售電運營平臺關鍵技術研究與應用

郭晶 羅軍 吳溢

（四川中電啟明星信息技術有限公司）

0 引言

電力市場是電力的買方和賣方相互作用以決定其電量和電價的過程，是電力系統中發電、輸電、供電、用戶等各成員組織、協調運行的管理機制和執行系統的總和[1-2]。

電力市場是進行電力交易的場所，隨著當今電力市場改革，向社會資本放開配售電業務，電價不再由政府統一定價，而是取決于市場供需關系和電網輸送能力。發電側和售電側電價和準入的放開，催生了一個售電主體與用戶直接聯系、長期的潛在交易金額超過萬億、利潤超過千億的巨大全新售電市場。電網企業型、獨立型和配售一體型三類售電公司，如雨后春筍般迅速涌現。

售電公司當前員工人員數量規模較小，在進入電力市場后，主要精力均為開拓市場，發展用電客戶。面對復雜多變的電力市場規則以及有著強烈降價愿望的客戶需求，售電公司想要及時掌握市場動態，準確判斷市場行情，正確做出購售電的經營決策，急需借助專業的售電運營平臺，通過數據搜集和積累、多維度分析和挖掘，競價模擬仿真，收益預測等手段，進行輔助計算和理性決策，實現高效運營和精益化服務。

文章主要研究購電競價模型、偏差預測及收入預測模型技術，搭建售電運營平臺，幫助售電公司對用電客戶進行科學管理與分析，制定最優購電策略，控制偏差考核風險以及預測盈利狀況[3-4]。

1 售電運營平臺設計

售電運營平臺包括購電競價、售電營銷、客戶服務、合同管理、偏差管理、費用結算等功能模塊。售電運營平臺使用業界成熟穩定的Eclipse作為開發工具，使用JDK1.8版本作為開發編譯環境，結合業界主流的Spring、Spring MVC、My Batis、Spring Boot和Spring Cloud技術實現的微服務平臺，技術架構如圖1所示。

其中基礎設施部分利用公司虛擬化軟件構建私有云或者共有云的基礎環境，實現IT基礎設施資源充分使用及自動化運維管理；數據存儲部分支持主流數據庫，主要通過Spring Data及Druid鏈接池實現數據的交互操作，并通過Nginx的靜態代理實現靜態文件資源在文件系統存儲中的數據共享；平臺基礎服務組件基于國網統一權限平臺，實現統一身份管理管理、統一認證管理、統一授權管理、統一審計管理、統一流程管理、統一消息管理等服務接口，以便上層服務組件調用。售電運營平臺服務組件實現平臺業務邏輯處理及數據交互存儲，并在每個組件之間提供接口數據交互及調用處理，實現組件模塊化、多元化和靈活擴展，主要使用Spring、Spring MVC、Spring Cloud、My Batis等技術進行封裝；服務網關組件主要通過對Spring Boot的Zuul服務網關進行封裝、擴展和增強，加上自主研發的安全組件和安全策略，實現對網關的安全訪問控制及網關接口服務的注冊和統一配置；展現層主要使用了Vue.js和ElementUI前端組件進行封裝改造，實現一套完整規范的前端框架。

2 售電運營平臺關鍵技術

售電運營平臺主要面向售電公司，為業務開展、領導決策提供技術支撐。如何科學購電、制定售電策略、滾動預測收入是平臺的核心關鍵技術。

2.1 購電競價模擬技術

綜合考慮電力交易市場行情、電價電費政策、行業發展狀態、歷史交易信息等影響報價策略的因素[5-7]，提出了基于遺傳算法和網絡流的購電競價模擬技術，對電力市場的交易進行仿真，為售電公司參與市場競價提供輔助決策的技術支撐，實現了精準購電，從根本上解決了售電公司偏差考核的問題。

2.1.1 發電及用戶報價模型

電源方提出供電保留電價，用戶方向各電源報出自己購電的價格，當用戶報出的購電價格高于或等于某一電源的保留電價時，該電源方才考慮將電供給相應的用戶，否則是不提供電能的。當某電源供給負荷后有剩余容量時，這部分容量將以保留電價上網，這部分容量作為系統備用[8-9]。目標函數和約束條件如下：

