一种基于 WebGIS 技术的电力市场仿真建模方法 技术领域 本发明属于电力系统自动化和计算机数字仿真交叉领域， 具体涉及一种基于 WebGIS( 万维网地理信息系统 ) 技术的电力市场仿真建模方法。
背景技术 地理信息系统 (Geography Information System， GIS) 是一种融合计算机图形学 和数据库技术于一体， 储存和处理空间信息的高新技术， 它把地理空间位置和相关属性有 机地结合在一起， 根据实际需要准确真实、 图文并茂地输出给用户， 满足各种用户对空间信 息的要求， 同时借助其独有的空间分析和可视化表达方式， 提供各种辅助决策功能。基于 GIS 应用系统设计， 目前主要采用构件式地理信息系统和 Internet 地理信息系统 WebGIS 设 计。WebGIS 是 Internet 和 WWW 技术应用于 GIS 开发的产物， 是实现 GIS 互操作的一条最佳 解决途径。从 lnternet 的任意节点， 用户都可以浏览 WebGIS 站点中的空间数据、 制作专题 图、 进行各种空间信息检索和空间分析。
电力市场仿真建模方法作为电力市场仿真系统的一部分， 其主要功能为根据特定 的电力市场方案及电力市场运营规则， 利用系统的建模工具， 结合电力市场成员的组织结 构模型， 快速构筑一个仿真实验环境， 一个仿真实验环境与一个被仿真的实际电力市场相 对应。
为了达到以上目的， 有必要建立一个基于 WebGIS 技术电力市场建模方法。
发明内容 本发明的目的是提供一种基于 WebGIS 技术电力市场仿真建模方法， 其可通过 WebGIS 技术创建和配置所需仿真的市场， 包括市场场景、 电力系统物理模型、 电力市场经济 模型和市场交易规则等。
本发明提出的一种基于 WebGIS 技术的电力市场仿真建模方法， 其可通过 WebGIS 技术创建和配置所需仿真的市场， 即建立电力市场仿真场景， 包括 ： 电力系统物理模型、 电 力市场经济模型和市场交易规则， 具体包括如下步骤 ：
(1) 在 GIS 图形上确定市场位置 ；
在 GIS 地图的相应位置用鼠标右键点击可以添加该位置对应的电力市场场景和 地理位置， 添加后 GIS 地图上增加相应的代表该电力市场的节点图标， 市场场景添加后， 通 过鼠标左键点击代表该市场的节点可以对市场场景的基本信息如名称等信息进行编辑和 修改 ；
(2) 根据系统结构在 GIS 图形上划定安全区 ；
在上一步确定了市场场景名称和地理位置的基础上， 进一步确定电力市场场景的 电力系统物理模型， 首先确定电力系统供电安全区域划分， 根据实际情况在 GIS 图形上添 加安全区划分图层 ；
(3) 确定安全区联络线 ；
确定电力系统供电安全区域后确定安全区联络线， 也即联系各供电安全区的实际 输电线路的虚拟线路模型， 包括联络线名称和输电容量限制信息， 通过步骤 (2) 和 (3) 两步 完成电力市场仿真场景中的电力系统物理模型建立 ；
(4) 采用 GIS 界面交互方式加入市场成员输入参数 ；
在建立电力市场仿真场景及其中的电力系统物理模型建立后， 进一步建立电力市 场经济模型 ： 通过鼠标左键点击选择电力市场场景， 进入包含电力系统物理模型的市场场 景后， 通过在 GIS 图形上点击鼠标右键添加电力市场交易成员， 同时添加市场成员相关信 息， 包括名称， 成员装机容量等信息 ；
(5) 选择市场规则 ；
