面向分布式主體的可交易能源系統(tǒng)：體系架構(gòu)、機(jī)制設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)

　　研究背景

　　可交易能源(TransactiveEnergy)機(jī)制被定義為“一套通過(guò)經(jīng)濟(jì)手段和控制手段，以價(jià)值為參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)全局供需動(dòng)態(tài)平衡的電力系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制”。其概念提出是為了進(jìn)一步促進(jìn)供需互動(dòng)，維護(hù)系統(tǒng)平衡，而現(xiàn)有的市場(chǎng)機(jī)制下，電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況與價(jià)格信號(hào)大多沒(méi)有傳遞到終端用戶，配售側(cè)交易的價(jià)值響應(yīng)特性和供需調(diào)節(jié)能力弱，也沒(méi)有能夠激發(fā)分布式電源參與市場(chǎng)；當(dāng)前對(duì)可交易能源的研究也沒(méi)有聚焦到配售側(cè)，體現(xiàn)參與主體的分布式特性，對(duì)交易缺乏具體的設(shè)計(jì)描述，研究較為概念化。

　　因此，在政策導(dǎo)向、用戶需求和技術(shù)支撐的背景下，本文提出面向分布式主體的可交易能源系統(tǒng)，其交易范圍定位于配網(wǎng)層面，面向新型的分布式市場(chǎng)主體，通過(guò)供需雙方直接實(shí)時(shí)互動(dòng)，以去中心化為特征形成交易體系，并結(jié)合大量分布式主體接入，在配網(wǎng)層面上開(kāi)展可交易能源系統(tǒng)的體系構(gòu)建、具體的交易關(guān)系梳理與機(jī)制設(shè)計(jì)，呈現(xiàn)具體場(chǎng)景下可交易能源系統(tǒng)的運(yùn)行方式。

　　2可交易能源系統(tǒng)的體系設(shè)計(jì)

　　2.1可交易能源系統(tǒng)的市場(chǎng)主體

　　終端消費(fèi)者、電源及儲(chǔ)能等分布式主體：分布式電源和儲(chǔ)能既可以有單獨(dú)的運(yùn)營(yíng)主體，也可以“植入”終端用戶。本文將分布式主體分為普通消費(fèi)者(consumer)和生產(chǎn)型消費(fèi)者(prosumer)兩種，生產(chǎn)型消費(fèi)者即具備分布式電源，對(duì)于生產(chǎn)型消費(fèi)者，又區(qū)分為有儲(chǔ)能能力、無(wú)儲(chǔ)能能力兩個(gè)子類。

　　售電商：售電商可以作為獨(dú)立的市場(chǎng)主體，在配網(wǎng)層面與其他成員進(jìn)行交易；同時(shí)作為用戶參與批發(fā)市場(chǎng)進(jìn)行交易的代理商。即：售電商同時(shí)具有代理屬性和交易屬性。

　　配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(DSO)：可交易能源機(jī)制下，配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商也可以作為獨(dú)立的市場(chǎng)主體參與交易，向配網(wǎng)中的用戶發(fā)布特定的交易需求；此外，其依然為區(qū)域提供配電服務(wù)，收取配電費(fèi)用，擁有配網(wǎng)資產(chǎn)，負(fù)責(zé)配網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、維護(hù)等。即：DSO同時(shí)具備配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)屬性和交易屬性。此外在交易管理中，DSO還具備安全預(yù)警發(fā)布、臨時(shí)交易剪裁和關(guān)閉交易等權(quán)責(zé)。

　　2.2可交易能源系統(tǒng)的交易機(jī)制

　　可交易能源系統(tǒng)擁有一個(gè)扁平、去中心化的配售側(cè)交易架構(gòu)，交易行為在一個(gè)去中心化的公共交易平臺(tái)上自主達(dá)成并自動(dòng)執(zhí)行，如圖1所示。

　　圖1可交易能源系統(tǒng)的交易架構(gòu)

　　在該交易架構(gòu)下，各類交易主體的交易行為包括但不限于：

　　1）生產(chǎn)型消費(fèi)者擁有分布式電源，可以提交其富余的生產(chǎn)能力，將發(fā)電余量在平臺(tái)上出售。

　　2）具備儲(chǔ)能的生產(chǎn)型消費(fèi)者享有對(duì)自身儲(chǔ)能的控制權(quán)，在充放條件允許的情況下可自由參與交易。

　　3）任一購(gòu)電方可以選擇在平臺(tái)上實(shí)時(shí)購(gòu)買(mǎi)電能，這種交易行為與其跟售電商的長(zhǎng)期交易合約可以是并存的。

　　4）售電商由于其代理用戶的用電量偏差或交易誤差，存在著實(shí)時(shí)的功率偏差，也可以通過(guò)在可交易能源平臺(tái)進(jìn)行能量或容量交易對(duì)偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　5）配電運(yùn)營(yíng)商也可參與市場(chǎng)交易，以企圖降低其與主網(wǎng)的交換功率、減少重載設(shè)備運(yùn)行壓力、減少網(wǎng)損等目標(biāo)。此類需求也將可以轉(zhuǎn)化為具體的交易標(biāo)的（服務(wù)類），在平臺(tái)上向部分或全部成員發(fā)布，如向某條饋線上成員發(fā)布降負(fù)荷請(qǐng)求等。

