集中管理的分布式电力市场竞标仿真系统 —— 系统结构升级与发电商行为仿真分析

1. 集中管理的分布式电力市场竞标仿真系统——系统结构升级与发电商行为仿真分析集中管理的分布式电力市场竞标仿真系统——系统结构升级与发电商行为仿真分析 答辩人：仇进 指导老师：高峰 教授

2. 基金支持 • 国家自然科学基金重点项目 (批准号：60736027) • 国家自然科学基金项目 (批准号：60704033) • 国家863计划 (批准号：2007AA04Z154 )

3. 内容提要 研究背景和意义 仿真系统Agent建模 仿真系统设计实现 考虑传输约束的电力市场竞标模式 仿真案例分析 总结 回答评审老师提出的问题

4. 内容提要 研究背景和意义 仿真系统Agent建模 仿真系统设计实现 考虑传输约束的电力市场竞标模式 仿真案例分析 总结 回答评审老师提出的问题

5. 研究背景和意义 传统电力工业 发电 输电 调电 配电 供电 • 电力市场改革 电网 垂直一体化运营，缺乏竞争，效益低下 输电 发电 购电 调电 配电 引入竞争机制，优化资源配置

6. 研究背景和意义 研究电力市场的方法 数学建模： 以发电商成本最小为目标，市场的影响因素非常多，问题很复杂，对市场精确建模很困难 市场仿真： 对市场结构进行适当简化，形成可供市场各方应用的市场仿真结构

7. 研究背景和意义 对电力市场的仿真研究具有以下重要意义 模拟电力市场行为：有助于了解市场运作行为方式及运行规律 分析竞标规则：对电力市场中交易各方的经济利益进行分析，检验市场运营决策的实施效果，找出问题所在、提出修订市场规则的正确意见 验证市场模式设计：提高市场运作决策的预见性、超前性和科学性，及时发现市场中存在的问题并加以解决 优化竞标策略：通过对电力市场中交易结果的分析，采用恰当的竞标从策略，尽可能提高交易利润

8. 内容提要 研究背景和意义 仿真系统Agent建模 仿真系统设计实现 考虑传输约束的电力市场竞标模式 仿真案例分析 总结 回答评审老师提出的问题

9. Multi-Agent建模步骤 个体Agent的划分 静态结构的建模 动态行为的确定 系统的组成 仿真系统Agent建模 首先确定系统总的目标和功能，并列出完成总目标的各个子目标并分析子目标间的关系，得到目标间的层次关系图。由此确定个体Agent在系统中的作用和功能，由此可对Agent进行角色划分。一般来说，针对不同的应用，设计不同的Agent功能和结构。Agent是系统的基本单位，划分不同的角色体现了系统建模过程中目标驱动的思想。以各级子目标为基础，根据建模的需要选定角色粒度。 Agent静态结构建模主要用于描述组织中由Agent角色关系反映出来的组织结构。这种结构具有静止和稳定的特点。比较典型的有控制关系的等级结构、平等关系的扁平结构等。组织结构的核心是Agent间的关系，这种关系影响了Agent在彼此的交互过程中可能采用的行为模式。 动态行为一方面侧重于Agent的交互行为，另一方面着重于刻画每个Agent内部思维状态。这两方面在本质上是统一的。Agent外部交互行为可分为Agent协商、协作、冲突消解等，而内部状态常采用BDI的描述方法。 在原理上，分散的自主的Agent首先被定义，然后研究怎样完成一个或者几个实体的任务求解。整个Multi-Agent系统建模的过程可以看作是采用自底向上的设计方法。

10. 原有仿真系统的结构和缺陷 仿真系统Agent建模 原有系统仿真时操作示意 原有系统软件结构

11. 对改进后系统的功能需求 仿真系统Agent建模 不同的仿真实验中，参与Agent的数量、位置、策略都有可能是不同的，作为Agent载体的主机也时有不同的情况发生。具备调整系统网络结构的功能，可以更加充分的利用网络中闲置的主机，避免因为某几个主机无法运行而导致系统无法运行仿真案例的情况发生。 原有系统在Agent建立后即无法对仿真过程进行任何干预。改进系统需要在管理者与Agent之间建立一条交互的通道，使Agent的状态可以反映到系统界面，而管理者的指令也可以通过系统界面影响到各Agent。 作为首要实现的功能，改进的系统需要不依赖于具体仿真Agent的网络位置而获得对它们的建立以及初始化能力，并对现存的Agent状态具有监视能力。 具有集中管理的功能 系统的网络结构是可变化的 拥有容错能力 系统管理者拥有与Agent系统的基本交互能力 作为一个改进的系统，不再像初始版本中每运行一次仿真案例就需要重新运行系统程序。由此带来的问题是，当某次仿真中出现数据错误并引起当前仿真崩溃后，需要将这种错误局限于当次仿真中，而不是带入整个系统引起系统的崩溃。