建立电力市场仿真场景中电力市场经济模型中的市场规则， 市场规则就是电力交 易中的市场信息发布、 报价及根据报价进行交易出清的计算方法。所述市场规则通过预先 设置几种电力市场仿真试验目标要求市场模式对应的规则。 在建立电力市场仿真场景的最 后阶段从预先设置的规则中进行选择。 选择后， 市场场景中的电力市场交易规则将包含 ： 信 息发布内容、 市场成员报价方法、 交易周期和相应的交易结果出清算法。
本发明还提供了一种使用上述方法的电力市场仿真建模系统， 包括以下模块 ： GIS 支持平台、 Web 服务平台、 地理信息数据库、 专业数据库和提供出清规则等应用算法服务的 SOA 服务平台 ；
所述 GIS 支持平台提供系统需要的 WebGIS 服务， 根据系统建立的电力市场仿真图 层显示电力市场仿真场景对应的地理信息和环境 ；
所述 Web 服务平台是电力市场仿真系统工作的通用软件支持平台， 电力市场仿真 系统作为一个独立的 Web 服务应用部署于该平台之上 ；
所述地理信息数据库用于存储通用的地理信息和对应电力市场仿真系统的专用 图层信息， 包括前述的电力市场安全区划分图层数据 ；
所述专业数据库用于存储电力市场仿真场景中物理模型中的专业信息， 包括联络 线输电容量限值等信息 ；
所述 SOA 服务平台是系统算法服务平台， 电力市场仿真建模系统中的所有涉及到 的算法全部采用 SOA 的方式部署于该 SOA 服务平台。
本发明技术方案的优点是 ：
1、 通过 GIS 系统， 直接的在 GIS 图上创建电力市场仿真模型， 方便快捷， 实现图库 一体化 ；
2、 通过 GIS 图形， 可以直观的展现电力系统物理模型及其网络关系， 以及市场成 员报价信息、 交易信息等， 达到更好的可视化效果。 附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。 图 1 是依据本发明的方法创建或删除仿真场景的 WebGIS 背景图层的示意图 ； 图 2 是依据本发明的方法创建、 修改、 删除电力市场仿真目标市场场景示意图 ； 图 3 是依据本发明的方法创建的电力市场物理模型即安全区及联络线示意图 ； 图 4 是依据本发明的方法编辑电力市场经济模型中市场成员过程的界面图 ；图 5 是通过在 GIS 地图上点击鼠标右键添加电力市场交易成员， 同时添加市场成 员相关信息的示意图 ；
图 6 本发明的建模方法的操作过程的流程图 ；
图 7 是本发明的建模系统的结构示意图 ；
图 8 是依据本发明方法建立电力市场仿真模型后仿真交易结果的展示界面 ；
图 9 是依据本发明的方法建立电力市场仿真模型后试验结果分析中智能代理算 法的平均申报电价比较 ；
图 10 是依据本发明的方法建立电力市场仿真模型后试验结果分析中不同智能代 理算法的平均申报电价比较示意图 ；
图 11 是依据本发明的方法建立电力市场仿真模型后试验结果分析中不同智能代 理算法的边际电价比较示意图 ；
图 12 是依据本发明的方法建立电力市场仿真模型后试验结果分析中不同智能代 理算法的平均中标电价比较示意图 ； 具体实施方式 一种基于 WebGIS 技术的电力市场仿真建模方法， 其可通过 WebGIS 技术创建和配 置所需仿真的市场， 即建立电力市场仿真场景， 包括 ： 电力系统物理模型、 电力市场经济模 型和市场交易规则即市场出清算法， 具体包括如下步骤 ：
(1) 在 GIS 图形上确定市场位置 ；
在 GIS 地图的相应位置用鼠标右键点击可以添加该位置对应的电力市场。添加后 GIS 地图上增加相应的代表该电力市场的节点图标。例如建立东北区域电力市场则可以通 过鼠标右键点击东北区域电力市场所在的辽宁省沈阳市在 GIS 地图上的位置来添加东北 区域电力市场。
市场场景添加后， 通过鼠标左键点击代表该市场的节点可以对市场场景的基本信 息如名称等信息进行编辑和修改。参见附图 1、 2。