　　6）其他增值服務(wù)以及一些可轉(zhuǎn)讓的金融合約等，也可以在交易平臺(tái)上進(jìn)行交易。

　　由此，在該交易機(jī)制下，交易是去中心化的，交易雙方可以自由選擇交易的達(dá)成，不需要經(jīng)過(guò)第三方審核；交易標(biāo)的是多樣化的；交易類型是跨時(shí)間尺度的，交易執(zhí)行是自動(dòng)化的?？山灰啄茉聪到y(tǒng)不僅能滿足微觀層面上交易主體的經(jīng)濟(jì)效益和各類個(gè)性化需求，也能滿足宏觀層面上系統(tǒng)供需平衡、系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行等的調(diào)節(jié)需求。

　　2.3可交易能源系統(tǒng)的運(yùn)行方式

　　1）交易的發(fā)起

　　交易分為自動(dòng)發(fā)起和人工發(fā)起兩大類。自動(dòng)發(fā)起交易的交易邏輯簡(jiǎn)單，發(fā)起過(guò)程易于規(guī)范化，可編程控制，能夠自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，做到“實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)發(fā)起”，如能量交易中，生產(chǎn)型消費(fèi)者利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，綜合發(fā)電預(yù)測(cè)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、儲(chǔ)能預(yù)測(cè)與實(shí)時(shí)電價(jià)預(yù)測(cè)的結(jié)果做出交易決策，交易的時(shí)間、功率等要素確定后，以標(biāo)價(jià)掛牌方式向交易平臺(tái)上其他成員提出交易請(qǐng)求，該類型交易按照標(biāo)準(zhǔn)化的格式發(fā)起；人工發(fā)起交易隨機(jī)性較高，個(gè)性化因素較多，如售電商偏差調(diào)節(jié)的交易，配電運(yùn)營(yíng)商減小網(wǎng)損的交易等，發(fā)起不易完全自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，往往需要人工輔助，甚至完全由人工發(fā)起，該類型交易的發(fā)起格式也不固定，在緊急情況下可以按照標(biāo)準(zhǔn)格式發(fā)出，以得到自動(dòng)化回應(yīng)。

　　2）交易的確認(rèn)

　　在交易的確認(rèn)環(huán)節(jié)，也區(qū)分出自動(dòng)確認(rèn)和人工確認(rèn)兩大類。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)格式發(fā)出的交易請(qǐng)求，智能決策系統(tǒng)能夠結(jié)合自身信息做出自動(dòng)回復(fù)，交易的發(fā)起方在收到多個(gè)回復(fù)時(shí)，參照時(shí)間優(yōu)先、價(jià)格優(yōu)先等原則進(jìn)行自動(dòng)確認(rèn)；對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)格式發(fā)出的交易請(qǐng)求，需要經(jīng)過(guò)人為決策作出回復(fù)，交易也可能要經(jīng)過(guò)雙方多次的協(xié)商才能得到最終確認(rèn)。一旦交易經(jīng)過(guò)確認(rèn)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)合約。合約包含交易的時(shí)間、交易的內(nèi)容等，由交易雙方自動(dòng)存儲(chǔ)，以備交易驗(yàn)證和最終結(jié)算。

　　3）交易的執(zhí)行

　　交易的執(zhí)行環(huán)節(jié)為統(tǒng)一的自動(dòng)執(zhí)行，由成員的自動(dòng)執(zhí)行終端完成。該終端能對(duì)分布式電源、分布式儲(chǔ)能、智能用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、輸出/消耗功率等物理量進(jìn)行控制，嚴(yán)格按照已確認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)交易合約內(nèi)容，在約定的時(shí)間執(zhí)行。同時(shí)，無(wú)論是否有交易在執(zhí)行，成員的輸入輸出功率、時(shí)間等關(guān)鍵指標(biāo)均由智能電表不間斷監(jiān)測(cè)并存儲(chǔ)。

　　4）交易的驗(yàn)證

　　交易驗(yàn)證時(shí)只需對(duì)成員智能電表的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)照合約就能評(píng)定各自的履約狀況，該功能由成員的智能驗(yàn)證終端完成，最終將評(píng)定結(jié)果自動(dòng)存儲(chǔ)。評(píng)定結(jié)果也可以作為成員信用等級(jí)的判定標(biāo)準(zhǔn)，在可交易能源系統(tǒng)引入信用體系和懲罰機(jī)制后，進(jìn)一步減小交易的不確定性。

　　2.4可交易能源系統(tǒng)的效益分析

　　現(xiàn)有機(jī)制下，售電商面向終端用戶的銷售電價(jià)通常是固定的，分布式發(fā)電的余量通常被售電商收購(gòu)，在本文中我們假設(shè)為實(shí)時(shí)電價(jià)收購(gòu)；可交易能源機(jī)制下，分布式發(fā)電將不再被收購(gòu)，而完全以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易售出，與現(xiàn)有機(jī)制相比，成員在可交易能源機(jī)制下有獲利的空間：

