统一购电的电力市场清算新方法

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英文标题：
《A New Approach to Electricity Market Clearing With Uniform Purchase
  Price and Curtailable Block Orders》
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作者：
Iacopo Savelli, Bertrand Corn\\\'elusse, Antonio Giannitrapani, Simone
  Paoletti, Antonio Vicino
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最新提交年份：
2018
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英文摘要：
  The European market clearing problem is characterized by a set of heterogeneous orders and rules that force the implementation of heuristic and iterative solving methods. In particular, curtailable block orders and the uniform purchase price (UPP) pose serious difficulties. A block is an order that spans over multiple hours, and can be either fully accepted or fully rejected. The UPP prescribes that all consumers pay a common price, i.e., the UPP, in all the zones, while producers receive zonal prices, which can differ from one zone to another.   The market clearing problem in the presence of both the UPP and block orders is a major open issue in the European context. The UPP scheme leads to a non-linear optimization problem involving both primal and dual variables, whereas block orders introduce multi-temporal constraints and binary variables into the problem. As a consequence, the market clearing problem in the presence of both blocks and the UPP can be regarded as a non-linear integer programming problem involving both primal and dual variables with complementary and multi-temporal constraints.   The aim of this paper is to present a non-iterative and heuristic-free approach for solving the market clearing problem in the presence of both curtailable block orders and the UPP. The solution is exact, with no approximation up to the level of resolution of current market data. By resorting to an equivalent UPP formulation, the proposed approach results in a mixed-integer linear program, which is built starting from a non-linear integer bilevel programming problem. Numerical results using real market data are reported to show the effectiveness of the proposed approach. The model has been implemented in Python, and the code is freely available on a public repository.
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中文摘要：
欧洲市场清算问题的特点是一组异构的指令和规则，强制实施启发式和迭代求解方法。特别是，可削减的大宗订单和统一采购价格（UPP）带来了严重的困难。区块是一个跨越多个小时的订单，可以完全接受，也可以完全拒绝。UPP规定，所有地区的所有消费者都要支付一个共同的价格，即UPP，而生产者则要支付不同地区的区域价格。UPP和大宗订单同时存在的市场清算问题是欧洲环境下的一个重大未决问题。UPP方案导致了一个同时涉及原始变量和对偶变量的非线性优化问题，而块序则引入了多时相约束和二进制变量。因此，在同时存在区块和UPP的情况下，市场清算问题可被视为一个非线性整数规划问题，涉及具有互补和多时相约束的原始变量和对偶变量。本文的目的是提出一种非迭代且无启发式的方法来解决存在可缩减大宗订单和UPP的市场清算问题。该解决方案是精确的，没有达到当前市场数据分辨率的近似值。通过求助于一个等价的UPP公式，该方法得到了一个混合整数线性规划，该规划是从一个非线性整数双层规划问题开始建立的。使用真实市场数据的数值结果表明了该方法的有效性。该模型已经用Python实现，代码可以在公共存储库中免费获得。
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分类信息：

一级分类：Quantitative Finance        数量金融学
二级分类：Pricing of Securities        证券定价
分类描述：Valuation and hedging of financial securities, their derivatives, and structured products
金融证券及其衍生产品和结构化产品的估值和套期保值
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一级分类：Mathematics        数学
二级分类：Optimization and Control        优化与控制
分类描述：Operations research, linear programming, control theory, systems theory, optimal control, game theory
运筹学，线性规划，控制论，系统论，最优控制，博弈论
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PDF下载：
--> A_New_Approach_to_Electricity_Market_Clearing_With_Uniform_Purchase_Price_and_Cu.pdf (379.28 KB)

2022-6-1 18:04:33 上传

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关键词：电力市场 新方法 Optimization Difficulties Quantitative

