基于改进的电能撮合交易方法研究

吕 盼，樊国旗，樊国伟，蒋轶澄

(1.国网新疆电力公司，新疆 乌鲁木齐 830011；2.国网浙江省电力公司金华供电公司，浙江 金华 321017；3. 国网浙江省电力公司，浙江 杭州 310007)

0 引言

随着电力市场改革，参与电力交易用户越来越多，可以充分发挥市场活力〔1-2〕，然而现有的撮合交易模式会导致交易不足的问题。

目前撮合模式主要分为两类，一类是优先撮合买方报价最高和卖方报价最低者，且成交价格为报价的平均值〔3〕；另外一类首先判断市场供需关系，然后按照“卖方市场”和“买方市场”分别确定报价〔4〕。

但是目前撮合模式优先匹配报价绝对优势者，会导致撮合数量减少，并可能导致价格波动剧烈；针对目前撮合交易最优价格撮合与优势先入的缺点，提出了一种改进的电能撮合交易方法，统筹安排具有价格相对优势的参与方，增加撮合交易数量。其次采用报价相近匹配撮合交易，可降低成交价格波动，促进撮合交易发展。

1 原有撮合交易

1.1 原有撮合交易模式

目前撮合交易竞价排序模式虽然会给参与者带来价格上优惠，但是会减少撮合交易数量，并且可能导致价格波动剧烈，不利于撮合交易发展。

目前交易首先进行集中报价，然后根据报价绝对优势进行排序，买方从高到底进行排序，卖方从低到高进行排序。成交价格主要分为两种模式，模式a:成交价格为当前消费者最高报价和生产者最低报价平均值；模式b：根据供应需求，当供应大于需求为“买方市场”，供应小于需求为“卖方市场”，“买方市场”成交价格为当前生产者最低出价，“卖方市场”为当前消费者最高出价。

1.2 原有撮合交易的不足

1.2.1 模式a不足

假设生产方生产者报价从低到高为：cg1、cg,2、L、cgi，需求方消费者报价从低到高为：cx,1、cx,2、L、cx,j；生产方量为：Pg,1、Pg,2、L、Pg,j，需求方量为：Px,1、Px,2、L、Px,j。

撮合交易模式a如图2a所示，模式a的不足在于：优先撮合价差绝对优势的双方(发电方1和用电方j)，当发电方1和用电方j电量相等时，成交价格为双方报价的平均值(式1)，并对发电方2与用电方j-1撮合，并依次撮合；当发电方1电量大于用电方j电量时，剩余电量优先与用电方j-1撮合；当发电方1电量小于用电方j电量时，不足电量优先与发电方2撮合。当生产者报价大于消费者(如图2b右半区域)，会导致撮合交易中止，减少可以撮合交易。

图2 撮合交易模式a

(1)

1.2.2 模式b不足

撮合交易模式b如图3所示，撮合交易模式b与撮合交易模式a撮合顺序相同。模式b的不足在于，“买方市场”时，即供应大于需求时，报价最高的消费者会以卖方报价最低价格买入需求产品(式2)；“卖方市场”时，即供应小于需求时，报价最低的生产者会以卖方报价最高价格卖出需求产品(式3)。右半区域未能撮合成功(无效区域)，但是右半区域供需关系会影响有效区域交易成交价格，当供不应求时，成交价格为买方最高报价，当供大于求时，成交价格为卖方最低报价，无效区域会导致成交价格剧烈波动，同样会减少撮合交易。

图3 撮合交易模式b

(2)

(3)

2 改进撮合交易

2.1 改进撮合交易区别

原有撮合交易不足主要为报价绝对优势者既拥有成交顺序优先权又拥有差价最大的价格，会导致提前达到买方报价低于买方报价，导致撮合交易数量减少，不能以更接近用户报价成交，接近用户报价程度用综合价格指数表示(式4)；并可能导致价格波动剧烈，价格波动用价格变化百分数表示(式6)。原撮合交易与改进撮合交易不同如图4所示。

图4 原有与改进撮合交易不同

δ′=δg,1+K+δg,i+δx,1+K+δx,j

(4)

式中：δ′为综合价格指数；δg,i为生产方价格指数；δx,j为消费方价格指数。

生产方(消费方)价格指数为：

(5)

(6)

2.2 改进撮合交易模式

改进撮合交易分为预制撮合过程和校验撮合过程两个阶段。

2.2.1 预制撮合交易过程阶段

由于电能不可溯源的特点，且交易双方曲线不会完全相同，需要电网对生产者发电方曲线进行调节从而可以满足消费方用电曲线，因此本文为撮合更多交易，将具有价格相对优势的参与者，即只要购买者报价大于出售者报价都可装入成交系统，然后根据成交量将具有价格绝对劣势的购买者或者交易者排除交易。阶段1时，用电量1小于或等于发电量1，则用电量1全部来源发电量1；若用电量1大于发电量1，则大于部分从发电量2选取，直到用电量1满足条件。然后匹配用电量2，直至结束。