　　1）對(duì)于生產(chǎn)型消費(fèi)者，當(dāng)實(shí)時(shí)電價(jià)低于銷售電價(jià)時(shí)，其可以按某個(gè)高于實(shí)時(shí)電價(jià)但低于銷售電價(jià)的價(jià)格與其他終端用戶達(dá)成交易；當(dāng)實(shí)時(shí)電價(jià)高于銷售電價(jià)時(shí)，可以按某個(gè)低于實(shí)時(shí)電價(jià)的價(jià)格與售電商達(dá)成交易。由于銷售電價(jià)通常高于實(shí)時(shí)電價(jià)，生產(chǎn)型消費(fèi)者收入得到提升。

　　2）對(duì)于普通消費(fèi)者，當(dāng)實(shí)時(shí)電價(jià)低于菜單電價(jià)時(shí)，可以從其他生產(chǎn)型消費(fèi)者處購(gòu)買(mǎi)到低于銷售電價(jià)的電量，降低購(gòu)電成本。

　　3）對(duì)于售電商，當(dāng)實(shí)時(shí)電價(jià)高于銷售電價(jià)時(shí)，有可能從其他生產(chǎn)型消費(fèi)者處購(gòu)買(mǎi)到低于實(shí)時(shí)電價(jià)的電量，此外售電商可以通過(guò)分布式能量或容量交易調(diào)整偏差，滿足其風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避需求。

　　4）對(duì)于配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商，可交易能源機(jī)制下可以通過(guò)交易滿足其各種輔助服務(wù)需求。

　　3可交易能源系統(tǒng)的支撐技術(shù)

　　可交易能源系統(tǒng)中，去中心化的交易體系以及自動(dòng)化的交易決策和執(zhí)行等，均需要各類先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)的支撐。包括但不局限于以下幾類：

　　1）精準(zhǔn)預(yù)測(cè)技術(shù)：可交易能源系統(tǒng)中許多決策的制定都是基于預(yù)測(cè)值，由于交易大多為實(shí)時(shí)和短期的，提供超短期和短期精準(zhǔn)預(yù)測(cè)值能有效提升交易的可靠性、平衡調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性等。

　　2）智能決策系統(tǒng)：智能決策系統(tǒng)用于代替人工，在實(shí)時(shí)價(jià)格，節(jié)點(diǎn)供需預(yù)測(cè)值等參數(shù)輸入下，以自身經(jīng)濟(jì)優(yōu)化為目標(biāo)制定交易計(jì)劃，簽署交易和儲(chǔ)能的充放電管理等。

　　3）自動(dòng)執(zhí)行終端：主要完成交易的自動(dòng)執(zhí)行，如按照交易內(nèi)容控制功率流的流動(dòng)時(shí)間、方向、大小等。

　　4）智能監(jiān)測(cè)技術(shù)：具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流入流出節(jié)點(diǎn)功率，并將監(jiān)測(cè)值存儲(chǔ)的功能，以備最終結(jié)算。

　　5）實(shí)時(shí)交易驗(yàn)證：通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析得出交易是否被執(zhí)行的結(jié)論。

　　6）區(qū)塊鏈技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)不具備中央服務(wù)器，所有節(jié)點(diǎn)平權(quán)，具備可追溯性、強(qiáng)壯性，能為可交易能源平臺(tái)提供底層技術(shù)支持。

　　7）配網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)：配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)配網(wǎng)實(shí)時(shí)的運(yùn)行控制、拓?fù)渲貥?gòu)與降損分析，并在違背安全約束時(shí)進(jìn)行交易削減或采取其他措施。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　1）可交易能源是能源系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向，將與分布式電源、儲(chǔ)能的發(fā)展相互促進(jìn)，互為支撐。符合新經(jīng)濟(jì)下共享、平等、開(kāi)放、對(duì)等的“互聯(lián)網(wǎng)+”精神，是互聯(lián)網(wǎng)思維在電力行業(yè)的典型體現(xiàn)。

　　2）文章強(qiáng)調(diào)面向分布式和配網(wǎng)層面的限定，在該限定下可交易能源系統(tǒng)的研究將更加具備可行性和必要性。通過(guò)對(duì)具體的交易關(guān)系梳理與機(jī)制設(shè)計(jì)，呈現(xiàn)出具體場(chǎng)景下可交易能源系統(tǒng)的運(yùn)行方式，并分析了支撐可交易能源系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)需求與實(shí)施難點(diǎn)。

　　3）經(jīng)過(guò)本文相關(guān)的頂層和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，也顯現(xiàn)出目前可交易能源還未涉及的論點(diǎn)，如關(guān)鍵技術(shù)、運(yùn)行模擬等，將在后續(xù)的研究中進(jìn)一步進(jìn)行。（陳啟鑫, 王克道, 陳思捷, 等）