新電改背景下考慮需求響應(yīng)的售電公司交易策略

周亞武，李鳳圓

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州供電局，廣東 惠州 516083)

0 引 言

2019年6月27日，國家發(fā)改委發(fā)布了《關(guān)于全面放開經(jīng)營性電力用戶發(fā)用電計(jì)劃的通知》，《通知》中經(jīng)營性電力用戶的全面放開標(biāo)志著中小型電力用戶正式獲得市場準(zhǔn)入資格，這將為售電公司發(fā)展帶來全新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。新一輪電改交易規(guī)則實(shí)現(xiàn)了利用市場優(yōu)化資源配置的調(diào)控模式，促使計(jì)劃與市場優(yōu)勢互補(bǔ)、相輔相成。通過市場交易的偏差考核機(jī)制對交易主體的電量偏差[1]進(jìn)行消納清除，并且嚴(yán)格落實(shí)“月清月結(jié)”的方式。

售電公司欲成為多能量市場的主體，有效規(guī)避交易風(fēng)險(xiǎn)并提供多元化售電方案是提高售電公司運(yùn)營效益和競爭力的核心策略。文獻(xiàn)[2]將條件風(fēng)險(xiǎn)值作為考核指標(biāo)，基于多時(shí)間尺度[3]提出了以售電公司效益最大、風(fēng)險(xiǎn)最低的購售電策略模型，但該模型未將新市場交易模式下的偏差考核機(jī)制[4]考慮其中。現(xiàn)有關(guān)于偏差考核機(jī)制的文獻(xiàn)研究主要是針對市場交易辦法、風(fēng)險(xiǎn)管控、多能量市場主體消納[5]以及打破省間交易壁壘[6]的偏差結(jié)算方法。文獻(xiàn)[7]通過層次分析法建立用戶購買模型，并將可中斷負(fù)荷與用戶分布式增量上網(wǎng)考慮其中，但未計(jì)入交易電量負(fù)偏差帶來的考核風(fēng)險(xiǎn)。文獻(xiàn)[8]通過聚類算法對不同用戶的用電特性進(jìn)行區(qū)分，并為其設(shè)計(jì)推薦個(gè)性化的電價(jià)消費(fèi)套餐，但并未講明在競爭性市場環(huán)境下售電公司是如何調(diào)動(dòng)用戶資源參與市場交易規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)以提高效益的交易策略及實(shí)施機(jī)制。

針對上述問題，將需求響應(yīng)(Demand Response, DR)[9]作為售電公司間接調(diào)控負(fù)荷并以市場化方式優(yōu)化資源配置[10]、規(guī)避考核風(fēng)險(xiǎn)的重要舉措，提出了考慮DR的售電公司交易策略，為售電公司提升用戶收益、定制個(gè)性化方案以及降低考核風(fēng)險(xiǎn)提供新思路。

1 售電公司的需求響應(yīng)

1.1 售電公司的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

1.1.1 售電公司的發(fā)展機(jī)遇

《通知》中鼓勵(lì)經(jīng)營性電力用戶由售電公司代理參與市場化交易，其中經(jīng)營性電力用戶是指在全社會(huì)用電量中，除去居民和農(nóng)業(yè)用電，包括除去公共事業(yè)和公益性行業(yè)以及電力行業(yè)自身的用電量之外的用電量。隨著中國經(jīng)濟(jì)水平的蓬勃增長，種類繁多的中小型工商業(yè)用電將為售電市場帶來不可估量的市場份額，可見，新電改背景下《通知》的發(fā)布，再一次為售電公司參與市場交易激發(fā)了數(shù)額可觀的改革紅利。

1.1.2 售電公司的競爭挑戰(zhàn)

新電改逐步還原電力的商品屬性，《通知》的正式發(fā)布，滿足了用戶多樣性的用電需求，在短期內(nèi)如何快速搶占市場份額將成為各類售電公司的緊迫目標(biāo)，但面對種類繁多且用電特性呈現(xiàn)多樣化的電力用戶以及市場考核嚴(yán)厲的局面，如何提升市場競爭力以搶占市場份額與規(guī)避交易風(fēng)險(xiǎn)已然成為售電公司提升自身核心競爭力的關(guān)鍵途徑。

1.2 需求響應(yīng)的發(fā)展

DR目前主要分為價(jià)格型DR與激勵(lì)型DR，是指當(dāng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性受到威脅或供電側(cè)市場價(jià)格較高時(shí)，供電方通過價(jià)格信號與激勵(lì)機(jī)制誘導(dǎo)用戶改變原有用電模式并為用戶提供相應(yīng)補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制[11]。自2017年8月31日中國電力現(xiàn)貨市場改革試點(diǎn)推行以來，電價(jià)信號鼓勵(lì)電力用戶主動(dòng)調(diào)整用電特性，日益豐富的DR資源[12]可作為參與市場交易的調(diào)控手段，這為售電公司對于DR的方案制定與有效實(shí)施創(chuàng)造了良好條件。

