考虑交易信用值的虚拟电厂参与碳电融合市场交易匹配方法

本发明涉及电力市场和碳市场融合交易领域，具体说是一种考虑交易信用值的虚拟电厂参与碳电融合市场交易匹配方法。

背景技术：

1、虚拟电厂(vpp)作为一种分布式能源聚合的集成调控形式，通过先进的控制、计量、通信等技术将分布式电源、储能、柔性负荷等不同类型的设备聚合为一个整体，并通过统一的调控中心参与到电力市场和电网运行中，因此，聚合了多类型能源的虚拟电厂将进入电力市场交易阶段。同时，在低碳背景下，我国的低碳环保、绿色发展之路提升到新的高度，电力行业作为主要的二氧化碳排放源，是碳市场交易的主力军，且随着碳电市场的快速发展，两市场的相互作用也正在受到电力行业越来越多的重视。

2、为促进虚拟电厂快速融入碳电融合市场的运营中，亟需建立与之相匹配的虚拟电厂参与碳电融合市场交易策略。虚拟电厂响应行为的不确定性不仅会给电网安全运行带来困难，影响交易双方的经济利益，而且还会导致对促进环境低碳发展程度不同的问题产生。因此，无论是在电力市场还是碳市场中，交易主体和市场总是倾向于交易信用行为良好的参与者。可见，如何在低碳背景下充分考虑虚拟电厂参与碳电融合市场时不同交易信用行为，并将之纳入到市场交易匹配决策的考虑因素中，从而提高交易信用值和低碳程度高型虚拟电厂在碳电融合市场中的交易优势、扩大其经济效益、提高市场运行效率和加速实现双碳目标，成为亟待解决的问题。

3、关于虚拟电厂参与电力市场和碳市场方面的研究，当前研究或侧重于虚拟电厂在电力市场中的优化调度和竞价策略，或是将碳交易成本引入到虚拟电厂的运行成本中从而实现经济运行，在电力市场或碳市场交易匹配方法方面的研究较少且不成体系。

4、针对电力市场和碳市场的交易匹配问题，现有研究多是以交易主体的市场报价作为唯一的交易匹配决策条件，将市场交易主体的信用评分和碳排放情况纳入到电力市场和碳市场交易匹配决策的考虑因素中的研究还尚未出现，而在碳市场和电力市场融合交易方面的研究则更少，因此开展考虑多种因素影响下的虚拟电厂参与碳电融合市场交易匹配方法的研究则显得尤为必要，从而有利于建设良好的市场交易环境，促进虚拟电厂低碳减排的积极性，推动碳电市场的快速融合发展。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种考虑交易信用值的虚拟电厂参与碳电融合市场交易匹配方法。本发明通过在低碳背景下充分考虑虚拟电厂参与碳电融合市场时的不同交易信用行为，并以此为基础进行市场交易匹配决策，提高了交易信用值和低碳程度高型虚拟电厂在碳电融合市场中的交易优势，扩大了其经济效益，提高了市场运行效率，加速实现双碳目标。

2、为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

3、考虑交易信用值的虚拟电厂参与碳电融合市场交易匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：

4、步骤1、基于虚拟电厂在电力市场和一级碳市场交易量与协议量的偏差容量，在电力市场和一级碳市场分别建立交易信用值评估模型；

5、步骤2、建立虚拟电厂参与电力市场和一级碳市场交易容量评估模型；

6、步骤3、以虚拟电厂与电力市场之间、虚拟电厂与一级碳市场之间的总交易满意度最大为目标函数，在所述目标函数上加载约束条件完成虚拟电厂参与电力市场和一级碳市场的双边交易匹配模型构建；

