一种基于拼车算法的源网荷储互动促进清洁能源消纳方法
技术领域
本发明涉及电力系统
技术领域
，具体涉及一种基于拼车算法的源网荷储互动促进清洁能源消纳方法。背景技术
可再生能源由于环境和社会效益较好且具有可持续性被认为是未来替代传统能源的重要能源。世界各国均将发展可再生能源作为重要的能源战略选择之一。但可再生能源使用普遍成本较高，高成本已经制约了可再生能源的规模发展，为了使可再生能源持续健康的发展需要制定相应的发展政策。因此，发展可再生能源不仅需要资源禀赋条件，还需要政府采取相应的能源政策以增加可再生能源的市场需求，同时提高生产集中度以及生产技术水平。
清洁能源并网消纳是一个系统性工程，涉及到电力生产、输送、消费等各个环节和源、网、荷、储等各个要素。全面提升江苏的清洁能源消纳能力，需要在持续建设完善江苏坚强智能电网和泛在电力物联网等“硬件”的同时，不断优化提升配套的市场交易机制“软件”。当前在政策和市场机制方面，一直欠缺能够通过市场化手段，实现源、荷、储各要素与电网间的友好、经济互动的市场化机制。亟需在市场化机制上创新研究，促进清洁能源安全、优质、经济消纳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于拼车算法的源网荷储互动促进清洁能源消纳方法，该方法基于双边拍卖的交易规则及清洁能源的发电特性，通过拼车算法聚合并调度原先自行充放电的储能资源，按照电网运行需要进行充电，帮助电网最大限度消纳清洁能源。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于拼车算法的源网荷储互动促进清洁能源消纳方法，该方法包括以下步骤：
构建基于点对点方式的源网荷储交易管理框架；
构建基于点对点方式的源网荷储交易管理模式；
形成基于拼车算法的源网荷储市场交易架构；
构建基于双向拍卖激励机制的拼车式互动交易出清模型。
所述步骤1的具体方法为：构建一种基于点对点交易的源网荷储交易与管理框架，主要包含三种主要要素，分别是：分布式能源节点、源网荷储聚合商以及智能电表；
所述分布式能源节点包括不限于光伏电站、燃气轮机、电动汽车、储能系统、柔性负荷分布式能源通过先进的信息技术和软件系统聚合而成，各分布式能源及负荷具有分散自治的特性，均可以视为能源节点，分为3类，分别是能源购买节点、能源出售节点和闲置节点。其中，闲置节点指的是在当前交易时段不参与能源交易的节点。
所述源网荷储聚合商即源网荷储运营方的控制中心，可以为源网荷储中各个分布式能源节点提供信息咨询、交易管理以及无线通信服务，由三个主要部分组成，分别是交易处理中心、账户存储中心、以及交易记录存储中心。
所述智能电表目的为实现分布式能源节点与源网荷储聚合商之间的信息传输，各分布式能源节点均需要装设智能电表，具有实时计算并记录电力交易量的功能。同时，分布式能源节点也可以根据智能电表的交易记录支付和收取加密数字货币。
所述步骤2的具体方法为：基于点对点交易的源网荷储交易与管理模式，其共识过程由源网荷储中的各个分布式能源节点共同完成，可以分为5个步骤，分别是：能源节点认证、能源优化调度、能源交易匹配、能源交易结算、数据区块生成。
所述能源节点认证步骤为，分布式能源节点在加入源网荷储前均需要在源网荷储聚合商处进行注册，上报其真实身份ID、能源类型、可交易额度、实际地址等信息。源网荷储聚合商在审核之后通过非对称加密技术向各个分布式能源节点发放相应的公私钥对及数字钱包地址，并存储在账户存储中心。
所述能源优化调度步骤为，在确定能源交易角色之后，源网荷储聚合商根据各个分布式能源节点的能源信息以最大化累计盈利为目标进行优化调度，得到各个分布式能源节点的日前计划出力，并发送至各个分布式能源节点。
所述能源交易匹配步骤为，在日前优化调度结束后，为促进分布式能源的就地消纳，进一步在源网荷储内部采用点对点交易技术实现分布式电源与固定负荷之间的交易撮合。交易撮合完成后，源网荷储将剩余电力出售至电力市场。交易撮合前，能源购买节点/能源出售节点将需求信息发送至源网荷储聚合商的交易处理中心，包括预期交易电量、预期交易时间、预期报价等信息。源网荷储聚合商采用连续双向拍卖机制在能源购买节点与能源出售节点之间进行交易撮合。在交易匹配完成之后，能源购买节点和能源出售节点进行电力传输。
所述能源交易结算步骤为，在分布式能源节点之间的交易匹配完成之后，能源购买节点将能源币从其数字钱包转移到能源出售节点提供的钱包地址，并采用私钥进行签名。能源出售节点从源网荷储聚合商的账户存储中心下载能源购买节点对应的公钥，对收到的能源支付信息进行解密，以验证支付信息来自对应的能源购买节点。