改进撮合交易撮合顺序如图5a所示，其撮合过程如图5b所示，由图5b可知阶段1、6部分发电大于匹配用电报价，不能撮合成功；阶段7部分用电小于匹配发电报价，不能撮合成功。

图5 预制改进撮合交易模式阶段

2.2.2 校验撮合交易过程阶段

校验过程如图6所示。根据“劣势先退出”原则，用电7阶段部分用电仍然不能满足条件，仍然未能撮合成功；阶段6部分发电在1-5阶段仍有价格优势，因此将阶段6发电左移，对应的1-5阶段发电左移；阶段1由于发电成本绝对劣势，因此会有更多的发电电量未能撮合成功。其成交价格为双方报价平均值(式7)。

图6 改进撮合交易校验阶段

3 算例验证

3.1 撮合交易对比

本文算例采用文献0数据，其用户发布数据见表1，其中消费方购买电量为2 100 MWh，生产方出售电量为1 850 MWh，为“供不应求”模式。

表1 用户发布数据

(b)

采用模式a撮合交易结果如图7a所示，采用模式b撮合交易结果如图7b所示，采用改进模式撮合交易结果如图7c所示。

图7 撮合交易结果

由图7a、b、c可知，模式a和模式b撮合交易数量均为1 300 MWh，改进撮合交易成交数量为1 850 MWh,相比另外两种模式成交电量多550 MWh。

不同模式撮合交易价格指数如图8所示，综合价格指数对比见表2。

图8 价格指数

表2 综合价格指数

改进模式相对模式a综合价格指数降低3.315%，改进模式相对模式b综合价格指数降低12.931%。

3.2 供需对撮合交易影响

以下验证“供大于求”和“供不应求”对撮合交易的影响，特别是模式b产生的价格剧烈波动。

3.2.1 原未撮合成功区域用户退出

首先假设消费方报价最低的C退出，则消费方购买电量为1 650 MWh，生产方出售电量为1 850 MWh，为“供大于求”模式。

由于C在模式a、b中均未能撮合成功，且对模式a成交价格无影响，因此对价格指数和综合价格指数均无影响；模式b交易成交价格发生变化，其撮合交易如图9所示，改进撮合交易模式下，仅买方C卖方F成交量200成交价格33未能成功，其他相同。

图9 撮合交易结果

模式a和模式b撮合交易数量均为1 300 MWh，改进撮合交易成交数量为1 650 MWh，相比另外两种模式成交电量多350 MWh。

不同模式撮合交易价格指数如图10所示，综合价格指数对比见表3。

图10 价格指数

表3 综合价格指数对比

改进模式相对模式a综合价格指数降低3.208%，相对模式b综合价格指数降低6.397%；模式a价格波动为0%，模式b价格波动为20.523%，改进模式价格波动为0.104%。

3.2.2 原撮合成功区域用户退出

其次假设消费方B退出，则消费方购买电量为1 800 MWh，生产方出售电量为1 850 MWh，仍为“供大于求”模式。

采用模式a撮合交易结果如图11a所示，采用模式b撮合交易结果如图11b所示，采用改进模式撮合交易结果如图11c所示。

由图11a、b、c可知，模式a和模式b撮合交易数量均为1 000 MWh，改进撮合交易成交数量为1 800 MWh,相比另外两种模式成交电量多800 MWh。

不同模式撮合交易价格指数如图12所示，综合价格指数对比见表4。

图12 价格指数

表4 综合价格指数对比

改进模式相对模式a综合价格指数降低4.652%，相对模式b综合价格指数降低7.319%；模式a价格波动为1.513%，模式b价格波动为17.753%，改进模式价格波动为0.217%。

由表2、3、4可知，改进模式综合价格指数更低，更接近用户报价。综合表3、4，虽然某些情况改进模式价格变化百分数不是最低的，但是该情况下价格变化百分数较小。综合两次情况平均值，模式a为0.756 5%，模式b为19.138%，改进模式为0.160 5%，改进模式相对模式a降低0.596个百分点，相对模式b降低18.997 5个百分点。

4 结论

1)原有撮合模式优先撮合报价绝对优势方，会导致提前达到买方报价低于买方报价点，进而导致撮合交易中止，从而减少撮合交易数量。

2)改进撮合交易可以将具有价格相对优势方统筹考虑，可以撮合更多交易，且综合价格指数更低，虽然不能使报价优势者获得更大收益，但是撮合了更多交易。

3)改进撮合交易成交价格波动较小，更加有利于撮合交易稳定发展。