(2) 根据系统结构在 GIS 图形上划定安全区 ；
在上一步确定了市场场景名称和地理位置的基础上， 进一步确定电力市场场景的 电力系统物理模型。首先确定电力系统供电安全区域划分， 如图 9 所示， 根据实际情况在 GIS 上添加安全区划分图层。 下图中添加了龙江西、 龙江中、 龙江东、 吉林北、 吉林南、 辽宁东 和辽西辽南 7 个安全区。参见附图 3。
(3) 确定安全区联络线 ；
确定电力系统供电安全区域后确定安全区联络线 ( 联系各供电安全区的实际输 电线路的虚拟线路模型 )。包括联络线名称和输电容量限制信息。通过以上 (2)、 (3) 两步 完成电力市场仿真场景中的电力系统物理模型建立。参见附图 3。
(4)GIS 界面交互方式加入市场成员输入参数 ；
在建立电力市场仿真场景及其中的电力系统物理模型建立后。 进一步建立电力市 场经济模型 ： 通过鼠标左键点击选择电力市场场景， 进入包含电力系统物理模型的市场场 景后， 通过在 GIS 地图上点击鼠标右键添加电力市场交易成员， 同时添加市场成员相关信 息， 包括名称， 成员装机容量等信息。参见附图 4、 5。
(5) 选择市场规则 ；
建立电力市场仿真场景中电力市场经济模型中的市场规则， 市场规则就是电力交 易中的市场信息发布、 报价及根据报价进行交易出清的计算方法。所述市场规则通过预先 设置几种电力市场仿真试验目标要求市场模式对应的规则。 在建立电力市场仿真场景的最 后阶段从预先设置的规则中进行选择。 选择后， 市场场景中的电力市场交易规则将包含 ： 信 息发布内容、 市场成员报价方法、 交易周期和相应的交易结果出清算法。
通过以上 5 步， 本发明通过在 GIS 图上操作的方法， 直观全面地建立电力市场仿真 场景。为进行电力市场仿真研究建立模型。以上操作过程的流程图参见图 6 所示。
本发明还提供了使用上述方法的建模系统， 包括以下模块 ：
GIS 支持平台、 Web 服务平台、 地理信息数据库、 专业数据库、 提供出清规则等应用 算法服务的 SOA 服务平台
其中 GIS 支持平台提供系统需要的 WebGIS 服务， 根据系统建立的电力市场仿真图 层显示电力市场仿真场景对应的地理信息和环境。
Web 服务平台则是电力市场仿真系统工作的通用软件支持平台。电力市场仿真系 统作为一个独立的 Web 服务应用部署于该平台之上。 地理信息数据库用于存储通用的地理信息和对应电力市场仿真系统的专用图层 信息， 如前述的电力市场安全区划分图层数据。
专业数据库用于存储电力市场仿真场景中物理模型中的专业信息。 例如联络线输 电容量限值等信息。
SOA 服务平台是系统算法服务平台。电力市场仿真建模系统中的所有涉及到的算 法全部采用 SOA 的方式部署于该平台。
该系统的结构示意图如图 7 所示。
实施实例 ： 建立东北区域电力市场仿真实验模型
第一步 ：
在 GIS 图形上确定东北区域电力市场位置 ；
鼠标右键点击东北区域电力市场所在的辽宁省沈阳市在 GIS 地图上的位置来添 加东北区域电力市场。添加后， 通过鼠标左键点击代表该市场的节点对市场场景的基本信 息中添加东北区域电力市场名称。
第二步 ： 在 GIS 图形上划定东北区域市场安全区 ；
根据仿真试验目标需求在 GIS 上添加安全区划分图层。此例中添加了龙江西、 龙 江中、 龙江东、 吉林北、 吉林南、 辽宁东和辽西辽南 7 个安全区。
安全区
安全区定义
表 -1 安全区定义
区域名称 辽西辽南上级区域名称 全网级别 1顺序 17CN 101901429 A说辽宁中 吉林南 吉林北 全网 全网 全网明书1 1 1 2 3 45/17 页
