):100-103一文中，在分析中国开展大用户直购电的现实意义和研究大用户直购电交易的优缺点基础上，搭建了集中撮合方式下的大用户直购电交易模型，目标函数为社会福利最大，即“大用户申报交易成本”与“发电企业申报交易成本”之差最大，交易成本为申报价格与申报电量的乘积，约束条件为发用电量平衡约束、发电报价段成交电量约束、购电报价段成交电量约束、准入大用户允许受进电量约束、发电报价和成交电价约束等。
现有技术的缺点:参与跨区跨省直接交易的市场成员地理位置差异较大，由于地理位置造成的输电网损差别不可忽略。现有技术在处理跨区跨省大用户直接交易时，未考虑不同交易造成的输电网损影响，易造成电力市场交易不公平。
技术实现要素：
本发明的目的在于考虑参与跨区跨省直接交易的市场成员地理位置差异、造成各市场成员单位成交电量对输电网损产生不同影响，提出网损因子度量方法，提出计及输电网损影响的跨区跨省大用户直接交竞价排序规则，从而促进交易方法的精细化，维护电力市场交易公平性。重点解决2个问题：
1)跨区跨省电力用户直接交易中各市场成员单位成交电量对输电网损影响的度量；
2)计及输电网损影响的跨区跨省电力用户直接交竞价排序规则。
本发明的技术方案如下：
1、一种考虑输电网损影响因子的跨区跨省电力用户直接交易方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)建立考虑输电网损的跨区跨省大用户直购电交易的数学模型
模型的假设前提：只考虑与有功功率相关的网损成本；网损与有功功率相关性较无功功率强，系统节点数越多运算时间越长，为加快计算速度，忽略无功功率的影响；
设大用户直购电交易中用户数量为n个，发电企业为m个，用户i所申报的购买电量和报价分别为QBi、CBi，发电企业j所申报的售电量和报价分别为QSi、CSi；
跨省区大用户直购电交易的数学模型目标为社会效益最大化，优化变量为各用户与各发电企业之间的成交电量；
目标函数：
式中：Qij为用户i向发电企业j购买的电量，即成交电量；aij为输电电价，即用户i与发电企业j之间单位交易电量的网络固定成本；bij为输电网损影响因子，即用户i与发电企业j之间单位交易电量的网损成本；
约束条件：
式中，为用户i购买电量的最大值，数值上为即申报电量QBi；为发电企业j出售电量的最大值，数值上为即申报电量QSi；pb为交易发生后支路b的功率，即小时电量；支路b的最大传输容量；BR的支路总数；
式(2)的含义为用户i从所有发电企业购买的电量总和不能超过其申报电量；式(3)的含义为电力企业j向所有用户出售的电量总和不能超过其申报电量；式(4)的含义为交易不会使网络发生阻塞；式(1)中输电电价aij与用户i与发电企业j路径有关，采用政府定价准则，当用户、电力企业位置确定时可视为常数；式(1)输电网损影响因子bij亦与用户i与发电企业j路径有关，涉及到网络潮流，需要单独研究；
(2)输电网损影响因子的度量方法
本发明输电网损影响因子采用如下方法：
对于N节点系统总网损L公式为
网损是各节点注入功率的函数，记为L(P,Q)；
J为潮流方程的Jaccobi矩阵，由式(6)可得：
式中，可由式(5)的偏导求得；λP＝[λP1,λP2,...λPN]T为各节点的有功边际网损系数向量；λQ＝[λQ1,λQ2,...λQN]T为各节点的无功边际网损系数向量；
对于PV节点i，该节点无功功率的变化量将全部由该节点进行补偿，因而不会引起额外的网损，即λQi＝0；同理，对于平衡节点S，有λPS＝λQS＝0；
一般而言，输电网中系统的总网损主要是由有功功率造成的，而无功功率引起的网损只占很小的一部分，所以式(8)可进一步简化为
由用户i与发电企业j之间的单位电量交易引起的网损量为
lij＝λPi-λPj (10)
考虑到电网运行方式的变化，避免输电网损影响因子经常调整，对M种典型的运行方式分别进行计算Lij，输电网损影响因子bij取其平均值，即
(3)计及输电网损的跨区跨省大用户直购交易排序规则
