基于有限状态机的电力仿真软件时序状态转换方法及系统与流程

本发明涉及电力系统仿真软件技术领域，具体涉及一种基于有限状态机的电力仿真软件时序状态转换方法及系统。

背景技术：

电力运营的市场化将是大势所趋。电力市场运营是一个多交易品种并发，长期、短期等多周期并行，且相互关联的完整系统，这个复杂系统的市场化离不开对电力市场的软件仿真，通过仿真可以对电力市场运营中的一些实际问题加以预测与解决。而在电力市场仿真运行中，需要解决的问题之一就是电力市场步长时序和状态的转换。由于出现的电力需求波动范围不同，需要参与电能交易的市场种类也不同，因此各个市场之间就需要转换。

目前用于解决电力市场间转换的方法较经典的是流程控制方法。它可以顺序地对电力市场的各个状态进行转换，遵循事先设定好的逻辑，从头到尾的执行，电力市场中各时间尺度和各市场种类之间会反复切换，不是一个单向状态的变化。而本发明基于有限状态机实现电力市场状态转换，在实际应用中，状态机模式使用较多，适合不同市场状态的切换，特别是状态反复切换的情况下。状态机与传统流程控制方法相比，它的自动化程度高，可做到无人值守，适用于中长期市场仿真的多节点的系统。

有限状态机(Finite State Machine,FSM)，是为研究有限状态的计算过程和某些语言类而抽象出的一种计算模型，在用抽象形式表示时，可以立刻明显地发现某种状态是否可达，以及达到某状态需满足哪些要求。它已被应用于很多不同的领域，包括计算机科学、电子工程、生物学、语言学、哲学、逻辑学和数学。有限状态机是在自动机理论和计算理论中研究的一类自动机。在计算机科学中，有限状态机被广泛用于建模应用行为、硬件电路系统设计、软件工程，编译器、网络协议和计算机语言的研究。

一个有限状态机包括以下几个部分：一个有限状态集，用于描述系统中的不同状态；一个输入集，用于表示系统所接受的不同输入信息；一个状态转移规则集，用于表述系统在接收不同输入时从一个状态转移到另一个状态的规则。

定义有限状态机是一个五元组：

M＝(Q,∑,δ,q₀,F)

其中，Q是内部状态的有限集合；

∑是外部输入的有限集合，叫做输入集合；

δ:Q×∑→Q是状态转移函数；

q₀∈Q是初始状态；

是终止状态集合。

可抽象为有限状态机的系统特点：

1)系统会处于某个状态下；

2)状态数量有限；

3)有输入的发生；

4)输入会触发一系列的处理过程，包括执行特定的功能，产生相应的输出等；

5)输入结束，状态转移到一个新的相对稳定的状态。

传统的流程控制方法只能顺序地对电力市场的各个状态进行转换，遵循事先设定好的逻辑，从头到尾的执行，电力市场中各时间尺度和各市场种类之间会反复切换，不是一个单向状态的变化。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种基于有限状态机的电力仿真软件时序状态转换方法及系统，将基于有限状态机实现电力市场各个状态之间的转换。按照状态机理论确立电力市场中各个市场的状态和转换条件，最终实现用有限状态机完成市场时序转换。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种基于有限状态机的电力仿真软件市场时序状态转换方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

步骤A，确定模拟市场的类型和内容；

步骤B，根据有限状态机确定市场时序。

进一步地，所述步骤A包括下述子步骤：

步骤A-1，确定所要模拟市场的市场类型，即是否具有电能市场、辅助服务市场、容量市场和输电权市场；

步骤A-2，确定各个市场的职能和包含的服务，进而确定辅助服务市场包含的内容。

进一步地，所述步骤B包括下述步骤：

步骤B-1，确定市场所有状态集；

步骤B-2，确定市场所有输入集；

步骤B-3，确定状态转移规则。

进一步地，所述步骤B-1中，确定市场所有可能的状态Q，即同一阶段可能共存的市场，其中Q＝{电能市场；电能市场和容量市场；电能市场和输电权市场；电能市场和辅助服务市场}。

进一步地，所述步骤B-2中，市场所有输入集指的是可能导致市场状态发生变化的所有条件∑，∑＝{是否需要辅助服务；是否需要输电权服务；是否需要备用容量服务；用电量是否发生很大波动；是否需要调频、无功、调峰和黑启动；是否发生阻塞}。