式（1）為目標函數，在滿足式（2）～式（4）的約束條件下，求該目標函數的最大值。其中，式（2）為滿足節點功率平衡的約束條件；式（3）為電源出力上、下限值的約束條件；式（4）用戶電力約束條件。

采用遺傳算法求得中標電源和供電用戶，當中標電源和供電用戶兩者已定時，計算本約束下的最佳潮流分布[10-11]。

遺傳算法是模擬生物遺傳進化機制的隨機搜索自適應尋優算法。遺傳算法是具有“生成+檢測”功能的迭代搜索算法。在父代種群的基礎上，由選擇、交叉和變異三個基本遺傳操作產生下一代種群[12]。采用遺傳算法來確定報價策略可以理解為：在正常情況下，根據未來時段的市場的結算電價，或者接收市場發布信息滿足約束條件的限制，通過目標函數評價其優劣，適應性差的被淘汰，只有適應性強的才有機會將其特征遺傳至下一輪解，最終獲得最優解，產生自己的報價策略。具體的尋優過程如圖2所示。

2.1.2 網絡輸電模型

式（6）為目標函數，在滿足式（7）、式（8）的條件下，尋求將電能從電源轉送到用戶的最小輸電費用；式（7）為滿足節點功率平衡的約束條件；式（8）為線路輸送容量限制。

上述模型可利用網絡流法求解，最終得到經濟上的最優潮流分布。

2.2 結算預測技術

綜合售電量大小、用電客戶類別、售電時間、合同類型、合約電價、競價成交價格等多種因素，結合售電公司歷年的年度、月度售電量數據、售電收入數據，借助馬爾科夫過程中的無后效性性質、馬爾科夫鏈以及狀態轉移矩陣建立售電收入預測模型[13-15]，計算不同客戶用電結算的初始概率以及不同結算結果之間的轉移概率，實現對售電公司年度、月度售電收入的滾動預測，輔助售電公司即時把握未來收益情況。

滾動結算簡單來講是考慮進用戶的實時用電量以及歷史結算電量電價等的因素，再以用戶用電現階段的狀態進行整月的結算，通過每日實時結算可以知道偏差考核費用以及盈利狀況，輔助于偏差的控制以及收入的預測。具體是根據售電公司歷史結算的映射原理，得到結算數列，對其進行一次累加生成處理，則得到一個新的數列，對于新數列的變化趨勢可以近似的用如下微分方程描述：

當△t=1的時間很短，變量x(t)→x(t+△t)之間不會出現突變量，那么，在△t=1的時間內，dx/dt的背景值可以取其平均值，經過微分替代運算得到以下方程：

因而，微分方程所對應的時間響應函數是：

由上述公式和用戶結算的原始數據得到a，u值，最終得到結算預測模型：

3 應用成效

售電運營平臺自上線以來，通過云部署與租用的方式與全國百余家售電公式建立合作關系，已被四川、陜西、江蘇、冀北等地共計40余家大中型售電公司應用。

售電公司擁有了支撐日常辦公需求的、安全可控、便捷易用的信息管理系統，符合《國家發展改革委國家能源局關于印發＜售電公司準入與退出管理辦法＞和＜有序放開配電網業務管理辦法＞的通知》的要求，實現線上系統化辦公，提高辦公效率。

售電運營平臺實現交易仿真，對售電公司參與電力市場交易有決定性的支撐作用，在分析歷史電力交易基礎上結合行業景氣指數、水情、氣候等因素得到購售雙方申報特征，從而進行交易模擬，形成公司最優競價策略，實現精準購電，極大地提高盈利能力。

售電運營平臺完成用電偏差預測技術，通過收集用電客戶實時用電量，考慮用戶生產情況以及行業變動狀況等外在因素實現偏差預測，對用電偏差進行實時把控，從根本上解決售電公司偏差考核的問題。

4 結束語

綜上所述，售電運營平臺融合云計算、互聯網+等新技術，為售電公司提供資源整合、購電競價決策、售電服務管理、創新增值服務、客戶服務等多方面的售電運營整體解決方案, 解決了售電運營難題，實現網絡化、信息化、智能化的企業運作模式，提升售電服務水平，對協助售電公司制定電力市場交易策略、實現收益最大化發揮了重要作用，增強了售電公司的市場競爭力。