2 考慮DR的售電公司運(yùn)營策略

2.1 考慮DR的售電公司運(yùn)營流程

作為新興主體的售電公司，可通過定制DR方案將用戶資源轉(zhuǎn)換為柔性可控負(fù)荷參與市場交易，規(guī)避偏差電量考核，既能為用戶提供多元化的用電方案，增加用電收益，又能輔助售電公司增強(qiáng)用戶粘性以搶占市場份額、提升市場競爭力。為實(shí)現(xiàn)售電公司對DR資源的有效調(diào)控并為用戶帶來用電收益，制定考慮DR的售電公司運(yùn)營策略圖，如圖1所示。

圖1 考慮DR的售電公司優(yōu)化交易運(yùn)營流程圖

如圖1所示，售電公司首先對客戶生產(chǎn)計(jì)劃、用電需求、設(shè)備大修技改周期等因素進(jìn)行多方位評估，明確讓利模式，簽訂購售電合同。隨后根據(jù)次月預(yù)測的申報(bào)電量參與市場交易，通過智能電表對用戶實(shí)際電量監(jiān)測記錄并設(shè)置閾值，利用閾值告警研判偏差幅度。最后售電公司通過DR方案調(diào)控負(fù)荷側(cè)資源消納電量偏差，實(shí)現(xiàn)對偏差考核風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)控與規(guī)避。

2.2 可中斷負(fù)荷DR方案

可中斷負(fù)荷(Interruptible Load, IL)[13]常用于電力市場環(huán)境下電力系統(tǒng)穩(wěn)定性受到威脅或高峰運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷管理，當(dāng)購電用戶使用電量出現(xiàn)正偏差時(shí)，售電公司可通過可中斷負(fù)荷DR方案進(jìn)行消除。設(shè)定售電公司第t月實(shí)施可中斷負(fù)荷DR方案的補(bǔ)償費(fèi)用為

式中：nIL(i,y)、QIL(i,t)、PIL(i,t)分別為售電公司代理用戶i在第t月實(shí)施可中斷負(fù)荷DR方案的中斷次數(shù)、單次實(shí)施可中斷負(fù)荷DR方案的中斷電量以及補(bǔ)償電價(jià)；N為售電公司用戶數(shù)量。

1)用戶參與DR方案中斷次數(shù)約束：

0≤n(i,t)≤nIL,max(i,t)

2)用戶參與DR方案單位電量補(bǔ)償電價(jià)約束：

PIL,min(t)≤PIL(i,t)≤PIL,max(t)

式中：nIL,max(i,t)為用戶i在第t月參與DR方案進(jìn)行電量中斷的最大允許中斷次數(shù)；PIL,max(t)、PIL,min(t)為用戶在第t月參與DR方案進(jìn)行電量中斷的單位電量補(bǔ)償電價(jià)上、下限。

2.3 電量回購DR方案

電量回購(Demand Buyback, DB)[14]是實(shí)現(xiàn)負(fù)荷管理與電量消納的重要手段，是指通過降低單位電價(jià)的價(jià)格信號與激勵(lì)措施鼓勵(lì)用戶增加用電量以提升用電收益，可知售電公司利用電量回購DR方案能實(shí)現(xiàn)負(fù)偏差電量消除，設(shè)定其第t月實(shí)施電量回購DR方案的補(bǔ)償費(fèi)用為

式中：nDB(i,t)、QDB(i,t)、PDB(i,t)分別為售電公司代理用戶i在第t月實(shí)施電量回購DR方案的回購次數(shù)、單次實(shí)施電量回購DR方案的回購電量以及實(shí)施電量回購DR方案的單位電量補(bǔ)償價(jià)格。

1)用戶參與DR方案回購次數(shù)約束：

0≤nDB(i,t)≤nDB,max(i,t)

2)用戶參與DR方案單位電量補(bǔ)償電價(jià)約束：

PDB,min(t)≤PDB(i,t)≤PDB,max(t)

式中：nDB,max(i,t)為用戶i在第t月參與DR方案進(jìn)行電量回購的最大允許回購次數(shù)；PDB,max(t)、PDB,min(t)分別為用戶在第t月參與DR方案進(jìn)行電量回購的單位電量補(bǔ)償電價(jià)上、下限。

