市場化用戶交易數字化建設方法與研究

田珂，趙衛華，丁博，張哲，尹璐，申志剛

(1.國網河南省電力公司， 河南， 鄭州 450000； 2.國網河南省電力公司營銷服務中心(計量中心)， 河南， 鄭州 450000； 3.河南九域騰龍信息工程有限公司， 河南， 鄭州 450000)

0 引言

隨著電力行業市場化售電模式的發展以及電力企業端售電側的改革，市場化交易競爭激烈，售電業務發展迅速，由最初的大用戶直購電、年度交易發展到現在的市場化用戶、月度交易、多批次等復雜業務，用戶量也隨之增多,使得當前市場化系統無法靈活適應業務發展需求。

在已有的研究中，文獻[1]采用一種針對多種不同用戶采用不同價格機制下的售電公司購電競價交易策略。該策略可以調節競價過程的合理性，但是不能提高電力銷售的完成度；文獻[2]采用一種針對不同電力采購用戶根據偏度和加權的方式分析其風險價值的交易策略。該策略可以提高電力交易的安全性，但是未能較大程度地提高交易成功比例；文獻[3]提出一種在多種微電網參與下對發電企業進行配電方案而產生電力市場競價博弈方法。該方法通過引入多微電網可以提高電力交易的完成度，但是采用該方法其需要完成的源頭較多，其實現較為復雜。

本研究設計了一種電力交易數字化的架構，針對雙邊交易采用納什均衡策略和集中交易采用差價返利機制這兩種電力交易方法進行研究，分析其電力成交的比例。

1 電力交易數字化總體架構

本研究設計了一種電力數據交互平臺框架如圖1所示[4]。

圖1 電力數據交互平臺框架

由圖1可知，本研究把電力數據交互平臺分成4個層：首先是用戶層，直接鏈接用戶端的數據，通過發電企業和用電企業獲取發電和用電數據對電力進行綜合調度；其次是表現層，通過設計主要的數據交流項目設計獨立的交互頁面；最后是業務層，該層設計電力信息交互的底層業務類進行劃分，通過設計不同的業務管理類進行劃分，實現數據的快速傳輸；在電力數據交互平臺的底層由SQL Server數據庫對數據進行儲存[5]。市場化售電業務應用系統根據目前售電側改革政策要求，具體業務架構如圖2所示。

圖2 市場化售電業務架構圖

由圖2可知，通過把市場化的售電業務根據業務種類的不同劃分成不同的類別，針對每個業務類別設計不同的執行步驟來完成業務[6]。通過利用圖中的五個業務類別進行適應性調整可以實現對電力銷售中各種不同業務進行處理。

在新一輪的電力行業變革中出現了一種新的市場主體，該市場主體是進行調節發電企業和市場用戶的售電公司，該售電公司完成市場中的零售業務[7]。通過引入社會資本打斷電網企業在售電行業的壟斷，可以提高電力銷售行業的市場活力，其電力銷售市場運行如圖3所示。

由圖3可知，實線表示電力傳輸路線，虛線表示數據傳輸路線。電力銷售市場主要分成批發市場、零售市場和非競爭市場。其中，批發市場是主要針對大用戶來設計的，該類用戶電力需求總量大且需求較穩定，可以設計專門的發電機組對這類用戶進行用電；在零售市場中主要是市場用戶，該類用戶中單個用戶電力需求小，但是由大量零散用戶組成，電力需求總量波動較大，采用售電公司對該類用戶進行合理調度；非競爭市場主要由非競爭用戶組成[8]。

圖3 電力銷售市場運行圖

2 關鍵技術

本研究主要針對售電公司進行研究，分析電力銷售公司多種電力銷售模式，建立優化的電力交易模型，實現電力銷售的優化問題[9]，采用的創新點如下。

(1) 在雙邊交易模式下采用多方談判的方式進行設計，采用納什均衡策略對電力銷售公司的報價策略進行優化，設計出合理的競價機制。

(2) 在集中交易模式下采用差價返還模式，分析其中的經濟學原理，構建出電力需求量和電力報價的分布曲線，分析電力銷售的邊際曲線，以此設計更合理的電力交易模型和電力銷售策略。

2.1 納什均衡策略交易模型

為了建立納什均衡策略交易模型需要提出三點假設：① 由于納什均衡策略因素需要交易雙方為一對一的交易條件；② 在進行雙邊交易中可以因為報價未達到預期而退出交易；③ 本次模型設計中，所選取報價策略的線路損耗等因素折算到發電企業的報價中，本研究所設計的模型報價為統一節點的上網報價。

在市場化的電力交易環境中，發電企業和售電公司所追求的目標都是收益最大化。現假設交易雙方中有m個發電企業Fm和n個售電公司Sn，根據售電公司提供的最大可接受電力售價構建支付向量W如式(1),

W=(w1,w2,.…,wn)T

(1)

其中，wn表示第n家售電公司提供的最高可接受電力價格，通過收集發電企業的發電成本可以構建發電成本矩陣T如式(2),

(2)

其中，c(m，n)表示發電企業對應于售電公司的發電成本，通過各個企業間的發電成本構建成為發電成本矩陣。通過發電成本矩陣和最大可接受電力售價向量可以構成發電成本的增咣矩陣T*如式(3)，

(3)

式中，增廣矩陣上半部分由式(2)的發電成本矩陣構成，下半部分中最大可接受電力售價向量為自身的發電成本，相對于其他售電公司的成本為無窮大。當電力交易總成本達到最少時，就可以達到最優化的競價策略，其市場的總成本如式(4)，

(4)