撮合交易排序原则为：集中撮合方式组织的跨省跨区大用户直接交易按照“价格优先、节能环保优先”的原则进行交易排序和匹配；1)考虑输电电价、输电网损影响因子后，首先撮合买家与卖家价差最高者，然后次高直至无交易电量；2)价差相同的条件下，发电企业按照节能环保的原则进行排序，先风/光/水清洁能源机组后火电机组，先火电大机组后火电小机组；
撮合交易结束判据为：1)所有卖家所申报的出售电量已经全部交易；2)所有买家所申报的购入电量已经全部交易；3)未成交的卖家报价比未成交的买家报价高。
(4)考虑输电网损的跨区跨省电力大用户直接交易撮合过程
本发明提出的考虑输电网损的跨省区大用户直购电撮合交易过程如下：
8)电力交易中心需要提前5个工作日向交易主体发布交易当日应提交的信息，如交易电量、价格、时间等；
9)本身平等自愿的原则，交易主体提交各自的申报信息，包括购售双方的申报电量、申报报价等基本参数；
10)电力交易中心计算各节点间输电网损因子；
11)电力交易中心根据各交易主体提交的信息，按照5.3.1操作形成交易撮合表；
12)电力交易中心按照5.3.2操作形成初始交易队列；
13)电力交易中心按照5.3.3操作修正交易队列，形成最终撮合交易方案，确定各交易主体及其成交电量，成交电价按照买卖双方中间价确定；
14)经安全校核后，形成有约束的交易出清结果。
进一步的，所述步骤(3)中，根据撮合交易排序原则、交易结束判据，同时考虑输电电价和输电网损因子，本申请提出的跨区跨省大用户直购交易排序规则生成主要有3个环节：建立交易撮合表；建立初始交易队列；修正交易队列；具体如下：
(1)建立交易撮合表
对于参加交易的n个大用户、m个发电企业，以大用户为行、发电企业为列构造规模为n*m的交易撮合表T；对于T，行将大用户(i＝1,2,...,n)按申报价格CBi高至低排序；列将发电企业(j＝1,2,...,m)按申报价格CSj由低至高排序；
第i行第j列元素Tij为考虑输电电价、网损后大用户与发电企业报价之差，若由买家大用户负担输电和网损费用即C’Bi＝CBi-aij-bij，C’Sj＝CSj，则Tij＝C’Bi-C’Sj＝CBi-CSj-aij-bij；Tij<0表示大用户购电修正价格低于发电企业售电价格，则该交易对社会贡献为负，不予撮合；Tij＝0表示大用户购电修正价格等于发电企业售电价格，则该交易对社会贡献为零，不予撮合；Tij>0表示大用户购电修正价格大于发电企业售电价格，则该交易对社会贡献为正，可以撮合；
(2)建立初始交易队列
根据交易撮合表T形成初始交易队列Z；
3)逐行扫描T中各元素,若Tij<0或Tij＝0则跳过，若Tij>0则将Tij加入队列Z’；
4)将Z’中各元素值按从大到小降序排列形成初始交易队列Z，若数值相同则节能环保机组相关交易置前；
3)记录Z每个元素对应的大用户、发电企业编号i、j(对应T的行、列)及其各自申报电量QBi、QSj；
4)设大用户、发电企业当前已完成交易电量RQBi＝0(i＝1,2,...,n)，RQSj＝0(j＝1,2,...,m)；
(3)修正交易队列
对Z中元素按序号由小到大逐个扫描，在此过程中不断修正交易队列，同时确定交易电量；
1)读取当前元素对应的大用户、发电企业编号i、j；
2)确定当前元素对应的交易电量为min{QBi-RQBi,QSj-RQSj}；
3)修正大用户当前已完成交易电量RQBi＝RQBi+min{QBi-RQBi,QSj-RQSj}，修正电力企业当前已完成交易电量RQSj＝RQSj+min{QBi-RQBi,QSj-RQSj}；
4)若RQBi＝QBi，表示大用户i的全部申报交易电量完成，则删除Z中当前元素后与大用户i相关的所有元素；若RQSj＝QSj，表示电力企业j的全部申报交易电量完成，则删除Z中当前元素后与电力企业j相关的所有元素；
5)更新Z。
按照以上撮合交易排序规则执行，根据修正后的交易队列Z可以获得所有撮合成功的交易，并且可以确定每笔交易对应的电量；在此过程中，交易排序原则和交易结束判据自然满足，也自动实现了步骤(1)“考虑输电网损的跨省区大用户直购电交易的数学模型”的求解。
