基于量價費多維迭代組合的零售結算模型

吳明興，段秦剛，陳青，潘舒妍，別佩，費云志

(1.廣東電力交易中心有限責任公司，廣州510600；2.北京清能互聯科技有限公司，北京100080)

0 引言

2015年底，國務院《關于進一步深化電力體制改革的若干意見(中發〔2015〕9號)》、國家發展改革委、國家能源局《關于印發電力體制改革配套文件的通知》(發改經體〔2015〕2752號)等文件[1 - 2]進一步明確了建立以中長期交易為主、現貨交易為補充的市場化電力電量平衡機制的市場建設目標，并給出了售電側改革的具體實施意見。隨著電力市場交易規模的不斷擴大，市場主體數量也不斷增加，此外電力現貨市場的建設，分時價格信號以及不斷細化的交易時序，都使得零售市場主體需要深度互動自主決策。電力零售市場以售電公司與零售用戶簽訂的零售合同為基礎，依據合同條款展開結算，由于市場需求的多樣性，電力零售合同由電力零售市場主體自行協商簽訂，然后交由電力交易機構備案。零售合同條款可能千變萬化，售電公司開展零售結算工作時需要面對海量結算規則和數據，因此本文在深入理解零售結算的核心和根本邏輯的基礎上，分析電力零售市場結算關鍵因素，并設計滿足多樣化零售合同結算的數學模型，最后介紹零售結算模型在結算系統的應用思路，實現“以不變應萬變”的零售結算目標。

目前國內外對電力市場結算和零售市場方面的學術文獻主要集中在批發市場偏差結算、市場不平衡結算、輔助服務結算、電力零售市場機制設計、電價體系設計、零售競爭與策略等方面，對零售結算及模型涉及到研究相對較少。王雁凌等人分析了電力批發市場競價機制和結算價格形成機制，提出應根據市場特點及改革的不同階段,選擇適合的結算競價機制[3]。姚星安等人全面梳理了廣東電力市場結算機制設計的思路和舉措，并對比分析了國內外偏差結算機制設計的特點，對廣東電力市場結算開展了實證分析[4]。Steven等人評估了電力零售套餐定價所面臨的挑戰，并分析了售電側放開市場環境下的套餐定價方法[5]。曾鳴等人對英國、美國等典型電力零售市場改革進行系統闡述，總結經驗教訓，為我國構建完整的競爭性電力零售市場提供有益的借鑒[6]。楊甲甲等人以澳大利亞和芬蘭為例,詳細說明了售電公司的組織結構和購售電業務流程，并系統地綜述了近年來國內外電力零售決策方面的研究進展[7]。吳敬慧等人設計多樣的電力現貨市場環境下基于用戶分群標準零售套餐模式，體現了電力零售套餐復雜性和差異性[8]。

綜上所述，已有文獻均未基于電力現貨市場建設發展趨勢分析未來電力零售商零售套餐結算的難點和挑戰。本文從零售結算的核心和根本邏輯出發，設計滿足多樣化零售合同結算的數學模型，實現海量電力零售合同的自動化結算，支撐電力零售市場的高效穩定運行。

1 廣東電力零售市場現行結算模式

目前廣東電力市場已形成批發零售協同的市場交易體系，零售市場與批發市場結算相對獨立開展，形成以月度為周期開展零售市場結算，按月出具電力市場結算依據的“月清月結”結算體系[9 - 10]。交易機構根據實際用電量及零售結算模式計算零售用戶電能量電費。售電公司月度電能量交易毛利由售電公司在零售市場中應收取的零售用戶電能量電費總額減售電公司在批發市場應支付的電能量電費構成。廣東電力零售市場中電力零售結算計算流程如下。

1)交易中心負責零售合同登記和結算的管理，交易中心負責零售合同登記和結算的管理，根據電力零售市場需求，建立零售市場結算管理制度，編制零售合同范本，并在交易系統開發零售合同管理、結算等功能模塊。售電公司與用戶簽訂購售電合同，送電力交易機構登記備案，電力交易機構以三方合同、購售電合同作為售電公司、用戶結算依據。

2)電網公司負責通過售電公司購電用戶的計量裝置安裝、運行和維護，并負責向交易中心提供市場用戶月度實際用電量和歷史用電量以及政府核定上網電價等結算準備數據。

3)要求交易雙方根據簽訂的零售合同在交易系統固化零售結算模式，確保合同剛性執行。零售合同有修改或變更，應在交易系統重新生成電子化合同并簽訂。固化零售結算模式的合同由系統自動計算零售用戶電費。

4)零售結算合同呈多樣性，在交易系統無法固化零售結算模式的合同，需每月由售電公司計算零售電費，然后填入交易系統，經電力用戶及電力交易中心確認審核后，作為售電公司、用戶結算依據。