黑龙江 龙江东 龙江中 龙江西 全网
全网 黑龙江 黑龙江 黑龙江1 2 2 2 05 1 2 3 0安全区负荷分配系数 表 -2 安全区符合分配系数第三步 ： 根据实验要求量化东北区域市场安全区联络线 ；
即联系各供电安全区的实际输电线路的虚拟线路模型， 包括联络线名称和输电容 量限制信息。完成东北区域电力市场仿真场景的电力系统物理模型。
联络线
联络线定义
表 -3 联络线定义
联络线名称 龙江东部起点 龙江东终点 龙江中8CN 101901429 A说龙江西部 吉黑东部 吉黑西部 吉黑中部 吉黑省间 吉林中部 辽吉省间 辽宁中部明书龙江中 吉林北 吉林北 吉林北 吉林北 吉林南 辽宁中 辽西辽南6/17 页龙江西 龙江东 龙江西 龙江中 黑龙江 吉林北 吉林南 辽宁中
东北华北
辽西辽南联络线限值 表 -4 联络线限值 状态 连通 连通 连通 连通 连通 连通 连通 连通 连通 连通 最小输送容量 -943020 -355570 -892800 -424080 -424080 -1343826 -1343826 -1822181 -1822181 -8816409联络线名称 龙江东部 龙江西部 吉黑东部 吉黑西部 吉黑中部 吉黑省间 吉林中部 辽吉省间 辽宁中部 东北华北最大输送容量 785850 355570 892800 424080 424080 1343826 1343826 1822181 1822181 881640是否校验 是 是 否 否 否 是 是 是 是 否CN 101901429 A
说明书7/17 页第四步 ： 添加东北区域电力市场市场成员 ；
在建立东北区域电力市场仿真场景及其电力系统物理模型建立后， 进一步建立东 北区域电力市场经济模型 ： 通过鼠标左键点击选择电力市场场景， 进入包含电力系统物理 模型的市场场景后， 通过在 GIS 图形上点击鼠标右键添加电力市场交易成员， 同时添加市 场成员相关信息， 包括名称， 成员装机容量等信息 ；
市场成员
实验场景选择东北区域电力市场， 市场成员为 ： 东北电力调度交易中心， 东北电 网有限公司及辽宁、 吉林、 黑龙江省电力公司， 与东北电网接网的拥有 100 兆瓦及以上火电 机组 ( 除供热机组和企业自备电厂机组外 ) 的发电公司 ( 厂 )， 双边交易试点的发电公司 ( 厂 ) 和大用户。
竞价电厂基本数据
表 -5 竞价电厂基本数据
第五步 ： 选择东北区域电力市场规则 ；
市场格局
市场采取电网经营企业单一购买模式。 东北电网有限公司与辽宁、 吉林、 黑龙江省 电力公司按关口计量购售电。东北电网有限公司负责向内蒙古东部用户售电， 辽宁、 吉林、 黑龙江省电力公司向省内用户售电。
竞价模式
东北区域电力市场采用全电量竞争模式， 电量交易分为长期合同交易与现货交易 两种， 以长期合同交易为主。 长期合同交易由年度、 月度合同交易组成， 现货交易由日前、 实 时交易组成。首先开放年度、 月度合同交易， 并逐步开展日前、 实时交易。电量交易用网损 修正后的报价进行竞价， 以市场购电费用最低为目标决定竞价交易结果。竞价交易结果经
电网安全校核后最后确定。
市场规则
采用东北区域电力市场月度合同交易竞价规则。
月度合同交易以竞价电厂为单位进行， 报价采用多段报价方式进行， 对报价进行 网损修正， 以市场总购电费用最低为目标进行竞价交易。
月度合同交易电量的中标价格为各中标电厂中标电量的分段申报价格。
月度合同交易竞价电量空间为该月负荷预测扣除竞价机组年度合同交易电量和 非竞价年度合同电量月度分解结果后的空间。
