新电改背景下综合能源服务商的购售电策略优化

张 倩，张延迟，解 大

（1．上海电机学院 电气学院，上海 200240；2．上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海 200240）

0 引言

随着售电侧改革的推进，配售电业务的陆续放开，数千家独立售电公司进入市场， 三批约500 个增量配电业务试点持续推进，原本由电网公司一家独大的供电格局逐渐被打破，为MEP（综合能源服务商）提供了大量的机遇[1]。在新一轮的技术革命中，分布式发电技术、能源互联网技术及新能源交易方式得到快速发展，促使售电公司加快转型为MEP，改变了以往仅通过买卖差价赚取利润的传统模式[2]，成为提供电力能源产品和能源调度的综合服务提供商。

传统能源服务多是从产业链上游向下游延伸的合纵模式，而综合能源服务则是围绕客户需求而展开的提供多种服务的连横模式[3]。文献[4-6]分别介绍了美国、英国、法国等国外成熟的售电侧市场的运行机制，分析了零售市场存在的问题，对比了国外与中国售电市场的生存环境；文献[7-8]分析了市场交易的结算过程，优化LA（负荷聚合商）的购电策略；文献[9-10]分析了售电公司进行中断电价机制以期达到收益最大化，但是没有考虑售电公司参与市场竞价的影响。上述文献主要是围绕国外售电市场化改革和运行实践经验总结，以及对售电公司购售电策略进行优化研究。但是，目前少有文献研究新电改背景下，MEP的购售电策略。

本文从售电行业的现状出发，分析售电公司转型的必要性，计及DG（分布式能源）、LA 的影响， 考虑了需求侧不同用户的用电特性， 建立MEP 的购售电决策模型，算例结果表明了该模型的可行性，能为MEP 的竞争策略提供参考。

1 售电行业现状

1.1 售电公司的发展现状

2015 年，中共中央、国务院发布《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》[11]，明确提出要“按照管住中间、放开两头的体制架构，有序放开输配以外的竞争性环节电价，有序向社会资本放开配售电业务”。政策层面放宽售电公司的准入门槛，一大批售电公司相继成立。据统计，截至2017 年底，全国各地已经成立的售电公司上万家，其中公示的有近3 000 家，仅华东地区注册的售电公司有1 316 家，具体组建情况见表1。

表1 华东地区售电公司组建情况

据统计，从售电公司的注册规模来看，华东地区大部分售电公司注册资金都在1 亿元以下，共1 024 家，江苏省注册资金在1 亿元以上的售电公司中数目最多，共121 家。

1.2 售电公司的转型

由于市场竞争激烈，一些没有核心竞争力，只能通过购售电赚取价格差的小型售电公司被迫退出竞争市场。与此同时，新一轮电力体制改革促使售电业得到飞速发展，售电公司不再局限于售电，而是朝着一个多元化的能源服务商的角色转变[12-13]。2017 年11 月，国家电网发布《关于在各省公司开展综合能源服务业务的意见》，明确将发展综合能源服务业务作为公司转型的重要方向，鼓励售电企业创新服务模式，帮助用户节约电能，提高生产运行效率，创新制定可再生能源用电模式，推动可再生能源电力消费向广大电力用户延伸。

2 MEP 的决策模型

MEP 实现了广域范围内传统电网调度无法涉及的大量分布式资源的灵活控制，在传统电源出力不足的情况下，调度DG 上网，缓解供电压力。MEP 还可以同时通过与用户签订中断协议，在用电高峰时，通过LA 中断部分非紧急负荷，极大程度地提升负荷侧的削峰填谷能力。本文设计的MEP 购售电模型包括3 个部分：第1 部分，在MEP 中，在执行购售电决策之前，先通过LA进行负荷调节，削峰填谷，节约购电成本，再通过调度DG 优先上网，优先使用清洁能源；第2部分，在电力市场中，存在售电商和发电商两类群体，MEP 可以向发电商批量买电，也可以卖电给其他售电商；第3 部分，在需求侧中，存在大工业用户、商业用户和居民用户。具体决策模型见图1。

图1 MEP 购售电决策模型

2.1 优化决策的目标函数

在电力市场中，MEP 参与市场竞争的优化决策目标为总利润最大化：

式中：f 表示MEP 购售电的利润；fsell表示MEP向不同类型用户出售电能的收入；fs表示MEP 参与现货市场的期望购电费用；fLA表示MEP 聚合LA 达到减少发电量而节省的期望购电费用；fDG表示MEP 调用自建DG 所节省的期望购电费用。

2.1.1 售电收入

MEP 向区域内的大工业用户、商业用户和居民用户等出售电能，售电收入fsell为：

式中：a（t）表示在t 时间内MEP 与大工业用户i所协商确定的售电价格；P1，i（t）表示大工业用户i 向MEP 购买的电量；N1是大工业用户的数量；b（t）表示在t 时间内MEP 与商业用户j 所协商确定的售电价格；P3，j（t）表示商业用户j 向MEP 购买的电量；N2是商业用户的数量；c（t）表示在t时间内MEP 与居民用户k所协商确定的售电价格；P3，k（t）表示大工业用户k 向MEP 购买的电量；N3是居民用户的数量。

2.1.2 现货市场期望购电费用

在已知用户需求的情况下，若不考虑MEP购电策略，全部通过参与现货市场购得电量，相应的期望购电费用为：

式中：d（t）表示在t 时间内期货市场的能量价格；Ps（t）表示MEP 在现货市场中的购电量。

2.1.3 LA 期望节约费用

当现货市场电价过高或者某时段用电负荷达到高峰时，MEP 可以根据签订的可中断负荷合同，开展需求侧响应，通过降低尖峰负荷，移峰填谷等降低成本，增加经济性，所节省的期望购电成本为：