本发明的有益效果在于：
1)提出的跨区跨省大用户直接交易模型考虑了输电网损因子的影响；
2)提出的输电网损影响因子度量方法综合考虑了电网的多种运行方式，计算结果相对稳定，可以作为经验值固化，便于实际应用；
3)提出的跨区跨省大用户直购交易排序规则在遵从“价格优先、节能环保优先”原则的前提下，能够考虑输电网损影响，使得交易方法进一步精细化，更有利于维护电力市场交易公平性。
附图说明
图1是本发明的交易撮合流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案作具体阐述。
1、一种考虑输电网损影响因子的跨区跨省电力用户直接交易方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)建立考虑输电网损的跨区跨省大用户直购电交易的数学模型
模型的假设前提：只考虑与有功功率相关的网损成本；网损与有功功率相关性较无功功率强，系统节点数越多运算时间越长，为加快计算速度，忽略无功功率的影响；
设大用户直购电交易中用户数量为n个，发电企业为m个，用户i所申报的购买电量和报价分别为QBi、CBi，发电企业j所申报的售电量和报价分别为QSi、CSi；
跨省区大用户直购电交易的数学模型目标为社会效益最大化，优化变量为各用户与各发电企业之间的成交电量；
目标函数：
式中：Qij为用户i向发电企业j购买的电量，即成交电量；aij为输电电价，即用户i与发电企业j之间单位交易电量的网络固定成本；bij为输电网损影响因子，即用户i与发电企业j之间单位交易电量的网损成本；
约束条件：
式中，为用户i购买电量的最大值，数值上为即申报电量QBi；为发电企业j出售电量的最大值，数值上为即申报电量QSi；pb为交易发生后支路b的功率，即小时电量；支路b的最大传输容量；BR的支路总数；
式(2)的含义为用户i从所有发电企业购买的电量总和不能超过其申报电量；式(3)的含义为电力企业j向所有用户出售的电量总和不能超过其申报电量；式(4)的含义为交易不会使网络发生阻塞；式(1)中输电电价aij与用户i与发电企业j路径有关，采用政府定价准则，当用户、电力企业位置确定时可视为常数；式(1)输电网损影响因子bij亦与用户i与发电企业j路径有关，涉及到网络潮流，需要单独研究；
(2)输电网损影响因子的度量方法
根据电路理论，网络损耗不能用叠加原理进行计算。因此，确定输电网损影响因子的方法不可能建立在严格的理论基础之上。输电网损影响因子bij的确定应遵循：①尽可能真实地反映各使用者利用网络的程度；②能提供正确的经济信号，引导资源优化配置；③对相关各方面应该尽量公平，应相对固定，避免经常调整；④所基于的潮流应尽量与真实的潮流一致。
本发明输电网损影响因子采用如下方法：
对于N节点系统总网损L公式为
网损是各节点注入功率的函数，记为L(P,Q)；
J为潮流方程的Jaccobi矩阵，由式(6)可得：
式中，可由式(5)的偏导求得；λP＝[λP1,λP2,...λPN]T为各节点的有功边际网损系数向量；λQ＝[λQ1,λQ2,...λQN]T为各节点的无功边际网损系数向量；
对于PV节点i，该节点无功功率的变化量将全部由该节点进行补偿，因而不会引起额外的网损，即λQi＝0；同理，对于平衡节点S，有λPS＝λQS＝0；
一般而言，输电网中系统的总网损主要是由有功功率造成的，而无功功率引起的网损只占很小的一部分，所以式(8)可进一步简化为
由用户i与发电企业j之间的单位电量交易引起的网损量为
lij＝λPi-λPj (10)
考虑到电网运行方式的变化，避免输电网损影响因子经常调整，对M种典型的运行方式分别进行计算Lij，输电网损影响因子bij取其平均值，即
(3)计及输电网损的跨区跨省大用户直购交易排序规则