3 考慮DR的售電公司優(yōu)化交易策略

3.1 常規(guī)交易策略

新電改背景下市場電量按雙邊交易與集中競價(jià)進(jìn)行交易，該規(guī)則下的交易策略常見如下：

策略1：單一用戶分散交易。

保守型售電公司對用戶申報(bào)用電量依賴性較大，習(xí)慣于將用戶申報(bào)電量逐一參與市場交易：

Qp(i,t)=Qb(i,t)+Qc(i,t)

ΔQd(i,t)=Qr(i,t)-Qp(i,t)

Qe(i,t)=αQp(i,t)

Qk(i,t)=

式中：Qp(i,t)、Qb(i,t)、Qc(i,t)、ΔQd(i,t)、Qr(i,t)、Qe(i,t)、Qk(i,t)分別表示售電公司代理用戶i在第t月的需求總電量、雙邊協(xié)商交易電量、集中競價(jià)電量、市場偏差電量、市場實(shí)際用電量、免考核電量以及考核電量；α為免考核比例系數(shù)。偏差結(jié)算如下式：

ΔEd(i,t)=(ΔQd(i,t)Pc(t)+Qk(i,t)·β·

|Pc(t)|)·δ(t)+(ΔQd(i,t)Pc(t)+

|Qk(i,t)|·γ·|Pc(t)|·(1-δ(t))

式中：Pc(t)為市場交易在第t月的統(tǒng)一出清價(jià)差；ΔEd(i,t)為售電公司代理用戶i在第t月的偏差電量結(jié)算費(fèi)用，由偏差電量費(fèi)用與偏差電量考核處罰組成；δ(t)為0-1變量，正偏差時(shí)取1，負(fù)偏差時(shí)取0；β為正偏差考核價(jià)差系數(shù)；γ為負(fù)偏差考核價(jià)差系數(shù)。

售電公司代理用戶i在第t月的收益如下：

Eb(i,t)=Pb(t)Qb(i,t)

Ec(i,t)=Pc(t)Qc(i,t)

Euser(i,t)=P0(i)Qr(i,t)

Ecompany(i,t)=-(Eb(i,t)+Ec(i,t)+

ΔEd(i,t)-Euser(i,t))

式中：Eb(i,t)、Ec(i,t)、Euser(i,t)分別表示雙邊協(xié)商結(jié)算費(fèi)用、集中競價(jià)結(jié)算費(fèi)用以及用戶月度電量結(jié)算費(fèi)用；Pb(t)為年度長協(xié)價(jià)差；P0(i)為售電公司與代理用戶i簽訂的協(xié)商保底價(jià)差；Ecompany(i,t)為售電公司代理用戶i在第t月的交易收益；Ecompany，1(i,t)為策略1下售電公司的總收益。

策略2：集中電量捆綁交易。

當(dāng)售電公司擁有較多的市場用戶，可將其進(jìn)行捆綁交易，實(shí)現(xiàn)用戶之間自我消納，模型如下：

(1)

(2)

Qk(t)=

(3)

式中：ΔQd(t)、Qe(t)、Qk(t)分別代表售電公司在第t月代理N個(gè)用戶參與交易的總偏差電量、免考核電量以及考核電量。

該交易策略的收益模型如下：

ΔEd(t)=(ΔQd(t)Pc(t)+Qk(t)·β·|Pc(t)|)·δ(t)+

(ΔQd(t)Pc(t)+|Qk(t)|·γ·|Pc(t)|)·(1-δ(t))

Ecompany,2(t)=-(Eb(t)+Ec(t)+ΔEd(t)-Euser(t))

式中：Eb(t)、Ec(t)、ΔEd(t)、Euser(t)分別為售電公司代理N個(gè)用戶在第t月雙邊協(xié)商結(jié)算費(fèi)用、月度競價(jià)結(jié)算費(fèi)用、偏差電量結(jié)算費(fèi)用以及用戶用電結(jié)算費(fèi)用；Ecompany,2(t)為策略2下售電公司的總收益。

3.2 考慮DR的售電公司交易策略模型

當(dāng)出現(xiàn)正偏差預(yù)警時(shí)，售電公司將通過可中斷負(fù)荷DR方案規(guī)避正偏差考核；當(dāng)出現(xiàn)負(fù)偏差預(yù)警時(shí)，將利用電量回購DR方案規(guī)避負(fù)偏差考核，并對DR方案附加了容量上下限約束。

1)可中斷容量約束：

2)回購容量約束：

2|ΔQd(t)|-|Qk(t)|

策略3：考慮DR的售電公司交易模型。

DR方案不僅為用戶提供了多元化的用電方案，而且有利于規(guī)避考核風(fēng)險(xiǎn)，具體模型如下：ΔEd(IL,PL)(t)=

δ(t)+nDB(i,t)·QDB(i,t)·(1-δ(t))]