7、步骤4、按照步骤3所述的目标函数和约束条件，构建虚拟电厂和二级碳市场的双边交易匹配模型；

8、步骤5、使用步骤3虚拟电厂参与电力市场和一级碳市场的双边交易匹配模型、步骤4建立的虚拟电厂和二级碳市场的双边交易匹配模型进行交易匹配出清。

9、在上述方案的基础上，

10、步骤1所述电力市场交易信用值评估模型如下式(1)-(3)所示：

11、

12、

13、

14、上述各式中，；fiel,k为电力市场中本交易季前k次交易结束后虚拟电厂i的累计交易信用值，即累计历史k次交易情况的评估值，k 为交易次数累计值；fiel,k为电力市场中第k次交易结束后虚拟电厂i 的单次交易信用值；ωel,k为虚拟电厂第k次交易信用值fiel,k所占的权重，∑ωel,k＝1；tik为虚拟电厂i在第k次交易时交易的总时段数；为第k次交易时虚拟电厂i在时段t的交易信用值；分别为第k次交易时虚拟电厂i在时段t的实际执行电量和协议电量；

15、步骤1所述一级碳市场交易信用值评估模型如下式(4)所示：

16、

17、上式中，为一级碳市场中本交易季前k次交易结束后虚拟电厂i的累计交易信用值，即累计历史k次交易情况的评估值；为一级碳市场中第k次交易结束后虚拟电厂i的单次交易信用值；为虚拟电厂第k次交易信用值所占的权重，

18、在上述方案的基础上，

19、当虚拟电厂i作为碳权供应方时，一级碳市场交易信用值评估模型如下式(5)所示：

20、

21、上式中，为虚拟电厂i作为碳权供应方时在第k次交易的单次交易信用值；分别为虚拟电厂i第k次交易时的实际可交易碳权和协议碳权；

22、当虚拟电厂i作为碳权需求方时，一级碳市场交易信用值评估模型如下式(6)所示：

23、

24、上式中，为虚拟电厂i作为碳权需求方时在第k次交易的协议碳权达成度影响因子。

25、在上述方案的基础上，

26、步骤2所述虚拟电厂参与电力市场交易容量评估模型如下式(7) 所示：

27、

28、上式中，ngas、nwt、npv、ness、nil分别为可控机组、风电机组、光伏机组、储能单元和柔性负荷的数量；为正值和负值时分别表示t时段虚拟电厂参与电力市场的最大售出电量和最大购入电量； pgas,t,q、pwt,t,q、ppv,t,q分别为t时刻第q个燃气轮机、风机和光伏的发电功率；为t时刻第q个蓄电池储能的放电功率，当为负值时表示充电功率；pload,t、dpil,t,q分别为t时刻虚拟电厂的总负荷用电功率以及第q种柔性负荷的削减功率；dt为运行时段时长；

29、步骤2所述虚拟电厂参与碳市场交易容量评估模型如下式(8) -(10)所示：

30、

31、上式(8)为虚拟电厂的碳排放权配额分配量计算公式，式中ec,t为t时刻虚拟电厂的碳配额分配量；δb、δz分别为外购电的碳排放权配额系数和燃气轮机及可再生能源机组的碳排放权配额系数；qen,t为 t时刻虚拟电厂的售电量；

32、

33、上式(9)为虚拟电厂的碳排放量计算公式，式中ep,t为t时刻虚拟电厂的碳排放量；egas、eb分别为燃气轮机和外购电的碳排放系数，其中eb取区域电网火电机组碳排放系数；

34、

35、上式(10)为虚拟电厂在碳交易市场中最多能交易的碳排放权计算公式，式中为正值时表示虚拟电厂最多可售出的碳排放权，当其为负值时表示最多需要购入的碳排放权；t为虚拟电厂全天的运行时段数；ec,t、ep,t分别为t时段虚拟电厂的碳配额和碳排放。

36、在上述方案的基础上，

37、步骤3中所述目标函数表达为下式(11)：

38、

39、上式中，ψ为考虑的满意度因素个数，ik+1、jk+1分别为当前第k+1次交易时参与一级碳市场或电力市场交易的供给方和需求方虚拟电厂总个数；为第种交易满意度因素所占的权重，由一级碳市场或电力市场交易平台指定；为第k+1次交易时虚拟电厂i和虚拟电厂j交易的第种交易满意度因素；表示第k+1次交易时虚拟电厂i和虚拟电厂j是否达成交易，当时表示双方未达成交易，当hij＝1时表示双方达成交易；