进一步地，所述步骤B-3中，状态转移规则包括完全状态转移规则，所述完全状态转移规则考虑所有状态下的转移规则，实际实验流程是市场实验流程的子集；

开始签订合同或年度、月度中长期合同时，依次按照下述顺序进行：

状态位于电能市场-----是否需要备用容量服务(是否转向电能市场和容量市场状态，因为是否参与容量市场遵从自愿原则)------是否购买金融输电权(是否转向电能市场和输电权市场状态，因为是否参与输电权市场遵从自愿原则)------(转回)电能市场履行合同-----条件：用电量是否发生较大的波动(是否转向电能市场和容量市场状态)------条件：是否需要调频、无功、调峰、黑启动(是否转向电能市场和辅助服务市场状态)------是否发生阻塞(是否转向电能市场和输电权市场)-----电能市场履行合同。

进一步地，所述签订合同时是否进入容量市场和输电权市场不分先后顺序，即并行触发，最后容量市场和输电权市场回到电能市场状态；同时在履行中长期合同时，是否调用容量市场、输电权市场、辅助服务市场不分先后顺序，按照市场条件的触发顺序进行，调用完毕之后均回到电能市场。

本发明还提供一种基于有限状态机的电力仿真软件市场时序状态转换系统，其改进之处在于，所述系统包括依次此信息传递的市场类型和内容确定模块和市场时序确定模块；其中：

市场类型和内容确定模块：用于确定模拟市场的类型和内容；

市场时序确定模块：用于根据有限状态机确定市场时序。

进一步地，所述市场类型和内容确定模块，包括：

市场类型确定模块：用于确定所要模拟市场的市场类型，即是否具有电能市场、辅助服务市场、容量市场和输电权市场；

市场内容确定模块：用于确定各个市场的职能和包含的服务，进而确定辅助服务市场包含的内容。

进一步地，市场时序确定模块，包括：

状态集确定模块：用于确定市场所有状态集；

输入集确定模块：用于确定市场所有输入集；

转移规则确定模块：用于确定状态转移规则。

为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

本发明将基于有限状态机实现电力市场各个状态之间的转换。按照状态机理论确立电力市场中各个市场的状态和转换条件，最终实现用有限状态机完成市场时序转换。状态机与传统流程控制方法相比，它的自动化程度高，可做到无人值守，适用于中长期市场仿真的多节点的系统。

附图说明

图1是本发明提供的状态转换方法流程图；

图2是本发明提供的市场时序说明图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

实施例一

本发明所解决的问题是在电力市场仿真软件中各个电力市场的转换问题，电力市场仿真软件中各个市场能否顺利的转换、调用各自的服务关系到整个电力市场能否顺利运行，进而关系到电力系统的安全性，在本发明中状态机仅作为一个信号，即从目前市场运行状态经过输入作用发生改变后产生信号给特定市场，向整个市场体系表明现在应该处于的状态，而具体市场怎么运营和调度以达到目前电力负荷的需求则不参与。应用状态机的流程图如图1所示，具体步骤如下：

步骤A-1，确定所要模拟市场的市场类型，即是否具有电能市场、辅助服务市场、容量市场、输电权市场；

对所研究的市场进行分析，确定是否具备电力市场的全部要素。

步骤A-2，确定各个市场的职能、包含的服务，特别是明确辅助服务市场包含的内容；

因为在不同的电力市场中,由于电源结构、电网结构、负荷分布和负荷特性的不同,所需要的辅助服务种类和数量均不相同,所以没有一种辅助服务的定义可以适用于所有的电力市场；甚至在同一个电力市场中,所需要的辅助服务也会随着市场的变化而变化,这种变化包括上述电源和电网结构的变化、需求的变化,还包括市场运营规则的变化、监控技术的改进和市场运作过程中吸取的经验的增加等。

确定各个市场具体内容，主要区分辅助服务市场与容量市场，因为辅助服务市场根据定义不同范围会不同，有的可能会包含提供备用容量服务。例：根据我国电力系统安全运行的实际需要，辅助服务分为备用(即容量市场)、调频(自动发电控制AGC)、调峰(当调峰对机组的速度、频繁启停性能有特殊要求以及调峰电量的成本与非调峰电量的成本差异很大时,将其归入辅助服务的范畴)、无功、黑启动。

步骤B，根据有限状态机确定市场时序，其市场时序图如图2所示，包括如下：

步骤B-1，确定市场所有状态集；

确定市场所有可能的状态Q，即同一阶段可能共存的市场，Q＝{电能市场；电能市场和容量市场；电能市场和输电权市场；电能市场和辅助服务市场}；

步骤B-2，确定市场所有输入集；

即可能导致状态发生变化的所有条件，＝{是否需要辅助服务；是否需要输电权服务；是否需要备用容量服务；用电量是否发生很大波动；是否需要调频、无功、调峰、黑启动；是否发生阻塞}；