所述数据区块生成步骤为，获得记账权的分布式能源节点向系统其他节点广播区块信息，其它节点对数据区块进行审计并签名后继续向其他节点广播。每个节点将自己的审计结果与其他节点的结果进行比较并回复记账节点。如果其他节点就该区块达成一致，记账节点则将当前审计的数据区块发送至其它所有节点存储。在上述工作完成后，该区块按时间顺序被添加到能源点对点交易中。
所述步骤3的具体方法为：类比于拼车算法中最大化平台总收入的目标函数，形成源网荷储聚合商利润最优目标函数与约束。
所述源网荷储聚合商利润最优目标函数由源网荷储在市场中交易收入，运行成本和燃气轮机机组启停成本及场景概率构成。源网荷储在市场中交易收入由市场交易量Gp,s,t及电价λp,t相乘构成。燃气轮机机组启停成本由启停变量及启停基础成本SGT相乘构成。场景概率包括光伏出力场景概率π(s)及电价场景概率π(p)。T为一天内的总时段数；ns、np分别为光伏场景数以及电价场景数：
燃气轮机的运行成本可以用分段线性函数表示为：
其中，a为固定生产成本；为燃气轮机的运行变量；kj为燃气轮机第j段发电成本斜率；为燃气轮机t时段的出力。
所述源网荷储聚合商利润函数约束包括燃气轮机约束、储能系统约束、电力市场交易量约束和功率平衡约束：
所述燃气轮机约束为：
其中，gGT,max、gGT,min分别为燃气轮机的最大、最小输出功率；rU、rD为燃气轮机的向上、向下爬坡率；为燃气轮机第j段出力上限；tsu、tsd分别为燃气轮机的最小开关机时间；tsu,0、tsd，0分别为燃气轮机的初始开关机时间。
所述储能系统约束为：
其中，为ESS的蓄电量；ηc、ηd分别为ESS的充放电效率；分别为ESS的充放电量；Ses,min、Ses,max分别为ESS蓄电量的上下限；gesc,max、gesd,max分别为ESS的最大充放电功率。
所述电力市场交易量约束为：
其中，为源网荷储在DAM的最大购售电量。
所述功率平衡约束为：
其中，为可再生能源出力；为源网荷储内的负荷需求。
所述步骤4的具体方法为：
在匹配过程中，交易双方提交报价之后，将买方报价从高到低排列，最优买价即为买方的最高报价；将卖方报价从低到高排列，最优卖价即为卖方的最低报价。当最优买价大于等于最优卖价时，则买卖双方达成交易匹配，实际的成交价格即为买卖双方报价的平均值。如果在本轮交易周期中无法完成交易匹配，则买卖双方需要根据最优买价/最优卖价更新报价，直到电量售完或交易时间截止。
本发明备以下有益效果：建立拼车算法的源网荷储互动模型，实现分布式能源设备优化调度与交易出清，促进清洁能源消纳；该方法能够将拼车模型应用于源网荷储互动交易，提高分布式能源交易和市场出清的效率，从而解决提高可再生能源消纳困难的问题。
附图说明
图1为本发明基于双向拍卖激励机制的拼车式互动交易出清匹配过程。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1，如图1所示，一种基于源网荷储互动的清洁能源受限电量调节方法，包括以下步骤：
(1)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理框架；
(2)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理模式；
(3)形成基于拼车算法的源网荷储市场交易架构；
(4)构建基于双向拍卖激励机制的拼车式互动交易出清模型。
实施例2，一种基于源网荷储互动的清洁能源受限电量调节方法，包括以下步骤：
(1)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理框架；(2)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理模式；(3)形成基于拼车算法的源网荷储市场交易架构；(4)构建基于双向拍卖激励机制的拼车式互动交易出清模型。所述分布式能源节点由光伏电站、燃气轮机、电动汽车、储能系统、柔性负荷等分布式能源通过先进的信息技术和软件系统聚合而成，各分布式能源及负荷具有分散自治的特性，均可以视为能源节点，分为3类，分别是能源购买节点、能源出售节点和闲置节点。其中，闲置节点指的是在当前交易时段不参与能源交易的节点。
实施例3，一种基于源网荷储互动的清洁能源受限电量调节方法，包括以下步骤：