40、式(11)中，ψ＝3时，虚拟电厂在一级碳市场或电力市场交易中的各交易满意度因素如下式(12)-(14)所示：

41、

42、上式(12)中，为当前第k+1次交易时双方交易信用值(即虚拟电厂i和虚拟电厂j双方交易信用值)；fik、分别为市场中前 k次交易结束后虚拟电厂i和虚拟电厂j的累计交易信用值；

43、

44、其中：

45、上式(13)中，为当前第k+1次交易时双方交易价格满意度；分别为第k+1次交易时虚拟电厂i对虚拟电厂j的交易价格满意度和虚拟电厂j对虚拟电厂i的交易价格满意度；为当前第k+1次交易时容量需求方虚拟电厂j发布的购买价格；分别为当前第k+1次交易时容量供给方虚拟电厂i可接受的交易价格最低值和交易价格期望值；为当前第k+1次交易时容量供给方虚拟电厂i发布的售卖价格；分别为当前第k+1次交易时容量需求方虚拟电厂i期望的交易价格和可接受的交易价格最高值；

46、

47、上式(14)中，为当前第k+1次交易时双方碳中和达成度；分别为第k+1次交易时虚拟电厂i和虚拟电厂j的碳中和达成度；

48、上述虚拟电厂碳中和达成度eneu由下式(15)得出：

49、

50、上式(15)中，t为虚拟电厂全天的运行时段数；ec,t、ep,t分别为t时段虚拟电厂的碳配额和碳排放。

51、在上述方案的基础上，

52、步骤3中所述约束条件包括：

53、一级碳市场或电力市场交易总容量平衡约束，如下式(16)：

54、

55、上式中，isucc,k+1、jsucc,k+1分别为当前第k+1次交易时一级碳市场或电力市场中达成交易的供给方和需求方虚拟电厂个数；分别为当前第k+1次交易时虚拟电厂i和虚拟电厂j的交易容量；

56、虚拟电厂交易容量约束，如下式(17)、(18)：

57、

58、

59、上两式中，分别为当前第k+1次交易时虚拟电厂i和虚拟电厂j上报的最大交易容量，且在电力市场中有在一级碳市场中有i、j分别为一级碳市场或电力市场中参与交易的容量供给方和容量需求方总虚拟电厂个数；

60、市场交易报价约束，如下式(19)、(20)：

61、

62、

63、上两式中，分别为一级碳市场或电力市场限定的交易价格最低值和交易价格最高值；为当前第k+1次交易时容量供给方虚拟电厂i发布的售卖价格；分别为当前第k+1次交易时容量供给方虚拟电厂i可接受的交易价格最低值和交易价格期望值；为当前第k+1次交易时容量需求方虚拟电厂j发布的购买价格；分别为当前第k+1次交易时容量需求方虚拟电厂i期望的交易价格和可接受的交易价格最高值；

