基于能源网络约束和多次背包问题的分布式能源交易撮合方法技术

本发明专利技术属于分布式能源交易领域，涉及一种基于能源网络约束和多次背包问题的分布式能源交易撮合方法，包括以下步骤：1)通过设计一种能源调度的增广优化模型，约束用户的交易量为申报量和能源网络限制量的较小值，为分布式交易添加安全校核环节；2)基于传统单次背包模型，以市场成交价值最大为目标，设计一种更符合点对点交易的多次背包模型，对多个买方和卖方进行交易撮合。本发明专利技术为能源分布式交易与实际物理调度衔接提供思路，为点对点的分布式交易市场提出普惠高效的撮合模型，对分布式能源交易与实际情况衔接具有较强参考意义。

【技术实现步骤摘要】
基于能源网络约束和多次背包问题的分布式能源交易撮合方法
本专利技术属于分布式能源交易领域，涉及一种基于能源网络约束和多次背包问题的分布式能源交易撮合方法。
技术介绍
随着分布式能源交易的逐渐推广，能源的交易环节越来越多地部署在用户之间，建立以金融为主的能源交易市场，能源网络能够根据金融市场的交易结果为用户进行实际的物理输送，大大提高了能源的流动性，促能源领域的改革发展。但是交易与调度的匹配问题仍面临很多困难，用户之间点对点交易并不关心实际物理约束，而能源网络调度则是需要满足各个能源网络物理实现的过程，即在优化调度中严格考虑实际物理约束以及能量流约束。因此实际交易合同不一定与安全调度完全匹配，能源交易系统在设计过程中需要与调度互动，计及调度下达的约束条件。同时分布式交易中的撮合是一个点对点的问题，如何撮合匹配并同时满足多方用户的报价需求一直未能很好解决，且传统的交易依据交易中心执行，不能保证流程清晰和安全保障，推广分布式交易就必须解决上述问题，否则普通用户与能源生产者等多元交易主体进入分布式交易市场的意愿会大大减弱，不能真正实现的分布式交易。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种基于能源网络约束和多次背包问题的分布式能源交易撮合方法，其依据区块链技术实现算法，解决现有分布式交易中存在的问题，为分布式能源交易与调度匹配和点对点交易撮合提供新的解决方法。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种基于能源网络约束和多次背包问题的分布式能源交易撮合方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：1)通过设计一种能源调度的增广优化模型，约束用户的交易量为申报量和能源网络限制量的较小值，为分布式交易添加安全校核环节；2)基于传统单次背包模型，以市场成交价值最大为目标，设计一种更符合点对点交易的多次背包模型，对多个买方和卖方进行交易撮合。进一步地，上述步骤1)中的增广优化模型为：其中：x为系统的决策变量，y为系统的负荷和能源生产量，ysp为合约确定的交易能源量，y＝ysp表明系统的调度边界条件为合约确定的交易量，gi和hj为网络系统安全运行的等式和不等式约束条件；增广优化模型将y作为系统优化变量，考虑在已有交易量进行修正，并且保证修正量尽可能小，从而对交易的影响更小；能源网络校核后，交易的修正量只能降低或者取消交易量，而无法强制用户增加交易量，因此得到0<y<ysp的约束。优选地，上述步骤2)中多次背包模型的目标函数为：其中：λd,j为第j个用户的报价，λg,i为第i个生产者的报价，Pd,j为第j个用户的撮合交易量，Pg,i为第i个生产者的撮合交易量，Ng和Nd分别为生产者和用户的个数，和分别为第j个用户和第i个生产者的最大可能交易量。优选地，上述多次背包模型的求解算法描述为：将点对点的能源交易转换为多次背包问题，Nd>Ng情况时，有Nd种商品装入先后摆放的Ng个容量为的箱子里，每种商品j的重量为Pj，单位重量的价值为λj，将商品的价值从大到小排序，优先装价值大的商品，直到重量达到要求后换下一个箱子重复执行；Nd≤Ng情况时，有Ng种商品装入先后摆放的Nd个容量为的箱子里，每种商品i的重量为Pi，单位重量的价值为λi，将商品的价值从小到大排序，优先装价值小的商品，直到重量达到要求后换箱重复执行，直到不符合条件为止。优选地，上述多次背包解决的是点对点的交易问题，利用其与去中心化的区块链技术相似的特征，将多次背包模型的算法使用Solidity语言写在以太坊智能合约中求解。本专利技术的优点：(1)本专利技术提出了基于能源网络约束和多次背包问题的分布式能源交易撮合方法，该方法能够有效地解决现今能源交易市场与实际调度不匹配、交易模式不完善等问题，同时为分布式交易算法在区块链技术中实现提供解决措施；(2)本专利技术能够在传统能源交易直接匹配的基础上增加安全校核环节，充分考虑能源网络的调度局限性，保证金融市场的交易结果满足实际物理传输的实现，解决交易与调度的匹配问题；(3)本专利技术能够在传统背包问题的基础上，针对点对点的多方交易，提出多次背包模型，符合市场需求和用户报价需求，同时依据去中心化的区块链技术实现，保证交易流程清晰透明，安全可靠，可应用在能源分布式交易场合中，工程实际人员可以据此展开相关研究工作。