考虑过网费用分摊的多产消者点对点能源交易分布式优化 摘要：代码主要做的是配电网中产消者点对点交易相关研究，配网中的卖方和买方通过P2P交易匹配协商来平衡供需，同时重点考虑了P2P交易过程中公共设施的使用以及过网费用的分配问题，并等效将其叠加到P2P交易成本上，从而影响P2P交易的定价，模型采用的是交替方向乘子法ADMM法进行求解，能够很好的包含隐私，测试系统为IEEE 39节点系统，通过对配电网进行分区，研究各分区间、各分区内部的P2P交易形式，整体比较创新，适合在此继续上继续研究，形成自己的成果！。 这段代码是一个直流（DC）潮流模型的实现。它使用了39节点的电力系统数据，并定义了发电机和负荷的成本和边际成本。该模型的目标是找到一个最优的发电机出力分配，以最小化总成本，并满足网络的功率平衡和发电机出力限制。 这段代码主要分为几个部分： 定义了电力系统的基本数据，包括节点、发电机、负荷和支路的信息。 定义了发电机和负荷的成本和边际成本。 定义了发电机和负荷的限制条件，包括发电机出力范围和负荷需求。 定义了网络拓扑结构，包括节点之间的连接关系和导纳矩阵。 实现了潮流计算算法，使用了ADMM（Alternating Direction Method of Multipliers）方法来求解最优解。 进行了模拟实验，并保存了结果。 这段代码的主要功能是进行电力系统的潮流计算，用于分析电力系统的稳定性和优化发电机的出力分配。它可以应用于电力系统规划、运行和市场调度等领域。代码涉及的知识点包括电力系统的潮流计算方法、优化算法和数值计算等。

概述

本文介绍一套用于多产消者（Prosumer）点对点（P2P）电力交易的分布式优化系统，其核心创新在于显式建模并分摊网络使用费用（过网费）。该系统基于交替方向乘子法（ADMM）实现完全分布式求解，支持多种网络费用定价机制，适用于未来高比例分布式能源接入的电力市场环境。

考虑过网费用分摊的多产消者点对点能源交易分布式优化 摘要：代码主要做的是配电网中产消者点对点交易相关研究，配网中的卖方和买方通过P2P交易匹配协商来平衡供需，同时重点考虑了P2P交易过程中公共设施的使用以及过网费用的分配问题，并等效将其叠加到P2P交易成本上，从而影响P2P交易的定价，模型采用的是交替方向乘子法ADMM法进行求解，能够很好的包含隐私，测试系统为IEEE 39节点系统，通过对配电网进行分区，研究各分区间、各分区内部的P2P交易形式，整体比较创新，适合在此继续上继续研究，形成自己的成果！。 这段代码是一个直流（DC）潮流模型的实现。它使用了39节点的电力系统数据，并定义了发电机和负荷的成本和边际成本。该模型的目标是找到一个最优的发电机出力分配，以最小化总成本，并满足网络的功率平衡和发电机出力限制。 这段代码主要分为几个部分： 定义了电力系统的基本数据，包括节点、发电机、负荷和支路的信息。 定义了发电机和负荷的成本和边际成本。 定义了发电机和负荷的限制条件，包括发电机出力范围和负荷需求。 定义了网络拓扑结构，包括节点之间的连接关系和导纳矩阵。 实现了潮流计算算法，使用了ADMM（Alternating Direction Method of Multipliers）方法来求解最优解。 进行了模拟实验，并保存了结果。 这段代码的主要功能是进行电力系统的潮流计算，用于分析电力系统的稳定性和优化发电机的出力分配。它可以应用于电力系统规划、运行和市场调度等领域。代码涉及的知识点包括电力系统的潮流计算方法、优化算法和数值计算等。

系统通过将传统集中式最优潮流（OPF）问题分解为多个自治代理（Agent）的局部子问题，仅需代理间交换有限的交易量与价格信息，即可协同达成全局近似最优的交易方案，同时满足物理网络约束和个体运行边界。

系统架构与核心组件

系统主要由以下模块构成：

1. 主控与配置模块 (Exo_main.m)
2. 分布式优化求解器 (QPP2PADMM.m)
3. 电网数据与拓扑解析模块 (read_mpc目录)
4. 网络费用模型库 (network_fees目录)
5. 结果后处理与可视化模块 (simulations_processing目录)