64、交易匹配约束，如下式(21)：

65、

66、交易对单次出清约束，如下式(22)：

67、

68、上式中，表示第k+1次交易时虚拟电厂i和虚拟电厂j是否达成交易，且当时表示双方未达成交易，当hij＝1时表示双方达成交易。

69、在上述方案的基础上，

70、步骤5所述利用构建完成的虚拟电厂参与电力市场和一级碳市场的双边交易匹配模型进行交易匹配出清，具体为：

71、在电力市场或一级碳市场中上报虚拟电厂自身的交易容量和交易报价信息；

72、电力市场或一级碳市场交易平台根据所述目标函数匹配出双方总交易满意度最大的交易对后，出清该交易对的交易结算容量和交易结算价格信息；

73、以上述规则逐次进行交易匹配，直至参与电力市场或一级碳市场交易的虚拟电厂的交易容量全部交易完毕，出清交易匹配结果。

74、在上述方案的基础上，

75、步骤4所述的虚拟电厂和二级碳市场的双边交易匹配模型中的目标函数为式(11)；目标函数的约束条件为式(16)-(22)；

76、虚拟电厂在二级碳市场交易中的各交易满意度因素为下式(23) 和所述式(13)、(14)：

77、

78、上式中，fiel,k+1、分别为电力市场第k+1次交易结束后虚拟电厂i和虚拟电厂j的交易信用值。

79、在上述方案的基础上，

80、步骤5所述利用构建完成的虚拟电厂和二级碳市场的双边交易匹配模型进行交易匹配出清，具体为：

81、在二级碳市场中，虚拟电厂根据电力交易后协议电量与实际执行电量的偏差电量确定其在二级碳市场中所需要交易的碳权量；

82、二级碳市场的碳权交易量确定方式如下：将一个交易周期划分为不平衡电量时段和平衡电量时段，在不平衡电量时段，当虚拟电厂外购电力增加或者外售电力减少时，或者实际碳排放量大于日前计划碳排放量时，将该部分偏差电量按区域电网火电机组碳排放系数折算为其在二级碳市场中所需要购买的碳权量；在平衡电量时段，虚拟电厂实际碳排放量少于日前计划碳排放量时，将该部分碳排放归算为其在二级碳市场中所能够出售的碳权量；

83、在二级碳市场中上报虚拟电厂自身的碳权交易容量和交易报价信息；

84、二级碳市场交易平台根据所述目标函数匹配出双方总交易满意度最大的交易对后，出清该交易对的交易结算容量和交易结算价格信息；

85、以上述规则逐次进行交易匹配，直至参与二级碳市场交易的虚拟电厂的交易容量全部交易完毕，出清交易匹配结果。

86、本发明的另外一个目的在于提供一种虚拟电厂参与碳电融合市场交易流程。

87、为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

88、一种虚拟电厂参与碳电融合市场交易流程，其特征在于，包括如下步骤：

89、步骤1、电力市场交易开始，各虚拟电厂由厂内运行计划按电力市场交易容量评估模型上报交易电量信息并上报交易价格信息；同时一级碳市场交易开始，各虚拟电厂由厂内运行计划按碳市场交易容量评估模型上报交易碳权信息并上报交易价格信息；

90、步骤2、交易中心在电力市场和一级碳市场中分别以包括双方交易信用值、双方交易价格满意度和双方碳中和达成度在内的双方总交易满意度最大为目标函数进行交易匹配，并发布交易结果；

91、步骤3、电力市场交易结果发布后，以厂内运行计划为基准锁定参与电力市场交易的各虚拟电厂在二级碳市场中的碳排放权配额；

92、步骤4、参与电力市场和一级碳市场的各虚拟电厂按照发布的交易结果执行交易；

93、步骤5、电力市场和一级碳市场分别进行交易结算，市场交易结束；

94、步骤6、电力市场交易执行结束后，出清各虚拟电厂实际执行电量与协议电量的偏差电量信息；

95、步骤7、二级碳市场交易开始，根据步骤6中偏差电量信息按照二级碳市场的碳权交易量确定方式核算二级碳市场中各虚拟电厂的碳权交易量；

96、步骤8、交易中心在二级碳市场中以包括双方交易信用值、双方交易价格满意度和双方碳中和达成度在内的双方总交易满意度最大为目标函数进行交易匹配，并发布交易结果；

97、步骤9、各虚拟电厂执行二级碳市场交易协议；

98、步骤10、二级碳市场进行交易结算，市场交易结束。

99、本发明所述的考虑交易信用值的虚拟电厂参与碳电融合市场交易匹配方法，其有益效果为：

100、突破了现有电力市场和碳市场交易匹配中多以交易主体的市场报价作为唯一的交易匹配决策条件，将市场交易主体的信用评分和碳中和达成度纳入到电力市场和碳市场交易匹配决策的考虑因素中，有利于建设良好的市场交易环境，提升交易信用度高、碳中和达成度高的虚拟电厂的市场竞争力，促进虚拟电厂积极且可靠守信用的进行电力交易和碳交易，降低地区碳排放，推动碳电市场的快速融合发展。

101、经仿真验证，采用本发明提出的交易匹配方法使交易信用度与碳中和达成度高的虚拟电厂在碳电融合市场中交易顺序提前，交易成功率明显提高。对于交易信用度和碳中和达成度综合较高的少电型虚拟电厂其购电成本比传统交易市场最多可降低13.7％；地区整体上来看达成交易的虚拟电厂最终净碳排放总量由正变负，有效地实现了碳中和的目标。