5)電力交易機構負責向市場主體出具結算依據，市場主體根據規定與電網企業進行資金結算，由電網企業承擔用戶側欠費風險。

以上電力零售市場結算流程僅適用于電力現貨市場常態化運行之前的階段。而隨著電力市場進一步發展，電力零售市場結算將逐步過渡到由電力零售公司根據電力零售套餐與電力零售用戶自行結算的模式，若電力零售公司按照上述手工計算電費，難以適應現貨市場結算時序要求，還增加結算出錯機率。同時上述非自動化的零售結算存在錯報漏報結算電費的情況，可能影響零售市場主體的利益，因此建立零售結算模型是十分必要的。

2 電力零售結算邏輯分析

國外電力零售側改革從20世紀90年代開始，目前已進入一個相對穩定的發展階段，在電力零售市場中也演變出多樣化的套餐模式，包括固定單價套餐、分時電價套餐、價格指數套餐等[11 - 12]。2015年，國內啟動新一輪電力體制改革，也啟動了電力零售市場建設進程，新市場主體——售電公司可代理零售用戶參與電力市場交易，各省及區域中長期模式電力市場中也誕生了價差型、分成型等的電力零售套餐模式，并且基于國內特有的偏差考核等機制特點，在電力零售結算中加入了偏差考核結算、違約考核結算等結算項[13]。

綜觀國內外電力零售市場中千變萬化的零售套餐，其套餐結構看似復雜，但核心都是量價費在時間與空間多維度的迭代組合。零售套餐結算最基本單位是在分時量、分時價、分時費組合的基礎上添加不同的時間、空間、市場主體屬性的約束條件。基于此根本邏輯，本文從國內外市場實際運行經驗及研究理論中提煉量、價、費、時段、節點、主體這6類最小顆粒度的結算元素，通過自由靈活的迭代組合，從而形成滿足電力零售市場多樣化零售合同結算模式的結算模型。

3 電力零售市場結算關鍵因素分析

零售套餐結算涉及市場主體量、價、費的自由組合，同時與時間和空間有存在一定關聯。本節對零售結算關鍵因素進行分析。根據對現行國內中長期電力市場模式下常見零售套餐、國外電力現貨市場模式下零售市場常見套餐的設計結果分析，我們可將零售結算相關量和價均打散到小時水平，按日、按月、按年確定的電量或價格均可由分時積分得到，滿足不同零售套餐各時間維度的分別結算需求。從費用角度，除了已經固定的標準電力零售套餐費用外，應允許售電公司自定義零售套餐結算費用的計算規則，并可自定義其他結算費用，滿足電力零售市場中售電公司和零售用戶之間差異化結算需求。

零售套餐中關鍵結算電量項梳理總結為售電公司與電力用戶約定分時電量、電力用戶分時用電量、售電公司電力現貨日前市場分時申報電量、售電公司電力現貨日前市場分時出清電量、售電公司代理總分時電量、售電公司代理總用電量、電力現貨日前市場分時申報總需求電量、電力現貨日前市場總分時出清電量、市場電總分時用電量、根據自定義電力用戶分類統計的單類用戶分時用電量等。

零售套餐中關鍵結算價格項梳理總結為售電公司與電力用戶約定分時電價、電力現貨日前市場節點分時結算電價、電力現貨實時市場節點分時結算電價、標準化行業分時指數電價等。其中節點類型應包含電力批發市場交易組織所有可選擇的交易、結算節點，行業指數由市場運營機構設計計算方式，與電力發用電相關的典型行業均可納入指數編制范圍。零售套餐中關鍵結算費用項梳理總結為標準零售套餐結算費用、自定義零售套餐結算費用、自定義月固定費用。

除此之外，從數據條件分析，零售結算的關鍵因素還包括結算數據檔案信息，包括用電企業、用電戶號、結算戶號、計量點號，其中計量點號為最小顆粒度。

4 零售結算模型設計

基于電力零售市場結算因素分析成果，從數學實現角度設計零售結算模型。為某零售用戶i月度電費構成Cm,i應包括零售套餐標準結算費用Cm,i,s、零售套餐自定義結算費用Cm,i,cd、自定義月固定費用Cm,i,c3部分，如式(1)所示。

Cm,i=Cm,i,s+Cm,i,cd+Cm,i,c

(1)

式中月固定費用Cm,i,c為固定單值，僅與電力用戶i相關聯，在時間和空間維度無定義屬性。

售電公司對標準零售套餐進行結算時，可以參照現行電力市場結算系統的配置，選擇標準零售套餐模式以及標準零售套餐電量計算規則，實現此部分電費計算功能。

零售套餐自定義結算費用Cm,i,cd部分，主要用來滿足零售市場主體個性化的結算計算需求，需要市場主體在代理關系生成后手動配置結算公式，并經過審核后在電力市場結算系統中固化。零售套餐自定義結算應滿足量、價、費、時間、空間、市場主體一共6個自由度的配置，零售結算模型通過t實現參數在時間上的區分，通過i實現參數在不同零售市場主體上的區分，通過j實現參數在結算點即空間上的區分。具體的，零售套餐自定義結算費用結算項可梳理為：