(1)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理框架；(2)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理模式；(3)形成基于拼车算法的源网荷储市场交易架构；(4)构建基于双向拍卖激励机制的拼车式互动交易出清模型。所述源网荷储聚合商即源网荷储运营方的控制中心，可以为源网荷储中各个分布式能源节点提供信息咨询、交易管理以及无线通信服务，由三个主要部分组成，分别是交易处理中心、账户存储中心、以及交易记录存储中心。
实施例4，一种基于源网荷储互动的清洁能源受限电量调节方法，包括以下步骤：
(1)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理框架；(2)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理模式；(3)形成基于拼车算法的源网荷储市场交易架构；(4)构建基于双向拍卖激励机制的拼车式互动交易出清模型。所述智能电表目的为实现分布式能源节点与源网荷储聚合商之间的信息传输，各分布式能源节点均需要装设智能电表，具有实时计算并记录电力交易量的功能。同时，分布式能源节点也可以根据智能电表的交易记录支付和收取加密数字货币。
实施例5，一种基于源网荷储互动的清洁能源受限电量调节方法，包括以下步骤：
(1)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理框架；(2)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理模式；(3)形成基于拼车算法的源网荷储市场交易架构；(4)构建基于双向拍卖激励机制的拼车式互动交易出清模型。所述步骤2的具体方法为：基于点对点交易的源网荷储交易与管理模式，其共识过程由源网荷储中的各个分布式能源节点共同完成，可以分为5个步骤，分别是：能源节点认证、能源优化调度、能源交易匹配、能源交易结算、数据区块生成。
实施例6，一种基于源网荷储互动的清洁能源受限电量调节方法，包括以下步骤：
(1)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理框架；(2)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理模式；(3)形成基于拼车算法的源网荷储市场交易架构；(4)构建基于双向拍卖激励机制的拼车式互动交易出清模型。所述能源节点认证步骤为，分布式能源节点在加入源网荷储前均需要在源网荷储聚合商处进行注册，上报其真实身份ID、能源类型、可交易额度、实际地址等信息。源网荷储聚合商在审核之后通过非对称加密技术向各个分布式能源节点发放相应的公私钥对及数字钱包地址，并存储在账户存储中心。
实施例7，一种基于源网荷储互动的清洁能源受限电量调节方法，包括以下步骤：
(1)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理框架；(2)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理模式；(3)形成基于拼车算法的源网荷储市场交易架构；(4)构建基于双向拍卖激励机制的拼车式互动交易出清模型。所述能源优化调度步骤为，在确定能源交易角色之后，源网荷储聚合商根据各个分布式能源节点的能源信息以最大化累计盈利为目标进行优化调度，得到各个分布式能源节点的日前计划出力，并发送至各个分布式能源节点。
实施例8，一种基于源网荷储互动的清洁能源受限电量调节方法，包括以下步骤：
(1)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理框架；(2)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理模式；(3)形成基于拼车算法的源网荷储市场交易架构；(4)构建基于双向拍卖激励机制的拼车式互动交易出清模型。所述能源交易匹配步骤为，在日前优化调度结束后，为促进分布式能源的就地消纳，进一步在源网荷储内部采用点对点交易技术实现分布式电源与固定负荷之间的交易撮合。交易撮合完成后，源网荷储将剩余电力出售至电力市场。交易撮合前，能源购买节点/能源出售节点将需求信息发送至源网荷储聚合商的交易处理中心，包括预期交易电量、预期交易时间、预期报价等信息。源网荷储聚合商采用连续双向拍卖机制在能源购买节点与能源出售节点之间进行交易撮合。在交易匹配完成之后，能源购买节点和能源出售节点进行电力传输。
实施例9，一种基于源网荷储互动的清洁能源受限电量调节方法，包括以下步骤：