附图说明图1为能源网络安全校核流程图；图2为交易撮合过程图；图3为算例中不含能源网校核的撮合结果；图4为含能源网校核的撮合结果；图5为最终7次成功交易的结果。具体实施方式为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。本专利技术提供一种基于能源网络约束和多次背包问题的分布式能源交易撮合方法，首先考虑金融市场的交易与实际能源网络调度的匹配问题，对分布式交易的结果产生安全约束；接下来设计一种针对点对点分布式交易的多次背包模型，能够满足发布交易的用户或生产者的共同报价需求，在满足能源网络安全校核的前提下，实现高效率的撮合匹配；最后基于区块链以太坊智能合约测试验证。(一)基于能源网络约束和多次背包问题的分布式能源交易撮合方法通过以下步骤实现：(1)能源调度的增广优化模型单纯的分布式交易是无法考虑实际能源网调度的运行情况的，因为所有用户无法完全获知精确的能源网模型和物理运行机理。但是能源交易往往会受到实际能源网络的安全运行约束，因此，交易与调度的匹配问题是必须考虑的。传统能源的优化调度模型可以表示为式(1)，其中x为系统的决策变量，y为系统的负荷和能源生产量，ysp为合约确定的交易能源量，y＝ysp表明系统的调度边界条件为合约确定的交易量，gi和hj为网络系统安全运行的等式和不等式约束条件。然而，该优化调度模型可以无可行解，这说明在给定能源交易量下进行调度，安全运行约束一定会被违背。因此，调度需要对能源交易量进行校核，形成如式(2)的增广优化模型，用户之间互相交易，同时交易平台与能源网交互，校核物理流传输的安全性，最终交易的结果分布在区块链上，整个流程如图1所示。其中，增广优化模型将y作为系统优化变量，考虑在已有交易量进行修正，并且保证修正量尽可能小，从而对交易的影响更小。需要说明的是，能源网络校核后，交易的修正量只能降低或者取消交易量，而无法强制用户增加交易量，因此得到0<y<ysp的约束。(2)考虑安全校核的多次背包模型设计流程1)建立初始交易撮合模型<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于能源网络约束和多次背包问题的分布式能源交易撮合方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)建立关于能源调度的增广优化模型，约束用户的交易量为申报量和能源网络限制量的较小值，为分布式交易添加安全校核环节；/n2)基于传统单次背包模型，以市场成交价值最大为目标，建立符合点对点交易的多次背包模型，对多个买方和卖方进行交易撮合。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于能源网络约束和多次背包问题的分布式能源交易撮合方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立关于能源调度的增广优化模型，约束用户的交易量为申报量和能源网络限制量的较小值，为分布式交易添加安全校核环节；
2)基于传统单次背包模型，以市场成交价值最大为目标，建立符合点对点交易的多次背包模型，对多个买方和卖方进行交易撮合。


2.根据权利要求1所述的一种基于能源网络约束和多次背包问题的分布式能源交易撮合方法，其特征在于：
步骤1)中的增广优化模型为：



其中：x为系统的决策变量，y为系统的负荷和能源生产量，ysp为合约确定的交易能源量，y＝ysp表明系统的调度边界条件为合约确定的交易量，gi和hj为网络系统安全运行的等式和不等式约束条件；增广优化模型将y作为系统优化变量，考虑在已有交易量进行修正，并且保证修正量尽可能小，从而对交易的影响更小；能源网络校核后，交易的修正量只能降低或者取消交易量，而无法强制用户增加交易量，因此得到0<y<ysp的约束。


3.根据权利要求2所述的一种基于能源网络约束和多次背包问题的分布式能源交易撮合方法，其特征在于：
步骤2)中多次背包模型的目标函数为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁涛，董江彬，穆程刚，曲明，宁可儿，董晓博，齐捷，张效梦，贺元康，陈天恩，王永庆，刘健，
申请(专利权)人：西安交通大学，国家电网公司西北分部，国网陕西省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61