(2)

式中：Cm,i,cd為某零售用戶i月度零售自定義結算電費；at,i,j、bt,i,j、dt,i,j、et,i,j、ft,i,j均為在t、i、j3個維度區分的不同參數序列；qt,i,j,a、qt,i,j,b、qt,i,j,d、qt,i,j,e、qt,i,j,f均為在t、i、j3個維度區分的不同電量序列；pt,i,j,a、pt,i,j,b、pt,i,j,d、pt,i,j,e、pt,i,j,f均為在t、i、j3個維度區分的不同電價序列電價序列不與電量序列相對應；ct,i,j為在t、i、j3個維度區分的電費序列；a、b、d、e、f、q、p和c均為零售側結算相關的規則因數，a、q、p和c之間的相互關系以及規則因數在t、i、j3個維度的積分規則，則定義了零售結算的規則算法。

以上4部分可以靈活涵蓋差異化自定義零售結算需求，滿足千變萬化零售合約條款的結算需求。

5 結算模型系統應用思路

通過業務分析可知，整個零售合同的結算過程可劃分為各個零售市場主體的零售結算規則匹配，結算數據準備，日清算、月結算計算，結果校核與發布幾個步驟。為規范零售結算工作，優化零售結算流程，提高零售結算效率，以上零售結算模型需在電力零售商交易結算系統作為功能模塊應用，以實現自動零售用戶電費計算需求。本文提出結算模型系統應用思路如下。

1)適應多樣零售合同類型結算，需要零售商結算系統能實現結算規則的靈活改造，擴充零售結算關鍵因素庫，不斷適應新的零售結算功能需求。

2)售電公司零售結算規則匹配需要實現與電力批發市場各交易產品的量價費結算規則匹配，各零售用戶與其零售合同的量價費結算規則匹配。相當于按零售側結算關鍵因素分析和零售側結算模型分析的結果，靈活搭建每個零售市場用戶每個交易產品和整體的“結算規則”，將公式各個“因數”按數據類型和結構分解為最小的數據模型單位。

3)結算數據準備則是對于“結算規則”各“因數”數據源和具體的有效值的確定，包括售電公司中長期結算數據分解上報用于中長期合約電能量費用的計算，獲取中長期合約交易環節的成交結果用于中長期合約交易環節的盈虧計算，獲取日前現貨市場和實時現貨市場交易結果用于日前市場偏差電能量電費計算以及預備實時市場偏差電能量電費計算，接收電網營銷系統以計量點為最小單位的零售用戶分時電量數據用于實時市場偏差電能量電費計算以及零售用戶月用電電能量費計算等。

4)基于零售市場主體零售結算規則匹配和結算準備數據，系統應實現快速計算各零售用戶當日每小時不同交易類型的結算電費，當月累計電量電費的計算，并統計自身經營的盈虧情況。

6 算例

6.1 基本參數

假設售電公司A旗下有5位客戶，分別與其簽訂固定電價套餐、峰谷電價套餐、最低消費套餐、月度價格指數套餐、綜合響應用能套餐。假定各零售套餐需繳納100元標準結算費，各用戶的合同中標準月(30日)細節如表1所示。

表1 零售合同元素表Tab.1 Retail contract elements

上述套餐中，套餐1至套餐3為經典套餐，套餐4為跟隨日前現貨市場價格變動的套餐，套餐5為綜合響應用能套餐，分峰(9-12，16-18時)、平(13-15，19-23時)、谷(1-7，24時)3個時段采取不同的與日前現貨市場價格相掛鉤的階梯電價模式進行定價。階梯電價的電量標準及價格如表2所示。

表2 綜合響應用能套餐階梯費率表Tab.2 Step rate table of comprehensive response energy consumption package

經典套餐會按月度實際用電量與合約量的偏差電量進行考核，其中免考核電量占比為20%，考核電費基準為等效考核單價，等效考核單價通過售電公司總偏差費用除以加權總偏差電量，考核范圍及費率設置如表3所示。

表3 偏差考核參數表Tab.3 Deviation assessment parameters

在本算例中，用戶合約月里每日負荷相同，售電公司與用戶簽約的分時曲線與用戶實際曲線圖1所示，售電公司采用簽約的曲線進行現貨市場申報。

圖1 用戶日負荷性Fig.1 User daily load characteristics

售電公司旗下的用戶分布在2個價區之中，其中用戶1—用戶3分布在價區A，用戶4—用戶5分布在價區B，假定2個價區合約月內每日電價波動情況相同如圖2所示。

6.2 情景分析

1)情景一：應用統一結算模型進行結算

應用零售結算模型對各零售套餐中的各項因子進行規整對各用戶的零售合同進行分解：1)本算例中，所有套餐均需繳納零售套餐標準結算費用Cm,i,s和自定義月固定費用Cm,i,c(表1固定服務費部分)；