步骤B-3，确定状态转移规则；

以下是完全状态转移规则，即考虑所有状态下的转移规则，实际过程中是该过程的子集；

开始签订(中长期)合同，状态位于电能市场-----是否需要备用容量服务(是否转向电能市场和容量市场状态，因为是否参与容量市场遵从自愿原则)------是否购买金融输电权(是否转向电能市场和输电权市场状态，因为是否参与输电权市场遵从自愿原则)------(转回)电能市场履行合同-----条件：用电量是否发生较大的波动(是否转向电能市场和容量市场状态)------条件：是否需要调频、无功、调峰、黑启动(是否转向电能市场和辅助服务市场状态)------是否发生阻塞(是否转向电能市场和输电权市场)-----电能市场履行合同。

其中签订合同时是否进入容量市场和输电权市场是不分先后顺序的，即并行触发，但都要回到电能市场状态，同时在履行中长期合同时，是否调用容量市场、输电权市场、辅助服务市场也是不分先后顺序的，哪个条件被触发就进入哪个状态，调用完毕之后均回到电能市场。

本发明的关键在于考虑到所有可能状态并将所有可能的转换考虑在内，从而实现电力市场之间的状态转换。

实施例二

基于同样的发明构思，本发明还提供一种基于有限状态机的电力仿真软件市场时序状态转换系统，包括依次此信息传递的市场类型和内容确定模块和市场时序确定模块；其中：

市场类型和内容确定模块：用于确定模拟市场的类型和内容，包括：

市场类型确定模块：用于确定所要模拟市场的市场类型，即是否具有电能市场、辅助服务市场、容量市场和输电权市场；

其中：市场类型确定模块，还用于：

对所研究的市场进行分析，确定是否具备电力市场的全部要素。

市场内容确定模块：用于确定各个市场的职能和包含的服务，进而确定辅助服务市场包含的内容；

所述市场内容确定模块，还用于：

因为在不同的电力市场中,由于电源结构、电网结构、负荷分布和负荷特性的不同,所需要的辅助服务种类和数量均不相同,所以没有一种辅助服务的定义可以适用于所有的电力市场；甚至在同一个电力市场中,所需要的辅助服务也会随着市场的变化而变化,这种变化包括上述电源和电网结构的变化、需求的变化,还包括市场运营规则的变化、监控技术的改进和市场运作过程中吸取的经验的增加等。

确定各个市场具体内容，主要区分辅助服务市场与容量市场，因为辅助服务市场根据定义不同范围会不同，有的可能会包含提供备用容量服务。例：根据我国电力系统安全运行的实际需要，辅助服务分为备用(即容量市场)、调频(自动发电控制AGC)、调峰(当调峰对机组的速度、频繁启停性能有特殊要求以及调峰电量的成本与非调峰电量的成本差异很大时,将其归入辅助服务的范畴)、无功、黑启动。

市场时序确定模块：根据有限状态机确定市场时序；包括：

状态集确定模块：用于确定市场所有状态集；

输入集确定模块：用于确定市场所有输入集；

转移规则确定模块：用于确定状态转移规则。

所述态集确定模块，还用于：

确定市场所有可能的状态Q，即同一阶段可能共存的市场，Q＝{电能市场；电能市场和容量市场；电能市场和输电权市场；电能市场和辅助服务市场}。

输入集确定模块，还用于：

确定可能导致状态发生变化的所有条件，＝{是否需要辅助服务；是否需要输电权服务；是否需要备用容量服务；用电量是否发生很大波动；是否需要调频、无功、调峰、黑启动；是否发生阻塞}。

所述转移规则确定模块，还用于：

以下是完全状态转移规则，即考虑所有状态下的转移规则，实际过程中是该过程的子集；

开始签订(中长期)合同，状态位于电能市场-----是否需要备用容量服务(是否转向电能市场和容量市场状态，因为是否参与容量市场遵从自愿原则)------是否购买金融输电权(是否转向电能市场和输电权市场状态，因为是否参与输电权市场遵从自愿原则)------(转回)电能市场履行合同-----条件：用电量是否发生较大的波动(是否转向电能市场和容量市场状态)------条件：是否需要调频、无功、调峰、黑启动(是否转向电能市场和辅助服务市场状态)------是否发生阻塞(是否转向电能市场和输电权市场)-----电能市场履行合同。

其中签订合同时是否进入容量市场和输电权市场是不分先后顺序的，即并行触发，但都要回到电能市场状态，同时在履行中长期合同时，是否调用容量市场、输电权市场、辅助服务市场也是不分先后顺序的，哪个条件被触发就进入哪个状态，调用完毕之后均回到电能市场。

本发明将基于有限状态机实现电力市场各个状态之间的转换。按照状态机理论确立电力市场中各个市场的状态和转换条件，最终实现用有限状态机完成市场时序转换。而状态机与传统流程控制方法相比，它的自动化程度高，可做到无人值守，适用于中长期市场仿真的多节点的系统。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。