采用统一购买价格和可缩减的大宗订单的电力市场清算新方法Siacopo Savellia，*, Bertrand Corn\'elusseb、Antonio Giannitrapania、Simone Paolettia、Antonio VicinoaaDipartimento di Ingegneria dell\'Informazione e Scienze Matematiche，锡耶纳大学电气工程和计算机科学系，锡耶纳53100，BelgiumAbstractThe European market clearing problem的特点是一组异构的指令和规则，强制实施启发式和迭代求解方法。特别是，可削减的大宗订单和统一的采购价格带来了严重的困难。大宗订单跨越多个小时，可以完全接受，也可以完全拒绝。统一购买价格规定，所有消费者在所有区域支付共同价格，而生产者则收取区域价格，这可能会因区域而异。统一采购价格和大宗订单的市场清算问题是欧洲背景下的一个重大公开问题。统一采购价格方案导致了一个同时涉及主变量和对偶变量的非线性优化问题，其中批量订单引入了多时相约束和二进制变量。作为一个序列，在存在块序和统一购买价格的情况下，市场清算问题可以看作是一个非线性整数规划问题，涉及具有互补和多时相约束的原变量和对偶变量。本方案的目的是预先发送一种非迭代且无启发式的方法，用于解决存在可缩减大宗订单和统一采购价格方案的市场清算问题。解决方案是精确的，没有达到当前市场数据分辨率的近似值。

该方法借助于等价的统一采购价格公式，从非线性二层规划问题出发，得到一个混合整数线性规划。使用真实市场数据的数值结果表明了所提出方法的有效性。该模型已经用Python实现，代码可以在公共存储库中免费获得。关键词：双层规划、可削减阻塞排序、欧洲市场清算、混合d-整数线性规划、电力系统经济学、统一购买价格。*相应的authorEmail地址：savelli@diism.unisi.it（Iacopo Savelli），bertrand。cornelusse@uliege.be（Bertrand Corn\'elusse），giannitrapani@diism.unisi.it（Antonio Gi annitrapani），paoletti@diism.unisi.it（Simone Paoletti），vicino@diism.unisi.it（Antonio Vicino）提交给Elsevier的预印本2018年6月7日命名。

集合和指标i市场区域指数，i∈ Z、 支付UPPπtin区i的消费者的Kπt集∈ Z、 带t∈ T支付UPP的所有消费者的Kπt，即Kπt=∪iKπti，带t∈ TKζt支付区域价格的消费者集合ζtiin zonei∈ Z、 带t∈ T支付区域价格的所有消费者的Kζt，即Kζt=∪iKζti，带t∈ Ti区所有用户的KtiSet∈ Z、 即，Kti=Kπti∪ Kζti，带t∈ T所有用户的KtSet，即Kt=∪iKti，带t∈ TPtiSet生产商在i区提交简单分步订单∈ Z、 带t∈ T提交简单分步订单的所有生产商的PtSet，即Pt=∪iPti，t∈ TB生产商提交i区可缩减利润大宗订单的情况∈ Z、 所有提交可缩减利润块订单的生产商的PB集，即PB=∪iPBi。设置24小时。tp块顺序p timespan的集合，带p∈ PB和TP TZπ区域集强制执行UPPπt.Zζ区域集，无UPP，所有消费者支付区域价格ζti。Z所有区域的集合，Z=Zπ∪ Zζ。B、 Constantsdmaxtkma消费需求的最大小时数量∈ Ktat时间t∈ TF最大流量从i区到j区，带T∈ TM（.）Mπ、MBp、MFtij和mdt是big-M参数。OmtkMerit针对消费者k的订单∈ Kπt，值越低意味着优先级越高。消费者k提交的PDTK Urly订单价格∈ KT带t∈ Tp生产商提交的订单价格∈ PTT带t∈ TPBP生产商p提交的块订单价格∈ PBRminpMinimum ac接受比，适用于具有p的可跟踪块订单∈ PBSMAXTP生产商p提供的最大小时数量∈Ptat时间t∈ TSB，最大批量订单生产商p提供的最大每小时数量∈ PBT带t∈ Tp。1.

简介电力市场正经历着不同因素的重大变化，如发电组合的调整【1】，需求响应【2】和储能系统【3】的增加，可再生能源的增长【4】，对灵活性【5，6】和供应安全【7】的要求，C、 VariablesbtjiBinary变量在二进制展开中用于转换二进制形式的正整数，其中i∈ Zπ，t∈ T和j∈ {0, . .

