一种煤-电市场价格联动特性分析方法及系统

本发明属于煤-电市场价格分析，具体涉及一种煤-电市场价格联动特性分析方法及系统。

背景技术：

1、煤电在电力供给体系中起到压舱石作用。然而，煤电的兜底保障性作用依赖于一次能源市场中电煤的可靠供给和价格平稳。电力生产和煤炭供给的紧密耦合进而将导致电煤和电力市场的价格联动特性。在电力和煤炭都将步入市场化的背景下，其价格联动特性的研究对全国性能源市场的建设有着重要意义。

2、当前针对煤炭、电力市场化的分析研究的切入点以煤电机组的市场化交易运行策略为主。考虑煤电机组购煤成本的方式的研究主要包括三类：部分研究将电煤价格视为固定值，纳入煤电机组发电成本考虑，从而实现电煤价格外部性的电力市场内部化；部分研究利用电煤商品价格的存货平滑特性，采用随机过程等方式将其视为固定的边界条件，进而实现煤电机组的交易运行策略分析；部分研究利用预测得到的电煤市场价格计算购煤成本，优化煤电机组购煤、发电计划。然而，现有研究多从单一煤电机组入手，而未探究现存大量煤电机组对电煤、电力市场的整体影响，进而难以准确分析电煤、电力市场化后的价格联动特性。

3、当前部分研究基于实证分析视角，研判煤-电价格联动管制机制对电力转型的影响。然而，这类基于管理学的分析思路一般将市场中的煤电机组视为合作的整体，这与当前各大发电集团二级、三级企业独立运行的特点存在出入。部分研究采用延迟选择和拒绝算法对煤电机组的交易和匹配机制进行仿真分析，并探究了“横向一体化”和“纵向一体化”现象对煤-电价格联动特性的影响。然而，现有分析方法受制于计算效率和模型规模，仅能对少量煤电机组开展小规模算例分析，难以应用于大规模煤电机组群的实际案例分析。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种煤-电市场价格联动特性分析方法及系统，以克服现有技术无法准确有效的分析电煤、电力市场化后的价格联动特性。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种煤-电市场价格联动特性分析方法，包括以下步骤：

4、s1，基于煤电机组的运行特性构建包括购煤决策、电煤库存量以及发电决策的随机微分方程模型；

5、s2，根据煤电机组的运行参数对煤电机组进行聚类分组；

6、s3，基于聚类分组结果对随机微分方程模型进行迭代优化，直至迭代优化后满足收敛条件，则输出收敛后的电煤市场价格和电力市场价格，完成价格联动特性分析。

7、优选的，所述煤电机组的运行参数包括发电容量和热耗率，采用k-means方法进行聚类对煤电机组进行聚类分组。

8、优选的，基于聚类分组结果对随机微分方程模型进行迭代优化，具体包括以下步骤：

9、基于聚类分组结果，对电煤库存量和时间进行离散化处理；

10、根据初始煤炭存量，初始化各聚类分组中煤电机组的煤炭库存平均场项初始边界条件，设置收敛判据以及迭代次数；随机给定各聚类分组中电煤库存平均场项、电煤市场竞标平均场项、电力市场竞标平均场项以及对偶乘子项的迭代初值；基于上述初始值计算电煤市场价格初值和电力市场价格初值；

11、在每个离散点处，解析化更新各组煤电机组的电煤库存平均场项、电煤市场竞标平均场项、电力市场竞标平均场项以及对偶乘子项；

12、根据电煤市场竞标平均场项和电力市场竞标平均场项更新电煤市场价格和电力市场价格，直至电煤市场价格和电力市场价格满足设定要求，则输出煤-电市场均衡下的电煤市场价格和电力市场价格，并得到各组煤电机组的电煤库存演化曲线，完成煤-电市场价格联动特性分析。

13、优选的，根据电煤市场竞标平均场项和电力市场竞标平均场项更新电煤市场价格和电力市场价格，若满足条件‖πk+1-πk‖≤ε且‖λk+1-λk‖≤ε则输出煤-电市场均衡下的电煤市场价格和电力市场价格；

14、πk+1(n)为更新后的电煤市场价格，λk+1(n)为更新后的电力市场价格，πk(n)为电煤市场价格初值，λk(n)为电力市场价格初值。

15、优选的，以煤电机组参与电煤和电力市场的运行目标为最大化自身收益，约束条件满足：电煤库存量需满足库存容量约束，煤电机组购煤量满足单次最大购煤量限制约束，煤电机组的燃煤决策和发电决策满足煤-电转化效率关系，发电决策受到机组发电容量约束和碳排放核算约束。

16、一种煤-电市场价格联动特性分析系统，包括微分方程模块、聚类模块和迭代优化分析模块；

17、微分方程模块，基于煤电机组的运行特性构建包括购煤决策、电煤库存量以及发电决策的随机微分方程模型；

18、聚类模块，根据煤电机组的运行参数对煤电机组进行聚类分组；

19、迭代优化分析模块，基于聚类分组结果对随机微分方程模型进行迭代优化，直至迭代优化后满足收敛条件，则输出收敛后的电煤市场价格和电力市场价格，完成价格联动特性分析。

20、优选的，所述煤电机组的运行参数包括发电容量和热耗率，采用k-means方法进行聚类对煤电机组进行聚类分组。

21、优选的，基于聚类分组结果对随机微分方程模型进行迭代优化，具体包括以下步骤：

22、基于聚类分组结果，对电煤库存量和时间进行离散化处理；

23、根据初始煤炭存量，初始化各聚类分组中煤电机组的煤炭库存平均场项初始边界条件，设置收敛判据以及迭代次数；随机给定各聚类分组中电煤库存平均场项、电煤市场竞标平均场项、电力市场竞标平均场项以及对偶乘子项的迭代初值；基于上述初始值计算电煤市场价格初值和电力市场价格初值；

24、在每个离散点处，解析化更新各组煤电机组的电煤库存平均场项、电煤市场竞标平均场项、电力市场竞标平均场项以及对偶乘子项；

25、根据电煤市场竞标平均场项和电力市场竞标平均场项更新电煤市场价格和电力市场价格，直至电煤市场价格和电力市场价格满足设定要求，则输出煤-电市场均衡下的电煤市场价格和电力市场价格，并得到各组煤电机组的电煤库存演化曲线，完成煤-电市场价格联动特性分析。

26、一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述煤-电市场价格联动特性分析方法的步骤。

27、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述煤-电市场价格联动特性分析方法的步骤。

28、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

29、本发明提供一种煤-电市场价格联动特性分析方法，基于煤电机组的运行特性构建包括购煤决策、电煤库存量以及发电决策的随机微分方程模型，根据煤电机组的运行参数对煤电机组进行聚类分组，基于聚类分组结果对随机微分方程模型进行迭代优化，直至迭代优化后满足收敛条件，则输出收敛后的电煤市场价格和电力市场价格，完成价格联动特性分析，通过对大规模煤电机组在电煤、电力市场中的策略性博弈行为以及博弈均衡求解，实现煤-电价格联动的准确分析，对于大规模能源市场的建设有着重要意义。

30、本发明提出的基于异质化主体平均场理论的均衡点求解方法，具有均衡点存在且唯一、收敛性有保证、实现博弈问题有效降维等理论优势，同时可以解决大规模策略性主体带来的博弈均衡求解困难的问题，确保计算过程可控性高、计算效率高、计算资源使用量少等优点。

31、本发明采用近端原始-对偶梯度下降算法进行求解，并在迭代过程中实现平均场项的解析化更新。该求解算法可进一步加速均衡点求解，提升求解效率，减少计算所需时间。