第二步 ： 市场交易规则设置
具体的规则设置如下 ：
市场发布的信息
1) 下月全网发电上网电量预测 ；
2) 下月预计上网最大电力、 最小电力和平均负荷率 ；
3) 下月送华北电量计划 ；
4) 下月竞价机组安排的年度合同交易电量月度分解结果 ；
5) 下月竞价电量空间 ； 6) 下月月度合同交易电量应达到的调峰率 ； 7) 下月各竞价机组的网损修正系数 ； 8) 下月各竞价机组的检修计划 ； 9) 影响较大的下月供电设备检修计划 ； 10) 各竞价电厂月度合同交易电量上限 ( 计电厂出口约束， 不计输电断面约束 )。 出清规则 1) 交易出清 ◆目标 ： 市场总购电费用最低 ◆报价修正 ： 对报价进行网损修正 ◆出清规则 ： 低报价优先交易 ； 最后一个中标电厂中标段的报价为市场出清价格； 报价经网损修正后如果相等， 则按该段申报电量的比例分配中标电量
2) 安全校核 ：
◆电厂最小方式约束 ： 如某电厂年合同、 年合同交易电量月度分解结果与月度中 标电量之和不满足最小运行方式， 按市场中标电量的报价由高到低减少相应的电量安排给 该电厂
◆主要断面输送能力 ： 如果输电能力不足， 断面将电网分区域， 电量送出区域考虑 电厂最小运行方式后按中标电厂的报价由高到低减少交易电量， 电量受入区域按未中标电 量的报价由低到高增加交易电量， 直到满足安全约束。
市场控制参数
电厂报价段数最多为 5 段， 市场最高限价 ： 102.362 元 /MWH， 最低限价 ： 307.085 元 /MWH。
通过以上 5 步， 为进行电力市场仿真研究建立了东北区域电力市场模型。以下文
字记录了以该模型为基础进行的实验实例 ( 以下实例仅为说明通过以上 5 步建立的电力市 场仿真模型的有效性和使用流程演示 ) ：
实验建立
创建实验
实验名称 ： 不同智能代理算法的比较性实验
报价方式 ： 代理
实验时间 ： 2008-12-12
实验情景
情景名称 ： 2008 年 1 月月度集中竞价
交易时间 ： 2008-1-1
时间类型 ： 月度
实验规则 ： 东北电力市场月度集中竞价
所属实验 ： 不同智能代理算法的比较性实验
创建实验盘
表 -6 创建得试验盘
实验设置
本实验情景是 2008 年 1 月月度集中竞价， 即针对 2008 年 1 月进行集中竞价实验， 研究不同智能代理算法的智能性特性， 其它试验条件相同。
负荷预测
全网负荷预测值
表 -7 全网负荷预测值
月份
负荷类型负荷预测值 (MWH)14CN 101901429 A说1 1明书6500000 800000012/17 页负荷水平 1 负荷水平 2
电厂发电平均成本 表 -8 电厂发电平均成本
竞价电厂竞价电量限制
竞价电厂上网电量限制是指电厂本次竞价中能参与竞价申报的最大电量， 即本月 最大发电能力扣除检修电量、 其它合同电量后， 不计稳定断面约束。
表 -9 竞价电厂竞价电量限制 ( 单位 ： MWH)
竞价空间 表 -10 试验盘竞价空间
实验执行 创建好实验盘， 数据准备完毕后， 启动实验。 实验结果分析 ： 从实验数据整理得到各算法试验盘竞价结果收敛后平均各项指标值， 如下图表所 表 -11 各算法试验盘结果指标示：
实验结果统计图参见附图 9-12。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。 对本领域的技术人员来 说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。 示例性的实施例仅仅 是例证性的， 而不是对本发明的范围的限制， 本发明的范围由所附的权利要求定义。