式中,C*表示電力市場的總成本，式中各組成部分的約束條件如式(5)，

(5)

對于發電企業在發電成本和售電公司最大可接受電力售價兩方面確定的情況下，發電企業所能獲得的最大收益空間是一個定值，其發電企業的最小總收入如式(6)，

(6)

其中，發電企業的最小發電成本如式(7)，

(7)

(8)

通過式(8)中發電企業的利潤空間可以構建出該發電企業出售電力的價格如式(9)，

pk(k,j)=c*(k,j)+πk-ε

(9)

其中，pk(k,j)表示發電企業k向售電公司j提出的其所需要的電力出售申報價，ε表示發電企業能夠接受的利潤最大減小值。

2.2 集中交易差價返利機制交易模型

為建立該交易模型，需要提出幾點假設：① 在本次集中電力交易中假設有n家售電公司和m家發電企業參加；② 在報價過程中，發電企業可以報價3次，但是售電公司只可報價1次。

(10)

其中，Qyear表示每年的電力交易數據，PJ表示發電企業的發電機組的容量，tyear表示年基礎發電時間，由此可知每月的發電計劃容量如式(11)，

(11)

其中，Qmouth表示每月發電計劃容量。其申報的計劃發電量的約束條件如式(12)，

qj1+qj2+qj3=qsj

(12)

其中，綜合讓出利潤如式(13)和式(14)，

πj=(pi-pj1)·qj1+(pk-pj2)·qj2+(pl-pj3)·qj3

(13)

πi=pi×qj1

(14)

通過式(13)和式(14)可以推算出售電公司和發電企業的讓利情況，通過返利系數可以使發電企業獲得一定量的返利，其中返利數據計算公式如式(15)，

(15)

通過式(15)計算所獲得的返利數據可以計算售電公司的平均價格差值，其平均差值如式(16)，

(16)

其中，各個發電企業的電力報價的差值計算公式如式(17)，

(17)

通過本研究設計的集中交易返利機制交易模型可以大大提高電力交易的成功率，降低交易成本。

對照組患者對臨床護理非常滿意、滿意、不滿意分別為18例、13例、12例;觀察組分別為28例、12例、40例。觀察組臨床滿意度高達93.02%,顯著高于對照組(72.09%),組間滿意度比較x2=6.541,p<0.05,差異具有統計學意義。

3 算例分析

3.1 納什均衡策略算例分析

在本次市場交易算例分析中選擇三家電力銷售公司和三家發電企業參加，其中對于發電企業的電力價格波動設定為0.1，電力銷售公司的相關數據如表1所示。

表1 電力銷售公司相關數據

發電企業的相關數據如表2所示。

表2 發電企業相關數據

根據表1和表2中電力交易市場數據可以計算采用納什均衡策略條件下的雙方協商的交易最優化策略，由售電公司和發電企業的數據可以計算出發電企業的成本增廣矩陣如式(18),

(18)

通過對式(18)的增廣矩陣進行計算最小路徑可以得出算法的最小發電成本如式(19),

C*=70+100+120=290

(19)

根據式(19)可以看出,在發電企業和售電公司的交易分配方式中總成本最優所采用的模式如表3所示。

表3 最優電力銷售匹配模式

通過式(19)計算所獲得的數據進行計算納什均衡情況下的價格，其最終獲得的報價矩陣如式(20),

(20)

通過對發電企業的發電量和售電公司的電力需求數據可以得知,該電力交易分配模式可以較好地完成電力交易。其中，發電企業F-1準備申報的發電申報總量為120 MW，其所對應售電公司S-2的電量需求為90 SMW；發電企業F-2準備申報的發電申報總量為100 MW，其所對應售電公司S-3的電量需求為60 MW；發電企業F-3準備申報的發電申報總量為130 MW，其所對應售電公司S-1的電量需求為 100 SMW。綜合上述三家發電企業的電力出售數據可以得出，其電力出售比例為71.43%，可以完全滿足售電公司的電力需求。

3.2 差價返還機制算例分析

針對差價返利機制的算例進行研究，在本次研究中選擇7家發電企業和8家電力銷售公司參加。通過對參加的發電企業和售電公司的報價數據進行統計，并通過上文設計的差價返還機制進行處理，計算發電企業和售電公司計劃中所準備生產電力量和需求電量與實際中所完成的交易量進行比較，其中發電企業申報發電上限與實際售電企業的成交數據如圖4所示。

圖4 發電企業發電數據統計圖

由圖4可知，黑色柱狀圖為發電企業申報的發電總量上限，白色柱狀圖為實際發電企業與電力銷售公司的電力成交量。其中，售電公司提前申報的數據與實際成交的數據統計圖如圖5所示。

由圖5可知，黑色柱狀圖為售電公司提前申報的電力需求數據，白色柱狀圖為售電公司實際與發電企業的電力成交量。綜合上述圖4和圖5的統計數據可以得出，其中發電企業所申報發電量的總量上限為13 700萬千瓦，其實際成交的數據為11 200萬千瓦，其發電企業的電力成交比例為81.75%；其中售電企業提前申報所需的電力總量為14 300萬千瓦，其實際成交的數據為11 200萬千瓦，其售電企業的電力成交比例為78.32%。

圖5 售電公司電力數據統計圖

4 總結

本研究通過對市場化的電力交易方案進行研究，設計了一種電力數字化交易框架，并針對雙邊交易中采用納什均衡策略和在集中交易中采用差價返還機制進行分析，并通過采用合適的算例對這兩種電力交易方案進行分析，在集中交易模式中采用差價返還機制可以更好地提高電力交易中的電力成交比例，但是由于試驗不足，還需要后續更深入的研究。