.}.dζtkExecuted dema和consumer k的数量∈ Kζt，带t∈ TDWTK为消费者k执行的需求量∈ Kπtifuwtk=1，带t∈ TDDTK为消费者k执行的需求量∈ Kπtifudtk=1，带t∈ TdπtkExecuted demand quantity for consumer k消费者的需求量∈ Kπt，其中dπtk=ugtkDmaxtk+dwtk+ddtk，带K∈ Kπtandt∈ TFTIJ从i区流向j区，带t∈ T带p的rpBlock订单接受率∈ PB生产商p的STP执行供应量∈ Pt，带T∈ T带i，j的uftijBinary变量∈ Zπ和t∈ T，wher euftij=1当且仅当来自ito j的传输线拥塞，即ftij=Fmaxtij。uBpBinary变量，表示带p的大宗订单接受状态∈ PB，其中uBp=1表示接受，uBp=0表示拒绝。ugtkBinary变量与k∈ Kπ和t∈ T，其中ugtk=1<==> Pdtk>π，否则为零。带k的uetkBinary变量∈ Kπ和t∈ T，其中ifuetk=1，则Pdtk=π。带k的uwtkBinary变量∈ Kπ和t∈ T，如果uwtk=1，则需求订单为T-the-money，并根据社会福利方法部分清除。带k的udtkBinary变量∈ Kπ和t∈ T，如果UDTk=1，则需求订单为T-the-money，并根据经济调度方法部分清除。δmaxtijDual变量o f约束ftij≤ Fmaxtij。ζi区天然气价格∈ Z带t∈ TηtijDual变量o f约束ftij+ftji=0。κ统一采购价格定义中的地形公差，目前为κt∈ [-1.5].ДζtkDual变量o f约束dζtk≤ Dmaxtk。^1wtkDual变量o f constraint dwtk≤ Dmaxtkuwtk。^1w，lotkDual变量o f constraint dwtk≥ 约束stp的0.ДSTPDail变量o≤ Smaxtp。^1B，约束rp的最大变量o≤ uBp。^1B，约束rp的最小双变量o≥ uBpRminp。πt时突尼斯的购买价格∈ TD

辅助变量GπTK辅助变量，替代产品ugtkπ。ygζTK辅助变量，替代产品ugtkζti。yeπtkAuxiliary变量，它替换pro-product uetkπt.ywИtkAuxiliary变量，它替换pro-product uwtkДwtk。yBх，maxpAuxiliary变量，它替换pro-ductuBpхB，maxp。yBх，minpAuxiliary变量，它替换pro-ductuBpхB，minp。ybζtijAuxiliary变量，它替换产品btjiζti。c2018年。本手稿版本在CC-BY-NC-ND 4.0 li下提供censehttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/and电网中的关联调整[8]。这些变化也影响了欧洲市场。特别是，今天的欧洲电力市场是过去三十年中发生的合并过程的结果，涉及所有主要欧洲国家[9]，这将导致显著的社会福利改善[10]。然而，完整的整合涉及到设计方面的几个困难【11】，以及不同市场之间的互动【12】。特别是，缺乏原始的公共设计，导致了欧洲的日前电力市场，其特点是异构订单（例如，逐步订单、分段线性订单、简单和链接的块订单[13]）和规则（例如，最低收入条件[14]，统一购买价格[15]），无法轻松协调。因此，欧洲市场清算算法（European market clearingalgorithm）[13]处理了各种各样的问题，例如，由于清算规则和所涉及的订单的复杂性、它们的异构性以及当前提交给市场的订单数量的增加，这迫使实施启发式和迭代解决方法。最具挑战性的问题之一是同时存在大宗订单和统一采购定价方案。