撮合交易排序原则为：集中撮合方式组织的跨省跨区大用户直接交易按照“价格优先、节能环保优先”的原则进行交易排序和匹配；1)考虑输电电价、输电网损影响因子后，首先撮合买家与卖家价差最高者，然后次高直至无交易电量；2)价差相同的条件下，发电企业按照节能环保的原则进行排序，先风/光/水清洁能源机组后火电机组，先火电大机组后火电小机组；
撮合交易结束判据为：1)所有卖家所申报的出售电量已经全部交易；2)所有买家所申报的购入电量已经全部交易；3)未成交的卖家报价比未成交的买家报价高。
根据权利要求1所述的一种考虑输电网损影响因子的跨区跨省电力用户直接交易方法，本申请提出的跨区跨省大用户直购交易排序规则生成主要有3个环节：建立交易撮合表；建立初始交易队列；修正交易队列；具体如下：
(3.1)建立交易撮合表
对于参加交易的n个大用户、m个发电企业，以大用户为行、发电企业为列构造规模为n*m的交易撮合表T；对于T，行将大用户(i＝1,2,...,n)按申报价格CBi高至低排序；列将发电企业(j＝1,2,...,m)按申报价格CSj由低至高排序；
第i行第j列元素Tij为考虑输电电价、网损后大用户与发电企业报价之差，若由买家大用户负担输电和网损费用即C’Bi＝CBi-aij-bij，C’Sj＝CSj，则Tij＝C’Bi-C’Sj＝CBi-CSj-aij-bij；Tij<0表示大用户购电修正价格低于发电企业售电价格，则该交易对社会贡献为负，不予撮合；Tij＝0表示大用户购电修正价格等于发电企业售电价格，则该交易对社会贡献为零，不予撮合；Tij>0表示大用户购电修正价格大于发电企业售电价格，则该交易对社会贡献为正，可以撮合；
表1交易撮合表T
(3.2)建立初始交易队列
根据交易撮合表T形成初始交易队列Z；
1)逐行扫描T中各元素,若Tij<0或Tij＝0则跳过，若Tij>0则将Tij加入队列Z’；
2)将Z’中各元素值按从大到小降序排列形成初始交易队列Z，若数值相同则节能环保机组相关交易置前；
3)记录Z每个元素对应的大用户、发电企业编号i、j(对应T的行、列)及其各自申报电量QBi、QSj；
4)设大用户、发电企业当前已完成交易电量RQBi＝0(i＝1,2,...,n)，RQSj＝0(j＝1,2,...,m)；
(3.3)修正交易队列
对Z中元素按序号由小到大逐个扫描，在此过程中不断修正交易队列，同时确定交易电量；
1)读取当前元素对应的大用户、发电企业编号i、j；
2)确定当前元素对应的交易电量为min{QBi-RQBi,QSj-RQSj}；
3)修正大用户当前已完成交易电量RQBi＝RQBi+min{QBi-RQBi,QSj-RQSj}，修正电力企业当前已完成交易电量RQSj＝RQSj+min{QBi-RQBi,QSj-RQSj}；
4)若RQBi＝QBi，表示大用户i的全部申报交易电量完成，则删除Z中当前元素后与大用户i相关的所有元素；若RQSj＝QSj，表示电力企业j的全部申报交易电量完成，则删除Z中当前元素后与电力企业j相关的所有元素；
5)更新Z；
按照以上撮合交易排序规则执行，根据修正后的交易队列Z可以获得所有撮合成功的交易，并且可以确定每笔交易对应的电量；在此过程中，交易排序原则和交易结束判据自然满足，也自动实现了步骤(1)“考虑输电网损的跨省区大用户直购电交易的数学模型”的求解。
(4)考虑输电网损的跨区跨省电力大用户直接交易撮合过程
本发明提出的考虑输电网损的跨省区大用户直购电撮合交易过程如下：
1)电力交易中心需要提前5个工作日向交易主体发布交易当日应提交的信息，如交易电量、价格、时间等；
2)本身平等自愿的原则，交易主体提交各自的申报信息，包括购售双方的申报电量、申报报价等基本参数；
3)电力交易中心计算各节点间输电网损因子；
4)电力交易中心根据各交易主体提交的信息，按照5.3.1操作形成交易撮合表；
5)电力交易中心按照5.3.2操作形成初始交易队列；
6)电力交易中心按照5.3.3操作修正交易队列，形成最终撮合交易方案，确定各交易主体及其成交电量，成交电价按照买卖双方中间价确定；
7)经安全校核后，形成有约束的交易出清结果。