在零售套餐自定義結算費用Cm,i,cd中：2)所有套餐均包含分時量價部分(表1合同價格部分)，但用戶3有低消套餐，其參數at,3,j需根據實際電量計算設置；3)對于量量部分而言，經典套餐中存在量量關系部分為單一用戶偏差電量與售電公司所代理的整體偏差電量之比，其相應參數需根據表3計算，套餐5由于采取分時階梯計費，其階梯電費分量可以通過實用電量和階梯標準電量(表2)進行計算；4)對于價價部分而言，用戶1、2、3不存在價格聯動的部分，參數置0，對于用戶4、5中的電價存在一定比例的與現貨聯動的因子(表1合同電價部分)；5)對于量價無關自定義費用，僅存在于用戶1與用戶5，可按照表1自定服務費部分進行設定。經計算各用戶的零售合同結算因數如表4所示。

將上述分解后因數和實際的電量與電價數據代入式(1)和式(2)計算得各用戶的費用如表5所示。

2)情景二：應用傳統方法進行結算

當應用傳統方法進行結算時，首先需要針對每類套餐構造單獨的登記頁面，并按照下列5個套餐的結算公式分別為：

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

表5 用戶結算數據表Tab.5 User settlement data

將6.1節中的參數代入公式(3)—(7)可計算出每個用戶的實際電費，結果與統一結算模型相同。

3)對比分析

通過兩類零售結算的應用流程可知，應用傳統的方法進行零售結算時，需要首先針對每類零售套餐構造出對應的套餐登記頁，并根據套餐設定設計對應的計算邏輯，而應用統一結算模型時，僅需設計統一的零售套餐登記頁，電力零售公司將根據套餐設計基于量、價、費3個層面的考慮拆分出電力零售套餐的規則因數即可。

假設市場中有n類套餐，每類套餐有k種參數設置方式，使用原有方式進行結算系統建設時，需要在零售系統中建立n個套餐登記菜單，并設置n×k組結算規則。而采用統一結算模型進行結算系統建設時，僅需要建立1個套餐登記頁面，在套餐登記頁面中設置n×k類結算邏輯即可。

在電力零售市場發展初期，套餐數目較少且規則較為簡單，現有方式具備費用計算簡便的優點，但隨著零售套餐的增多及復雜化，統一結算模型可以更方便快捷處理各類零售套餐，完成零售費用的自動化計算。

7 結語

隨著電力體制改革的持續深化和電力市場的發展完善，市場交易規模不斷擴大，零售側市場主體數量也不斷增加，在國內電力批發市場與電力零售市場協同運行管理的模式將逐步過渡到批發與零售解耦管理的模式，零售側交易結算工作將由售電公司負責。海量零售市場主體在用電特性、風險偏好、綜合服務等方面均具有多樣性的市場需求，這也使得由電力零售市場主體自行協商簽訂的電力零售合同條款可能千變萬化。本文基于對電力零售結算核心邏輯分析，總結梳理了電力零售市場結算關鍵因素，并設計出滿足多樣化零售合同結算的數學模型。通過結算模型的工程化應用，售電公司在交易系統可自由選擇量、價、費結算參數在時間和空間上的組合，實現海量差異化電力零售合同的結算模式固化，實現電力零售自動化結算，無需人工干預，支撐電力零售結算工作的高效精確執行，充分體現電力零售充分競爭結算的“三度空間”(即自由度、靈活度、復雜度)，解決了售電公司批發市場與零售市場結算數據銜接難題。

最后，本文針對電力零售市場結算工作在未來電力現貨市場中的開展提出以下建議。

1)在電力現貨市場建設初期，零售市場主體市場意識不足，抗風險能力較弱，建議由電力市場運營機構在充分考慮國情省情的基礎上，合理設計標準電力零售套餐，在提供市場引導的同時，充分滿足各類電力用戶基礎零售套餐選擇需求。

2)為確保零售合同的準確執行，建議市場監管機構和電力市場運營機構制定相關零售市場管理規則并采取先進的合約管理、數據辨識技術，對海量的零售合約進行規范、智能化的管理，在保障零售合同多樣性的同時，實現對零售合同的可控管理，充分保障市場主體的利益。

3)為適應電力現貨市場環境下復雜電力零售市場自動結算需求，建議售電公司盡快建立電力零售交易結算系統，滿足零售結算套餐自定義功能，盡快實現電力零售市場的自動結算，提高市場結算效率，同時減少自身運行風險，保障電力零售側改革的目標的實現。