大宗订单在中欧和北欧国家预先发送【16，17】，而统一采购价格（UPP）则以Prezzo Unico Nazionale（PUN）的名义进入意大利市场【15】。1.1. UPP计划UPP计划要求所有消费者在所有区域支付一个唯一的价格，称为UPP，而生产者则获得区域价格，该价格可以从一个z到另一个z。UPPπtat时间t定义为分区价格ζti的平均值，由消费者的清除量dπtk加权。形式：πt=π∈ZπPk∈KπtiζtidπtkPk∈Kπtdπtk，（1）其中Zπ是实施UPP的区域集，Kπti是在区域i t时间t内支付UPP的消费者集∈ T和KπT=∪iKπti。鉴于UPP定义（1），有可能指定以下UPP清算规则：o提交价格PdtkStrictly大于πt的需求订单，即货币（ITM）需求方，必须完全执行，即dπtk=Dmaxtk；o提交价格Pdtkexactly等于πt的需求订单，也就是说，在货币（ATM）需求订单上，可能部分清算，即0≤ dπtk≤ Dmaxtk；o提交价格Pdtk明显低于πt的需求订单，即缺货（OTM）需求订单，必须完全拒绝，即dπtk=0。此外，受UPP方案约束的需求订单通过一个称为优序的参数进行排序，该参数确定了UPP订单之间严格的总订单b。市场运营商在首日拍卖前指定meritorder。较低的优序OMTKIM执行的优先级较高。特别是，该排名与提交价格不同的订单的价格排名一致，即ifPdth>Pdtkthen Omth<Omtk，k，h∈ Kπt。

对于价格相同的订单，应根据图1分配绩效订单：图1显示了可缩减的利润区块订单（灰色+蓝色区域），部分执行（蓝色区域），接受率为0.50。一组非鉴别器y规则，例如提交的时间戳。传统上，属于水力发电厂的抽油机被排除在UPP规则之外。这些发电厂通常在夜间购买电力来补充储层，而在剩余的几个小时内发电。为了协调买卖价格，这些单位的需求方支付区域价格，而不是UPP。因此，在UPP区域Zπ的集合中，支付区域价格的消费者的集合Kζtof通常是非空的，因为它由抽油机填充。相比之下，在不实施UPP的区域Zζ中，支付P的集合Kπtof消费者始终为空。目前，意大利市场上UPP定价方案的实施允许误差容限κt∈ [-1.5].因此，意大利语双关语实际上被定义为：πtXk∈Kπtdπtk=Xi∈ZπXk∈Kπtiζtidπtk+κt.（2）1.2。批量订单生产商提交的批量订单p是一个跨越多个小时的订单，可以完全接受，也可以完全拒绝。此外，提交的区块订单价格PBP在整个时间跨度内必须相同。单一大宗订单最常见的形式是文件大宗订单，它允许每小时提交不同的数量。此外，北欧国家还引入了一种称为最小接收比（MAR）的附加功能，允许部分执行大宗订单【17】。在这种情况下，所涉及的每小时数量可以部分地进行调整，并且整个时间跨度内的文件块顺序是统一的，如图1所示。

每小时执行的数量分数称为可接受率rp。可接受率与t无关，并满足约束条件Rminp≤ 卢比≤ 1，其中Rminpis是大宗订单p的MAR。因此，MARare的大宗订单称为可缩减订单。大宗订单可以根据其货币化程度进行分类，也就是说，如果提交的价格PBPI小于按小时供应量SB、maxtp加权的区域价格ζ的平均值，或者如果大宗订单有严格的正盈余，即Pt，则可以按货币（ITM）对大宗订单进行分类∈TpSB，maxtp（ζti- PBp）>0；o如果提交的价格PBPI等于区域价格ζt的平均值，则按货币（M）计算，该平均值由每小时的供应量SB、maxtp或等效值加权，如果2018年。本手稿版本在CC-BY-NC-ND 4.0 li下提供censehttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/block订单盈余为零，即Pt∈TpSB，maxtp（ζti-PBp）=0；o如果提交的价格PbPis大于按小时供应量SB、maxtp加权的区域价格ζTi的平均值，或等效值，如果大宗订单有严格的负盈余，即Pt∈TpSB，maxtp（ζti- PBp）<0；其中Tp T是块顺序p的时间跨度。我们重新定义了接受率Rp不依赖于时间。因此，在定义块订单盈余onlySB时，考虑的是maxtp，而不是rpSB，maxtp。应完全执行ITM块指令。ATM阻塞订单可以部分清除。必须始终拒绝OTM大宗订单。请注意，常规大宗订单的不可分割性可能会阻止最优市场均衡的存在，即清算问题可能导致不可行[19，20]。因此，当前的市场规则允许拒绝ITM大宗订单【13】。