整个工作流程遵循“配置 → 求解 → 分析”的范式。

详细功能流程

1. 系统初始化与配置

流程始于Exo_main.m脚本，其主要任务是为优化问题准备所有必要参数。

• 测试案例加载：系统使用case39b_31a.m作为基准测试案例，这是一个基于 IEEE 39 节点系统的修改版本。在此案例中，传统的刚性负荷被建模为具有灵活功率边界的“负向发电机”，从而将所有市场参与者（生产者和消费者）统一为可调度的“产消者代理”。

• 代理角色识别：脚本自动区分生产者（producers）和消费者（consumers），并构建一个完全二分图的交易邻接关系Conn。这意味着任何生产者都可以与任何消费者进行直接交易协商。

• 网络费用策略选择：这是本系统的核心特色。用户可以通过注释/取消注释的方式，选择不同的过网费分摊模型：
• 自由市场 (gamma_free.m)：无网络费用，作为基准对照。
• 统一过网费 (gamma_unique.m)：所有交易对收取相同的单位费用。
• 距离相关过网费 (gamma_distance.m)：费用与交易双方的电气距离成正比，该距离基于潮流转移分布因子（PTDF）计算。
• 分区过网费 (gamma_zonal.m)：费用取决于交易是否跨越了预定义的区域（Zone）边界。

2. 分布式优化求解

配置完成后，系统调用核心求解器QPP2PADMM.m。

• 问题建模：每个代理n的局部目标函数是一个二次函数，形式为0.5a(n)Pnet^2 + b(n)*Pnet，其中P_net是其净交易功率。网络费用gamma作为线性项被加入目标函数，直接影响代理的交易决策。

• ADMM 算法执行：求解器采用经典的 ADMM 框架，迭代执行两个步骤：
  1.局部优化（Primal Update）：每个代理在给定当前的全局价格（拉格朗日乘子Y）和其对偶变量（用于处理功率边界Mum,Mup）的情况下，独立求解一个带约束的二次规划（QP）问题，以更新其与其他所有邻居的交易量P。
  2.全局价格更新（Dual Update）：基于所有代理新提交的交易量，系统更新交易价格Y，以推动市场达成供需平衡（即Pij + Pji = 0）。

• 收敛与停止：算法会持续迭代，直到满足预设的原始残差（Primal Residual）和对偶残差（Dual Residual）的收敛阈值，或达到最大迭代次数。

3. 结果后处理与分析

优化完成后，系统会自动保存完整的迭代数据和最终结果。用户可以利用simulations_processing目录下的脚本进行深度分析：

• 市场效率分析：计算并比较不同过网费模型下的社会总福利（Social Welfare）、平均交易价格和总交易量，评估不同定价策略对市场活跃度和经济效率的影响。

• 电网影响评估：通过调用 MATPOWER 的潮流计算功能，分析不同交易方案对线路潮流和线路负载率的影响，验证方案的物理可行性，并量化网络费用对缓解电网阻塞的作用。

• 可视化展示：
• 地理信息图：在地图上绘制产消者位置、区域边界以及交易连线，连线的粗细代表交易量大小，颜色区分区内/区外交易。
• 交互图（Anamorphosis）：使用力导向图算法，将复杂的交易网络可视化，直观展示代理间的交互强度和网络结构的动态演变。
• 量化指标图：绘制社会福利、线路负载率、收取的总过网费等关键指标随单位过网费变化的趋势图。

技术亮点与价值

1. 分布式与隐私保护：ADMM 框架确保了每个代理只需共享其交易意向，而无需暴露其完整的成本函数或运行状态，有效保护了商业隐私。
2. 灵活的费用模型：系统内置了从简单到复杂的多种过网费模型，为研究不同市场规则对交易行为和电网运行的影响提供了强大的实验平台。
3. 物理可行性：通过将网络费用与电网物理特性（如 PTDF、区域拓扑）关联，引导交易决策向更符合电网实际运行状态的方向收敛，有助于提高方案的可实施性。
4. 全面的分析工具链：从原始数据到高级可视化，系统提供了一套完整的工具，便于研究人员深入理解 P2P 市场的动态特性和内在机理。

总而言之，该系统不仅是一个高效的 P2P 能源交易求解器，更是一个功能完备的研究平台，为探索未来分布式电力市场的设计、定价和运行机制提供了坚实的技术基础。