式中：Pres（t）表示在t 时间MEP 可调用的可中断的电量；eres（t）表示MEP 与用户签订的可中断负荷合约的价格。

2.1.4 调度DG 期望节约费用

MEP 在已知用户总电力需求量后，可以通过

式中：PDG（t）表示在t 时间MEP 可提供的DG 并网电量；hDG（t）表示调度分布能源的配电费用。

2.2 约束条件

MEP 在进行购售电决策时需要考虑可中断负荷的约束条件，调度机组的运行约束及购售电能力平衡约束等。

2.2.1 可中断负荷响应能力约束

LA 签订的可中断响应能力约束为：

式中：δres（t）为t 时段内是否调用可中断负荷的0-1整数变量；Pres，min，Pres，max分别为LA 可调用的中断负荷响应容量的最小值与最大值。

2.2.2 可中断负荷调用次数约束

LA 与电力用户签订的可中断负荷合约每次调度至少需要持续1 h，全天调用次数约束：调度自建的DG，减少购电成本， 因为考虑到风电、光伏等新能源发电资源的边际成本极低，故忽略DG 的发电成本，所节省的期望购电成本为：

式中：Tres，max表示可中断负荷全天调用次数上限。

2.2.3 调度DG 机组运行约束

对DG 机组来说，其运行约束主要包括容量上下限和电量约束：

式中：δDG，n（t）表示t 时间段内DG 机组是否被调用的0-1 整数变量；PDG（t）表示t 时间内DG 机组的发电量；PDG，min和PDG，max分别表示DG 机组发电容量的最小值和最大值；EDG，n，max表示DG 机组全天的发电量限制，n 表示DG 机组的总数量。

2.2.4 购售电平衡约束

MEP 购售电的电力平衡约束为：

式中：t∈[1，T]，MEP 在现货市场中购买的电量、调用DG 机组的发电量和调用LA 的响应电量之和等于MEP 向大工业用户、商业用户及居民用户的销售的电量。

3 算例分析

由MEP 购售电决策模型可知，该模型属于MILP（混合整数规划）[14]问题，本文采用求解器CPLEX[15]对MILP 进行快速可靠求解。

3.1 基础数据

MEP 以购电者身份进入现货市场进行购电，工业、商业和居民用户的用电曲线如图2 所示。MEP 经营区域内包括大工业用户10 户，各工业用户负荷峰值为120 MW；商业用户50 户，各商业用户负荷峰值为35 MW； 小区居民用户150户，各小区居民用户负荷峰值为5 MW。 设定MEP 与工业用户、商业用户以及居民用户协商的售电价格分别是130 美元/MWh，180 美元/MWh和70 美元/MWh。通过计算可得出该MEP 负责区域的用户总用电负荷曲线（见图3）。

图2 工业、商业和居民用户的负荷曲线

图3 MEP 的总购电需求

MEP 还可以调用自建DG 来发电，可调度的风电总装机容量为15 MW，光伏总装机容量为10 MW。另外，MEP 中的LA 与用户签订可中断负荷协议，可中断负荷容量为50 MW，与用户签订的可中断负荷合约价格为83 美元/MWh，每天最多可执行2 次。

3.2 策略分析

为了满足MEP 负责区域的用户用电需求，第一阶段，MEP 在调用自建DG 的前提下，并且用电高峰时启动LA 调节，达到削峰填谷的作用，然后从现货市场购电，即第一阶段各项决策变量均为1。

第二阶段，为了实现利润最大化，MEP 需要在调用自建DG 和从现货市场购电之间进行权衡，但是理论上调用自建DG 除了输电费用外不存在发电成本，若现货市场价格较高，MEP 则更大限度地调用自建DG，反之则更多地从现货市场购电。

MEP 从现货市场购电曲线如图4 所示，MEP调用的光伏发电的出力拟合曲线如图5 所示。因为光伏发电有一定的局限性，在8:00-18:00 可以持续运行，而且此时相对于现货市场电力价格过高，调用自建光伏发电装置（除前期投资之外）几乎没有发电成本。此外，根据预测价格的变化趋势，MEP 可选择在现货市场电力价格较低时，如23:00-8:00 购入部分电力，满足用户电力需求。

图4 现货市场购电曲线

在18:00-20:00，现货市场购电量需求和用户用电负荷都较高的情况下（见图2 和图4），MEP还可以选择中断部分负荷，共计40 MW，计算可得节省期望购电费用4 123．2 美元，光伏发电量为3．75 MW，MEP 总利润是4．5×106美元，售电收入为5．8×106美元，从现货市场购电费用为4．5×105美元。

图5 光伏出力拟合曲线

4 结语

为了适应激烈的市场竞争，售电公司转型成MEP 更有利于其未来的发展。本文考虑了自建DG 和自备LA 的综合能源负荷商的购售电优化策略。在分析不同类型用户购电行为的情况下，通过MILP 求解模型，计算出最优购售电方案。因为MEP 调用自建DG，光伏发电和风电除去前期投资较大外，几乎不需要考虑发电成本，可以满足一部分的发电需求。而且通过和用户签订可中断负荷合约，在用电高峰时，切断部分非紧急负荷，也降低从现货市场高价购电的成本。 当然，通过分析现货市场的价格曲线，也可以从现货市场低价买电，在满足用户用电需求的同时赚取更多利润。