Ecompany,3(t)=-(Eb(t)+Ec(t)+ΔEd(IL,PL)(t)+

策略4：考慮DR方案補(bǔ)償與偏差考核費(fèi)用綜合最優(yōu)的交易策略。

該策略通過DR方案補(bǔ)償與偏差考核綜合效益最優(yōu)的minE(t)模型，規(guī)避售電公司實(shí)施DR方案過度補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)，交易模型為

minE(t)=ΔEd(IL,PL)(t)+EIL(t)·δ(t)+

EPL(t)·(1-δ(t))

式中：Ecompany,4(t)為策略4下售電公司的總收益。

3.3 考慮DR的售電公司交易模型求解

由于該模型由DR方案價(jià)格補(bǔ)償?shù)姆蔷€性函數(shù)與偏差考核處罰的線性函數(shù)組成，屬于多目標(biāo)求解問題，擬采用一種改進(jìn)的縱橫交叉優(yōu)化(Crisscross Optimal， CSO)算法[15]對該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，如圖2所示。

圖2 優(yōu)化交易模型求解流程

4 算例分析

廣東省作為改革試點(diǎn)，算例采用該省某售電公司用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，以2017年年度長協(xié)平均價(jià)差-0.064 5元/(kW·h)作為雙邊交易平均價(jià)差，以每月統(tǒng)一出清價(jià)差作為集中競價(jià)的出清價(jià)差。該售電公司用戶是水泥、鋼材、天然氣生產(chǎn)等計(jì)劃型工業(yè)用戶以及假日酒店、海邊市場等季節(jié)型商業(yè)用戶。售電公司將依據(jù)用戶歷史數(shù)據(jù)及生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行電量預(yù)測申報(bào)，但由于氣候、市場等多因素造成的電量偏差是不可避免的，故對預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行蒙特卡洛模擬，并將其作為實(shí)際用電量，如圖3、4所示。

根據(jù)式(1)-(3)可知售電公司實(shí)施策略2 的電量偏差及免考核部分電量，如圖5所示。

圖3 工業(yè)用戶月度申報(bào)電量與實(shí)際電量

圖4 商業(yè)用戶月度申報(bào)電量與實(shí)際電量

觀察圖5發(fā)現(xiàn)，全年12個(gè)月中有6個(gè)月是免考核的，其中1月、3月、6月需面臨正偏差考核，2月、5月、9月需面臨負(fù)偏差考核。基于以上數(shù)據(jù)，即可對策略1、策略2分別求解。圖6、圖7則列明了各用戶參與DR方案自由申報(bào)的參數(shù)。

圖5 捆綁用戶電量集中交易模式下的偏差考核結(jié)果

圖6 用戶參與可中斷DR方案自由申報(bào)的參數(shù)

圖7 用戶參與電量回購DR方案自由申報(bào)的參數(shù)

通過圖6、圖7中DR方案的用戶參數(shù)可規(guī)避偏差電量考核風(fēng)險(xiǎn)，分別對策略3與策略4的盈利模型優(yōu)化求解，模型輸出的收益曲線如圖8所示。

圖8 售電公司的收益曲線

對比策略1與策略2的收益曲線可知，提升市場份額以擴(kuò)大交易電量更有益于售電公司規(guī)避考核風(fēng)險(xiǎn)。對比策略2與策略3可知，策略3通過DR方案調(diào)控需求側(cè)資源對偏差電量進(jìn)行全額消納，有效提升了效益增幅。售電公司執(zhí)行策略4的收益高達(dá)637.26萬元，對比策略1、策略2、策略3分別高出431萬元、50.2萬元、63.6萬元。策略4是以DR方案補(bǔ)償與偏差考核綜合費(fèi)用最優(yōu)為目標(biāo)，消納部分偏差以實(shí)現(xiàn)效益最優(yōu)化，可見策略4是最優(yōu)交易策略。

5 結(jié) 語

1)通過設(shè)計(jì)多元化用電方案改善購電體驗(yàn)與服務(wù)，將有助于售電公司吸引更多的用戶提升市場份額，擴(kuò)大集中競價(jià)申報(bào)電量。

2)現(xiàn)貨市場逐步開放，為DR應(yīng)用推廣提供了良好條件，售電公司可利用DR方案增強(qiáng)用戶粘性同時(shí)調(diào)控用戶負(fù)荷參與市場交易，并且有助于實(shí)現(xiàn)市場的供需平衡。

3)通過優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)DR方案補(bǔ)償與偏差考核綜合費(fèi)用最優(yōu)，能有效規(guī)避售電公司為盲目消除偏差而過度補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)，提升市場核心競爭力。