12. 仿真系统Agent建模 Agent角色模型 Server Agent Remote Agent GenCo Agent ISO Agent

13. 仿真系统Agent建模 Agent子系统功能结构 ISO子系统 Remote子系统 Server子系统 GenCo子系统

14. 仿真系统Agent建模 Agent会话模型

15. 仿真系统设计实现 Server Agent与Remote Agent状态转移

16. 仿真系统设计实现 ISO Agent与GenCo Agent状态转移

17. 仿真系统Agent建模 Agent网络拓扑模型

18. 仿真系统Agent建模 改进后系统在仿真时的结构示意

19. 内容提要 研究背景和意义 仿真系统Agent建模 仿真系统设计实现 考虑传输约束的电力市场竞标模式 仿真案例分析 总结 回答评审老师提出的问题

20. 仿真系统设计实现 系统用例建模 查看可以被系统使用的主机，以及这些主机上存在的Agent的状况 包括建立ISO和GenCo两种Agent，分为参数的传递和Agent的建立两个步骤 通过界面设置仿真的初始参数，并将这些参数封装在数据包中以便创建仿真Agent 通过系统界面与Server Agent之间的交互以及Server Agent与仿真Agent之间ACL消息的交互查看/管理仿真状态 通过查询数据库得到仿真的各项数据

21. 仿真系统设计实现 系统结构模型 数据信息层：主要完成系统运行信息的设置和结果的保存，主要为数据库方式 控制逻辑层：负责系统的结构，及下一层Agent的生成位置，生存周期等的控制。包含对整个系统进行管理控制的ServerAgent子系统和对局域网各个主机上容器进行控制的RemoteAgent子系统。 用户界面层：负责系统的人机交互，如设置信息、仿真形式、过程控制等。包含系统的使用者面对的管理界面以及同局域网内不同主机的使用者控制将本机联入或脱离分布式系统的选择界面。只有控制逻辑层的单元才拥有界面。 仿真逻辑层：负责实现对电力市场的模拟。包含系统模拟电力市场所需的ISOAgent和GenCoAgent两大部分。

22. 仿真系统设计实现 系统的类结构设计 Agent类 Strategy类 Parameter类 + + || 系统逻辑层的类结构 Agent 软件实体

23. 仿真系统设计实现 系统的类结构设计 数据信息层类结构

24. 系统界面层类结构

25. 仿真系统设计实现 GUI－Agent交互 JAVA中界面类的响应机制是基于在actionPerformed()方法中添加handling event来实现的，而JADE平台的通信机制是基于ACL Message，从Agent向界面类传递信息可以由Agent直接调用界面类中的函数，但界面类却不能生成ACL Message，因此两者之间不能互通。需要通过在界面类中实现postGuiEvent()方法，并在与之事先建立关联的GuiAgent类中实现onGuiEvent()方法，才能使用户的操作反馈到MAS系统中。这种交互方式从界面向Agent传递信息时采用GuiEvent对象，一个GuiEvent在建立时需要定义其所在的实例和类型，某些时候还需要向其中添加参数。

26. 仿真系统设计实现 系统界面

27. 内容提要 研究背景和意义 仿真系统Agent建模 仿真系统设计实现 考虑传输约束的电力市场竞标模式 仿真案例分析 总结 回答评审老师提出的问题

28. 考虑传输约束的竞标模式 已知节点i的负荷为Di。机组总数为N，其中机组g对应节点Ng，报价pg，容量Cg。具有容量限制支路的集合为GL，其中支路（i，j）∈GL的最大传输有功功率PMij。设决策变量机组g实际出力为ug，可得线性规划模型 如下： 极小化总购电费用 能量平衡约束 机组容量约束 支路容量约束

29. 考虑传输约束的竞标模式 忽略无功潮流及网损后支路容量约束 • 节点边际电价的计算 对于安全约束经济调度有：边际机组个数等于阻塞设备个数加一。设阻塞支路集合为GC，边际机组集合为GM。设节点i增加单位负荷，边际机组g应增加出力为ygi。所有边际机组增加的出力应该不影响阻塞支路的潮流，而总出力为1，故有 ：

30. 考虑传输约束的竞标模式 无阻塞情况下节点边际电价计算 当不考虑支路容量约束时，简化的模型求解可以通过直接对发电商提供的出力-报价对进行排序，当出力累加值等于系统总负荷时最后加上的一个出力-报价对的报价就是系统各节点的边际电价，报价小于此价格的容量全部成交。

31. 考虑传输约束的竞标模式 ISO端节点边际电价混合算法流程

32. 考虑传输约束的竞标模式 考虑安全约束的ISO子系统类结构设计 Agent类，确定Agent实例的子类型，通过实例化时传入的参数确定初始化信息、结束时处理办法和调用的策略类 策略类，确定仿真时竞标流程，管理ACL消息的发与收，调用算法类 数据库支持类，其他类通过调用它的公共方法实现对数据库的存取 数据结构类，负责约定前3种类之间的数据传输格式和存取方法 算法类，负责具体的算法实现