(1)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理框架；(2)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理模式；(3)形成基于拼车算法的源网荷储市场交易架构；(4)构建基于双向拍卖激励机制的拼车式互动交易出清模型。所述能源交易结算步骤为，在分布式能源节点之间的交易匹配完成之后，能源购买节点将能源币从其数字钱包转移到能源出售节点提供的钱包地址，并采用私钥进行签名。能源出售节点从源网荷储聚合商的账户存储中心下载能源购买节点对应的公钥，对收到的能源支付信息进行解密，以验证支付信息来自对应的能源购买节点。
实施例10，一种基于源网荷储互动的清洁能源受限电量调节方法，包括以下步骤：
(1)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理框架；(2)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理模式；(3)形成基于拼车算法的源网荷储市场交易架构；(4)构建基于双向拍卖激励机制的拼车式互动交易出清模型。所述数据区块生成步骤为，获得记账权的分布式能源节点向系统其他节点广播区块信息，其它节点对数据区块进行审计并签名后继续向其他节点广播。每个节点将自己的审计结果与其他节点的结果进行比较并回复记账节点。如果其他节点就该区块达成一致，记账节点则将当前审计的数据区块发送至其它所有节点存储。在上述工作完成后，该区块按时间顺序被添加到能源点对点交易中。
实施例11，一种基于源网荷储互动的清洁能源受限电量调节方法，包括以下步骤：
(1)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理框架；(2)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理模式；(3)形成基于拼车算法的源网荷储市场交易架构；(4)构建基于双向拍卖激励机制的拼车式互动交易出清模型。所述步骤3的具体方法为：类比于拼车算法中最大化平台总收入的目标函数，形成源网荷储聚合商利润最优目标函数与约束。所述源网荷储聚合商利润最优目标函数由源网荷储在市场中交易收入，运行成本和燃气轮机机组启停成本及场景概率构成。源网荷储在市场中交易收入由市场交易量Gp,s,t及电价λp,t相乘构成。燃气轮机机组启停成本由启停变量及启停基础成本SGT相乘构成。场景概率包括光伏出力场景概率π(s)及电价场景概率π(p)。T为一天内的总时段数；ns、np分别为光伏场景数以及电价场景数：
燃气轮机的运行成本可以用分段线性函数表示为：
其中，a为固定生产成本；为燃气轮机的运行变量；kj为燃气轮机第j段发电成本斜率；为燃气轮机t时段的出力。
所述源网荷储聚合商利润函数约束包括燃气轮机约束、储能系统约束、电力市场交易量约束和功率平衡约束：
所述燃气轮机约束为：
其中，gGT,max、gGT,min分别为燃气轮机的最大、最小输出功率；rU、rD为燃气轮机的向上、向下爬坡率；为燃气轮机第j段出力上限；tsu、tsd分别为燃气轮机的最小开关机时间；tsu,0、tsd，0分别为燃气轮机的初始开关机时间。
所述储能系统约束为：
其中，为ESS的蓄电量；ηc、ηd分别为ESS的充放电效率；分别为ESS的充放电量；Ses,min、Ses,max分别为ESS蓄电量的上下限；gesc,max、gesd,max分别为ESS的最大充放电功率。
所述电力市场交易量约束为：
其中，为源网荷储在DAM的最大购售电量。
所述功率平衡约束为：
其中，为可再生能源出力；为源网荷储内的负荷需求。
实施例11，一种基于源网荷储互动的清洁能源受限电量调节方法，包括以下步骤：
(1)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理框架；(2)构建基于点对点方式的源网荷储交易管理模式；(3)形成基于拼车算法的源网荷储市场交易架构；(4)构建基于双向拍卖激励机制的拼车式互动交易出清模型。所述步骤4的具体方法为：
在匹配过程中，交易双方提交报价之后，将买方报价从高到低排列，最优买价即为买方的最高报价；将卖方报价从低到高排列，最优卖价即为卖方的最低报价。当最优买价大于等于最优卖价时，则买卖双方达成交易匹配，实际的成交价格即为买卖双方报价的平均值。如果在本轮交易周期中无法完成交易匹配，则买卖双方需要根据最优买价/最优卖价更新报价，直到电量售完或交易时间截止。
建立拼车算法的源网荷储互动模型，实现分布式能源设备优化调度与交易出清，促进清洁能源消纳；该方法能够将拼车模型应用于源网荷储互动交易，提高分布式能源交易和市场出清的效率，从而解决提高可再生能源消纳困难的问题。