33. 考虑传输约束的竞标模式 数据库表结构 发电机组位置： 支路容量约束： 节点负荷： 功率关联矩阵：

34. 考虑传输约束的竞标模式 算法耗时比较 速度最高提高10%以上，阻塞率15%时提高8%，阻塞率30%时提高5%，阻塞率60%时速度相当。

35. 内容提要 研究背景和意义 仿真系统Agent建模 仿真系统设计实现 考虑传输约束的电力市场竞标模式 仿真案例分析 总结 回答评审老师提出的问题

36. 仿真案例分析 市场结构

37. 仿真案例分析 系统总装机容量 去除机组3后剩余机组容量 去除机组1后剩余机组容量 日负荷曲线

38. 仿真案例分析 从HHI指数角度分析 HHI(Herfindahl-Hirschman Index)指数一般用于计算市场的垄断程度，其计算公式为： 式中： n——市场中发电商个数， Xi——以百分比为单位的第i个发电商的市场占有率。 仿真案例中HHI指数为3240。 根据美国司法部的原则，HHI小于1000表示市场处于自由竞争状态，HHI在1000至1800之间为中度垄断，HHI大于1800为高度垄断。

39. 仿真案例分析 从供给剩余系数和申报充足率的角度分析 申报充足率反映了市场供给的富余程度，从一个侧面反映了市场的竞争力度。供给剩余系数反映了市场成员在市场中的地位，如果某个发电厂的供给剩余系数小于100%，则表明该厂处于关键地位，在需求价格无弹性的情况下该发电厂无论申报多高的价格都会被调用。 申报充足率的计算公式如下： 式中： n——市场中的发电商个数， m——市场中的负荷个数， Ci——发电商i申报的供给容量， Li——负荷i的需求量。 供给剩余系数的计算公式如下： 式中： RSIi——第i个发电商的供给剩余系数， Si——第i个发电商申报量占总需求的百分比。 仿真案例中市场的申报充足率在152.6%至291.5%之间。容量最大的机组在负荷峰值和谷值时的供给剩余系数分别为84.8%和162%。容量次之的机组在负荷峰值和谷值时的供给剩余系数分别为102.6%和196%。

40. 仿真案例分析 无传输约束时案例分析 在8500到10000之间时，市场清算价格依然有下降趋势，但其最小值不再变化，而只是震荡区间不断减小 在0到6000次迭代之间，市场清算价格较高且相对稳定 在6000到8500之间时，市场清算价格出现快速下降 无约束市场清算电价

41. 仿真案例分析 机组3发电量提高，利润稳定中有稍许上升 机组1行使其市场力申报高价，相应发电量与利润降低 因为边际成本高于机组1，在竞争中发电量下滑，利润继续降低 机组1报价降低，发电量回升 当报价接近机组3报价时，利润趋于稳定 机组3发电量停止上升，利润降低 (a)机组1利润(b)机组3利润(c)机组1出力(d)机组3出力

42. 仿真案例分析 电价较高 的现象 大幅度减少 电价极高 的现象 基本消失 负荷峰值时段的市场清算电价

43. 仿真案例分析 机组5实际出力

44. 仿真案例分析 有传输约束时案例分析 传输约束：<170MW

45. 仿真案例分析 (a)E节点边际电价 (b)C节点边际电价 (c)机组1利润 (c)机组3利润 (e)机组1实际出力 (f)机组3实际出力

46. 仿真案例分析 (a)节点D上机组2实际出力(b)节点A上机组5实际出力 节点A上的机组由于对DE支路的影响较小，其出力随着仿真迭代次数增加的变化情况与无网络安全约束时相仿。节点D上的机组对于DE支路的潮流影响较大，尤其当机组1与机组3的报价相当时，其报价决定了机组1申报的负荷是否会引起DE支路的阻塞。

47. 内容提要 研究背景和意义 仿真系统Agent建模 仿真系统设计实现 考虑传输约束的电力市场竞标模式 仿真案例分析 总结 回答评审老师提出的问题

48. 总结 构建了一个基于MAS的有集中管理功能的分布式电力市场竞标仿真系统。 实现了考虑传输约束的电力市场竞标模式。 构建了一个以PJM5节点5机组系统组成的具有垄断性的市场环境，对日前市场发电商博弈行为进行了仿真分析，得出了当负荷需求较低时，由于相邻时段竞标策略的相互影响，发电商博弈行为受到限制，市场电价最终会趋于边际成本的结论。

49. 内容提要 研究背景和意义 仿真系统Agent建模 仿真系统设计实现 考虑传输约束的电力市场竞标模式 仿真案例分析 总结 回答评审老师提出的问题

50. 回答卫老师问题 本文研究和开发了一个“集中管理的分布式”仿真系统。请问“集中管理”体现在哪些方面？而“分布式”又体现在哪些方面？ 关于分布式： 本系统的操作人员可以将仿真案例中任意几个机组的模拟任务交给网络上任意一台安装了Remote端并将其联入系统的物理主机来运行，同时可以指派这些机组从不同的数据库读取信息。因此从案例运行时的系统结构看，这是一个分布式的系统。 关于集中管理： 系统中所有的操作，包括运行案例，查看结果，调整系统仿真时的网络结构，查询系统中联入的可用主机等，均由Server子系统所在主机的操作人员完成，其他装有Remote端的主机上的操作人员仅能控制自己的主机是否加入仿真系统。